Міцність будівельних матеріалів

Міцність - властивість матеріалу чинити опір руйнуванню під дією внутрішніх напружень, викликаних зовнішніми силами або іншими факторами.

Міцність будівельних матеріалів, як правило, оцінюють тимчасовим опором або межею міцності (R), певним при даному виді деформації. Для крихких матеріалів (природні камені, цегла, бетон і ін.) Основною прочностной характеристикою є межа міцності при стисненні (Rсж) і межа міцності при вигині (RІЗГ), а для еластичних матеріалів (полімери, деревина, метал) -предел міцності при розтягуванні (RР).

Чисельно межа міцності дорівнює напрузі, що відповідає навантаженню, що викликала руйнування зразка матеріалу.

Межа міцності при стисненні (межа міцності при розтягуванні) дорівнює руйнує силі, що припадає на 1 м 2 первісного перетину матеріалу в момент руйнування зразка:

де і - відповідно межа міцності при стисненні і розтягуванні, МПа;

і - руйнівне зусилля при стисненні і розтягуванні, Н;

- площа поперечного перерізу зразка, м 2.

Межа міцності природних або штучних кам'яних матеріалів визначають шляхом випробування зразків матеріалу стандартних форми і розмірів. Оскільки матеріали неоднорідні за своєю структурою, межа міцності визначають як середній результат випробування серії зразків, не менше трьох. Форма стандартних зразків при визначенні межі міцності при стисненні () - куб, циліндр, призма; при розтягуванні () - стрижень, "вісімка", призма.

Межа міцності при вигині (МПа) визначають шляхом випробування зразка матеріалу у вигляді призм (балочек) на двох опорах. Їх навантажують однією або двома зосередженими силами до руйнування:

де - межа міцності при вигині, МПа;

- найбільший згинальний момент, Н;

- момент опору перерізу зразка, м 2.

Межа міцності при вигині обчислюють за формулами:

а) при одній зосередженому навантаженні

б) при двох рівних навантаженнях, розосереджених симетрично осі балки

де F - руйнівне навантаження, Н;

- відстань між опорами, м;

і - ширина і висота поперечного перерізу балки, м.

Коефіцієнт конструктивної якості матеріалу - дорівнює відношенню показника міцності, МПа, до відносної щільності d:

Кращі конструкційні матеріали мають високу міцність при малій щільності.

Коефіцієнт розм'якшення - відношення міцності матеріалу, насиченого водою. до міцності сухого матеріалу:

Коефіцієнт розм'якшення характеризує водостійкість матеріалу, він змінюється від 0 (розмокають глини та ін.) До 1 (метали і ін.). Природні і штучні кам'яні матеріали не застосовують в будівельних конструкціях, що знаходяться у воді, якщо їх коефіцієнт розм'якшення менше 0,8.

Крихкість - властивість твердих тіл руйнуватися при механічних впливах без значної пластичної деформації. Крихкість властива не тільки кристалічним, а й стеклообразном і навіть полімерних матеріалів, умовно характеризується "заходом крихкості". яка виражається відношенням пружної деформації до граничної:

На крихке стан матеріалу впливають в основному два зовнішні фактори: температурний і механічний. Багато матеріалів при зниженні температури різко знижують свої пластичні властивості, наприклад бітумні матеріали (нафтові бітуми при температурі нижче 20 ° С втрачають пластичність і руйнуються крихко), полімери, метали та ін.

Еластичність (гнучкість, тягучість) - здатність матеріалу або виробу зазнавати значних пружні (оборотні) деформації без руйнування при порівняно невеликих зусиллях (каучуки, гума, деякі полімери - еластомери).

Пружні деформації еластомерів досягають 100% і більше.

Твердість - властивість матеріалу чинити опір пружною і пластичної деформації при вдавливании в нього стандартного тіла (понад твердого) в умовах нерівномірного стиснення.

Твердість - здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого більш твердого тіла.

Твердость- структурна характеристика матеріалу і не завжди залежить від міцності матеріалу. Для визначення твердості існує кілька методів.

Твердість деревини, бетону, металів і сплавів визначають, вдавлюючи в зразки сталева кулька. Про величину твердості судять по глибині вдавлення кульки або по діаметру отриманого відбитка. Твердість природних матеріалів визначають за шкалою твердості (метод Мооса), в якій десять спеціально підібраних мінералів перебувають у такій послідовності, коли наступний по порядку мінерал залишає риску (подряпину), на попередньому, а сам не прокреслюють.

2) Гіпс (CaSO4 · 2H2 O) - чертится нігтем

3) Кальцит (CaCO3) - легко чертится сталевим ножем

4) Плавиковий шпат (CaF2) - чертится сталевим ножем під

5) Апатит (Ca5 [PO4] 3 F - чертится сталевим ножем під

6) Польовий шпат (ортоклаз)

(K [AlSi3 O8]) - злегка дряпає скло

7) Кварц (SiO2) - легко креслить скло

Кварц, топаз, корунд, алмаз - застосовуються в якості абразивних (истирающих і шліфуються) матеріалів.

Від твердості матеріалів залежить їх зношуваність.

Стираність - властивість матеріалу змінюватися в обсязі і масі під впливом зусиль стирання.

Від опору стирання матеріалів залежить можливість їх використання для влаштування підлог, сходів, щаблів, тротуарів і доріг.

При експлуатації, наприклад, матеріали верхнього шару покриття в підлогах і на дорогах сприймають, крім истирающих впливів, ударні впливи.

Опір удару матеріалів оцінюють межею міцності при ударі.

Межа міцності при ударі, Дж / м 3, характеризується кількістю роботи, витраченої на руйнування зразка, віднесеного до одиниці об'єму матеріалу.

Випробування матеріалів на удар виробляють на спеціальному приладі - копрі.

Знос - руйнування матеріалу при спільній дії стирання і удару.

На знос матеріали відчувають в спеціальних обертових барабанах із сталевими кулями або без них.

Довговічність і надійність

5.1 Довговічність - властивість виробу зберігати працездатність до граничного стану з не обхідних перервами на ремонт. Граничний стан визначається ступенем руйнування вироби, вимог безпеки або економічними міркуваннями. Довговічність будівельних виробів вимірюють терміном служби без втрати експлуатаційних якостей в конкретних кліматичних умовах і в режимі експлуатації. Наприклад, для залізобетонних конструкцій нормами передбачені три ступеня довговічності: 1-а - не менше 100 років, 2-а - не менше 50 років, 3-тя - не менше 20 років. Довговічність визначається сукупністю фізичних, механічних і хімічних властивостей матеріалу. Її потрібно оцінювати стосовно до конкретних умов експлуатації. Про довговічність судять, піддаючи матеріали випробувань, які по можливості відтворюють впливу в натурі. Моделювання впливів середовища в умовах лабораторних випробувань досить складне завдання. Лабораторні випробування поєднують з натурними випробуваннями.

5.2 Надійність - прояв всіх властивостей матеріалів в процесі експлуатації. Надійність складається з довговічності, безвідмовності, ремонтопридатності і зберігання.

Безвідмовність - властивість виробу зберігати працездатність в певних режимах і умовах експлуатації протягом деякого часу без вимушених перерв на ремонт.

Ремонтопридатність - властивість вироби, що характеризує його пристосованість до відновлення справності і збереженню заданої технічної характеристики в результаті попередження, виявлення та усунення відмов.

Збереженість - властивість виробу зберігати обумовлені експлуатаційні показники протягом і після терміну зберігання і транспортування, встановленого технічною документацією. Збереженість оцінюють кількісно часом зберігання і транспортування до виникнення несправності.