Исследуя бетон с помощью механических приборов без разрушения, чехословацкий исследователь К. Вайцман установил переводной коэффициент между твердостью бетона Тб и кубиковой прочностью на сжатие. Этот коэффициент пропорционален твердости бетона (кг/мм2) согласно следующего выражения
Необходимо отметить также, что на величину отпечатка при испытаниях могут оказывать влияние некоторые факторы, учет которых является затруднительным. Не представляется возможным учет сил трения, возникающих между вдавливаемым шариком и поверхностью бетона, образующиеся наплавы или скалывание раствора, что искажает действительные контуры отпечатка.
Недостаточно исследован вопрос, связанный с изменением времени выдержки под нагрузкой. Для приборов с различным диаметром шарика и различным усилием при испытании существует свое оптимальное время выдержки. На диаметр отпечатка при испытании будут оказывать влияние также упругие и неупругие деформации системы, участвующей в колебании при испытании (контакт изделия с опорной поверхностью, жесткость основания и т. д.).
Упругий отскок. В основу определения прочности бетона по величине упругого отскока шарика или бойка положен метод Шора, применяемый при испытании металлов.
Академик А. Н. Динник, рассматривая теорию удара твердых тел, разбивает время удара на два периода.
Первый период удара начинается от момента касания ударяющегося шара с плоскостью и кончается моментом наибольшего сжатия, при котором относительная скорость соударяющихся тел равна 0, а максимальное давление может быть выражено формулой
Если шар массой тх будет падать с высот к на поверхность тела с массой т2, то после соударения в зависимости от упругих свойств соударяющихся тел он отразится от поверхности тела на высоту А2-
Если высоту падения шарика к оставить постоянной, а тела, на которые он будет падать, изменять по своим физико-механическим свойствам, то измеренная высота отскока после соударения даст нам коэффициент восстановления к, который и будет характеризовать степень упругости данного тела.
При малых скоростях падения шарика коэффициент восстановления определяется по формуле.
Впервые определяя коэффициент восстановления для различных тел при косом ударе, Ньютон установил, что величина к главным образом зависит от вещества тел и может быть определена по формуле
Поскольку бетон представляет собой упруго-вязко-пластическое неоднородное тело, значительно отличающееся по своим физико-механическим свойствам от условно принятой в теоретических расчетах упругой среды, то и потеря кинетической энергии при ударе о бетонную поверхность будет всегда достаточно ощутимой. Это объясняется тем, что при ударе кинетическая энергия расходуется на работу пластической деформации в зоне контакта А\ работу упругого сжатия шарика и материала под ним А2; работу преодоления внутреннего вязкого и межкристаллического сухого трения при ударе и в самом приборе Л3; работу, затрачиваемую на возбуждение механических колебаний в образце и основании, Л4.
Потеря кинетической энергии может быть выражена следующей формулой.
На величину коэффициента восстановления влияют и некоторые другие факторы. Прежде всего необходимо отметить, что коэффициент восстановления зависит и от конструкции применяемого прибора. В различных по конструкции приборах он будет изменяться в зависимости от веса шарика, высоты падения и сообщаемого ему усилия при падении. Поскольку при непосредственном ударе шарика о бетон коэффициент восстановления составляет незначительную величину, во многих приборах используют усилители-стальные бойки, повышающие величину отскока. Однако при конструировании приборов для получения наиболее хороших результатов необходимо вес шарика и высоту его падения подбирать так, чтобы коэффициент восстановления находился в пределах 0.4-0,7.
Определяя величину для различных по своим физико-механическим свойствам тел, Годкинзон, Винцент и др. пришли к выводу, что величина к изменяется в зависимости от скорости соударяющихся тел. При больших скоростях падения, где заметно сказывается сопротивление воздуха, коэффициент восстановления академик А. Н. Динник рекомендует находить по формуле.
В настоящее время исследованиями еще не установлена математическая связь между величиной отскока и механической прочностью испытуемого материала, однако можно полагать, что такая связь существует и что величина отскока при испытании может выражаться почти линейной функцией от прочности материала на сжатие.
При испытании для получения удовлетворительных результатов необходимо исходить из того, что масса испытуемого материала должна быть большей по сравнению с массой падающего шарика и не должна участвовать в движении всей системы.
Поскольку изделия незначительного веса могут колебаться (подскакивать) при ударе и тем самым изменять величину показаний прибора, очень важно установить для каждого прибора минимальный вес изделия, обеспечивающий без всяких закреплении неподвижность изделия во время испытаний.
