Файл: Волков, М. И. Методы испытания строительных материалов учеб. пособие.pdf

Морозостойкость материала оценивают, как и при непосред­ ственном замораживании, по табл. 10.

Механические свойства

В зависимости от условий работы в инженерных конструк­ циях каменные материалы могут воспринимать воздействие статических и динамических нагрузок.

Для характеристики механических свойств горных пород определяют прочность на сжатие, удар, растяжение, раскалы­ вание, истираемость и др. Механические свойства определяют на образцах, изготовленных из испытуемой горной породы, ку­ бовидной и чаще цилиндрической формы (куб с ребром 5 см и цилиндр диаметром и высотой 5 см). Для грубозернистых круп*, нопористых пород указанные размеры образцов увеличивают до 7 см. Необходимо иметь в виду, что показатель прочности в из­ вестной мере зависит от размера и формы образца. Эта зави­

Образцы цилиндрической формы высверливают на лабо­ раторных сверлильных станках, оснащенных специальным дер­ жателем для куска породы, желательно параллелепипедалыюй

24

формы. Коронка имеет режущую кромку из специальных твер­ дых сплавов или с зачеканенными техническими алмазами. Внутренний диаметр коронки должен быть 5,2 см, что позволя­ ет высверлить цилиндр диаметром 50 мм. Длина высверленного цилиндра должна быть такой, чтобы после опиливания двух

Рис. 9. Сверлильный станок

противоположных торцов и их пришлифовки образец имел высо­ ту 50 мм (рис. 9).

Для изготовления образцов кубической формы из куска гор­ ной породы выпиливают брусок длиной 160—260 мм, из которо­ го нарезают стандартные кубики. При распиловке (рис. 10) под

ческими алмазами. Породу распиливают, постоянно увлажняя ее в месте распила.

Пришлифовку.двух противоположных поверхностей цилинд­ ра или куба выполняют на карборундовых шлифовальных стан­ ках. Правильность формы и размеров проверяют штангенцир­ кулем и металлическим угольником.

При разведке месторождений горных пород из буровых скважин отбирают пробы в виде цилиндрических столбиков (кернов) разного диаметра (6, 8, 10 см). В таких случаях образ­ цы изготовляют, распиливая керны на цилиндры высотой 6, 8, 10 см, а затем пришлифовывают торцы. При определении проч­ ности на сжатие необходимо указывать не только диаметр ци­ линдра, но и однородность текстуры по высоте образца.

Прочность на сжатие следует определять в таком порядке.

1. Подготовленные образцы в количестве 3—5 шт. промар­ кировать, высушить и установить поочередно на нижнюю плиту

25

гидравлического пресса точно по середине плиты, пользуясь при этом квадратньши разметками на поверхности плиты. Пли­ та должна быть предварительно тщательно очищена (рис. 11).

2.Прижать образец верхней плитой, опустить металлическую сетку (защитная от возможного отскока частиц породы при ее разрушении).

3.Установить измеритель давления на нулевое деление и включить электромотор насоса. Подачу масла надо вести с рас­

четом, чтобы давление повышалось в пределах 1,2—1,5 МПа

в1с.

4.Записать показатель манометра при появлении первой тре­

щины, а затем усилие, при котором образец разрушился1.

5. Определить временное сопротивление сжатию по формуле

__Р Ясж = „ >

F

где Р — напряжение в момент разрушения образца а Я; F —площадь образца в см2.

Если необходимо определить прочность на сжатие увлаж­ ненных образцов, а также образцов после многократного за­ мораживания, количество проб необходимо соответственно уве­ личить.

Т а б л и ц а 12

Предел прочности при сжатии в МПа

1 Если площадь поршня гидравлического пресса Fn см2, показания мано­ метра при испытании образцов на сжатие А кгс/см2, а площадь испытываемо­ го образца Ер см2, то усилие, разрушившее образец при сжатии P = F n На­ пряжение в образце при его разрушении, т. е. предел прочности’ при сжатии,

Р F А

определяется по формуле /?сж = — --- —-— .

Рп Рр

26

Отношение показателей прочности влажного и сухого образ­ цов называют коэффициентом размягчения.

Плотные горные породы имеют примерно одинаковую проч­ ность в сухом и увлажненном состоянии, а прочность пористых, затронутых выветриванием пород после увлажнения снижается (табл. 12).

Результаты определения записывают по следующей форме:*1

* 1 кгс(см2 — 0,1 МП а.

Породы слоистого и сланцевого сложения (гнейсы, некоторые песчаники и др.) испытывают на сжатие перпендикулярно и вдоль сланцеватости (слоистости), указывая при этом направ­ ление приложенного усилия (_І_ или||). Общий показатель проч­ ности часто вычисляют как среднее арифметическое из двух определений.

Метод определения прочности на сжатие дает условный по­ казатель, так как результат зависит от формы, размеров образ­ ца, характера поверхности и скорости приложения нагрузки.

Прочность горных пород на раскол определяют на образцах неправиль­ ной формы раскалыванием между двумя взаимонаправленными конусами (параметры конусов: радиус закругления вершин 2 мм, угол заострения 60°). Испытание рекомендуется вести в следующем порядке (рис. 23).

ких ,и шесть образцов ,в .насыщенном водой состоянии).

'2. Установить образец горной породы между двумя взаимонаправленными конусами, предварительно поджимая траверсу пресса до соприкосновения верхнего конуса с образцом; затем включить мотор для подачи масла в ци­ линдр пресса со скоростью нагружения 0,2—0,3 МПа в 1 сек до разрушения образца.

27

'3. Записать предельное разрушающее усилие в Я и вычислить площадь раскола на одной из половинок образца (нанеся на бумагу контур площади раскола, определить площадь с помощью планиметра).

ствием ударной нагрузки без заметных пластических деформаций зависит от минералогического состава, структуры, текстуры и влажности. К наиболее хрупким породам относятся кварциты, окаменелые породы, свежевулканиче­ ские породы со значительным содержанием фазы вулканического стекла (не­ которые липариты, андезиты и др.).

По показателю прочности при ударе породы делят на такие группы: очень хрупкие — П < 2 ; хрупкие — П = 2-н5; вязкие — П=5-Н10; очень вязкие — П>.И).

28

Испытание на удар заключается в том, что на установленный образец по­ роды (цилиндр, куб) наносят удары гирей заданной массы (через специальный блок или непосредственно на испытываемый материал) с все увеличиваю­ щейся высоты (в см) или гирями разной массы до разрушения образца. Пре­ дел прочности при ударе характеризуется количеством работы, необходимой для разрушения образца (в Н-см), или удельной работой, отнесенной к еди­ нице объема испытываемого -образца (в Н-см/см2).

Породу испытывают обычно на копре Педжа (рис. 13), который состоит из металлической станины, переходящей книзу в стальную наковальню. По закрепленным к станине двум направляющим колонкам движется рамка, к которой подвешена гиря массой 2 кг. Удары гири по образцу наносят через прижимной подбабок — цилиндр, конец сферической формы которого имеет радиус 1 см.

Для испытания подготовляют цилиндрические образцы диаметром 2 и вы­ сотой 2,5 см. Испытания необходимо вести в такой последовательности.

1. Установить образец на наковальню копра и прижать его подбабком точно по центру.

2. Нанести удар гирей, падающей с высоты 1 см, затем — 2 см и так да­ лее, увеличивая высоту падения гири всякий раз на 1 см (прибор снабжен мерной стальной линейкой с сантиметровыми делениями).

3.Записать .порядковый удар гири, разрушившей образец.

4.Если цилиндрический образец имеет другие размеры, полученный ре­ зультат пересчитать по формуле

колу) к удельной работе, затраченной на раскалывание образца.

По степени хрупкости при статическом раскалывании горные породы ус­

Для определения величины деформации при раскалывании AI на гид­ равлическом прессе (рис. 14) монтируют приспособление для раскола образ­ цов и записывающее устройство (рис. 14). Испытание ведут в такой после-, довательности.

1. Изготовить три образца (5X6X40 см) таким же образом, как и для определения прочности на раскол, и высушить их.

2. Записать деформацию образца при расколе в следующем порядке. Включить в сеть сельсинную пару, поместить образец между конусами и тра­ версой пресса, верхний конус привести в соприкосновение с образцом. С по­ мощью фиксирующей призмы поставить рычаг в горизонтальное положение. После проведенной настройки выключить подачу масла в цилиндр пресса и следить за характером записи деформации вплоть до раскола образца. После разрушения образца по одной из половинок его определить площадь раскола. Записанную диаграмму деформации проанализировать для выяснения хаірак-

29