какие свойства строительных материалов относятся к механическим

GardenWeb

Механические свойства строительных материалов

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушающему или деформирующему воздействию внешних сил.

Механическими свойствами являются прочность. упругость, пластичность, хрупкость, сопротивление удару, твердость, истираемость. Кроме того, под воздействием внешних сил (нагрузок) материалы в зданиях и сооружениях могут испытывать и такие внутренние напряжения, как сжатие, растяжение, изгиб, срез и др. Напряжение измеряют в физических величинах.

Прежде чем переходить к изучению механических свойств материалов, необходимо ознакомиться с принятой в настоящее время р нашей стране для обозначения физических величин Международной системой единиц СИ.

В действовавшей до недавнего времени технической системе основными единицами измерения были: метр, килограмм-сила, секунда. В системе СИ основными единицами являются: метр, килограмм-масса, секунда.

Прочность материала характеризуется пределом прочности (при сжатии, изгибе, растяжении, срезе). Пределом прочности называют напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение образца материала.

Прочность строительных материалов обычно характеризуется маркой, значение которой соответствует величине предела прочности при сжатии, полученному при испытании образцов стандартных размеров. Предел прочности при сжатии строительных материалов колеблется в широких пределах — от 0,5 (тор- фоплиты) до 1000 МПа и выше (высокопрочная сталь).

Упругостью называют свойство материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, под действием которой формы материала деформируются. В качестве примера упругих материалов можно назвать резину, сталь, древесину.

Пластичность — это способность материала под влиянием действующих усилий изменять свои формы и размеры без образования разрывов и трещин и сохранять изменившуюся форму и размеры после снятия нагрузки. Примером пластичных материалов служит глиняное тесто, разогретый асфальт.

Хрупкость — свойство материала мгновенно разрушаться под действием внешних сил при незначительных деформациях (например, стекло, керамика).

Сопротивление удару — способность материала сопротивляться ударным воздействиям.

Твердостью материала называют свойство сопротивляться прониканию ь него другого, более твердого материала. Из природных каменных материалов наименьшую твердость по десятибалльной шкале твердости минералов имеет тальк (1), наибольшую — алмаз (10).

Истираемостью называют способность материала уменьшаться в объеме и массе под воздействием истирающих усилий.

Свойство строительных материалов сопротивляться истирающим и ударным нагрузкам необходимо учитывать при подборе материалов для дорожных покрытий, полов промышленных зданий, для ступеней, лестниц, бункеров.

Главными свойствами строительных материалов, по которым определяют возможность их применения в элементах здания, являются прочность, плотность, теплопроводность, влажность и водопроницаемость, морозостойкость, огнестойкость.

Прочность — мера сопротивления материала разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки. Конструкции здания испытывают определенные нагрузки, под действием которых они сжимаются, растягиваются или изгибаются.

Плотность — величина, измеряемая отношением массы вещества к единице его объема в естественном состоянии (кг/м3), т. е. с имеющимися в нем порами и пустотами. Чем плотнее материал, тем меньше в нем пустот и пор, тем больше его плотность. От плотности материала зависят вес конструкций, теплоизоляционные качества и прочность.

Теплопроводность — количества теплоты, проходящей через ограждение толщиной 1 м, площадью 1 м2 при постоянной разности температур наружного и внутреннего воздуха 1 °С. Чем меньше теплопроводность, тем лучше теплозащитные качества материала.

Теплопроводность материалов зависит от плотности и степени влажности. Материалы, имеющие меньшую плотность и влажность, обладают меньшей теплопроводностью.

Влажность — содержание влаги в материале. Влажность определяют в процентах от массы абсолютно сухого материала. Чем меньше влажность, тем меньше плотность и теплопроводность и выше прочность материала.

Водопроницаемость — величина, характеризуемая количеством воды, проходящей в течение 1 ч под постоянным давлением через 1 см2 испытуемого материала. Например, водопроницаемость стыков панелей наружных стен испытывают в особой камере на действие косого дождя при определенной силе ветра. Для кровельных материалов (например, толь, рубероид) водопроницаемость характеризуется временем, в течение которого вода под давлением проходит через материал и появляется с другой стороны образца.

Морозостойкость — способность материалов в насыщенном водой состоянии сопротивляться разрушению при многократном замораживании и оттаивании. Испытание материалов на морозостойкость производится в специальных камерах. Марки изделий по морозостойкости обозначают количесто выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания в водонасыщен- ном состоянии.

Огнестойкость — способность материала выдерживать действие высокой температуры без потери прочности. Предел огнестойкости конструкций из различных материалов оценивается по времени (в ч), которое выдерживает конструкция до потери прочности или устойчивости. Материал, из которого выполнена конструкция, характеризуется по его способности воспламеняться, гореть или тлеть после удаления источника огня. Материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются, называются несгораемыми. Материалы, горение и тление которых прекращается после удаления источника огня, называются трудносгораемыми, а которые горят и тлеют после удаления источника огня — сгораемыми.

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться действию внешних механических сил, вызывающих в нем сжатие, растяжение, изгиб, срез, кручение, истирание. Основные механические свойства строительных материалов: прочность, деформативность (упругость, пластичность), твердость, износостойкость.

Прочность свойство материала в определенных условиях и пределах воспринимать нагрузки или другие воздействия, вызывающие в нем внутренние напряжения, без разрушения.

Частицы, из которых состоит твердый материал, удерживаются в равновесии силами взаимного сцепления. Если к какому-либо образцу материала приложить внешнюю силу F, например растягивающую (рис. 1), то ее действие равномерно распределится на все частицы материала: материал окажется в напряженном состоянии. Напряжение вызовет изменение расстояний между частицами — материал начнет деформироваться (в нашем случае — растягиваться).

При увеличении действующей силы напряжения в материале возрастают и могут превысить силу сцепления частиц и материал разрушится.

На практике разрушение материала начинается значительно раньше того момента, когда напряжения в нем достигнут теоретического предельного значения. Это объясняется тем, что в реальных материалах много дефектов самого различного уровня (начиная от молекулярного и кончая макродефектами — например, трещинами). Напряжение, при котором происходит разрушение материала при испытании, называют пределом прочности.

В зависимости от характера приложения нагрузки F и вида возникающих напряжений различают прочность при сжатии, растяжении, изгибе, скалывании (срезе) (рис. 2).

Прочность определяют на образцах материала, форму и размеры которых устанавливает стандарт на этот материал. Так, для оценки прочности бетона приняты образ-цы-кубы размером 150 X 150 X 150 мм.

Предел прочности бетона при сжатии RclK обычно 10…50 МПа. Чтобы разрушить бетонный куб размером 150X150X150 мм с #СЖ=Ю МПа, надо приложить усилие F=RCKS= 10Х (0.15Х 0,15) = 0,225 МН. Поэтому для испытания материалов применяют специальные машины, снабженные механизмом для силового воздействия на образец и измерительными устройствами. Так, предел прочности при сжатии определяют с помощью гидравлических прессов, развивающих усилия до 106 И и более (рис. 4).

Аналогично определяют прочность при растяжении, изгибе, скалывании. Однако расчетные формулы при изгибе и скалывании имеют другой вид.

Прочность при сжатии, растяжении и изгибе у одного и того же материала может сильно различаться. У всех каменных материалов прочность при сжатии в 5… 15 раз выше, чем при изгибе и растяжении. У древесины, наоборот, прочность при изгибе немного выше прочности при сжатии. Интересно отметить, что прочность древесины при сжатии вдоль волокон близка к прочности бетона, а при изгибе она прочнее бетона более чем в 10 раз.

Материалы, ведущие себя подобно резиновому шарику, т. е. восстанавливающие свою форму и размеры после снятия нагрузки, называются упругими. Материалы, ведущие себя подобно глине, т. е. сохраняющие деформации после снятия нагрузки, называются пластичными. Соответственно обратимые деформации называются упругими деформациями, а необратимые — пластическими.

К упругим материалам относятся природные и искусственные каменные материалы, стекло, сталь; к пластичным — битумы ( при положительных температурах), некоторые виды пластмасс, свинец, бетонные и растворные смеси до затвердевания.

Твердость — способность материалов сопротивляться проникновению в них других материалов. Твердость — величина относительная, так как твердость одного материала оценивается по отношению к другому. Самый простой метод определения твердости — по шкале твердости. В эту шкалу входят 10 минералов, расположенных по возрастающей твердости, начиная от талька (твердость 1) и кончая алмазом (твердость 10). Твердость исследуемого материала определяют, последовательно царапая его входящими в шкалу твердости минералами.

Обычно твердость определяют на специальных приборах. Так, для оценки твердости металлов и других твердых материалов применяют метод Бринелля, основанный на вдавливании под определенной нагрузкой в испытуемый образец шарика из закаленной стали. По диаметру отпечатка от шарика рассчитывают число твердости НВ.

Высокая прочность материала не всегда говорит о его твердости. Так, древесина, хотя по прочности при сжатии равна бетону, а при изгибе и растяжении превосходит его, имеет значительно меньшую, чем у бетона, твердость.

Износостойкость — способность материала противостоять воздействию на него сил трения и ударных воздействий от движущихся предметов. Определяют ее на специальных приборах, снабженных абразивными насадками и моделирующих реальный процесс изнашивания. Износостойкость—важное свойство материалов, используемых для покрытий полов, дорог и т. п.

Источник

Механические свойства строительных материалов

Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений. Предел прочности — напряжение соответствующей нагрузки, при которой происходит разрушение образца.

Основные характеристики стройматериалов

Прочность

Свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от приложенных нагрузок.

Прочность строительных материалов можно охарактеризовать пределом прочности при механическом воздействии: срезе, изгибании, растяжении, сжатии, срезе.

Предел прочности

Напряжение соответствующей нагрузки, при которой происходит разрушение образца.

Предел прочности — минимальная величина воздействия, при которой материал начинается разрушаться.

Прочность устанавливается в качестве маркировки.

Предельную величину определяют путем проведения различных испытаний образца материала. Среди стройматериалов наименьшим пределом прочности обладают тор-фоплиты — всего 0,5 Мпа.

Самый прочный материал — это высококачественная сталь — до 1000 Мпа.

Упругость

Свойство материала под воздействием нагрузок деформироваться и принимать после снятия напряжения исходные форму и размеры (резина). В отличии от хрупких тел упругие под воздействием внешних сил не разрушаются, а только деформируются.

При прекращении действия материал приобретает первоначальную форму. Ярким примером является резина. Если взять кусок этого материала и растянуть в разные стороны, то он удлинится, но стоит отпустить одну сторону — резина приобретет начальные размеры.

Пластичность

Свойство материала под воздействием нагрузки принимать другую форму и сохранять ее после снятия нагрузки.

Хрупкость

Свойство материала мгновенно разрушаться под действием сил (стекло, керамика). Под хрупкостью понимают способность вещества мгновенно разрушаться при незначительной деформации. Иными словами механическое воздействие на тело приводит к появлению трещин или раскалыванию. Примером хрупких материалов является стекло и керамика.

Сопротивление удару

Способность сопротивляться воздействию ударных нагрузок.

Твердость

Свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала (по шкале Мооса). Под твердостью понимается способность одного вещества оказывать сопротивление воздействию другого, более твердого. Для оценивания данного показатели принято использовать десятибалльную шкалу. Минимальную твердость имеет тальк-1, самый твердый материал — алмаз, с максимальным значением в 10 балов.

Износ

Разрушение материала под совместным воздействием ударных и истирающих усилий. Измеряется потерей массы в %.

Стираемость

Способность материала под действием силы трения терять свою массу и объем. Зачастую эту способность учитывают при организации дорожного покрытия, а также укладке полов в общественных местах.

При строительстве и ремонте зданий очень важно учитывать все свойства используемых материалов, так как от них будет зависеть срок службы и надежность конструкций.

Основные свойства стройматериалов:

Плотность

Представляет собой отношение массы материала к его объему в стандартных условиях, то есть с учетом пустот и пор. Чем больше количество пор, тем, соответственно меньше плотность вещества.

Плотность определяет массу строительной конструкции, ее теплопроводность и прочность.

Прочность строительного материала

Свойство вещества оказывать сопротивление нагрузке. Конструкции здания постоянно испытывают нагрузки разного рода, под которыми они сжимаются, растягиваются или сгибаются. Строительный материал ни в коем случае не должен терять свою структуру или разрушаться.

Теплопроводность

Характеризуется количеством тепла, которое проходит через толщину материала в один метр при разнице внешней и внутренней температуры в один градус по Цельсию.

Основными факторами, которые влияют на теплопроводность вещества — это показатель плотности степень влажности. Чем меньше их значение, тем меньше тепла пропускает материал.

Влажность

Количество влаги, которое содержится в порах материала, называют влажностью. Она рассчитывается в процентном соотношении к массе идеально сухого материала. Чем выше показатель влажности, тем меньше прочность материала и выше теплопроводность.

Водопроницаемость

Данный показатель показывает количество воды, которое может пройти через материал площадью один сантиметр за один час. Для расчета данного показателя используют специальные камеры, в которых создают условия приближенные к реальным. Например, чтобы рассчитать водопроницаемость наружных плит их помещают под установку, которая имитирует косой дождь. Кровельные материалы испытывают на выносливость: то есть помещают под струю воды и рассчитывают время, через которое на другой стороне вещества появятся следы влаги.

Морозоустойчивость

Свойство влажного материала сохранять свою структуру при неоднократной заморозке. Испытания проходят по такому алгоритму: материал напитывают влагой и помещают в морозильную камеру. Далее процесс заморозки чередуется с разморозкой. В зависимости от количества циклов, которое может выдержать вещество ем присваивается соответствующие значения при маркировке.

Огнестойкость

Способность материала сохранять свою структуру при воздействии высоких температур. Предел огнестойкости определяется как время, через которое конструкция уже не сможет сохранять свою прочность.

Строительные материалы классифицируют по нескольким параметрам в зависимость от их способности гореть, воспламеняться и тлеть.

Дата публикации статьи: 15 февраля 2016 в 20:36
Последнее обновление: 2 августа 2021 в 12:14

Источник

Какие свойства строительных материалов относятся к механическим

Общие сведения о строительных материалах

Механические свойства строительных материалов

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться различным силовым воздейст­виям. К этим свойствам относятся: прочность, твердость, пластичность, упругость, истираемость.

Предел прочности при сжатии различных материалов колеблется от 0,5 до 1000 МПа и более. Прочность стро­ительных материалов обычно характеризуется маркой или классом, значение которых соответствует величине предела прочности, полученного при испытании образцов стандартных размеров. Форма стандартных образцов и методика испытаний на соответствующий материал указываются в ГОСТах. Прочность материала зависит от структуры, плотности, влажности, формы, размера, направления приложения нагрузки. Приведем пределы прочности некоторых строительных материалов.

Материалы Предел прочности при сжатии, МПа

Известняк плотный 10-150

Кирпич керамический обыкновенный 7,5-30

Бетон легкий В 12,5 15

Сосна (вдоль волокон) 30-45

Дуб (вдоль волокон) 40-50

Сталь класса A-III 380-450

Твердость каменных материалов определяют по шкале твердости, в которой 10 специально подобранных ми­нералов расположены так, что на каждом предыдущем все последующие могут оставлять при царапании черту.

Показатель твердости Минерал (Характеристика твердости)

1 Тальк или мел (Легко чертится ногтем)

2 Каменная соль или гипс (Чертится ногтем)

3 Кальцит или ангидрид (Легко чертится стальным ножом)

4 Плавиковый шпат (Чертится стальным ножом под небольшим давлением)

5 Апатит (Чертится стальным ножом под большим нажимом, стекло не чертит)

6 Ортоклаз (Слегка царапает стекло, стальным ножом не чертится)

7 Кварц (Легко чертят стекло, стальным ножом не чертится)

8 Топаз (Легко чертят стекло, стальным ножом не чертится)

9 Корунд (Легко чертят стекло, стальным ножом не чертится)

10 Алмаз (Легко чертят стекло, стальным ножом не чертится)

Численное значение твердости при испытании образца может оказаться между показателями двух соседних минералов, взятых по шкале твердости. Например, если испытываемый материал чертится топазом, но сам не чертит кварц, то его твердость принимают 7,5.

Упругостью называют свойство материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, под действием которой формы материала деформируются. В качестве упругих материалов можно назвать резину, сталь, древесину.

Физические свойства строительных материалов

Физические свойства строительных материалов характеризуют его строение или отношение к физическим процессам окружающей среды. Важнейшим показателем материалов является плотность (истинная, средняя, на­сыпная). Для основных строительных материалов допускается рассматривать только среднюю плотность

От плотности материала в значительной мере зависят его физико-механические свойства, например прочность и теплопроводность. Значение плотности материала используют при определении его пористости, массы и размера строительных конструкций, расчетах транспорта и подъемно-транспортного оборудования.

Объемное водопоглощение всегда меньше 100 %, а водопоглощение по массе очень пористых материалов изменяется главным образом в зависимости от объема пор, их вида и размеров. В результате насыщения водой свойства материалов могут изменяться: увеличивается плотность и теплопроводность, а в некоторых материалах, например древесине и глине, увеличивается объем (они разбухают), вследствие чего понижается их прочность.

Знание теплопроводности необходимо при расчете материалов, используемых в качестве стен и перекрытий отапливаемых зданий, для изоляции холодильников и различных тепловых агрегатов.

Теплоемкость материала имеет важное значение в тех случаях, когда учитывают аккумуляцию тепла, например при расчете теплоустойчивости стен и перекрытий отапливаемых зданий, при расчете подогрева материала для зимних бетонных работ, при расчете печей.

Проницаемость излучения ядерного распада. В атомной промышленности особую значимость приобретает свойство материалов задерживать гамма-лучи и потоки нейтронов, опасные для живых организмов. Поток радиоактивного излучения при встрече с конструкциями может поглощаться в разной степени в зависимости от толщины ограждения, вида излучения и природы вещества защиты.

По своим прочностным данным выбранный для определенной конструкции материал должен значительно пре­восходить внутренние напряжения, возникающие в нем под влиянием реальных механических сил, тепловых факторов, усадочных явлений. Под их влиянием не должна нарушаться целостность или сплошность материала и приданная ему форма в конструкции. При проектировании и строительстве учитывают различное отношение материалов к характеру нагружения. Некоторые материалы (металлы, дерево, пластики) хорошо сопротивля­ются растягивающим усилиям, тогда как другие (бетон, кирпич) хорошо работают на сжатие. Эти свойства ма­териалов оказывают значительное влияние при выборе материала для конструкции зданий и сооружений.

Кроме прочности материалы характеризуются определенной способностью к деформированию. Одни материалы способны к упругим и пластичным деформациям, другие, наоборот, не способны к ним. Деформационные показатели качества материалов имеют огромное теоретическое и практическое значение при решении вопро­сов устойчивости конструкций и сооружений.

Правильное использование строительных материалов в соответствии с их свойствами позволяет значительно повысить эффективность строительства и увеличить срок службы зданий и сооружений. Материал должен сохранять прочностные и деформационные характеристики в течение длительного периода работы. Влияние внешней среды оказывает отрицательные воздействия на строительные материалы. Так, например, в морских сооружениях высокопрочный и плотный бетон, изготовленный на обычном портландцементе, сравнительно быстро разрушается; деревянные сваи, забитые в грунт, недолговечны и подвержены загниванию; силикатный кирпич, уложенный в стены подвальных этажей, в печи и дымоходы, также не долговечен, так как грунтовая вода и высокие температуры в печах способствуют его разрушению. Многие материалы под влиянием влагопоглощения ярко проявляют повышенные пластические изменения. Многочисленные примеры показывают, что выбор технически целесообразного материала обосновывают не только его прочностными характеристиками, но и стойкостью (долговечностью) к воздействию внешней среды, в которой работает конструкция.

В ГОСТе дается определение данному материалу, приводятся классификационные признаки и конкретные циф­ровые показатели технических свойств, указывается его происхождение или способ получения, обобщаются не­обходимые данные по маркировке и упаковке, правила хранения и транспортировки, конструктивные сведения о методах испытаний. Государственные стандарты устанавливают на все строительные материалы, имеющие важное значение для народного хозяйства. ГОСТ имеет силу закона, и соблюдение его является обязательным для всех предприятий, изготавливающих строительные материалы.

Кроме государственных существуют отраслевые стандарты, устанавливаемые министерствами в отношении сырья и материалов, имеющих ограниченное распространение. Существуют еще технические условия (ТУ) предприятий, утвержденные главным инженером совместно с организацией-потребителем. Они обязательны для данного предприятия при доставке продукции по договору. Государственные стандарты и технические условия периодически перерабатываются на основе новейших достижений отечественной и зарубежной науки и техники, поэтому необходимо обращаться к последним изданиям этих документов.

Применяемые в строительстве материалы, как правило, подвергаются технологической обработке. Способность поддаваться такой обработке является иногда решающим при выборе материала. Так, например, для об­лицовки цокольных этажей здания нередко используют только те горные породы, которые хорошо полируются с образованием зеркальной поверхности. При массовой заготовке щебня для бетонных работ учитывается спо­собность горной породы дробиться в машинах без образования плоских щебенок (лещадки) и т. д.

Источник

Механические свойства и особенности строительных материалов

изменять свою форму иразмеры под действием нагрузки иполностью восстанавливаться после(законГука). Упругая деформация – обратимая.-пластическиеспособностьмат. изменять свою форму и размеры поддействием нагрузки и сохранять их после-текучесть– нарастаниедеформации при постоянной нагрузке.