Испытания на сжатие: определение предела прочности материалов и изделий

Испытание на сжатие отвечает на один вопрос: какую нагрузку материал держит до разрушения. Образец сжимают между плитами пресса с постоянной скоростью, фиксируют разрушающую нагрузку и делят её на площадь сечения. Получается предел прочности при сжатии — величина, которая идёт в паспорт качества, в декларацию и в расчёт конструкции.

Сертификат РБ проводит испытания на сжатие в собственной аккредитованной лаборатории: бетон и раствор, кирпич и камни, цемент, тротуарная плитка, металлы, пластмассы, резина, композиты. Образцы изготавливаем сами из вашей заготовки, протокол выдаём с фактическими значениями по каждому образцу серии.

Бетон, раствор, кирпич, цемент: строительные материалы на сжатие

Основной объём заказов на сжатие — стройка. Здесь у каждого материала свой стандарт, свой размер образца и своя схема нагружения, и подменять один другим нельзя: результат просто не примут.

Как считают прочность бетона и почему одного куба мало

Бетон испытывают сериями. Серия — это два-три образца одного возраста из одного замеса, и прочность считают по их результатам с отбраковкой резко выпавших значений. Единственный куб серии не образует, и лаборатория по нему заключение не даёт.

Второй момент — размер. Базовым в ГОСТ 10180-2012 считается куб с ребром 150 мм; результаты образцов другого размера умножают на масштабный коэффициент, иначе куб 100 мм покажет завышенную прочность. Поэтому в заявке важно указать не только материал, но и фактический размер образцов: пересчёт делается по факту, а не по тому, что написано в проекте.

Третье — возраст. Проектную прочность бетона нормируют в возрасте 28 суток, промежуточную снимают на 3 и 7 сутки для контроля темпа набора. Куб, привезённый на седьмые сутки, покажет ровно то, что должен показать на седьмые, — это не брак бетона.

Металлы и сталь на сжатие

Металл на сжатие испытывают заметно реже, чем на растяжение: пластичная сталь при сжатии не разрушается, а расплющивается, и предел прочности из такого опыта не получить. Метод по ГОСТ 25.503-97 применяют к хрупким и малопластичным материалам — чугуну, литью, спечённым и порошковым сплавам, — а также когда деталь в конструкции работает именно на сжатие.

Если задача — подтвердить марку проката, нужны другие испытания: растяжение, ударная вязкость, загиб. Об этом на странице о механических испытаниях стали и металлов.

Пластмассы, резина, композиты, древесина

• Пластмассы — прочность и модуль упругости при сжатии, деформация при разрушении по ГОСТ 4651-2014, гармонизированному с ISO 604. Образцы в виде призм или цилиндров заданной геометрии.
• Резина и эластомеры — работают иначе: они не разрушаются, а деформируются, поэтому оценивают жёсткость и остаточную деформацию после длительного сжатия.
• Композиты и пенопласты — прочность при 10-процентной деформации, поскольку чёткого момента разрушения у вспененного материала нет.
• Древесина — предел прочности вдоль и поперёк волокон, значения отличаются в разы; влажность образца обязательно фиксируют, она сильно влияет на результат.

Сжатие вместе с растяжением и изгибом

Заявка «растяжение, сжатие, изгиб» приходит часто и почти всегда означает набор из трёх отдельных испытаний на разных образцах — универсального образца «на всё» не существует. Планировать их удобно вместе: заготовку привозите один раз, образцы под каждый метод изготавливаем сами.

• Испытания на растяжение — предел прочности и текучести, относительное удлинение.
• Испытания на изгиб и загиб — прочность при изгибе, способность гнуться без трещин.
• Испытания на механическую прочность — когда нагружают готовое изделие, а не образец материала.

Отдельная задача — пружины сжатия: у них проверяют не предел прочности материала, а силовые характеристики и осадку под нагрузкой по документации изготовителя. Это испытание изделия, программу согласовываем под конкретную пружину.

Сжатие грунта — другая методика

Запросы «испытание грунта на сжатие», «трёхосное сжатие», «одноосное сжатие грунта» относятся к другой группе методов: там образец испытывают в кольце или в камере с боковым давлением, а результатом становятся модуль деформации, угол внутреннего трения и сцепление. Методы, стандарты серии ГОСТ 12248 и требования к монолитам — на странице лабораторных испытаний грунтов.

Образцы: размер, количество, изготовление

Геометрия образца в испытании на сжатие важнее, чем кажется. Непараллельные опорные грани дают перекос и заниженный результат, а слишком высокий образец теряет устойчивость и разрушается не от сжатия, а от продольного изгиба. Поэтому размеры заданы стандартом жёстко.

• Бетонные кубы — не менее трёх на серию, грани шлифуют или выравнивают; форма для изготовления должна быть поверенной.
• Керны из конструкции — выбуривают с соблюдением диаметра и отношения высоты к диаметру, торцы обязательно выравнивают.
• Кирпич — пять изделий на испытание, из каждого готовят образец из двух половняков.
• Металл и пластмассы — привозите заготовку, образцы точим сами по стандарту; готовые образцы принимаем, если геометрия подтверждена.

Подробнее о требованиях к заготовкам и о том, что мы изготавливаем сами, — на странице об образцах для испытаний.

Протокол испытаний на сжатие

В протоколе указывают наименование материала и образца, его размеры и возраст, дату изготовления и испытания, применённый стандарт, скорость нагружения, разрушающую нагрузку и предел прочности по каждому образцу, а также среднее значение по серии и вывод о соответствии заявленной марке или классу.

Протокол выдаётся на бланке аккредитованной лаборатории и принимается органами по сертификации, строительным контролем и заказчиком. Как выглядит документ и на что смотрят при проверке — на странице о протоколе механических испытаний.

Из нашей практики

Тротуарная плитка и бордюр выпускаются на одной линии из одной смеси, а документы у них разные: плитка идёт по ГОСТ 17608-2017 и постановлению 2425, бордюр — по ТР ТС 014/2011, и наборы показателей не совпадают — разбор этого случая есть в блоге. Для лаборатории отсюда следует практический вывод: прежде чем принимать образцы, мы уточняем, под какой документ идут испытания, иначе прочность на сжатие окажется измерена по не той методике.

Второй регулярный сюжет — бетонные кубы, привезённые «на всякий случай» без сопроводительных данных. Без даты изготовления и размера ребра результат превращается в цифру без смысла: непонятно, приводить ли её масштабным коэффициентом и с какой проектной прочностью сравнивать. Пара строк на бирке экономит повторную поездку.

FAQ

Сколько образцов нужно для испытания на сжатие?

Для бетона — серия не менее чем из трёх кубов одного возраста и замеса. Для кирпича — пять изделий. Для металлов и пластмасс количество задаёт стандарт на метод, обычно от трёх до пяти образцов. Один образец допустим только как ориентировочная проверка, в протокол о соответствии он не годится.

Куб 100 мм или 150 мм — есть разница?

Есть. Базовым в ГОСТ 10180-2012 считается куб с ребром 150 мм, результаты образцов другого размера приводят к нему масштабным коэффициентом. Куб 100 мм без пересчёта даёт завышенную прочность, поэтому фактический размер обязательно указывается в заявке и в протоколе.

Кубы не сохранились, конструкция уже залита. Что делать?

Прочность определяют по образцам, отобранным из конструкции: выбуривают керны и испытывают их по ГОСТ 28570-2019. Отбор кернов выполняет организация, имеющая допуск на такие работы; мы принимаем уже отобранные образцы и проводим испытание.

Испытываете ли вы металл на сжатие?

Да, по ГОСТ 25.503-97. Но учтите: пластичная сталь при сжатии не разрушается, а расплющивается, и предел прочности из опыта не выводится. Метод имеет смысл для чугуна, литья и малопластичных сплавов. Для подтверждения марки проката нужны растяжение и ударная вязкость.

Чем испытание на сжатие отличается от испытания на прочность?

Объектом. На сжатие испытывают образец материала стандартной геометрии и получают значение в мегапаскалях. Испытание на механическую прочность проводят на готовом изделии в сборе и оценивают, выдержало ли оно заданную нагрузку. Для декларации на стеллаж нужно второе, для подтверждения класса бетона — первое.

Сколько стоит испытание на сжатие?

Цена зависит от материала, количества образцов и того, изготавливаем ли образцы мы или вы привозите готовые. Серия бетонных кубов и партия точёных металлических образцов различаются по трудоёмкости в разы. Смету считаем бесплатно по вашему перечню и фиксируем в договоре.

Нужно ли привозить образцы самому?

Образцы должны попасть в лабораторию любым способом — привозом или транспортной компанией. Для бетонных кубов важно сопроводить их биркой с датой изготовления, размером ребра и маркой смеси. Отбор проб на объекте мы не выполняем.