(хрупкие материалы - природные камни, бетон, кирпич).

В табл. 4.2 представлены образцы, применяемые дая определения предела прочности при растяжении строительных материалов.

е F₀ - первоначальная площадь поперечного сечения образца.

Предел прочности при изгибе определяют путем испытания обоазца материала в виде балочек на двух опорах.

Предел гдпрочности условно вычисляют по той же формуле сопротив­ления материалов, что и напряжение при изгибе:

Испытание на удар производят на копрах. Наиболее распространен- ным является копер Педжа (рис. 4.2). На нем испытывают образцы в виде

цилиндров с диаметром и высотой 25 мм. Копер со- стоит из массивной металлической опоры 1 массой около 50 кг, служащей также наковальней, и двух на- правляющих стержней. На наковальне устанавливают испытываемый образец 2. По направляющим стерж- ням передвигается стальной молот 3 массой 2 кт. Удар молота по образцу производится через подбабок 4 со сферической поверхностью, чтобы удар передавапся строго в цетр верхней грани образца. Первый удар наносится молотом, падающим с высоты 1 см, второй - с высоты 2 см, третий - с высоты 3 см и т.д. до раз- рушения образца, т.е. до появления первой трещины.

Показателем сопротивляемости образца удару служит порядковый номер удара, при котором образец разрушается Прочность при ударе вычисляется как среднее арифметическое результатов' испытаний трех образцов по формуле

из которой каждый последующий своим осгрым концом царапает все пре­дыдущие. Это шкала включает минералы в порядке возрастающей твердо­сти от 1 (тальк) до 10 (алмаз).

Твердость древесины, бетона и некоторых других строительных ма­териалов определяют, вдавливая в них стальной шарик или твердый нако­нечник в виде конуса или пирамиды. В результате испытания вычисляют число твердости:

НВ = Р/F, (4.12)

где Р - сила;

F - площадь поверхности отпечатка.

От твердости материала зависит его истираемость: чем выше твер­дость, тем меньше истираемость.

Истираемость - это способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий.

Для определения истираемости материалов, предназначенных, на­пример для устройства ступеней лестниц, полов, дорожных покрытий и т.п., применяют специальные машины-круги истирания. Истираемость, г/см', оценивают потерей первоначальной массы образца материала к пло­щади поверхности истирания и вычисляют по формуле:

И = ( - т_г) / F, (4.13)

где и т_г - масса материала до и после испытания.

Износ - свойство материала сопротивляться совместному действию удара, скалывания кромок и трению.

Износ оценивают при испытании материала во вращающемся полоч­ном барабане и вычисляют по формуле:

(4.14)

где т 1 - масса образца до испытаний, г;

- то же, после испытаний.

4.3. Понятие о теоретической прочности

Теоретическая прочность однородного материала характеризуется напряжением, необходимым для разделения двух примыкающих друг к другу слоев атомов. Теоретическую прочность получают из условия, что в момент разрушения вся энергия упругой деформации, накопленная в объе­ме между двумя слоями атомов, переходит в поверхностную энергию двух вновь образовавшихся при разрушении поверхностей.

Согласно уравнению Орована-Келли:

(4.15)

где Е - модуль упругости;

Э - поверхностная энергия твердого тела на 1 см²;

а - межатомное расстояние (в среднем 2-10⁸ см).

Формула получена из условия, что в момент разрушения материала накопленная энергия упругой деформации в объеме между двумя слоями атомов переходит в энергию новых поверхностей, образовавшихся при разрушении материала.

Таким образом, теоретически прочность твердого материала тем вы­ше, чем больше его модуль упругости и поверхностная энергия и чем меньше межатомное расстояние, и ее значение должно находиться в пре­делах Е/5 ... Е/10.

Например, теоретическая прочность стали 30000 МПа, в то время как прочность обычной стали около 400 МПа. Теоретическая прочность стекла при комнатной температуре 14000 МПа, прочность на растяжение тонких стеклянных волокон толщиной 3 ... 5 мкм - 3500 ... 5000 МПа, обыкновен­ного стекла - 70 ... 150 МПа.

Таким образом, используется только небольшая доля потенциальной прочности материала. Это объясняется тем, что в реальных материалах присутствуют дефекты различного уровня, начиная от молекулярных и кончая макродефектами, такими как поры и трещины. Так, увеличение по­ристости цементного камня менее чем на 3% вызывает снижение его проч­ности на 30%.

5. ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ 5.1. Физические свойства строительных материалов

1. Какие свойства строительных материалов относятся к физическим?

2. Что называется истинной плотностью материала и какова методи­ка ее определения?

3. Что называется средней плотностью материала и каковы методики ее определения для образцов правильной и неправильной геометрической формы?

4. В чем отличие истинной плотности от средней?

5. Что такое пористость материала? Какие системы пор могут встре­чаться в материалах?

6. Основные физические свойства строительных материалов, завися­щие от размеров пор.

7. На какие свойства влияет изменение показателя пористости?

8. В чем отличие гигроскопичности от водопоглощения?

9. Какова методика определения водопоглощения и как изменяются физические свойства материала при изменении его водопоглощения?

10. Для каких материалов наиболее важен показатель водонепрони­цаемости и водостойкости?

11. Что такое гидрофильность и гидрофобность?

12. Что называется коэффициентом размягчения и как он влияет на выбор материала⁹

13. Какие факторы влияют на теплопроводность материала?

14. Для каких материалов обязательны требования по теплоемкости?

15 Каковы числовые значения и размерности истинной и средней

плотности, пористости, теплопроводности и теплоемкости для тяжелого и ячеистого бетона, керамического кирпича и древесины?

16. Что такое морозостойкость? Какие материалы называются моро­зостойкими?

5.2. Механические свойства строительных материалов

1. Какие свойства строительных материалов относятся к механиче­ским?

2. Какие деформации в координатах напряжение-деформации пока­зывают материалы упругие, пластичные, хрупкие?

3. Назовите основные деформативные свойства строительных мате­риалов и охарактеризуйте их.

4. Что такое прочность материала?

5. Что является основной характеристикой прочности пластичных и хрупких материалов⁹ Приведите примеры пластичных и хрупких материа­лов.

6. От чего зависит прочность материалов?

7. Какие формы образцов и схемы испытаний используются для оп­ределения прочности материалов при сжатии, изгибе, растяжении?

8. Что такое твердость_: истираемость, износ материалов?

9 Понятие о теоретической прочности материалов.

Список литературы

1. Горчаков Г.П. Строительные материалы. - М.: Высшая школа, 1981. -

412с.

2. Горчаков Г.И., Бажснов Ю.М. Строительные материалы. - М.: Строй- издат, 1986. - 388 с.

3. Домокеев А.Г. Строительные материалы. - М.: Высшая школа, 1989. -

495 с.

3. Микульскии В.Г и др. Строительные материалы / В.Г.Микульский, Г.И.Горчаков, В.В.Козлов и др. - М.: АСВ, 1996. - 488 с.

4. Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов. — М.: Высшая школа, 1978. - 286 с.

Перечень стандартов на методы испытаний

1. СИ 528-80. Перечень единиц физических величин, подлежащих к при­менению в строительстве.

2. ГОСТ 7025-91. Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости.

3. ГОСТ 7076-87. Материалы и изделия строительные. Методы определе­ния теплопроводности.

4. ГОСТ 8269-87. Щебень из природного камня, гравий и щебень из гра­вия для строительных работ.

5. ГОСТ 8462-85. Материалы стеновые и облицовочные. Методы опреде­ления предела прочности при сжатии и изгибе.

6. Гост 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний.

7. Гост 10060-95. Бетоны. Методы определения морозостойкости.

8. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контроль­ным образцам.

9. ГОСТ 12730.0-5-78. Бетоны. Общие требования к методам определения плотности, влажности, водопоглощения, пористости и водонепроницаемости.

10. ГОСТ 13087-81. Бетоны. Методы определения истираемости.

11. ГОСТ 16483.9-72 - ГОСТ 16483.13-72. Древесина. Методы испытаний.

12. ГОСТ 23250-78. Материалы строительные. Метод определения удель­ной теплоемкости.

13. ГОСТ 24452-80. Бетоны. Метод определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

14. ГОСТ 24544-81. Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести.

15. ГОСТ 310.4-81. Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии.

СОДЕРЖАНИЕ