Механические свойства

Механические свойства материалов имеют решающее значение для строительных конструкций, работающих под на­грузкой. Внешние нагрузки вызывают разрушение либо де­формацию материалов. Сопротивление материалов механи­ческому разрушению характеризуется их прочностными свойствами: прочностью, твердостью, истираемостью, со­противлением удару, износом.

Прочность - способность материала сопротивляться разру­шению и деформациям от внутренних напряжений, возникаю­щих в результате воздействия внешних сил или других факто­ров (неравномерная осадка, нагревание и т.п.). Она оценивает­ся пределом прочности - напряжением, которое возникает в материале под нагрузкой, вызывающей его разрушение.

Различают пределы прочности материалов при сжатии, рас­тяжении, изгибе, срезе и т.д. Они определяются путем испыта­ния стандартных образцов на испытательных машинах. Пре­дел прочности при сжатии и растяжении ( R_сж(_р), МПа) вычисляется как отношение нагрузки, разрушающей материал (Р_сж (р), Н), к площади поперечного сечения (S, м²):

Предел прочности при изгибе (Rизг, МПа) вычисляют как отношение изгибающего момента (М, Н*м) к моменту сопро-тивления образца (W, m^³ ):

R_{изг =} M/W.

Каменные материалы хорошо работают на сжатие и значи­тельно хуже (в 5-50 раз) на растяжение и изгиб. Другие мате­риалы (металл, древесина, многие пластмассы) хорошо работа­ют как на сжатие, так и на растяжение и изгиб.

Твердость - способность материала оказывать сопротивле­ние прониканию в него более твердого материала. Для различ­ных материалов она определяется по разным методикам. Так, при испытании природных каменных материалов пользуются шкалой Мооса, составленной из 10 расположенных в ряд мине­ралов с условным показателем твердости от 1 до 10, когда бо­лее твердый материал, имеющий более высокий порядковый номер, царапает предыдущий. Минералы расположены в сле­дующем порядке: тальк или мел, гипс или каменная соль, каль­цит или ангидрит, плавиковый шпат, апатит, полевой шпат, кварцит, топаз, корунд, алмаз.

Истираемость - способность материала разрушаться под

воздействием истирающих усилий. Истираемость (И, кг/м²) вы­числяется как отношение потери образцом массы т1-m2 (кг) под воздействием истирающих усилий к площади истирания (S, м):

И=(т1—m2) / S.

Определяется истираемость путем испытания образцов на круге истирания или в полочном барабане. Эта характеристика учитывается при выборе материалов для пола, лестничных ступеней и площадок, дорог.

Сопротивление удару (ударная вязкость) -свойство, харак­теризующее сопротивление материала разрушению или де­формированию при ударе. Хрупкие материалы плохо сопро­тивляются удару. Сопротивление удару важно для материалов дорожных покрытий, а также конструкций, подвергаемых при эксплуатации динамическим (ударным) нагрузкам.

Износ - способность материала сопротивляться одновремен­ному воздействию истирания и ударов. Износ материала зави­сит от его структуры, состава, твердости, прочности, истирае­мости. Определяют износ на пробах материалов, которые испы­тывают во вращающемся барабане со стальными шарами или без них. Чем больше потеря массы пробы испытуемого матери­ала (в процентах к первоначальной массе пробы), тем меньше его сопротивление изнашиванию. Износ важен для материалов полов, ступеней лестниц, дорог, лакокрасочных покрытий.

Способность материалов изменять под нагрузкой форму и размеры характеризуется деформационными свойства­ми: упругостью, пластичностью и хрупкостью.

Упругость - способность материала изменять под воздей­ствием нагрузок форму и размеры и восстанавливать их после прекращения действия нагрузок. Она оценивается пределом уп­ругости (а.., МПа), который равен отношению наибольшей на­грузки (, Н), не вызывающей остаточных деформаций матери­ала, к площади первоначального поперечного сечения (S_o, м²):

Пластичность - способность материала изменять под воз­действием нагрузок форму и размеры и сохранять их после снятия нагрузок. Пластичность характеризуется относитель­ным удлинением или сужением. Примерами пластичных мате­риалов служат глиняное тесто, бетонные и растворные смеси, подмазочная паста, свинец, некоторые пластмассы. Пластич­ные материалы легко формируются, хорошо расстилаются по поверхности. Свойство материала пластически деформиро­ваться при постоянной нагрузке, несколько превышающей предел упругости, называют текучестью. Непрерывное воз­растание деформаций под воздействием постоянной нагрузки называют ползучестью. Она характерна почти для всех строи­тельных материалов.

Хрупкость - способность материала внезапно разрушаться под воздействием нагрузки без предварительного заметного изменения формы и размеров. Хрупкому материалу в отличие от пластичного нельзя придать при прессовании желаемую форму, поскольку такой материал под нагрузкой дробится на части, рассыпается. Хрупки камни, стекло, чугун и т.д.