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.