Metody badania twardości materiałów budowlanych.

Twardość to odporność materiału na odkształcenie wywołane działaniem skupionego nacisku na powierzchnię ciała. Odkształcenia tego rodzaju powstają przy wciskaniu w powierzchnię materiału wgłębnika z innego materiału.

Metoda Brinella - do badania twardoÅ›ci metali i tworzyw sztucznych. Pomiar polega na wciskaniu wgÅ‚Ä™bnika kulkowego z hartowanej stali w badanÄ… próbkÄ™ metalu. MiarÄ… twardoÅ›ci jest stosunek siÅ‚y P do pola odcisku powstaÅ‚ego na powierzchni materiaÅ‚u S(N/mm²). Twardość Brinella oblicza siÄ™ ze wzoru:

$$H_{b} = \frac{2P}{\pi D(D - \sqrt{D^{2} - d^{2}})}$$

P - siła obciążająca (stała) działająca w określonym czasie, N
D - średnica wgłębnika kulkowego, mm
d - średnica odcisku, mm

Twardość Rockwella. Metodę tę operującą wgłębnikiem w kształcie stożka , stosuje się do badania twardości metali. Opracowanych jest kilkanaście skal do badania różnych zakresów twardośći na podstawie pomiaru głębokości penetracji stożka. Podawana bez jednostki jako wartość.
Twardość Vickersa Metoda ta wykorzystywana jest do pomiaru twardości szkła. Stosowany w niej jest wgłębnik diamentowy w kształcie ściętego ostrosłupa. Mierzy się pole odcisku i twardość wyraża się w Pa.

Twardość Shore’a Metoda ta stosowana jest głównie do materiałów elastycznych np. gumy w niektórych tworzyw sztucznych, a także do tworzyw gipsowych. Twardość oznaczana jest tu przy użyciu sklrometru mierzącego wyskość h odskoku wgłębnika o diamentowej głowicy od powierzchni badanego materiału przy opuszczaniu wgłębnika z początkowej wyskości h. Twardość wyrażana jest w umownychnichnostkach Shore’a A,B lub C i nie jest porównywalna z innymi jednostkami twardości.

Twardość Mohsa. Opracowana w 1832r. przez mineraloga Mohsa , stosowana jest głównie do minerałów a także szkła. Twardość jest tu określana jako opór jaki stawia materiał rysującemu go wzorcowi mineralnemu. Próba polega na zarysowaniu powirchni badanego materiału jednym z minerałów uszeregowanych według ich wzrastającej twardości. Twardość określa się stopnieminerału poprzedzającego ten który zarysował próbke: 1-talk, 2 –gips, 3-kalcyt, 4-fluoryt,5-apatyt, 6-ortoklaz, 7 –kwarc, 8 –topaz, 9- korund, 10-diament. Przybliżona twardość wg skali Mohsa: 1,2 rysuje paznokieć; 3,4 miedziana moneta; 5,6 ostrze stalowe; 7szkło; powyżej 7 metale szlachetne.

Twardość Janki. Metoda ta stosowana jest do drewna. Polega na wciskaniu w badaną próbke drewna stalowej kulki o powierzchni przekroju 1cm kwadratowy. Miarą twardość jest wielkość siły wyrażonej w Niutonach zagłębiającej się w kulkę w czasie 2minut na głębokość jej promienia.

Zestawienie wyników cech mechanicznych materiałów budowlanych:

Lp.	Oznaczenie	Rodzaj materiału/ Próbka do badań	Urządzenie aparatura	Dane do obliczeń	Obliczenia i wyniki z oznaczeń
1	Wytrzymałość na ściskanie Rc[MPa]	Beton cementowy/ próbka ok8cmx4cm	Prasa hydraulicz-na	P1 =  57, 2kN P2 =  42, 8kN Psr = 50, 0kN F1 = 16 cm^2	$$R_{c} = \frac{P_{sr}}{F_{1}} = \ \frac{50,0kN}{16\ \text{cm}^{2}} = 31,25MPa$$
2	Wytrzymałość na zginanie Rg.[MPa]	Beton cementowy/ próbka 16cmx4cm	Prasa hydraulicz-na	P =  4, 8kN l = 10cm h = 4cm b = 4cm	$$R_{c} = \frac{M}{W} = \ \frac{\frac{\text{Pl}}{4}}{\frac{hb^{3}}{6}} = \frac{\frac{4,8kN*10cm}{4}}{\frac{4cm*{4cm}^{3}}{6}} = 13,6MPa$$
3	Twardość Hb.[MPa]	Blaszka aluminiowa	Twardościo-mierz Brinella	P=1840N D=10mm d=2mm	$$H_{b} = \frac{2P}{\pi D(D - \sqrt{D^{2} - d^{2}})} = \frac{2*1840N}{\pi 10mm(10mm - \sqrt{{10mm}^{2} - {2mm}^{2}})} = 580kPa$$
4	Udarność U [J/m^2]	Kawałek drewna świerkowego	Młot Charpiego	A=6,867J a=2,3cm b=0,8cm	$$U = \frac{A}{\text{ab}}9.81 = \frac{6,867J}{2,3cm*0,8cm}9.81 = 37,32\frac{\text{kJ}}{m^{2}}$$
Wnioski: Na szczególną uwagę zasługuję badanie wytrzymałości na ściskanie. Próbka w której wyniki różnią się prawie o ¼ pozwala sądzić że materiał wykorzystany do badania został wyjątkowo nieudanie wykonany. Możliwe jest że przygotowany beton do wykonania próbki został źle wymieszany i cement nie rozłożył się równomiernie. Wytrzymałość na zginanie uzyskaliśmy zgodnie z przewidywanym wynikiem- jest znacznie mniejsza niż wytrzymałość na ściskanie, prawie trzykrotnie. Twardość blaszki aluminiowej (580kPa) jaką uzyskaliśmy z badania twardościomierzem Brinella stosunkowo wysoka względem np. drewna(35-150kPa).