СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОЙ РАСТЯЖИМОСТИ ЦЕМЕНТНЫХ ШТУКАТУРНЫХ СОСТАВОВ
METHOD TO DETERMINE LIMIT TENSILE STRENGTH OF CEMENT PLASTERING COMPOUNDS

Изобретение относится к области испытаний цементных штукатурных составов на предельную растяжимость при статическом нагружении.
Важным показателем для фасадных штукатурок является способность воспринимать развивающиеся в них усадочные и термомеханические напряжения без образования трещин. Трещиностойкость штукатурного раствора обеспечивает эстетический вид фасада и ограничивает попадание влаги под штукатурку, что может вызвать отслоение штукатурного слоя и отразиться на долговечности стены.
ult
раск
дин
ult
ult
раск
дин
Известен способ определения условной деформативности цементных бетонов ε (Трещиностойкость бетона / В.В.Стольников, Р.Е.Литвинова. - М.: Энергия, 1972. - С.57-59), по которому эта характеристика рассчитывается как отношение прочности образцов при растяжении, получаемой раскалыванием кубов или цилиндров R, к динамическому модулю упругости Е, определяемому на образцах из бетона того же состава физическими методами. Условную предельную растяжимость ε определяют из соотношения ε=R/E.
pacк
p
ult
Недостатками этого способа являются следующие обстоятельства: данный способ косвенный; каждая из определяемых характеристик определяется с погрешностями. Кроме того, при определении деформации путем измерения прочности при растяжении раскалыванием и динамического модуля упругости прочность при раскалывании R обычно на 10-15% выше, чем прочность при растяжении R, определяемая при прямом испытании образцов-восьмерок материала на осевое растяжение, а динамический модуль упругости больше статического модуля упругости примерно на 20-25%. Это приводит к тому, что получаемая таким образом деформация фактически больше предельной растяжимости ε не менее чем на 15-20%.
Наиболее близким к предлагаемому является прямой способ определения деформативности бетона при растяжении на образцах-восьмерках (Трещиностойкость бетона / В.В.Стольников, Р.Е.Литвинова. - М.: Энергия, 1972. - С.55-56). По данному способу для определения дефомативности на образцы-восьмерки наклеиваются приборы измерения деформаций (тензодатчики сопротивления, механические тензометры), и образцы испытываются на прочность при растяжении. В основу приборов положен так называемый нулевой метод измерения сопротивлений проволочных датчиков, обеспечивающий высокую точность показаний приборов. К таким приборам относятся приборы серии АИД-1М, АИ-1, ИСД-3 и др.
Недостатком данного способа является трудность синхронизации данных измерения деформаций и разрушающей нагрузки, приводимой далее к напряжению.
В обоих вышеназванных способах реализуется испытание образцов материала штукатурного состава с размерами, отличными от толщины реального штукатурного слоя.
Задачей изобретения является упрощение технологии проведения испытаний, исключение необходимости применения средств тензометрии, повышение точности определения предельной растяжимости и проведение испытаний на слоях штукатурки с характерно малой толщиной от нескольких мм до 2-3 см.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения предельной растяжимости цементных штукатурных составов, включающем испытание образцов материала штукатурного состава при растяжении, согласно изобретению величину предельной растяжимости определяют испытанием образцов - стальных балочек с нанесенным штукатурным составом по схеме двухточечного изгиба с плавным нагружением малыми ступенями и фиксацией ступени нагружения, соответствующей моменту трещинообразования, а значение предельной растяжимости расчитывают по формуле:
ult
s
ш.р.
5
где ε  - предельная растяжимость штукатурного раствора; Р - прикладываемая нагрузка, равная двум сосредоточенным силам Р/2, кН; а - расстояние от опоры балочки до точки приложения сосредоточенной силы Р/2, см; E - модуль упругости стали, 2·10 МПа; b - ширина стальной балочки, см; h - высота балочки, см.
За счет обеспечения равномерного нагружения цементного штукатурного слоя достигается однородное напряженное состояние в сечении испытуемого образца за счет его центрирования при нагружении. Таким образом, достигается технологическая простота при проведении испытаний и повышается точность определения величины предельной растяжимости.
1
1
2
2
Способ осуществляется следующей последовательностью операций: подготавливают предварительно ошкуренный (для повышения адгезии) образец в виде стальной обезжиренной балочки из мягкой углеродистой стали, на нижнюю поверхность которой наносят штукатурный слой постоянной толщины. Далее образец выдерживают в нормальных условиях (температура (20±2)°С, влажность (90±5)%) необходимое время. По истечении срока хранения в нормальных условиях балочку помещают в естественные условия (температура (20±2)°С, влажность (55±5)%) на 24 ч для удаления избытка влаги. Далее балочку устанавливают на опоры пресса с механической системой нагружения и подвергают испытанию по схеме двухточечного изгиба с плавным нагружением малыми ступенями. За величину ступени принимается малый прирост нагрузки относительно предельно допустимой, исходя из предела текучести стали образца. После приложения очередной ступени нагружения штукатурный слой просматривают (при необходимости с помощью лупы) на возможность образования трещин на данном этапе нагружения. Во время испытания фиксируют величину ступени, соответствующую моменту трещинообразования. Нагружение производится в пределах 0,8-0,9 от уровня нагрузки, соответствующей пределу текучести стальной балочки. Предельная растяжимость определяется исходя из условия совместности деформаций стали и штукатурного слоя при допущении отсутствия влияния слоя раствора на напряженно-деформированное состояние стальной балочки. Точность метода оценивается деформацией, соответствующей / ее приращения за одну ступень, предшествующей трещинообразованию. Предельно возможная ошибка по деформации Δε соответственно / ступени нагрузки. Варьируя ступени приращения нагрузки, можно получить необходимую точность измерений.
На чертеже изображена схема испытания по схеме двухточечного изгиба с плавным нагружением малыми ступенями.
Применительно к нагружению по схеме двухточечного изгиба стальной балочки сечением b×h, длиной (пролетом) l изгибающий момент в зоне чистого изгиба составит
где Р - прикладываемая нагрузка, равная двум сосредоточенным силам Р/2, кН; а - расстояние от опоры до точки приложения сосредоточенной силы Р/2, см; М - изгибающий момент, кН·см;
s
3
где b - ширина стальной балочки, см; h - высота балочки, см; W - момент сопротивления сечения балочки, см.
Нормальное напряжение в крайнем растянутом волокне балочки
s
у
при этом σ - предельно допустимое напряжение, принимаемое пониженным относительно предела текучести стали σ на 10-20%, МПа.
Из условия совместности деформации при допущении об отсутствии влияния слоя раствора на напряженно-деформированное состояние стальной балочки получим
s
s
s
ult
5
ш.р.
где E - модуль упругости стали, E=2·10 МПа; ε - предельная растяжимость стальной балочки; ε  - предельная растяжимость штукатурного раствора, равная
Предлагаемый способ может использоваться при оценке предельной растяжимости растворов и в исследованиях по оптимизации составов штукатурок с целью повышения их трещиностойкости.
Примеры реализации способа
Предлагаемый способ определения предельной растяжимости штукатурных составов обоснован результатами экспериментов.
Лабораторные исследования проводились для различных штукатурных составов: Baumit StartContact, Baumit Artoplast, Быстрой OK Теплоизоляция, цементно-песчаный раствор. По предлагаемому способу подготавливают предварительно ошкуренные обезжиренные стальные балочки (марка стали С230) размером 7×10×200 мм, на нижнюю поверхность которых наносят штукатурный слой постоянной толщины. Далее эти образцы выдерживают в нормальных условиях (температура (20±2)°С, влажность (90±5)%) необходимое количество суток. По истечении срока хранения в нормальных условиях балочки помещают в естественные условия (температура (20±2)°С, влажность (55±5)%) на сутки для удаления лишней влаги, после чего их устанавливают на опоры пресса с механической системой нагружения (пресс механический мощностью 5кН П-8) и подвергают испытанию по схеме двухточечного изгиба с плавным нагружением малыми ступенями. Испытания на растяжимость проводят в возрасте 14 и 28 суток.
В таблице показаны техника проведения эксперимента и результаты испытаний балочек с нанесенным штукатурным составом по схеме двухточечного изгиба на предельную растяжимость (см. Приложение).