Механічні властивості будівельних матеріалів.

Механічні властивості матеріалів характеризують їх спроможність опиратися зовнішнім механічним діям, які викликають в них стиск, вигин, розтяг, крутіння, зріз, тертя.

Основними механічними властивостями матеріалів є міцність, деформативність, твердість і зносостійкість.

Міцність - властивість матеріалів в певних межах сприймати силові навантаження без ознак руйнування. Міцність матеріалів зумовлена щепленням між собою частинок (атомів, іонів і молекул), з яких вони складаються. В зв'язку з тим, що в структурі практично всіх реальних твердих тіл є дефекти, їх реальна міцність набагато нижче теоретично можливої. До прикладення силових навантажень частинки, з яких складаються тверді матеріали, утримуються силами взаємного щеплення. Після прикладання до тіла зовнішнього навантаження (), його дія рівномірно розподіляється на всі частинки матеріалу, і він виявляється в напруженому стані, що, в свою чергу, призводить до зміни відстаней між частками матеріалу, тобто до його деформації ().

Для того щоб визначити величину напружень (), які виникають в даному перерізі матеріалу () при дії навантаженя (), необхідно величину силового навантаження віднести до площі перерізу:

Таким чином, напруження є мірою інтенсивності протидії внутрішніх сил впливу зовнішніх сил віднесених до одиниці площі. За одиницю напруги прийнятий паскаль (Па), рівний тиску, що викликає сила в 1 ньютон (Н), рівномірно розподілена по перерізу матеріалу в 1 м².

Мірою деформації є відносна деформація (), яку визначають відношенням зміни лінійних розмірів тіла, що деформується, () в напрямку дії сили (при стиску - скорочення, при розтягу - подовження) до попереднього значення лінійного розміру зразка (l):

Для твердих і пружних тіл з збільшенням напруги пропорційно зростають і їх відносні деформації,

де ε - модуль пружності(МПа), який характеризує жорсткість матеріалу і є його константою.

Модуль пружності залежить від величини енергії і виду хімічних зв'язків між частинками. Теоретичне значення міцності на розтяг для деяких однорідних матеріалів можна обчислити:

де: - теоретична міцність на розтяг;

G - поверхнева енергія твердого тіла, випадає на 1 см² поверхні;

E - модуль пружності;

a - міжатомні відстані (2×10^-8см).

Порівняння модулів пружності сталі (2×10⁵ МПа) і кремнеземистого скла (0.73 ×10⁵ МПа) говорить про те, що під дією однієї і тієї ж сили деформація сталі буде в 2,7 рази меншою ніж у скла. А якщо деформованість сталі порівнювати з каучуком (ε=20 МПа), то вона буде в 10000 раз нижчою ніж у каучука. Деформації можуть бути пружними, тобто що зникають при знятті силових навантажень або при руйнуванні матеріалу, і пластичними або залишковими - такими, що залишаються після зняття навантаження або руйнування зразка. Відповідно, зворотні деформації звуться пружними (гума, скло, сталь, штучні і природні кам'яні матеріали тощо), а незворотні - пластичними (бітум, окремих видів пластмас, глини, бетонні суміші, що не затверділи, тощо.). Напруга при якому відбувається руйнування матеріалу при випробуванні називають межею міцності. В залежності від характеру прикладання силового навантаження (F) розрізняють такі види напружень: міцність при стиску, розтязі, вигині, сколі (зрізі) і крученні. Міцність при стиску визначають на зразках стандартних розмірів у вигляді кубів, а інколи в вигляді циліндрів, призм і половинок балок. Міцність конструкційних будівельних матеріалів характеризується їх маркою. Найчастіше контролюється міцність на стиск. В необхідних випадках визначається міцність на вигин і розтяг. Для того, щоб врахувати статистичний розкид міцності при випробуваннях, введене поняття клас матеріалу по міцності.

Стосовно до бетону, у відповідності з ДГСТ 26633-85, класом бетону називається його числова характеристика по міцності, що приймається з гарантованою забезпеченістю (звичайно 0.95).

З поняттям твердості сполучається і поняття здатності до стирання, яке характеризує спроможність матеріалу опиратися дії зусиль тертя. Як правило, чим вище твердість матеріалу, тим більший опір він чинить тертю.

Висновок. Механічні властивості матеріалів характеризують їх спроможність опиратися зовнішнім механічним діям, які викликають в них стиск, вигин, розтяг, крутіння, зріз, тертя. Основними механічними властивостями матеріалів є міцність, деформативність, твердість і зносостійкість.

Дата добавления: 2015-08-18