Определение прочности бетона различными методами

Предел прочности при изгибе — Flexural strength

Прочность на изгиб — это напряжение при разрушении при изгибе. Оно равно или немного больше разрушающего напряжения при растяжении.

Прочность на изгиб , также известная как модуль разрыва , или прочность на изгиб , или поперечная прочность на разрыв, является свойством материала, определяемым как напряжение в материале непосредственно перед тем, как он деформируется при испытании на изгиб. Чаще всего используется испытание на поперечный изгиб, при котором образец, имеющий круглое или прямоугольное поперечное сечение, изгибается до разрушения или деформации с использованием метода испытания на трехточечный изгиб . Прочность на изгиб представляет собой наивысшее напряжение, испытываемое материалом в момент его текучести. Он измеряется в единицах напряжения, здесь указан символ .

| image1 = Bending bending.svg | alt1 = Рис. 1 | caption1 = Рис. 1 — Балка изгибаемого материала. Экстремальные волокна при B (сжатие) и A (растяжение) | image2 = Напряжение балки.svg | alt2 = Рис. 2 | caption2 = Рис. 2 — Распределение напряжений по толщине балки}}

Когда объект, состоящий из одного материала, например, деревянная балка или стальной стержень, изгибается (рис. 1), он испытывает ряд напряжений по своей глубине (рис. 2). На краю объекта на внутренней стороне изгиба (вогнутой поверхности) напряжение будет равно максимальному значению сжимающего напряжения. На внешней стороне изгиба (выпуклая поверхность) напряжение будет иметь максимальное значение растяжения. Эти внутренние и внешние края балки или стержня известны как «крайние волокна». Большинство материалов обычно разрушаются под действием растягивающего напряжения, прежде чем они разрушаются под действием сжимающего напряжения, поэтому максимальное значение растягивающего напряжения, которое может выдерживаться до того, как балка или стержень выйдет из строя, является их прочностью на изгиб.

Прочность на изгиб в сравнении с пределом прочности при растяжении

Прочность на изгиб была бы такой же, как и на разрыв, если бы материал был однородным . Фактически, большинство материалов имеют небольшие или большие дефекты, которые действуют для локальной концентрации напряжений, эффективно вызывая локальную слабость. Когда материал изгибается, только крайние волокна подвергаются наибольшему напряжению, поэтому, если эти волокна не имеют дефектов, прочность на изгиб будет контролироваться прочностью этих неповрежденных «волокон». Однако, если один и тот же материал подвергался только растягивающим усилиям, тогда все волокна в материале испытывают одинаковое напряжение, и разрушение начнется, когда самое слабое волокно достигнет своего предельного напряжения растяжения. Следовательно, обычно прочность на изгиб выше, чем прочность на разрыв для того же материала. И наоборот, однородный материал с дефектами только на его поверхности (например, из-за царапин) может иметь более высокий предел прочности на разрыв, чем предел прочности на изгиб.

Если не принимать во внимание какие-либо дефекты, очевидно, что материал разрушится под действием изгибающей силы, которая меньше соответствующей растягивающей силы. Обе эти силы будут вызывать одно и то же напряжение разрушения, величина которого зависит от прочности материала.

Для прямоугольного образца результирующее напряжение под действием осевой силы определяется по следующей формуле:

Это напряжение не является истинным напряжением, поскольку поперечное сечение образца считается неизменным (инженерное напряжение).

Результирующее напряжение для прямоугольного образца под нагрузкой в ​​установке для трехточечного изгиба (рис. 3) определяется формулой ниже (см. «Измерение прочности на изгиб»).

Уравнение этих двух напряжений (разрушения) дает:

Обычно L (длина пролета опоры) намного больше d, поэтому дробь больше единицы.

Измерение прочности на изгиб

Рис.3 — Балка при трехточечном изгибе

Для прямоугольного образца под нагрузкой в ​​установке трехточечного изгиба (рис.3):

• F — нагрузка (сила) в точке разрушения (Н)
• L — длина пролета опоры
• b ширина
• d — толщина

Для прямоугольного образца, находящегося под нагрузкой в ​​установке для четырехточечного изгиба, где диапазон нагрузки составляет одну треть пролета опоры:

• F — нагрузка (сила) в точке разрушения
• L — длина опорного (внешнего) пролета
• b ширина
• d — толщина

Для установки 4-точечного изгиба, если диапазон нагрузки составляет 1/2 пролета опоры (т.е. L i = 1/2 L на рис. 4):

Если диапазон нагрузки не составляет ни 1/3, ни 1/2 от пролета опоры для установки 4-х точечного изгиба (рис. 4):

Рис.4 — Балка при 4-точечном изгибе

• L i — длина нагрузочного (внутреннего) пролета

Смотрите также

• Уравнение Эйлера — Бернулли для пучка
• Модуль упругости при изгибе
• Испытание на трехточечный изгиб

Рекомендации

• JM Hodgkinson (2000), Механические испытания передовых волокнистых композитов , Кембридж: Wood Publishing, Ltd., стр. 132-133.
• Уильям Д. Каллистер младший, Материаловедение и инженерия , Hoken: John Wiley & Sons, Inc., 2003.
• ASTM C1161-02c (2008) e1, Стандартный метод испытания прочности на изгиб современной керамики при температуре окружающей среды, ASTM International, West Conshohocken, PA.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ БЕТОНА НА РАСТЯЖЕНИЕ И ИЗГИБ

Бетон используется во всех отраслях строительства. Обусловлено это высокой прочностью материала. Однако он также может иметь некоторые недостатки.

Показатель прочности при сжатии у бетона один из самых высоких среди аналогичных материалов, а вот прочность на растяжении или при изгибе значительно уступает.

На самом деле узнать свойства бетона крайне сложно, зная только вычислительные величины и соотношение отдельно взятых компонентов, поэтому существует целый ряд методов и приёмов испытаний бетона на изгиб. Поговорим отдельно про каждый из них.

Как проводится испытание бетона на изгиб

Как правило, бетон не используется для работы на растяжение, тем не менее крайне важно знать его показатель предельной величины прочности на растяжение. Это стоит делать для того, что знать нагрузку, при которой возможно образование трещин, так как отсутствие подобной деформации необходимо для сохранения целостности конструкции и предупреждения разложения и коррозии. Трещины могут возникать при использовании высокопрочной арматуры из стали или при действии сдвигающей силы при диагональных напряжениях. Однако самой частой причиной возникновения щелей становится перепады температуры и усадка здания.

В большинстве случаев при проектировании не принимается во внимание прочность бетона на растяжении, хотя данный показатель позволяет понять поведение конструкции в будущем.

Прямое приложение силы растяжения без числовой характеристики конического сечения (степень отклонения от окружности) создать крайне сложно, т.к. возможно воздействие вторичного напряжения забетонированными стержнями.

Именно поэтому из-за таких проблем прочность бетона на растяжение измеряется путем изгиба прямого бетонного бруса без армирования. Максимальное значение растягивающего напряжения, которое образуется в нижних нитях испытуемой части, называется предел прочности на изгибе. Теоретический показатель вполне оправданно применим, т.к. напряжение взаимозависимо расстоянию от нейтральной оси.

График распределения величины нагрузки на бетон, которая предельно близка к разрушению, не является треугольным, поэтому предел прочности на самом изгибе выше прочности на растяжение и обладает превышенным значением прочности, которое могло бы получиться при прямом растяжении испытуемых бетонных частей. Однако испытание оказывается весьма полезным, например, при конструировании дорожных плит и взлетно-посадочных полос в аэропортах, потому что напряжение не является в данных случаях критической определяющей.

Проверка качества бетона при изгибе и растяжении

Возможность бетона выдерживать нагрузки и не трескаться определяется значением растяжения. Данный показатель важен для железобетонной конструкции с целью исключения образования коррозии и увеличения эксплуатационного периода. Именно для этого и проводится испытание бетона на растяжение.

На самом деле сгенерировать нужную растягивающую силу крайне сложно, поэтому зачастую во время испытаний используется брус без армирования в качестве испытательного пресса. Определяющим в данной ситуации является показатель растяжения в нижних волокнах. Это и станет пределом прочности на изгибе. Можно отметить, что более точным будет именно показатель изгиба, а не растяжение.

Максимальный показатель прочности на изгиб определяют несколько факторов: параметры испытуемой части и условия подаваемой нагрузки.

Существует две нагрузочные системы:

— симметричная. Создается константный изгиб между 2-мя отдельно взятыми точками;

— центральная. Образуется в середине пролета.

Метод симметрии позволяет определить более слабое место, где в будущем возможно образование трещин.

Определение прочности бетона на осевое растяжение

Основными предпосылками для испытания бетона на осевое растяжение выступают использование в перекрытиях и основаниях конструкционного бетона, а также использование гидротехнического раствора. Прочность определяется величиной сопротивления растяжению на оси или прочности на осевом растяжении. Обозначается сочетанием букв «Rt» и определяется по методике ГОСТ 10180-2012. Основные постулаты испытаний сохраняются, т.к. они аналогичны указанным параметрам во второй части десятого пункта.

Чтобы определить прочность на осевом растяжении, используются стандартные образцы 8-ки в 3-х вариантах. Рабочее сечение равняется 10*10 см и 15*15 см (это базовый экземпляр), а также 20*20 см.

Основная аппаратура

Для испытательных мероприятий используется разрывная машина и дополнительные приборы, которые указаны в ГОСТах.

Алгоритм проведения испытаний

Выбранный образец крепится таким образом: ось образца должна проходить в центре каждого из захватов. Нагрузка подается постоянно с усилием, равным показателю 52 кПа/с, до полного уничтожения образца.

Прочность бетона на изгиб

В большинстве случаев устойчивость к изгибу будет меньше показателя на сжатие практически в десять раз (при условии, что возраст бетона составляет 28 дней). Низкое значение обусловлено наличием трещин в нижней части структуры. По этой причине все железобетонные элементы оснащаются специальной арматурой ребристой формы, которая используется при возведении фундамента.

В случае испытания бетона могут использоваться различные параметры, однако особое внимание должно уделяться прочности на изгиб. Предел данного значения напрямую зависит от нескольких параметров: размера балки и уровня нагрузки. Узнать данный показатель можно по специальным методикам, которые мы приведем ниже.

Методика испытаний бетона на изгиб

Как правило, все операции проводятся с балками, которые должны иметь стандартные значения. Это в значительной степени снизит показатель погрешности и исключит вероятность ошибок в вычислениях всех данных. Линейный элемент подвергается испытанию с помощью прикладывания некоторых усилий в третьей части пролета. Для этого надо прибегнуть к использованию специализированного гидравлического оборудования.

Для чего это надо? Такая техника позволит добиться сильного показателя давления, которое способно разрушить экземпляр. Это значение и станет определяющим показателем прочности конструкции на изгиб.

Стоит иметь в виду, что данная величина всегда будет меньше в сравнении с вертикальным сдавливанием. Показатель прочности важен при использовании дорожных плит, т.е. для тех строений, на которых давление оказывается горизонтальным (или используются дополнительные воздействия), а не вертикальным способом.

На сегодняшний день существует конкретная классификация моделей бетона, соответствующего стандартам М5-М50. Шаг равен пяти единицам (это также стоит учитывать). Важно отметить, что на практике значение давления не должно превышать 6 Мпа.

Как мы указывали выше, этот показатель является низким даже для самых устойчивых типов раствора. Такое положение дел обусловлено конструктивными особенностями бетона. Самым эффективным способом улучшения показателя считается использование каркасной основы. Как правило, это арматура, части которой соединены между собой.

Металлические составляющие должны иметь рифленую поверхность за счет чего в несколько раз увеличивается коэффициент сцепления. Поэтому изгиб менее подвержен механическому воздействию и не разрушается так быстро. В большинстве случаев используется металлическая основа, но допустимы и другие варианты.

Важным моментом выступает тот факт, что показатель прочности может меняться в течение всего эксплуатационного периода. Для тех, кто хочет детальнее ознакомиться с измерением данного параметра стоит изучить специализированный государственный стандарт, который называется «ГОСТ 310.4-81». Именно в нем подробно указаны все предельно допустимые параметры и технологии измерений значений изгиба и растяжения бетонных конструкций.

Подготовка к испытаниям

Для проведения всех испытаний лицо, ответственное за мероприятие, должно подготовить несколько образцов, которые выполняются в форме брусков. Размер должны быть следующие (значение указано в метрах):

— 0,2*0,2*0,8;

— 0,1*0,10*0,4;

— 0,15*0,15*0,6 (такой показатель является оптимальным для исследования).

В случае использования брусков других размеров к ним применяются масштабные коэффициенты, которые способны привести к эталону (вариант №3). Однако такие размеры имеют увеличенный вес, что в значительной степени добавляет сложности в проведении испытания.

Изготовление элементов

В период заполнения специальных форм бетонным раствором специалист должен провести армирование штыковым способом с помощью металлического стержня. Делается это для максимального уплотнения смеси. Формы должны полностью высохнуть. Отметим, что для окончательного схватывания требуется от 24 до 48 ч.

После затвердевания форм их необходимо раскрыть и полностью избавить от защитных элементов. Поверхность каждого элемента маркируется: указывается класс бетона, дата формирования, использование специальных примесей и прочие характеристики.

Хранение форм

После затвердения все элементы укладываются в лабораторный шкаф, где они должны пролежать 28 дней в абсолютно нормальных условиях. Это значит, что температура воздуха не должна превышать 20 градусов по Цельсию, а влажность 90%. В процессе хранения каждую форму поливают один раз в сутки (можно укладывать рядом увлажнённые опилки).

Испытания деталей

По истечении двадцати восьми дней лаборант достает бетонные формы и готовит их к определению прочности бетона на изгиб или растяжение. Для таких целей используется гидравлический пресс. На часть, расположенную внизу, устанавливается оборудование с двумя специальными опорами в форме ½ валиков с расстоянием между ними в 30 см. Сверху также должны присутствовать 2 опоры, установленные в центре элемента. На нижних опорах монтируется экспериментальный образец.

Затем на бетон подается нагрузка, которая распределяется равномерно, в центре давление обеспечивается за счет верхних валиков. На этапе разламывания образца пресс должен остановиться, а специалист фиксирует значение нагрузки в своем предельном максимуме. По формуле, приведённой выше, рассчитывается показатель прочности конструкции (обязательно учитывается конкретный вес, размер и выявленное в ходе испытания значение экземпляра). В качестве окончательного результата используется средний показатель 3-х вариантов формы. Все данные вносятся в специальный журнал и протоколируются в нем.

Заключение

В данном материале мы рассмотрели все особенности испытания бетона на растяжение и изгиб. Результаты, полученные в ходе исследований, являются абсолютно верными. Все представленные формулы можно смело использовать в своих экспериментах.

Ссылка на статью https://burosi.ru/ispitanie-betona-na-izgib-i-rastyajenie

Строительная лаборатория ООО «Бюро «Строительные исследования» занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве

Основная специализация лаборатории:

Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:

1. Заполнив форму на нашем сайте https://burosi.ru/

2. По телефонам:

+7(812)386-11-75 — главный офис в Санкт-Петербурге

+7(965)006-94-59 (WhatsApp, Telegramm) — отдел по работе с клиентами Санкт-Петербург и Москва

3. Написать нам на почту

4. А также в комментариях к публикации.

Подписывайтесь на наши социальные сети и YouTube канал, там много интересной информации и лайфхаков.