1.3.6 Механічні властивості будівельних матеріалів
Міцність – це здатність матеріалів чинити опір внутрішнім напруженням, що виникають під впливом зовнішніх сил.
Міцність характеризується границею міцності, тобто напруженням, що відповідає навантаженню, яке причиняє руйнування зразка (табл. 1.4).
Таблиця 1.4 – Границі міцності при стиску деяких будматеріалів
Найменування матеріалу
|
Границя міцності
при стиску, МПа
|
Бетон важкий
|
10…80
|
Бетон легкий
|
2…15
|
Вапняк компактний
|
50…150
|
Вапняк-черепашник
|
0,5…5
|
Граніт
|
150…250
|
Деревина (сосна)
|
30…60
|
Пластмаси
|
120…200
|
Портландцемент
|
30…60
|
Сталь Ст3
|
380…450
|
Цегла керамічна
|
10…20
|
Цегла силікатна
|
10…20
|
Границя міцності при стиску або розтягуванні R дорівнює відношенню руйнівної сили Рруйн до початкової площі поперечного перерізу зразка F, МПа:
Границю міцності при згині визначають, випробовуючи невеликі балочки (зразки), виготовлені матеріалу, який перевіряється. Руйнують ці балочки одним або двома зосередженими вантажами.
Границю міцності при згині зразка прикладанням одного зосередженого вантажу посередині прогону (рис. 1.10) визначають за формулою:
де l – відстань між опорами (прогін); b, h – відповідно ширина і висота зразка.
Рисунок 1.10 – Схема випробувань цегли на згин
Дві важливі властивості будівельних матеріалів – міцність і середня густина дають можливість впровадити ще один коефіцієнт – коефіцієнт конструктивної якості (ККЯ), який характеризується відношенням міцності матеріалу до його середньої густини:
Твердість – це властивість матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого, твердішого матеріалу. Ця властивість матеріалів не завжди відповідає їх міцності, тобто матеріали з різними границями міцності при стиску можуть мати приблизно однакову твердість.
Існують різні методи визначення твердості матеріалів (Брінеля, Роквелла, Шора, Мооса).
Методом Мооса на основі так званої «шкали твердості Мооса», що складається із десяти еталонних матеріалів з різною твердістю визначають твердість натуральних кам’яних матеріалів. Дана шкала містить такі мінерали: тальк, гіпс, кальцит, флюорит, апатит, польовий шпат, кварц, топаз, корунд, алмаз (твердість зростає при русі від тальку до алмаза). Твердість за Моосом визначають у такий спосіб: якщо випробовуваний матеріал можна подряпати мінералом із твердістю n+1, а сам він дряпає мінерал із твердістю n, виходить, його твердість за Моосом H має значення n.
Твердість металу, деревини і бетону визначають за допомогою сталевої кульки або твердого наконечника у формі піраміди або конуса – дані інструменти вдавлюють у зразки матеріалу.
Стиранністю називають властивість матеріалу зменшувати масу і об’єм під дією зусиль стирання. Стиранність – важливий показник для матеріалів, які застосовуються для виготовлення підлог, сходинок, східців, шляхових покриттів. Стиранність матеріалу залежить від його структури, твердості, міцності та вологості. У лабораторних умовах стиранність визначають на спеціальних машинах – колах стирання. Після випробування визначають втрату маси зразка. Масовий ступінь стиранності матеріалу знаходять за формулою:
 .
де m1, m2 – маса зразка відповідно до і після стирання; F – площа поверхні стирання зразка.
Ударна міцність (опір ударові) – це властивість матеріалу чинити опір динамічним навантаженням і не руйнуватися при ударі. Ця властивість також важлива для матеріалів, які застосовуються для виготовлення підлог, шляхових і аеродромних покриттів тощо. При ударних навантаженнях напруження в матеріалі за мить може набути великих значень. Багато матеріалів, міцних при застосуванні статичних навантажень, руйнуються або дають тріщини при динамічних.
Зносостійкість – це властивість матеріалу чинити опір одночасній дії стиранності та ударних навантажень. Визначають її за допомогою спеціальних приладів із абразивними насадками, які моделюють реальний процес зношування. Зносостійкість є важливою властивістю для матеріалів покриттів підлог, доріг і т.п.
Пружністю називають властивість матеріалів змінювати свою форму під дією навантаження (без ознак руйнування) і відновлювати її після зняття цього навантаження. Найбільше напруження, при якому матеріал має пружність, називається границею пружності. До пружних матеріалів належать деревина, сталь, багато пластмас.
Пластичністю називають здатність матеріалів змінювати під дією навантаження форму та розміри без утворення тріщин і зберігати її після зняття навантаження. До пластичних мінералів належать глиняне тісто, бетонні та розчинові суміші.
|