Механические свойства. Механические свойства характеризуют поведение материалов при действии нагрузок различного вида (растягивающей

Механические свойства характеризуют поведение материалов при действии нагрузок различного вида (растягивающей, сжимающей, изгибающей и т.д.). В результате механических воздействий материал деформируется. Если внешние усилия невелики, деформация является упругой, т.е. после снятия нагрузки материал возвращается к прежним размерам. Если нагрузка достигнет значительной величины, кроме упругих деформаций появляются пластические, приводящие к необратимому изменению формы. Наконец, при достижении некоторой предельной величины происходит разрушение материала. В зависимости от того, как материалы ведут себя под нагрузкой, их подразделяют на пластичные (изменяют форму под нагрузкой без появления трещин и сохраняют изменившуюся форму после снятия нагрузки) и хрупкие. Пластичные – это, как правило, материалы однородные, состоящие из крупных, способных смещаться относительно друг друга молекул (органические вещества), или состоящие из кристаллов с легко деформируемой кристаллической решеткой (металлы). Хрупкие материалы (бетон, природный камень, кирпич) хорошо сопротивляются сжатию и в 5 –50 раз хуже – растяжению, изгибу, удару (соответственно стекло – гранит).

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности, под которым понимают напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение материала, к единице площади.

Предел прочности на сжатие или растяжение определяют по формуле (СТБ 4.206-94, ГОСТ 10180-90)

, (МПа), (кгс/см²), (10)

где F – разрушающая нагрузка, Н (кгс); А – площадь поперечного сечения образца до испытания, мм² (см²).

Определение предела прочности на сжатие строительных материалов проводят согласно ГОСТам путем испытания образцов кубов на механических или гидравлических прессах. Прочность зависит от структуры материала, вещественного состава, влажности, направления приложения нагрузки.

Связь между пределом прочности на сжатие и величиной средней плотности используют для оценки эффективности материала в конструкциях, вычисляя коэффициент конструктивного качества (ККК) по формуле

. (11)

Например, ККК для стали равен 0,5 – 1,0; древесины – 0,7; пластмасс – 0,5 – 2,5; кирпича – 0,06 – 0,15.

Предел прочности на изгиб определяют по формулам: при одной сосредоточенной нагрузке и балки прямоугольного сечения

, (МПа), (кгс/см²), (12)

при двух равных нагрузках, расположенных симметрично оси балки

, (МПа), (кгс/см²) (13)

где F – разрушающая нагрузка, Н (кгс); l – пролет между опорами, мм (см); a и b – ширина и высота поперечного сечения балки, мм (см); h – расстояние между грузами, мм (см).

В расчете строительных материалов на прочность допускаемые напряжения должны составлять лишь часть их предела прочности. Создаваемый запас обусловлен неоднородностью строения большинства строительных материалов, недостаточной надежностью полученных результатов при определении предела прочности, отсутствием учета многократного переменного действия нагрузки, старения материалов и т.д. Запас прочности и величину допускаемого напряжения определяют и устанавливают в соответствии с нормативными требованиями в зависимости от вида и назначение материала, долговечности строящегося сооружения.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в его поверхность другого более твердого тела правильной формы. Для определения твердости существуют несколько методов. Твердость каменных материалов, стекла оценивают с помощью минералов шкалы твердости Мооса, состоящей из 10 минералов, расположенных по степени возрастания их твердости (1 – тальк или мел, 10 – алмаз). Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями двух соседних минералов, из которых один чертит, а другой сам чертится этим минералом. Твердость металлов и пластмасс рассчитывают по диаметру отпечатка вдавливаемого стального шарика определенной массы и размера (метод Бринелля), по глубине погружения алмазного конуса под действием заданной нагрузки (метод Роквелла) или площади отпечатка алмазной пирамиды (метод Виккерса). Твердость материалов определяет возможность их использования в конструкциях, подвергающихся истиранию и износу (полы, дорожные покрытия).

Истираемость характеризуется величиной потери первоначальной массы материала (г), отнесенной к единице площади (см²) истирания. Истираемость определяют на специальных кругах или посредством воздействия на поверхность материала воздушной или водной струи, несущей в себе зерна абразивных материалов (песок определенной крупности). Сопротивление истиранию определяют для материалов, предназначенных для полов, дорожных покрытий, лестничных ступеней. Некоторые материалы испытывают также на износ.

Сопротивление удару или хрупкость имеет большое значение для материалов, применяемых для покрытия полов в цехах промышленных предприятий. Предел прочности материала при ударе характеризуется количеством работы, затраченной на разрушение образца, отнесенной к единице объема. Испытание материалов проводят на специальном приборе-копре.

Износ – разрушение материала при совместном действии истирающей и ударной нагрузок. Для определения износостойкости образцы материала испытывают в специальном вращающемся барабане с металлическими шарами. Прочность оценивают по потере массы образцов, выраженной в процентах. Износу подвергаются покрытия дорог, аэродромов и полов промышленных предприятий.