Механические свойства строительных материалов

 

 

5.3.1. Механические свойства

 

 

Механические свойства характеризуют способность мате- риалов сопротивляться воздействию внешних механических сил – нагрузок, которые вызывают в них деформации и внут- ренние напряжения.

 

Нагрузки

 

 

Статические

 

(действующие постоянно) возникают от оборудова- ния, конструкций, мебе- ли, людей.

На них рассчитываются здания и сооружения промышленного и граж- данского строительства

Динамические

 

(прикладываются вне- запно и вызывают силы инерции) возникают в ре- зультате природных ката- строф, аварий на пред- приятиях, взрывов и уда- ров.

На них рассчитываются мосты, тоннели, дорож- ные и аэродромные по- крытия, прессовые цеха, специальные объекты

 

 

Внешние силы, действующие на материал, вызывают его деформации и могут привести к разрушению.

 

 

Сила

 

 

Материал

 

 

Деформированное состояние (изменение формы и размеров)

 

 

Разрушение (завершающая стадия силового воздействия)

 

 

Деформативные свойства

Прочностные свойства

 

Деформативные свойства строительных материалов ха- рактеризуют способность материала к изменению формы и раз- меров (без изменения массы).

Деформация – изменение формы и размеров под действием внешних и внутренних факторов. Деформации происходят вследствие удаления или сближения частиц, их которых состоит материал (атомов, молекул).

В зависимости от того, исчезают или нет деформации после снятия нагрузки (восстанавливаются размеры и форма или нет), деформации делятся на две группы:

· Обратимые деформации исчезают после снятия нагруз- ки, форма и размеры восстанавливаются полностью.

Упругие деформации исчезают мгновенно после снятия нагрузки.

Эластические деформации исчезают в течение более или менее длительного периода времени.

· Необратимые (остаточные), или пластические, дефор- мации полностью или частично сохраняются после снятия на- грузки.

Зависимость «напряжение – относительная деформация» (s–e) может быть представлена графически:

а) б)

в) г)

Рис. 5.9. Диаграммы деформации:

а – стекло (упругий хрупкий материал); б – сталь (сохраняет упругость при значительных напряжениях); в – бетон (хрупкий материал); г – эластомер (эластичный материал)

 

Область упругих деформаций (линейная зависимость s–e) характеризуется модулем упругости Е(модулем Юнга) – тан- генс угла наклона прямой к оси e. Модуль упругости представ- ляет собой меру жесткости материала: чем больше энергия межатомных связей, тем больше модуль упругости (и тем выше температура плавления).

 

Упругость материалов

Таблица 5.3

Материал	Модуль упругости (103 МПа)	Температура плавления, °С
Железо
Свинец
Полистирол
Каучук	0,02

В зависимости от величины деформации в момент разру- шения материалы подразделяются на:

– хрупкие – разрушаются без заметных деформаций (бетон, керамика, каменные материалы);

– пластичные – значительные деформации при разрушении (сталь, древесина, пластмассы).

Характер и величина деформаций зависят также от скоро- сти нагружения, влажности и температуры материала. Чаще всего с увеличением скорости нагружения и с понижением тем- пературы материала деформации по своему характеру прибли- жаются к упругопластическим.

Например, у битума при понижении температуры уменьша- ется пластичность, при отрицательных температурах он разру- шается как хрупкий материал. То же характерно для стали.

Поэтому более правильно для большинства материалов го- ворить о пластическом и хрупком состояниях.