Сырьевые материалы, поступающие на переработку 3 страница

Глава 3

Структура строительных материалов

В результате отвердевания вяжущего вещества с цементирова­нием заполняющей части искусственные строительные конгломера­ты приобретают определенную структуру, которая вместе с соста­вом предопределяет их качество.

Под структурой, или внутренним строением строительных мате­риалов, как и других физических тел, понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности (измельченно-сти) с совокупностью устойчивых взаимных связей и порядком сцепления их между собой. Кроме того, в понятие структуры вхо­дит расположение пор, капилляров, поверхностей раздела фаз, ми­кротрещин и других структурных элементов. Под микроструктурой подразумеваются расположение, взаимоотношение и взаимосвязь различных по размеру атомов, ионов и молекул, из совокупности которых слагаются различные вещества в твердом, жидком и га-

\

|? фобразном состояниях. Атомно-молекулярное строение определяет макроскопические особенности материала. На макроскопическом уровне Останавливаются в той или иной мере устойчивое располо­жение, взаимосвязь и порядок сцепления макромолекул, мицелл, кристаллов, кристаллических обломков и сростков, аморфных срав­нительно урупных частиц, составляющих материалы, а также со­отношения компонентов, фаз и поверхностей раздела более слож­ных материальных систем типа конгломератов (композиционных ^ЦГатериало!

*щ* Основной формой правильного расположения микрочастиц в /Пространстве является кристаллическая решетка. Каждому типу |⁴«вязи соответствует свой характерный тип кристаллической решет-* КИ, а именно; ионная решетка; молекулярная, или поляризацион-.. '.Пая, решетка, формирующаяся с помощью сил Ван-дер-Ваальса; ^атомная с резко выраженной в решетке ковалентной связью; ме­таллическая; решетка с водородными связями. Особенностью твер-*-дах тел является взаимозависимость, или корреляция, положений & #Ьседних атомов с ближним и дальним порядками. В кристалличе­ских решетках дальний порядок распространяется на большие об-асти, а ближний порядок — на окружение данного атома. Все те-а с кристаллической решеткой имеют правильную форму кристал­ьное, хотя реальные кристаллы обычно имеют отклонения от иде­альной геометрической структуры.

8 Твердые вещества, не обладающие кристаллической структурой, Относятся к аморфным. К самым распространенным представите­лям аморфных тел относятся стекла. Беспорядочное расположение $-*томов и молекул в аморфных телах усложняет изучение их струк-|*туры. О ней нередко судят по некоторым косвенным показателям. | Так, например, аморфные вещества при нагревании способны пла­виться постепенно, не имея определенной температуры плавления; J$ohh обладают изотропностью, т. е. одинаковыми свойствами во всех ^Направлениях. Упорядоченность расположения частиц может на­блюдаться (например, у стекол) только в небольших элементах | Объем а (ближний порядок). В этих зонах структура именуется как |*1фисталлитная: между кристаллами, занимающими микрообъемы, ^йаходятся прослойки полностью аморфного вещества.

У твердых тел имеются значимые признаки их кристаллично-| сти: определенная температура плавления — перехода их в жидкое ^состояние; определенная геометрическая форма кристаллов, кото­рая остается характерной для данного вещества; анизотропия, т. е. неодинаковость свойств в различных направлениях. Тепловой эф­фект кристаллизации — основной критерий этого фазового превра­щения.

Кристаллическое и аморфное строение нередко может быть при­суще одному и тому же веществу, например кристаллический кварц (кристобалит) и кварцевое стекло имеют общий химический со­став Si0₂. Одно и то же кристаллическое вещество может нахо­диться в различных формах (модификациях) существования кри-

сталлов, что известно под названием полиморфизма. Полиморфизм вызывает изменение свойств при сохранении постоянным у состава вещества, что лишний раз указывает на важнейшую роль Структур в становлении качества материалов. Так, например, алмйз и гра­фит, являясь кристаллическими модификациями углерода/, облада­ют резко различной твердостью: алмаз применяется прА бурении прочных горных пород, графит — мягок и используется как смазка или для стержня карандаша. Другой пример — кристаллические модификации железа, получающиеся при его нагревании и охлаж­дении: при высокотемпературной форме кристаллов железо способ­но сравнительно много растворять углерода, тогда как при низко­температурной углерод практически нерастворим, а при/охлаждении железа из растворенного состояния углерод переходит в меха­ническую примесь. Аналогичным путем изменяются и другие свой­ства при модификациях кристаллических тел.

Структура, как отмечалось выше, не остается неизменной, «за­стывшей». В пространстве и во времени она непрерывно претерпе­вает изменения. Этому, в частности, способствует постоянное дви­жение элементарных частиц, атомов, молекул, взаимодействие ма­териала с окружающей средой, переход вещества из одного состояния в другое под влиянием перераспределения связей между ато­мами в молекулах, изменения в структуре молекул и других хими­ческих форм движения элементарных частиц. Относительная ста­бильность структуры и внешней формы макроскопических тел об­условлены определенными связями и отношениями структурных элементов, а формы изменений и переходов их состояний проявля­ются в неизбежных тепловых, тепломассообменных явлениях, про­цессах кристаллизации и т. п.

Микроструктура и кинетика ее изменения изучаются с помощью оптических методов, электронной микроскопии, дифференциально-термического анализа, рентгенографии и др. Сравнительно простым измерением, производимым на плоскости наблюдения, устанавли­вается.расчетным путем содержание.некоторого ключевого элемен­та структуры в объеме материала *.

В зависимости от характера связей контактируемых частиц од­нородные микроструктуры различают коагуляционные, конденса­ционные и кристаллизационные.

Коагуляционными называют структуры, в образовании которых участвуют сравнительно слабые силы молекулярного взаимодействия между частицами — ван-дер-ваальсовы силы сцепления, дейст­вующие через прослойки жидкой среды. Конденсационными назы­ваются структуры, возникающие при непосредственном взаимодей­ствии частиц, или под влиянием химических соединений в соответ­ствии с валентностью контактирующих атомов, или под влиянием 'ионных и ковалентных связей. Кристаллизационными (или кри-

* Обоснованным выбором элементов структуры и их количественной оцен­кой занимается специальная наука — стереология.

кталлинескими) называют структуры, образовавшиеся путем вы-; кристадлизовывания твердой фазы из расплава или раствора и по­следующего прямого срастания отдельных кристаллов в прочный их агрегат, в том числе под влиянием химических связей. Академик П. А. РеЪиндер, впервые разделивший микроструктуры на эти три разновидности, отмечал возможным и даже более типичным обра­зование смешанных структур как совокупности двух или трех одно­родных, например кристаллизационно-коагуляционной и др. При определенных условиях может быть самопроизвольный (спонтан­ный) переход с различной скоростью коагуляционной структуры в конденсациАнно-кристаллизационную и др. С реальным характе­ром микроструктур связаны в известной мере представления об их качественных характеристиках. Так, например, при коагуляцион-ных структурах почти всегда наблюдаются пониженная прочность вещества, способность к тиксотропному восстановлению структуры, разрушенной (год влиянием механического воздействия, например вибрированияД Конденсационные и особенно кристаллизационные структуры придают веществу повышенную прочность, хрупкость, лишают его тиксотропности.

Микроструктура в ИСК наиболее характерна для вяжущего ве­щества, поскольку для него были использованы компоненты с вы­сокой степенью дисперсности частиц и получаемых новообразова­ний.

Определенный объем, иногда значительный, в микроструктуре занимают замкнутые и сообщающиеся поры или те и другие вме­сте. Эти поры могут иметь различное происхождение, что зависит от вида цементирующего вещества. По своему размеру они бывают мелкими, например до 1—2-Ю^-7 см, как правило, замкнутые, при­чем возникающие в результате усадочных явлений. Но они могут быть и более крупными после, например, испарения капиллярной влаги (капиллярные поры) с размером в поперечнике до 50 000Х ХЮ^-7 см, открытые или сообщающиеся между собой.

Кроме упомянутых сравнительно мелких пор возможны еще бо­лее крупные — макропоры, условно принимаемые сферической фор­мы размером от 50... 100 мкм до 2... 5 мм. Крупные поры обра­зуются в различных количествах в зависимости от того, непроиз­вольно или преднамеренно они возникли в вяжущем веществе. При непроизвольном вовлечении воздуха в период изготовления смеси их количество обычно невелико, составляя 2... 5%. Если возника­ют они под влиянием специально вводимых воздухововлекающих или порообразующих добавок, то в поризованном вяжущем веще­стве может сосредоточиваться до 50% и более по объему сфериче­ских (ячейковых) пор, чаще всего замкнутых.

В микроструктурах могут встречаться кроме пор другие виды неплотностей, играющие важную роль в придании определенного качества вяжущему веществу в ИСК. Их относят обычно к дефек­там микроструктуры, которые отрицательно влияют на качество материала. Среди них дефекты кристаллической решетки в виде

так называемых вакансий, вызванных «испарением» атома/из узла
решетки; в виде дислоцированных атомов, т. е. перемещенных в
междоузлии кристаллической решетки; в виде примесей в/кристал­
лической решетке со значительным искажением качества/вещества
по сравнению с чистыми и сверхчистыми веществами. Скобо опас­
ными являются дефекты в виде микротрещин, способных под на­
грузками расти с переходом в макротрещину или магистральную
трещину, охватывающую макрообъемы кристаллические агрегатов
и тел. /

Кроме вяжущего вещества микродисперсной структурой обла­
дают также приповерхностные слои или контактные юны в мате­
риале, отделяющие вяжущее вещество от поверхности/другого ком­
понента, например зерен заполнителя, фазы друг от друга. Состав
и структура тонких контактных слоев (моно- и полимолекулярных)
отличаются от основного вяжущего вещества. Отличается от дру­
гих объемов материала и качество этих слоев, так как оно зависит
от пограничных дефектов структуры, прочности сцепления контак-
тируемых веществ и пр., хотя различие в качестве/приповерхност­
ного слоя и остального объема вяжущего являетсяуне скачкообраз­
ным, а довольно плавным. J

«Укладка» микрочастиц происходит компактно, т. е. как бы с учетом принципа наиболее плотной упаковки. Этот принцип харак­теризуется тем, что в кристаллических телах внутреннее строение при укладке атомов, ионов или молекул в кристалле возникает наи­меньшее остаточное свободное пространство. Однако такой принцип применим не ко всем видам кристаллов, так как при плотной упа­ковке может возникнуть меньшая устойчивость равновесия, что, на­пример, не в малой степени зависит от направления валентностей контактируемых частиц.

Макроструктура различима невооруженным глазом. Для наи­более распространенных строительных материалов с конгломерат­ным типом структуры (ИСК) она образована совмещением микро­структуры вяжущего вещества и полизернистых или иных видов (волокнистых, пластинчатых, угловатых и т. п.) грубодисперсных частиц заполнителя, а также в ней содержится капиллярно-поровая часть. В большой группе особо легких бетонов (ячеистых бетонов) макродисперсные поры в виде замкнутых ячеек являются как бы своеобразной разновидностью «заполнителя».

Подобно плотной, компактной упаковке частичек в микрострук­туре вяжущих веществ, грубозернистые заполнители подбирают с наименьшим объемом межзерновых пустот, что позволяет эконо­мить на расходе вяжущего вещества в конгломератах. С этой целью зернистые заполнители предварительно разделяют на фракции по размерам, с тем чтобы затем пробным подбором или расчетом най­ти содержание каждой фракции при плотной их смеси.

Если крупные частицы, например, щебня или гравия в такой мере сближены, что контактируют непосредственно друг с другом или через тонкие прослойки вяжущего, то сформировавшаяся

тл ■

Ш< #РУ^ктУР^а называется контактной. Если имеется разделение частиц

щ прослойками вяжущего вещества значительной усредненной толщи-жфы, то макроструктуру принято именовать порфировой. 'Щ& В первом приближении оценить вид структуры можно по коэф-■ ш^{, И1}*^иентУ упаковки. Под коэффициентом упаковки понимают отно-Жшение проекции расстояния (рис. 3.1) между соседними крупными Щ зернами (частицами) на плоскость к их диаметрам: Ky={l — d)fd, Щ: где К_у — коэффициент упаковки; /—проекция расстояния между додентрами соседних зерен (частиц); й — диаметр частиц (зерен), 4$& ля которых вычисляется этот коэффициент, а если частицы (зер-, С«а) разного диаметра (раз­мера), то d=ri+r₂, где г_х И г₂—радиусы соседних ча-> ртиц.

h-. Положительные значения.коэффициента упаковки ха­рактеризуют порфировую Структуру, а отрицатель- _{Рис 3}.i. Схема расположения частиц в ■ Вые—контактную. При л— структурах при определении коэффициен-_rJF=0 наблюдается соприкос- та упаковки зйовекие частиц друг с дру­гом без зацепления, т. е. без захода одной частицы за другую. При „максимальной плотной упаковке частиц шарообразной формы и: «дного диаметра с количеством их 74% по объему коэффициент {упаковки равен —0, 1. Увеличение количества частиц в конгломера­те (например, щебня) приводит к дальнейшему увеличению отри-.Йательной величины коэффициента упаковки, т. е. к большему за­цеплению или заходу щебенок друг за друга, что характеризует Неконтактную структуру. Но на величину К влияет не только ко-ЯЯ(чество, но и размер крупнообломочных частиц. Чем крупнее Йерна, тем меньшее количество щебня требуется для того, чтобы Коэффициент упаковки оказался отрицательной величиной. ■ *'.* Вместо коэффициента упаковки часто пользуются числовой ве­личиной отношения объема заполняющей части к объему конгло­мерата. При отношениях, близких к единице, структура является контактной.

.' Структурные характеристики получаемого материала, напри­мер толщины пленок среды, содержание пор и их размер и др., изменяются при разных технологиях. Так, макроструктура прессо­ванных изделий отличается от получаемых при литьевой технологии на одинаковых по качеству компонентов; микроструктура вяжущей части изделий после твердения в обычных условиях на воздухе от­личается от образующейся при твердении в условиях повышенных давлений и температур и т. п.

Существенным является разделение структур на оптимальные и: ^; 'Веоптимальные.

(V Оптимальной называют структуру, если частицы в ней распре-■ '; -■: Делены равномерно по объему (фазы, компоненты, поры и др.); от-

?.Ш.

сутствуют или содержится мало дефектов структуры как концент­раторов напряжений или аккумуляторов агрессивной среды; имеет­ся непрерывная прослойка вяжущего вещества в виде пространст­венной сетки, или матрицы при минимальном отношений с/ф, име­нуемым условно фазовым. Последнее выражает усредненную тол­щину прослойки или пленки среды (с), распределенной по поверх­ности (S) частиц твердой фазы (ф), имеющей определенную удель­ную поверхность С5_УД). В тех случаях когда в материале нет вя­жущей прослойки, то условием оптимальности структуры служит наибольшая поверхность контактирования и взаимосвязи частиц твердой фазы. Весьма желательным, хотя и не строго обязатель­ным, является признак оптимальности по наибольшей плотности упаковки твердых частиц как в микроструктуре, так и в макро­структуре. Последнее условие предопределяет, как правило, наи­большую экономичность материала оптимальной структуры. Не всегда изделие обладает одинаковой оптимальной структурой ма­териала во всех частях, например поверхностный слой может от­личаться от внутренней части по своей структуре (и по качеству).

Неоптимальными называют структуры, которые не удовлетворя­ют хотя бы одному из вышеуказанных обязательных условий опти­мальности. Оптимальным структурам соответствуют улучшенные показатели качества материалов по сравнению с неоптимальными. Это улучшенное качество обусловлено повышенной плотностью, минимальным количеством жидкой среды, повышенной концентра­цией твердой, например, кристаллической фазы, минимумом объема пор в контактных зонах и рядом других причин, особенно энерге­тического характера, поскольку при оптимальных структурах сво­бодная энергия Гиббса и энергия Гельмгольца становятся мини­мальными.

Ценным достоинством оптимальных структур является подобие их между собой, что доказывается теоремой в теории ИСК- Это, в частности, означает, что закономерность, вскрытая в отношении од­ного материала, может быть распространена на другие, если их структуры — оптимальные.

Оптимальная структура может сформироваться и тогда, когда в ИСК отсутствует вяжущая часть в виде матричного или каркас­ного структурного элемента, а имеется поверхность (или несколько поверхностей) раздела контактируемых фаз, объединяемых между собой химическими связями, чаще всего ковалентными. При такого рода структурах стремятся обеспечить максимальную поверхность контакта фаз или ее уменьшение, если химические связи не обеспе­чивают эффективного упрочнения контакта, например, при молеку­лярных (ван-дер-ваальсовых) связях.

Имеется общий метод проектирования оптимальных составов и структур ИСК, применимый для различных безобжиговых и обжи­говых материалов. Для некоторых материалов имеются также спе­цифические методы подбора состава. Разными методами стремятся к получению из данных компонентов оптимальной структуры мате-

Ц" риала, удовлетворяющего заданным показателям качества у (свойств).

При одинаковой технологии изготовления смеси и изделия, дру­гих одинаковых условиях можно получить неограниченное количе-, ство неоптимальных структур, гораздо меньше — оптимальных и одну-две рациональные структуры. К последним относят оптималь­ные структуры, при которых конгломерат в полной мере соответст­вует заданным показателям качества в реальных условиях произ­водства. Важно остановиться на составе, при котором структура оказывается не только оптимальной, но и рациональной.

^J_f* ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что называется структурой и как она разделяется по масштабному уров­ню? 2. Как разделяются микроструктуры (по П. А. Ребиндеру)? 3. Какие быва­ют макроструктуры и как их оценить с помощью коэффициента упаковки? 4. Ка­кая структура называется оптимальной, основные признаки оптимальности? 5. В какой мере влияет технология на оптимальность структуры? 6. Почему оптимальные структуры предпочтительнее неоптнмальных?

Глава 4

Основные свойства строительных материалов

4.1. Общие понятия о свойствах

При выборе материала и обосновании целесообразности приме­нения в строительной конструкции учитывают его способность со­противляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Одни материалы хорошо сопротивляются сжимающим, другие — растягивающим усилиям, которые возникают под дейст­вием нагрузки или других силовых факторов. Аналогичная реак­ция материалов на воздействие сил, способных вызвать сдвиг, из­гиб, раскалывание и т. п. Всегда материал должен надежно сопро­тивляться этим воздействующим силам. Одновременно необходимо 7^{читывать} стойкость материала к воздействию ожидаемых физиче- '■ %. ских (например, температуры и ее колебаний, в особенности при, переходе через 0°С, водной среды и др.) и химических (кислоты, ^: , щелочи, солевые растворы и др.) факторов. Нередко одним из глав­ных показателей качества служит способность материала к вос-: '. приятию необходимой технологической обработки, например шли­фования и полирования, распиливания или раскалывания на части правильной формы и т. п. Следовательно, для обоснованного выбо­ра материала приходится учитывать комплекс его так называемых. свойств.

Свойствами называют способность материалов определенным образом реагировать на воздействие отдельных или совокупных, внешних или внутренних силовых, усадочных, тепловых и других факторов. Обычно выделяют четыре группы свойств: механические,

физические, химические, технологические. Иногда отдельно выде­ляют еще физико-химические свойства. Фактические показатели этих свойств, выраженные в принятых числовых значениях, позво­ляют оценивать качество строительных материалов. Их определе­ние производится с помощью лабораторных или полевых методов и приборов. Учитывая, что многие свойства отражают строительно-технологические и эксплуатационные показатели качества строи­тельных материалов в конструкциях, то нередко именуют их как технические свойства.

Если структура формируется в основном под влиянием химиче­ских связей, а ее устойчивость, по крайней мере на микроуровне, зависит от величины энергии связей, то свойства материалов яв­ляются функцией структуры и, следовательно, энергии. Установ­ление характера зависимости между структурными элементами (или одной принятой структурной характеристикой) и показате­лями свойств материала относится к одной из наиболее важных задач материаловедения. Решение этой задачи на уровне вскрытия общей закономерности оказалось возможным только после того, как из множества возможных структур были выделены опти­мальные.

Ниже рассмотрен ряд общих закономерностей, существующих между свойствами материалов при оптимальных структурах. Вна­чале необходимо рассмотреть свойства, которые определяют каче­ство строительных материалов.

4.2. Механические свойства

Механические свойства отражают способность тел сопротивляться силовым (от механических нагрузок), тепловым, усадочным или другим напряжениям без нарушения установившей­ся структуры. В свою очередь, под напряжением понимается мера интенсивности внутренних сил, возникающих под действием нагру­зок, изменений температуры и других факторов или причин. Прак­тически напряжение определяют как внутреннюю силу, отнесенную к единице площади, причем под внутренней силой подразумевают силу действия частиц, находящихся по одну сторону от площадки, на частицы, находящиеся по другую сторону от этой площадки (рис. 4.1). Обычно определяют расчетом нормальные (перпендику­лярные к площадке) и касательные напряжения, выражаемые в СИ в МПа (кгс/м² или кгс/мм^г).

Механические свойства разделяются на деформационные и проч­ностные.

Деформационные свойства характеризуют способность матери­ала к изменению формы или размеров без отклонений в величине его массы. Деформация — изменение объема или формы твердого или пластичного тела без изменения массы. Главнейшие виды де­формаций — растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб. Все они могут быть обратимыми и необратимыми, или остаточными. Обра­тимые полностью исчезают при прекращении действия на материал

ругая и пластическая или упругая, эластическая и пластическая части.

На характер и величину деформации влияет не толь­ко величина нагружения, но и скорость приложения на­грузки, а также температу­ра материала. Как правило, С повышением скорости де­формирования и пониже­нием температуры материала деформации по своему характеру, ^приближаются к упругопластическим, уменьшаясь по абсолютной _ч; величине.

'К Пластические деформации, медленно нарастающие без увеличе­ния напряжения, характеризуют текучесть материала. Пластиче­ская деформация, медленно нарастающая в течение длительного времени под влиянием силовых факторов, не способных вызвать Остаточную деформацию за обычные периоды наблюдений, назы­вается деформацией ползучести, а процесс такого деформирова­ния — ползучестью или крипом.

Деформационные свойства строительных материалов, как и Других тел, обусловливаются периодом, или временем релаксации. Релаксацией называется процесс самопроизвольного падения внут­ренних напряжений в материале, связанных с молекулярным пере­мещением при условии, что начальная величина деформации остается неизменной, например зафиксированной жесткими связя­ми. Характер начальной деформации в период релаксации напря­жений может измениться, например из упругой постепенно перейти в необратимую (пластическую), что связано с переориентацией внутримолекулярной структуры. Время, или период релаксации, определяет продолжительность релаксационных процессов, в ре­зультате которых первоначальная величина напряжений при строго зафиксированной деформации снизилась в е раз (е — основание неперовых логарифмов, равное 2, 718...). Так, например, если у ма­териала в виде образца напряжение было равно 5, 0 МПа, а воз­никшая деформация под влиянием этого напряжения была жестко зафиксирована, то время (0, с), за которое напряжение самопро­извольно снизилось до 5, 0: 2, 718= 1, 85 МПа, называется временем, или периодом релаксации, выражаемым в секундах или минутах.'

Эта величина — важная характеристика строительных материалов: чем она меньше, тем более деформативным является материал. Не­редко время релаксации зависит от температуры материалов в мо­мент испытания и скорости приложения нагрузки, являясь непо­стоянной величи-ной.

При малой продолжительности (т, с) действия сил (или кратко­временном наблюдении) по сравнению с величиной времени в ре­лаксации (т< Св) все материалы (тела) ведут себя как упругохруп-кие тела и имеют полную обратимость деформаций, если, конечно, напряжения не нарушают их сплошности. При очень длительных (т> -6) наблюдениях за действием нагрузок (по сравнению с вре­менем релаксации) материал подобно жидкости течет. При очень коротких наблюдениях (по сравнению с временем релаксации) да­же жидкий материал проявляет хрупкость твердого кристалличе­ского тела. Так, например, при коротком времени действия силы на воду, время релаксации которой равно порядка Ю^-11 с, она ведет себя как кристаллическое твёрдое тело; при длительном периоде действия сил '(или наблюдения) природный камень в виде горных пород, время релаксации которого равно 10¹⁰ с, ведет себя как те­кучая жидкость. Но эти крайние условия не встречаются в практике строительства и эксплуатации конструкций зданий и сооружений, поэтому вода всегда кажется жидкой, а камень — твердым. Однако многие материалы остаются чувствительными к различию между временем действия нагрузки и временем релаксации, особенно при повышенных температурах, когда процесс релаксации напряжений в некоторых материалах заметно интенсифицируется, особенно при местных (локальных) перенапряжениях в материале.

Кроме времени релаксации в расчетах пользуются коэффициен­том W релаксации, показывающим долю спада напряжений за определенный период времени: Ч^г = о_т/(То, где о_т — напряжение в момент времени т при постоянной деформации; о₀—'Начальное на­пряжение.

Коэффициент релаксации позволяет расчетным путем опреде­лить релаксационную характеристику с помощью опытных значе­ний деформации ползучести, точнее — скорости ползучести, полу­чаемых менее трудоемким измерением, чем релаксации напряже­ний. С некоторым приближением к опытным данным можно вос­пользоваться зависимостью 1пЧ*=—< р, где *¥ — коэффициент ре­лаксации; ф — коэффициент ползучести, равный er/e₀=Eo/es; e_x — деформация ползучести в момент времени т при постоянном напря­жении < т₀; 8₀ — начальная упругая деформация, равная оо/Е₀; Е₀ — начальный модуль упругости, равный оУео; es — удельная дефор­мация ползучести в момент времени х, равная ct/яо-

К другому важному механическому свойству относится проч­ность, т. е. способность материалов в определенных условиях и пре­делах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под влиянием механических, тепловых и других напряжений.

Типичными прочностными характеристиками являются предел ■ упругости, предел текучести и предел прочности при воздействии Нажимающих, растягивающих или других видов усилий. Пределу ^упругости соответствует напряжение материала при максимальной величине упругой деформации; пределу текучести — постоянное на­пряжение при нарастании пластической деформации; пределу проч­ности— максимальное напряжение в момент разрушения материа­ла (рис. 4.2). Эти характеристики ^•прочности относятся к кратковре­менному действию приложенной на­грузки (табл. 4.1). При длительном '^воздействии нагрузки возрастает 'опасность для структуры материала н даже сравнительно малые напря­жения могут вызвать ползучесть и ^заметное ухудшение структуры с потерей прочности. Поэтому неред-lxo принято измерять длительную трочность материала, причем не элько при статической, но и дина­мической нагрузках. Материал мо-кет резко терять свою прочность > сле приложения к нему внбраци-1Ной нагрузки, что обусловлено усталостью — накоплением неотре-|аксированных напряжений и необ­ратимых микродефектов в структу- щ. Соответствующая прочность на­пвается усталостной, определяется tcnbjTamieM образцов материала. В целом, три упомянутые характеристики прочности — условные Йо двум причинам. Во-первых, они не учитывают фактора времени, чего с некоторым приближением можно допустить только в отноше­нии хрупких материалов. Во-вторых, приборы, образцы, скорость приложения нагрузки на прессах и другие исходные данные мето­дов испытания материала на прочность условны. Один и Тот же, /аматериал может иметь различную величину показателя прочности.■ «зависимости от размера образца, скорости приложения нагрузки r/'Jf конструкции прибора, на котором испытывались образцы. На-f Пример, чем меньше размеры «кубика», больше скорость приложе­ния нагрузки, тем выше величина предела прочности при сжатии. |- В упругой области деформаций действует закон Гука: о—Ег,, |*ТДе с— напряжение, МПа; е — относительная упругая деформа­ция; Е — модуль упругости материала, МПа. Если относительная