книги / Метрология, стандартизация, сертификация в строительном материаловедении.-1
.pdfДля определения прочности на сжатие применяют образцы (кубы, цилиндры, призмы различных размеров), установленные стандартами на соответствующий материал. При определении марки цемента испытывают половинки балочек, оставшиеся после испытания на изгиб. Методика испытания таких образцов была рассмотрена в п. 4.7.
Ход испытаний. Образцы помещают строго на середину нижней плиты пресса, имеющей разметку для центровки образца. Для правильной центровки образцов применяют также специальные шаблоны, прикрепляемые к нижней плите пресса и проградуированные так, что при совмещении центра образца с центром шаблона включается сигнальное устройство. После этого вращением маховика верхнюю плиту приближают к образцу так, чтобы между ними оставался небольшой зазор. Поворачивая в зависимости от конструкции пресса верхнюю или нижнюю плиту, имеющую шаровую шарнирную головку, добиваются, чтобы зазор по всей поверхности образца был равномерный. Затем вращением маховика верхней подвижной плиты образец зажимают между плитами, при этом достигается полное примыкание всей поверхности нижней и верхней граней образца к поверхности плит пресса. Далее верхнюю плиту приподнимают настолько, чтобы между ней и верхней поверхностью образца зазор составлял 2…5 мм. Установка образца в пресс на этом заканчивается.
Перед включением пресса необходимо убедиться, что предел измерения нагрузки выбран правильно. Для этого проверяют соответствие установки рычага переключения диапазонов измерения требуемому пределу. При измерении усилия манометрами включают нужный манометр,
231
а все остальные манометры отключают, главным образом те, которые используются для измерения меньших нагрузок. Для переключения манометров каждый из них на пульте управления имеет свой вентиль.
Указательная стрелка силоизмерителя должна стоять на нуле, а фиксирующая – быть на нуле или сдвинута так, чтобы предельная ожидаемая нагрузка соответствовала большему числу делений, чем то, против которого она установлена. Маховик регулирующего вентиля и маховик сброса масла должны быть закрыты.
После включения электродвигателя пресса вращением маховика регулирующего вентиля открывают подачу масла в рабочий цилиндр. При этом следят за исчезновением зазора, оставленного между верхней гранью образца и плитой пресса, и за началом движения указательной стрелки силоизмерителя. Требуемую скорость увеличения нагрузки устанавливают опытным путем с помощью регулирующего вентиля.
Момент разрушения образца определяют по началу обратного движения указательной стрелки силоизмерителя при работающем нагружающем устройстве.
Предельную (разрушающую) нагрузку снимают но показанию фиксирующей стрелки. Если последней нет, внимательно следят за указательной стрелкой. За предельную нагрузку принимают наибольшее число делений, достигнутое движущейся стрелкой. При испытании слабых образцов разрушение более продолжительно и нередко наблюдается плавный сброс нагрузки. В этом случае за предельную нагрузку на образец также принимают наибольшее число делений по шкале, достигнутое указательной стрелкой.
232
После разрушения образца, не выключая двигатель, необходимо плавно сбросить масло из гидроцилиндра в бак. Для этого открывают вентиль сброса и закрывают регулирующий вентиль. Затем двигатель выключают. Куски разрушенного образца аккуратно удаляют с плит (нижней и верхней) пресса мягкой щеткой или тряпочкой. После этого пресс готов для испытания следующего образца.
Для вычисления предела прочности при сжатии определяют разрушающую силу Рр либо непосредственно по силоизмерителю, либо по тарировочным таблицам, прилагаемым к прессу. При использовании манометров разрушающая сила может быть вычислена как произведение площади поршня пресса на максимальное давление масла в прессе в момент разрушения (максимальное показание манометра).
Площадь сечения образца F, параллельного плитам пресса, устанавливают по результатам обмера, производимого перед испытанием. Предел прочности при сжатии Rcж (МПа) образца определяют по формуле
Rсж= Pp/F. |
(4.15) |
4.9. ПРИБОРЫИМАШИНЫДЛЯИСПЫТАНИЯНА ИЗГИБ
Для определения прочности строительных материалов на изгиб применяют разнообразные машины и приборы. Каменные материалы (в том числе бетон) при определении прочности на изгиб требуют значительно меньших усилий, чем при определении прочности на сжатие. Поэтому при испытании на изгиб могут быть использованы прессы малой мощности, снабженные специальными при-
233
способлениями для установки образцов и передачи нагрузки, и универсальные испытательные машины. Для определения прочности на изгиб вяжущих веществ в виде стандартных образцов-балочек размером 40× 40× 160 мм применяют прибор Михаэлиса и машину МИИ-100, а также универсальные испытательные машины, оснащенные приспособлениями для испытания на изгиб.
Прибор Михаэлиса. Прибор (рис. 4.16) состоит из чугунной плиты-основания 1 с цилиндрической стойкой 3, которая оканчивается консолью 8. На консоли укреплена система из двух рычагов. Короткое плечо верхнего рычага 7 и длинное плечо нижнего 4 соединены серьгой 5. Верхний рычаг с подвижным уравновешивающим грузом 6 основной: от правильности его установки и уравновешивания зависит точность определения нагрузки, действующей на образец. На длинном конце верхнего рычага подвешено ведерко 11, которое при испытании образца постепенно заполняют дробью, высыпающейся из сосуда 9 через отверстие, закрываемое задвижкой 10. Образец помещают в специальный захват 13, который одной своей частью подвешен на серьге к нижнему рычагу, а другой подвижно прикреплен с помощью винта со штурвалом к основанию.
Захват (рис. 4.17, а) состоит из двух частей. Верхняя часть представляет собой две треугольные пластины 8, соединенные одна с другой болтами по углам так, чтобы между ними свободно входил образец 4 шириной 40 мм. Два нижних болта одновременно служат опорными валиками 3 для вводимого в захват образца. За верхний болт с шарниром 7 крепится серьга 6, которая, в свою очередь, шарнирно фиксируется на нижнем рычаге прибора.
234
Рис. 4.16. Прибор Михаэлиса: основание, 2 – образец, 3 – стойка, 4, 7 – рычаги, 5 – серьга, 6 – груз, 8 – консоль, 9 – сосуд с дробью, 10 – задвижка, 11 – ведерко, 12 – зуб задвижки, 13 – захват
Нижняя половина захвата представляет собой большую прочную серьгу 2, верхняя часть которой выполнена в виде валика-опоры 5, передающего усилие на центральную часть образца. Серьга крепится к основанию прибора винтом 1 со штурвалом. Вращением штурвала можно перемещать вверх и вниз валик 5, плотно закрепляя при этом образец. Такое устройство облегчает установку образцов и позволяет компенсировать небольшие отклонения в их размерах.
Расстояние между нижними опорными валиками 3 должно составлять 100 мм. Ошибка в расстоянии между валиками в несколько миллиметров вызывает ошибку в определении прочности образца на несколько десятков процентов.
235
Рис. 4.17. Захваты для прибора Михаэлиса при испытании: а – на изгиб, б – на растяжение; 1 – винт, 2, 6 – серга,
4, 5 – опорные валики, 4 – образец, 7 – шарнир, 8 – пластины
Прибор Михаэлиса может быть использован также для определения прочности на растяжение образцоввосьмерок. В этом случае применяют захват из двух колец с вырезами, одно из которых изображено на рис. 4.17, б.
Большая нагрузка на образец с помощью небольшого количества дроби в ведерке достигается благодаря рычажной системе. Соотношение плеч верхнего рычага 7 (см. рис. 4.16) прибора 1:10, а нижнего 4 – 1:5. Общее соотношение плеч рычажной системы прибора составляет 1:50, и, таким образом, каждый килограмм дроби в ведерке дает нагрузку на образец не10 Н, а в50 разбольшую, т.е. 500 Н.
Для нагружения ведерка используют дробь диаметром 2…3 мм. Чтобы дробь заполнила ведерко 11, открывают задвижку 10, опуская ее рукой за хомутик. При этом
236
под нагружаемым ведерком поднимается зуб 12. При разрушении образца ведерко падает и, утапливая зуб, закрывает задвижку; поток дроби прерывается.
Машина МИИ-100. Машина (рис. 4.18) – модернизированный прибор Михаэлиса, в котором сохранена такая же рычажная система с соотношением плеч 1:50 и такой же захват. Основное отличие состоит в том, что нагрузка на образец создается передвижением тяжелого груза по верхнему рычагу с помощью электродвигателя.
Машина состоит из двух основных частей: станины 6
иустановленного на стойке станины захвата 4 с помощью треугольных призм. Электродвигатель 21, находящийся на коромысле, вращая через редуктор 19 ходовой винт 16, перемещает груз 15 по направляющим 17 коромысла. Коромысло выходит из равновесия и давит на рычажную систему, которая передает увеличенное в 50 раз усилие на установленный в захват 4 образец. Скорость перемещения груза поддерживается центробежным регулятором 18 постоянной и соответствует нагружению образца со скоро-
стью 1±0,1 Н/с.
Груз перемещается до тех пор, пока возрастающая нагрузка не разрушит образец. При этом коромысло 13 поворачивается на призмах так, что хвостовик 20 микропереключателя ударяется об упорную шайбу 11 амортизатора 9
идвигатель выключается. Ходовой винт 16 связан зубчатой передачей со счетчиком 1, который проградуирован так, что показывает напряжения (кгс/см2), возникающие в образце. При разрушении образца счетчик фиксирует значение предела прочности образца при изгибе (кгс/см2).
Преимущество машины МИИ-100 – возможность непосредственного определения значения предела прочности
237
Рис. 4.18. Схема машины МИИ-100: 1 – счетчик, 2 – тумблер, 3, 14 – рычаги, 4 – захват, 5 – маховичок, 6 – станина, 7 – шкала, 8 – стрелка, 9 – амортизатор, 10 – контрольный груз, 11 – шайба, 12 – винт, 13 – коромысло, 15 – груз, 16 – ходовой винт, 17 – направляющие, 18 – регулятор, 19 – редуктор, 20 – хвостовик, 21 – электродвигатель
238
по счетчику без дополнительных расчетов; однако точность определения прочности при изгибе на приборе Михаэлиса несколько выше.
Для включения машины МИИ-100 в работу ее подключают к электросети напряжением 220 В. Затем вставляют и закрепляют образец в захвате и переключают тумблер 2 в положение «Вперед». При этом замыкается электрическая цепь, в которую входит электродвигатель 21, микропереключатель и центробежный регулятор 18.
После разрушения образца тумблер 2 ставят в положение «Назад». При этом происходит ускоренный возврат груза в исходное положение, так как двигатель включается без центробежного регулятора скорости. В конце хода груз, нажав на рычаг 14, включает в цепь центробежный регулятор и скорость перемещения груза замедляется. При достижении грузом крайнего левого положения микропереключатель размыкает цепь и механизм машины приходит в исходное положение.
Обслуживание прибора Михаэлиса и машины МИИ-100. Перед проведением испытаний прибор Михаэлиса уравновешивают, перемещая груз 6 (см. рис. 4.16) таким образом, чтобы верхняя поверхность рычага 7 находилась на одном уровне со специальной риской, сделанной на внутренней поверхности вертикальной скобы. Прибор уравновешивают при снятом ведерке, поэтому вес ведерка входит в нагрузку, действующую на образец.
Скорость подачи нагрузки на образец составляет (500 ± 50) Н/с, что соответствует поступлению в ведерко (100 ± 10) г дроби в секунду. Скорость поступления дроби замеряют таким образом: дают какому-то количеству дроби высыпаться в ведерко, и при этом секундомером фик-
239
сируют время высыпания дроби и ее массу. При большом расхождении между требуемой и фактическими скоростями регулируют скорость, изменяя сечение отверстия, из которого поступает дробь.
Скорость нагружения на машине МИИ-100 замеряют секундомером по счетчику; она должна быть (0,4 ± 0,04) кгс/см2 в секунду. В случае расхождения фактической и требуемой скоростей нагружения скорость регулируют, перемещая контакт центробежного регулятора.
Перед включением машины МИИ-100 в сеть следует убедиться в соответствии напряжения сети напряжению, на которое рассчитана машина. Машина МИИ-100 должна быть заземлена. Контактные кольца центробежного регулятора машины очищают спиртом в случае загрязнения, но не реже чем через 40…50 ч работы. Коллектор электродвигателя очищают по мере необходимости. Угольные щетки заменяют по мере износа; щетки считаются изношенными, еслидлина ихоставшейся рабочей части менее 5 мм.
Прибор Михаэлиса и машина МИИ-100 должны быть установлены на горизонтальной прочной поверхности
впомещении с температурой не ниже 15 °С. Не допускается устанавливать машину в помещении, в воздухе которого содержатся агрессивные пары и газы, которые вызывают коррозию ответственных деталей (опорных призм, электрических приборов). Необходимо следить за тем, чтобы
вопоры не попадала цементная пыль и грязь, а также за правильностью установки рычагов на опорных призмах. Не реже одного раза в месяц направляющие и опорные части приборов и машин смазывают машинным маслом, а шестерни – техническим вазелином.
240