Механические свойства строительных материалов

Под механическими свойствами материалов понимается их способность сопротивляться различным силовым воздействиям.

Прочностью материала называют его свойство сопротивляться разрушению в результате воздействия внешних сил, вызывающих в материале предельное (критическое) напряженно-деформированное состояние. Строительные материалы, подвергаясь нагрузкам в конструкциях, испытывают различные напряжения - сжатие, растяжение, изгиб, кручение, срез и др. Иногда они испытывают и сложное напряженное состояние (плоское или объемное). В зависимости от того, как они работают в конструкциях, их испытывают на прочность при сжатии, растяжении, изгибе и т.д. Требования по прочности к строительным материалам изложены в соответствующих ГОСТ и ТУ.

Изучением прочности материалов занимается наука "Сопротивление материалов", поэтому приведены лишь краткие сведения о прочности.

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности при сжатии или при растяжении, то есть напряжением, соответствующим нагрузке, вызывающей разрушение стандартного образца. Предел прочности (МПа) при сжатии или растяжении R равен разрушающей нагрузке Pp, деленной на площадь А поперечного сечения образца:


Форма стандартных образцов и методика испытаний указываются в ГОСТ на соответствующие материалы. В таблице ниже приводятся пределы прочности некоторых строительных материалов:

Предел прочности строительных материалов

Предел прочности при изгибе Rизг при одном сосредоточенном грузе в балке прямоугольного сечения:


Предел прочности при двух равных грузах, расположенных симметрично относительно балки:

где P - разрушающая нагрузка, Н; l - пролет балки между опорами, см; b и h - ширина и высота поперечного сечения образца, см; Rизг - изгибающий момент, Н · см; W - момент сопротивления, см3; a - расстояние между осями приложения нагрузок, см.

Строительные материалы обладают разной прочностью и способностью сопротивляться действию сил сжатия, растяжения и изгиба.

Для обеспечения сооружениям достаточной прочности при действии различных факторов, а также нагрузок, не учтенных в расчетах, в нормах на строительное проектирование установлены определенные значения запаса прочности для различных материалов и конструкций.

Твердость - способность материалов сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Это свойство, например, у природных каменных материалов определяют по методу нанесения черты одним материалом на другом. 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.

Твердость строительных материалов

Числовое 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.

Твердость металлов определяют другими методами, например методом Бринелля.

Твердость древесных плит определяют вдавливанием шарика из закаленной стали диаметром 10 мм в полированную поверхность образца на глубину 2 мм и вычисляют по формуле:

где P - нагрузка при вдавливании шарика в образец на глубину 2 мм, Н; Н - твердость, МПа; А - площадь проекции отпечатка (для шарика при диаметре 10 мм - 5 · 10^-5м2).

Истираемость - свойство материала уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих усилий. На истираемость (И, г/см2) испытывают материалы, применяемые для устройства полов, лестничных ступеней, каменных тротуаров и прочие:

где m и m1 - масса испытуемого образца до и после истирания, г; А - площадь истирания, см2.

Числовые значения истираемости (г/см2) гранита 0,1 ... 0,5; керамических плит для полов - 0,25 ... 0,3; известняка - 0,3 ... 0,8.

В тех случаях, когда конструкции работают в условиях влажной и агрессивной сред, учитывают такие свойства материалов, как биостойкость, кислотостойкость, щелочестойкость и другие свойства.