Механические свойства.

Прочность – важнейшее свойство материала, в большинстве случаев определяет возможность его использования в строительной конструкции. В настоящее время принято, что прочность материалов измеряется мегапаскалями (МПа).

Наиболее прочными являются металлы, например, сталь (150-500 МПа), прочность гранитов при сжатии 120-150 МПа, при растяжении менее 10 МПа, прочность бетонов при сжатии изменяется от 1 до 100 МПа, а при растяжении их прочность в 10-15 раз меньше.

Наряду со статической прочностью в необходимых случаях определяют динамическую прочность (при однократной динамической нагрузке) и усталостную (при повторных нагрузках).

Упругость – свойство материала обратимо поглощать энергию, передаваемую внешними воздействиями, что выражается в восстановлении первоначальной формы и объема образца после прекращения действия внешних сил, под влиянием которых форма материала в той или иной мере изменилась.

Вязкость – свойство твердых тел под воздействием внешних сил необратимо поглощать механическую энергию при пластической деформации.

С вязкостью и упругостью материалов в известной мере связаны пластичность и хрупкость.

Пластичность – способность материала необратимо деформироваться под влиянием действующих на него усилий без разрыва сплошности (образования трещин).

Хрупкость – свойство материалов под влиянием внешних сил разрушаться, не давая остаточных пластических деформаций. Хрупкость противоположна пластичности. Хрупкость и пластичность материалов изменяются от температуры и режима нагружения. Например, битумы хрупки при пониженной температуре и быстро нарастающей нагрузке и пластичны при медленно действующей нагрузке и повышенной температуре. Глины хрупки в сухом состоянии и пластичны во влажном. Хрупкие материалы плохо сопротивляются растяжению, динамическим и повторным нагрузкам.

Ползучесть – способность материалов длительно деформироваться под действием постоянной нагрузи. Ползучесть материалов возрастает с уменьшением их вязкости, поэтому большей ползучестью обладают вязкие, пластичные материалы (например, асфальтобетон) и меньшей – хрупкие, упругие материалы (например, цементобетон). Ползучесть учитывают, если ее деформации влияют на прочность или эксплуатационные свойства материалов в сооружении.

Химические свойства учитывают при оценке пригодности материала для тех или иных целей в строительстве.

Растворимость – способность образовывать истинные растворы в результате взаимодействия материала с водой или другими растворителями. Строительные материалы в большинстве случаев должны быть нерастворимыми в условиях их эксплуатации.

Коррозионная стойкость – свойство материала не разрушаться в агрессивных средах (щелочная, кислотная среда, проточная вода и др.). Наиболее стойкими по отношению к агрессивным средам (воздействию кислот и щелочей) являются керамические материалы, а также изделия из пластмасс. Неустойчивы в кислой среде известняки, доломиты, древесина, портландцементы, в щелочной среде – древесина, битумы.

Атмосферостойкость – свойство материала не разрушаться под воздействием климатических условий (температура воздуха, осадки, солнечная радиация и др.). С атосферостойкостью материала часто связана его склонность к старению вследствие протекания в нем физико-химических процессов и ухудшения свойств. Старение характерно для полимеров, битумов, асфальтобетонов.

Твердение – свойство материала затвердевать (переходить из пластичного состояния в твердое) в результате химических и физико-химических процессов и приобретать ряд новых свойств – сопротивляемость различным по виду и характеру нагрузкам, агрессивным воздействиям внешней среды. Твердение обычно оценивают показателями прочности и их изменением во времени.

Адгезия – свойство одного материала прилипать к поверхности другого. Измеряют адгезию прочностью сцепления при отрыве одного из них от другого. Адгезия имеет важное значение в технологии изготовления материалов и конструкций.

Горючесть – свойство материалов принимать участие в быстропротекающей химической реакции, сопровождающейся выделением тепла и света. Материалы могут быть негорючими, горючими, трудно и легко сгораемыми, что учитывают в противопожарных нормах при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений.

Токсичность – свойство некоторых материалов вызывать отравление и заболевание у людей. В работе с такими материалами (дегти, клеи и др.) необходимо строго соблюдать правила охраны труда.Перечисленные свойства не исчерпывают многообразие свойств строительных материалов ни по их перечню, ни по их классификации.

В соответствии с функциональным назначением выделим такие строительно-технические свойства материалов, как конструкционные, изоляционные, технологические, эксплуатационные, декоративные.

Конструкционные свойства обусловливают возможность создания из материала конструкции с заданными механическими свойствами. Поэтому наряду с механическими свойствами к этой группе относят твердость, истираемость, износ материалов, их коэффициент конструктивного качества и др.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого материала. От твердости зависит, в частности, истираемость поверхности слоев дорожных покрытий. Для металлов твердость определяют методом вдавливания шарика (метод Бринеля), величиной отскока падающего груза (метод Шора).

Истираемость – способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий. Истираемость определяют на стандартных машинах, вычисляя массу истертого образца к его площади (г/см²). Истираемость имеет большое значение для строительных материалов, используемых в дорожных покрытиях.

Износ – свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов.

Изоляционные свойства включают: тепло-, электро-, свето-, звукопроводность, газо-, водо-, паропроницаемость и др. Эти свойства способствуют созданию оптимальных условий в помещениях для работы, жизни человека, эксплуатации машин, оборудования за счет изоляции помещения от окружающей среды. В последнее время все большее значение приобретают свойства материала, обуславливающие радиационную защиту (радиационная проницаемость материала).

Технологические свойства характеризуют поведение материала при технологических процессах, его обработке и переработке (например, буримость, дробимость скальных горных пород, формуемость, слеживаемость, нерасслаиваемость бетонных смесей, вязкость жидкообразных материалов и смесей, твердение, адгезия и др.). По технологическим свойствам судят о возможности переработки и получения доброкачественной продукции из исходных материалов при принятой технологии и имеющемся технологическом оборудовании.

Названные и многие другие свойства оцениваются количественно условными показателями, не согласующимися с принятой международной системой единиц. Поэтому эти показатели в разных странах неодинаковы, в большинстве случаев они нормированы в пределах одной страны, а иногда – в пределах отрасли.

Эксплуатационные свойства. Долговечность материала характеризует продолжительность его работы (срок службы) в конструктивных элементах сооружений и в условиях эксплуатации до предельно допустимого изменения свойств. Долговечность обусловлена способностью материала сопротивляться комплексному воздействию механических нагрузок, изменению температуры и влажности, действию растворов солей, газов, совместному воздействию воды, мороза, солнечных лучей. Критерии долговечности материала комплексны, они зависят от его физических, механических и химических свойств.

С долговечностью материалов связывают выносливость – способность сопротивляться многократно прилагаемым механическим воздействиям, которые ускоряют разрушение строительных материалов, вследствие чего ухудшается их долговечность. Выносливость обычно измеряется количеством нагружений, которые выдержал материал до разрушения.

Часто долговечность материала характеризуют морозостойкостью – его способностью при попеременном замораживании и оттаивании не проявлять заметных признаков разрушения. При воздействии знакопеременных температур вследствие изменения объемов составляющих материал компонентов (кристаллы, зерна и др.) постепенно нарушаются микросвязи между ними, что приводит к снижению физико-механических свойств. Более интенсивно проявляется воздействие переменных температур на водонасыщенные каменные материалы (строительный кирпич, пористые горные породы, тяжелый цементобетон). В этом случае вода, находящаяся в порах и микротрещинах, замерзая при понижении температуры, переходит в твердое состояние и увеличивается в объеме примерно на 10%. Возникающее давление льда при многократном повторении замораживания–оттаивания постепенно разрушает материал.

Морозостойкость каменных материалов зависит от крупности составляющих, объемной массы и пористости.

Чем мельче кристаллы, больше плотность и меньше открытых пор, тем выше морозостойкость. Чем меньше диаметр пор, тем ниже температура замерзания воды, заключенной в них. Так, при диаметре капилляра 1,5 мм температура замерзания воды 6,4°С, при 0,24 мм – 13,3, при 0,16 мм – 14,6, при 0,06 – 18,4°С.

В зависимости от климатических условий, в которых будет работать материал, к нему предъявляются различные требования по показателю морозостойкости, определяемой количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания до разрушения материала. Часто коэффициент морозостойкости определяют как отношение показателя прочности материала в водонасыщенном состоянии после испытания на морозостойкость к показателю прочности до испытания.

Декоративные свойства обеспечивают эстетические требования к сооружению. К ним относят цвет, яркость, рисунок и особенности поверхности материалов (шероховатость и др.). Этим свойствам все больше и больше уделяют внимания.

Исследованиями установлено, что производительность труда работающих в значительной мере определяется эстетическим оформлением помещений и оборудования.