• Механические свойства характеризуются способностью ма­териала сопротивляться всем видам внешних воздействий с приложением силы. По совокупности признаков различают проч­
ность материала при сжатии, изгибе, уда­ре, кручении и т. д., твердость, пластич­ность, упругость, истираемость. 9 Прочность — свойство материала со­противляться разрушению под действием напряжений, возникающих от нагрузки. Изучением этого свойства материалов за­нимается специальная наука — сопротив­ление материалов. Ниже излагаются об­щие понятия о прочности материалов, необходимые для изучения основных свойств строительных материалов.

Материалы, находясь в сооружении, могут испытывать различные нагрузки. Наиболее характерными для строительных конструкций являются сжатие, растяже­ние, изгиб и удар. Каменные материалы (гранит, бетон) хорошо сопротивляются сжатию и намного хуже (в 5...50 раз) — растяжению, изгибу, удару, поэтому ка­менные материалы используют главным образом в конструкциях, работающих на сжатие. Такие материалы, как металл и древесина, хорошо работают на сжатие, изгиб и растяжение, поэтому их исполь­зуют в конструкциях, испытывающих эти нагрузки.

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности. Пределом прочности (Па), называют напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца материала:

R = F/A,

Где F — разрушающая сила, Н; А — площадь поперечного се­чения образца до испытания, м2.

Предел прочности при сжатии различных материалов 0,5... 1000 МПа и более. Прочность на сжатие определяют испыта­нием образцов на механических или гидравлических прессах (рис. 1.5). Для этой цели применяют специально изготовлен­ные образцы, формы куба со стороной 2...30 см. Из более одно­родных материалов образцы делают меньших размеров, а из менее однородных — больших размеров. Иногда на сжатие испы­тывают образцы, имеющие форму цилиндров или призм. При испытании на растяжение металлов применяют образцы в виде круглых стержней или полос; при испытании на растяжение вяжущих веществ используют образцы в виде восьмерок.

Рис. 1.5. Схема гидравли­ческого пресса для испы­тания на сжатие: / — станина; 2 — винтовое приспособление для зажима образца; 3 — верхняя опор­ная плита; 4 — испытуемый образец; 5 — нижняя опор­ная плнта с шаровой по­верхностью; 6 — поршень

Для определения предела прочности образцы изготовляют в соответствии с указаниями ГОСТов. Размеры и форму об­
разцов строго выдерживают, так как они существенно влияют на результат испытания. Так, призмы и цилиндры меньше сопротивля­ются сжатию, чем кубы того же поперечного сечения; наоборот, низкие призмы (высота меньше стороны) больше сопротивляются сжатию, чем кубы. Это объясня­ется тем, что при сжатии образца плиты пресса плотно прижимают­ся к опорным плоскостям его и возникающие силы трения удер­живают от расширения прилегаю­щие поверхности образца, а боко­вые центральные части образца испытывают поперечное расширение, которое удерживается толь­ко силами сцепления между частицами. Поэтому чем дальше нахо­дится сечение образца от плит пресса, тем легче происходит раз­рушение в этом сечении и образца в целом. По этой же причине при испытании хрупких материалов (камня, бетона, кирпича и т. п.) образуется характерная форма разрушения — образец превращается в две усеченные пирамиды, сложенные вершинами (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Образец куба после испы тания на сжатие на гидравлике ском прессе

На прочность материала оказывают влияние не только форма и размер образца, но и характер его поверхности и скорость приложения нагрузки. Поэтому для получения сравнимых ре­зультатов нужно придерживаться стандартных методов испыта­ния, установленных для данного материала. В табл. 1.4 приведе­ны характерные образцы, применяемые для определения предела прочности строительных материалов.

D = 15; А = 15

Прочность зависит также от структуры материала, его плот­ности (пористости), влажности, направления приложения на­грузки. На изгиб испытывают образцы в виде балочек, рас­положенных на двух опорах и нагруженных одним или двумя сосредоточенными грузами, увеличиваемыми до тех пор, пока балочки не разрушатся.

Предел прочности на изгиб (Па) определяют по формулам: при одном сосредоточенном грузе и балке прямоугольного сечения

= 3Fl/(2bh2)-,

При двух равных грузах, расположенных симметрично оси балки,

RИ = 3F(l - a)/(bh2),

Где F — разрушающая нагрузка, Н; I — пролет между опора­ми, м; B и H — ширина и высота поперечного сечения балки, м; а — расстояние между грузами, м.

В материалах конструкций допускаются напряжения, состав­ляющие только часть предела прочности, таким образом создает­ся запас прочности. При установлении величины запаса проч­ности учитывают неоднородность материала — чем менее одно­роден материал, тем выше должен быть запас прочности.

При установлении коэффициента запаса прочности важными являются агрессивность эксплуатационной среды и характер

Приложения нагрузки. Агрессивная среда и знакопеременные нагрузки, вызывающие усталость материала, требуют более высокого коэффициента запаса прочности. Запас прочности, обеспечивающий сохранность и долговечность конструкций зда­ний и сооружений, устанавливают нормами проектирования и Определяют видом и качеством материала, условиями работы и классом здания по долговечности, а также специальными тех­нико-экономическими расчетами.

За последние годы в практику строительства внедряются новые методы контроля прочности, позволяющие испытывать без разрушения образцы или отдельные элементы конструкций. Этими методами можно испытывать изделия и конструкции при их изготовлении на заводах и строительных объектах, а также после установки их в зданиях и сооружениях.

Известны акустические методы, из которых наибольшее рас­пространение получили импульсный и резонансный. Указанным методам присуще общее основное положение, а именно: физи­ческие свойства материала или изделия оцениваются по косвен­ным показателям — скорости распространения ультразвука или времени распространения волны удара, а также частотой собст­венных колебаний материала и характеристикой их затухания. • Твердость — способность материала сопротивляться проник­новению в иего другого более твердого тела. Твердость не всег­да соответствует прочности материала. Для определения твердо­сти существует несколько методов.

Твердость каменных материалов оценивают по шкале Мооса, состоящей из десяти минералов, расположенных по степени возрастания их твердости. Показатель твердости испытуемого материала находится между показателями твердости двух сосед­них минералов, из которых один чертит, а другой чертится этим материалом. Твердость металлов и пластмасс определяют вдавливанием стального шарика. От твердости материалов зави­сит их истираемость. Это свойство материала важно при обра­ботке, а также при использовании его для полов, дорожных по­крытий.

Шкала твердости Мооса

Легко чертится ногтем Чертится ногтем Легко чертится стальным ножом Чертится стальным ножом под не-

5. Апатит (сталь) 6. Полевой шпат 7. Кварц

Большим нажимом Чертится стальным нож ом под боль­

Шим нажимом Слегка царапает стекло, стальным

Ножом не чертится Легко чертит стекло, стальным но­

8. Топаз

Жом не чертится

9. Корунд 10. Алмаз

• Истираемость материала характеризуется потерей первона - { чальной массы, отнесенной к 1 м2 площади истирания. Сопротив­ление истиранию определяют для материалов, предназначенных > для полов, дорожных покрытий, лестничных ступеней и др.

• ИзносЬм называют разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Прочность при износе оценивается потерей в массе, выраженной в процентах. Износу подвергают материалы для дорожных покрытий и балласта железных дорог.

• Сопротивление удару имеет большое значение для материа­лов, применяемых в полах и дорожных покрытиях. Предел прочности материала при ударе (Дж/м[2]) характеризуется коли­чеством работы, затраченной на разрушение образца, отнесен­ной к единице объема материала. Испытание материалов на удар производят на специальном приборе — копре.

• Деформация — изменение размеров и формы материалов под нагрузкой. Если после снятия нагрузки образец материала вос­станавливает свои размеры и форму, то деформацию называют Упругой, если же он частично или полностью сохраняет изме­нение формы после снятия нагрузки, то такую деформацию на­Зывают пластической.

• Упругость — свойство материала восстанавливать после сня­тия нагрузки свою первоначальную форму и размеры. Пределом упругости считают напряжение, при котором остаточные дефор­мации впервые достигают некоторой очень малой величины

(устанавливаемой техническими условиями на данный мате­риал) .

Пластичность — свойство материала изменять свою форму под нагрузкой без появления трещин (без нарушения сплош­ности) и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Все ма­териалы делятся на пластичные и хрупкие. К пластичным мате­риалам относят сталь, медь, глиняное тесто, нагретый битум и т. п. Хрупкие материалы разрушаются внезапно без значи­тельной деформации. К. ним относят каменные материалы. Хруп­кие материалы хорошо сопротивляются только сжатию и пло­хо — растяжению, изгибу, удару.