Огнестойкость - свойство материала сопротивляться действию ог­ня при пожаре в течение определенного времени. Несгораемые материалы - бетон, кирпич керамический, сталь и др. Трудносгораемые материалы (пропитанная антисептиками древесина, асфальтобетон, фибролит и т.п.) под воздействием огня или высокой температуры тлеют, но после прекра­щения действия огня их горение и тление прекращаются.

Радиационная стойкость - свойство материала сохранять свою структуру и физико-механические свойства после воздействия ионизи­рующего излучения.

Многие строительные материалы являются многокомпонентными композитами сложного кристаллического, фазового, агрегатного и химиче­ского состава. Радиационное воздействие может способствовать глубокому изменению структуры материала, например аморфизации структуры кри­сталлических минералов, сопровождаемой объемными изменениями и воз­никновением внутренних напряжений.

Для сравнительной оценки защитных свойств материала используют толщину слоя половинного ослабления, равную толщине слоя защитного материала, необходимой для ослабления интенсивности излучения в 2 раза.

4. Механические свойства строительных материалов

4.1. Деформативные свойства

Упругость - свойство материала принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры. Упругая деформация полностью исче­зает после прекращения действия внешней силы, поэтому ее принято назы­вать обратимой.

Пластичность - свойство материала необратимо изменять форму или размеры под действием внешних силоне разрушаясь. Пластическую, или остаточную, деформацию, не исчезающую после снятия нагрузки, на­зывают необратимой

Хрупкость - свойство материала разрушаться при небольшой де­формации.

Основными характеристиками деформативных свойств строительных материалов являются модуль упругости, коэффициент Пуассона, модуль сдвига, объемный модуль упругости (модуль всестороннего сжатия), пре­дельные деформации (например, растяжения, сжатия) и др.

Внешние силы, приложенные к телу, вызывают изменение межатом­ных расстояний, отчего происходит изменение размеров деформируемого

19

тела на величину в направлении действия силы (при сжатии - укороче­ние, при растяжении - удлинение).

Относительная деформация равна отношению абсолютной деформа­ции к первоначальному линейному размеру l тела:

(4.1)

Деформация происходит вследствие удаления или сближения ато­мов, при этом смешения атомов пропорциональны деформации тела.

Модуль упругости Е (модуль Юнга) связывает упругую деформацию и одноосное напряжение линейным соотношением, выражающим закон Гука:

= (4.2)

При одноосном растяжении (сжатии) напряжение определяется по формуле Р/E, где Р - действующая сила; E- площадь первоначаль­ного поперечного сечения.

Модуль упругости представляет собой меру жесткости материала. Материалы с высокой энергией межатомных связей (они плавятся при вы­сокой температуре) характеризуются большим модулем упругости. Так, например для железа, имеющего температуру плавления 1539 °С, модуль упругости составляет Е = 211 х 10³ МПа, а для полистирола с температурой плавления 300 °С Е = Зх10³МПа

Механические свойства материала характеризуются диаграммой де­формаций, которая строится на основании результатов испытаний в коор­динатах "напряжение-относительная деформация".

Модуль упругости определяет тангенс угла наклона производной к оси деформаций. На рис. 4.1 представлены кривые для строительных материалов упругих, пластичных, хрупких и эластомеров.

Модуль упругости Е связан с другими характеристиками материала посредством коэффициента Пуассона. Коэффициент Пуассона, или коэф­фициент поперечного сжатия, равен отношению

=

(4.3)

Если бы объем материала при одноосном упругом нагружении оста­вался постоянным, то наибольшее теоретическое значение = 0,5. Силы притяжения и отталкивания в материале различным образом зависят от из­менения межатомного расстояния, поэтому значения коэффициента Пуас­сона реальных материалов значительно отличаются от теоретического и различаются между собой, например, для бетона = 0,27 ... 0,2, полиэти­лена - 0,4. Объемный модуль упругости, или модуль всестороннего сжа­тия, связан с модулем упругости следующим соотношением:

20

К = E[3(1-2 )]. (4 4)

Модуль сдвига связан с модулем упругости посредством коэффици­ента Пуассона:

G = Е/[2(1+ )]. (4.5)

г)

о)

&

б)

деформация

Рис. 4 1. Схемы диаграмм деформаций:

а - стекла; б - стали;« - бетона; г - эластомера

4.2. Прочность

Прочность - свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или дру­гими факторами (стесненная усадка_: неравномерное нагревание и т.п.).

Основной характеристикой прочности пластичных материалов явля­ется предел прочности при растяжении, хрупких - предел прочности при сжатии. Поскольку строительные материалы неоднородны, то предел прочности определяют как средний результат испытаний серии образцов. Формы и размеры образцов, состояние их опорных поверхностей сущест­венно влияют на результаты испытаний. Например, у кубиков малых раз­меров предел прочности при сжатии выше, чем у кубиков больших разме­ров из того же материала. Призмы показывают меньшее сопротивление сжатию, чем кубы одинакового с ними поперечного сечения. Это объясня­ется тем, что при сжатии образна возникает его поперечное расширение. Силы трения, возникающие между опорными гранями образца и плитами пресса, удерживают части образца, прилегающие к плитам, от поперечного расширения и, следовательно, от разрушения. Средние части образца, ис­пытывая поперечное расширение, разрушаются в первую очередь, поэтому при испытании кубов из хрупких материалов (бетона, раствора и др.) полу­чается характерная форма разрушения: образуются две усеченные пира­мидки, сложенные вершинами. Если опорные грани куба смазаны и тем самым уменьшены силы трения, то под нагрузкой куб вследствие свобод­ного поперечного расширения распадается на ряд слоев, разделенных вер-

21

тикальнымн трещинами, при этом прочность может снизиться до 50% по сравнению с прочностью образца с несмазанными поверхностями.

На результаты испытания влияет и скорость нагружения образцов. Если нагрузка возрастает быстрее, чем установлено стандартом, то резуль­тат получается завышенным вследствие того, что не успевают развиться пластические деформации.

В зависимости от прочности строительные материалы разделяются на марки. В нормативных документах марка обычно указывается в кгс/см², например, марки портландцемента М400. М500, М550, М600.

Предел прочности материала при осевом сжатии , МПа. кгc/ см², определяется путем испытания образцов на гидравлических прес­сах и рассчитывается по формуле

(4.6)

^где

- разрушающая нагрузка;

F - площадь поперечного сечения образца.

В табл. 4.1 систематизированы характерные образцы, применяемые для определения предела прочности строительных материалов при сжатии.

Перед испытанием образец очищают мягкой теткой, взвешивают и обмеряют с точностью до 1 мм После этого образец устанавливают на нижнюю опорную плиту пресса точно по ее центру, а верхнюю опорную плиту опускают на образец так, что он оказывается плотно закрепленным между двумя опорными плитами. Скорость нарастания нагрузки на обра­зец должна быть 0,5 ... 1 МПа (5 ... 10 кгс/см²) в 1 с. В момент разрушения образца, т.е. в момент наибольшей нагрузки на него, стрелка силы измери­теля остановится и пойдет обратно. Этот момент необходимо зафиксиро­вать. Каждый материал испытывают не менее чем на трех образцах

Физическое состояние материала оказывает большое влияние на зна­чение прочности образцов. Прочность материалов в сухом состоянии почти всегда выше прочности того же материала в насыщенном водой состоянии. Это учитывается коэффициентом размягчения (К_р), который определяют как частное от деления значения предела прочности при сжатии образца, испытанного в насыщенном водой состоянии на предел прочности образца в сухом состоянии

. (4.7)

Предел прочности при осевом растяжении используется в качест­ве основной прочностной характеристики пластичных материалов: стали,

22

Таблица 4 1

Схема стандартных методов определения прочности при сжатии

Форма

образца

Куб

Цилиндр

Призма

Эскиз

Расчетная

формула

Материал

Бетон

Раствор

Природный

камень

Бетон

Природный

камень

Бетон

Древесина

Размер стан­дартного об- разца, См

15x15x15 7,07х7,07 х 7,07 5x5x5 и др

d= 15, h =

= 30

d=h= 5; 7; 10: 15

а = 10, 15,

20,

h= 40, 60, 80 а = 2; h = 3

Составной

образец

Кирпич

а = 12; b= 12,3; h = 14

Половина об­разца призмы, изготовленной ] из цементно- песчаного рас­твора

Проба щебня (гравия) в ци­линдре

Цемент

а - 4,

F=25

Крупный заполнитель для бетона

d= 15, h= 15

23

древесины, пластмасс, рулонных кровельных материалов, а также хрупких материалов: бетонов, растворов и др. для получения одной из характери­стик их трещиностойкости. В зависимости от соотношения все

материалы можно разделить на три группы:

1. Материалы, у которых (волокнистые - древесина и др.);

2. (сталь);