Metody badań kamienia naturalnego: Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie

1. Zasady metody

Po mechanicznym przygotowaniu powierzchni próbek lub, jeżeli to jest niezbędne po ich wyprawieniu, próbki ustawia się centralnie na płycie badawczej. Obciążenie próbki jest rozłożone równomiernie i rośnie w sposób ciągły aż do zniszczenia.

2. Aparatura

− Szlifierka do powierzchni − Docierarka, jeżeli wykończenie próbki jest niezbędne − Prasa do badania o odpowiednim nacisku, zgodna i wykalibrowana zgodnie z normą

EN 12390, − Miernik czasu z dokładnością do 1 s − Suszarka z wentylacją, utrzymującą temperaturę 70 ± 5 °C − Waga z dokładnością do 0,1 g − Przyrząd do pomiarów liniowych z dokładnością do 0,05 mm − Pokój klimatyzowany z temperaturą 20±5 °C

3. Próbki do badań

− Próbki powinny mieć kształt sześcianu o krawędziach 70 ± 5 mm lub 50 ± 5 mm lub walca, którego średnica i wysokość są równe 70 ± 5 mm lub 50 ± 5 mm .

− Wymiar boczny lub średnica próbki powinna być powiązana z wielkością największego ziarna w skale przy współczynniku, co najmniej 10:1.Jeżeli zaobserwowana maksymalna średnica ziaren przekracza 7 mm, w celu uzyskania reprezentatywnych wyników zaleca się wykonanie badań na większej liczbie próbek.

− Oś próbki powinna być normalna do płaszczyzn anizotropii np. uwarstwienie, rozwarstwienie itp. ( rysunek 1a i 2a). Jeżeli wymagane jest badanie z obciążeniem ukierunkowanym równolegle do płaszczyzn anizotropii, należy przygotować inny zestaw próbek, o takiej samej charakterystyce wymiarów ( rysunek 1b i 2 b)

− Do badania należy pobrać, co najmniej sześć próbek, a kierunek każdej istniejącej płaszczyzny anizotropii należy zarejestrować.

− Powierzchnie czołowe, które mają być obciążone powinny być płaskie z tolerancją 0,1 mm, a ich prostopadłość do osi próbki nie powinna odbiegać o więcej niż 0,01 radiana lub 1 mm na 100 mm . Płaszczyzny boczne próbki powinny być gładkie, pozbawione nieregularności i płaskie z tolerancją 0,3 mm na całej długości próbki. W celu spełnienia powyższym wymagań próbki powinny być wykańczane na tokarce lub szlifierce, a jeżeli to niezbędne, ostatecznie przygotowane na docierarce.

− Tak przygotowane próbki powinny być wysuszone w temperaturze 70 ± 5 °C do stałej masy. Uważa się, że stała masa jest osiągnięta wówczas, gdy różnica pomiędzy dwoma ważeniami wykonanymi w ciągu 24 ± 2 h nie jest większa niż 0,1 % masy

próbki. Po wysuszeniu i przed badaniem próbki powinny być przechowywane w temperaturze 20±5 °C, do osiągnięcia równowagi termicznej, po czym badanie należy wykonać w ciągu 24 h.

4. Metoda badania:

− Pomiary próbki do badania Wymiary przekroju poprzecznego próbki do badania (wymiar boczny sześcianu, średnica walca) powinny być zmierzone z dokładnością do 0,1 mm i stanowić średnią z dwóch pomiarów wykonanych pod kątem prostym względem siebie, w górnej i dolnej części wysokości h próbki. Średni wymiar boczny / lub średnia średnica d powinny być użyte do obliczenia pola powierzchni przekroju poprzecznego. Wysokość próbki powinna być określona z dokładnością do 1,0 mm .

− Umieszczanie próbki w maszynie wytrzymałościowej Oczyścić powierzchnie dociskowe maszyny wytrzymałościowej i usunąć wszelkie zanieczyszczenia z obciążanych powierzchni próbki do badania. Ustawić próbkę dokładnie na środku dolnej płyty prasy. Nie stosować podkładek wyrównawczych.

− Obciążanie Obciążenie powinno wzrastać w sposób ciągły, ze stałą prędkością wzrostu naprężeń ściskających (1 ± 0,5) MPa/s. Maksymalne obciążenie próbki powinno być zanotowane z dokładnością do 1 kN .

5. Przedstawianie wyników badania

Jednoosiowa wytrzymałość na ściskanie R każdej próbki jest wyrażana przez stosunek siły niszczącej próbkę do powierzchni jej przekroju, na podstawie równania:

R= A

F

Wynik powinien być wyrażony w megapaskalach, z co najmniej dwoma cyframi znaczącymi. Wartość średnia R powinna być obliczona z dokładnością do 1 MPa.

6. Sprawozdanie z badań

− Numer identyfikacyjny badania − Numer, tytuł i data wydania niniejszej normy europejskiej − Nazwa i adres laboratorium badawczego i adres miejsca wykonania badania, o ile jest

inne niż adres laboratorium − Liczbę próbek w próbie − Nazwa petrograficzna kamienia − Kierunek istniejącej płaszczyzny anizotropii (jeśli to istotne dla badania) powinien być

wyraźnie oznaczony na próbce − Wymiary I (lub d )i h w milimetrach oraz siłę niszczącą F każdej próbki do badania,

w niutonach − Orientację osi obciążenia względem istniejących płaszczyzn anizotropii − Wytrzymałość na ściskanie R każdej próbki do badania, w MPa , z co najmniej

dwoma cyframi znaczącymi − Średnią wartość wytrzymałości na ściskanie R w MPa , z dokładnością do 1 MPa − Odchylenie standardowe s, w MPa ±1 i współczynnik zmienności v

7. Statystyczne obliczanie wyników badania Symbole: h wysokość próbki, w milimetrach I średnia wartość wymiaru bocznego, tj. odległość pomiędzy przeciwległymi pionowymi

powierzchniami czołowymi próbki do badania(w przypadku sześcianów), w milimetrach

d średnia wartość średnicy próbki do badania(w przypadku próbek cylindrycznych(, w milimetrach

A pole przekroju poprzecznego próbki przed badaniem, w milimetrach kwadratowych F siła niszcząca, w niutonach R jednostkowa wytrzymałość na ściskanie próbki do badania, w megapaskalach R średnia wartość jednostkowej wytrzymałości na ściskanie, w megapaskalach s odchylenie standardowe v współczynnik zmienności Definicje: wartość zmierzona x1,x2,...xn liczba zmierzonych wartości n

wartość średnia ∑=i ix

nx

1

odchylenie standardowe ( )

1

2

−

−±=∑

n

xxs i

współczynnik zmienności x

sV = (dla wartości indywidualnych)

średnia logarytmiczna ∑=n

x1

ln lnxi

logarytmiczne odchylenie standardowe ( )

1

ln 2ln

ln−

−±=∑

n

xs xi

wartość maksymalna Max wartość minimalna Min

oczekiwana wartość niższa lnln skx seE ⋅−= gdzie ks (współczynnik do

estymacji kwantyli)jest podany w tablicy : Współczynnik do estymacji kwantyli (ks) w zależności od liczby mierzonych wartości (n) odpowiadającej 5 % kwantylowi przy poziomie ufności 75 % n 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 30 40 50 ∞

ks 3,15 2,68 2,46 2,34 2,25 2,19 2,14 2,1 1,99 1,93 1,87 1,83 1,81 1,64

Przy obliczaniu wartości średniej (x ), odchylenia standardowego (s) i współczynnika zmienności (v) przyjęto rozkład normalny. Przy obliczaniu oczekiwanej niższej wartości (E) przyjęto rozkład logarytmiczny. Oczekiwana niższa wartość (E) odpowiada 5% kwantylowi normalnego rozkładu logarytmicznego przy poziomie ufności 75%.

Rysunek 1: Próbki sześcienne

a) obciążenie prostopadłe do płaszczyzn anizotropii

b) obciążenie równoległe do płaszczyzn anizotropii

Rysunek 2: Próbki walcowe

a) obciążenie prostopadłe do

płaszczyzn anizotropii

b) obciążenie równoległe do płaszczyzn anizotropii