2.4. Механика л ық қасиеттері

Бұған деформациялык (формасын өзгерткіштік) қасиеттер [серпім-ділік, пластикалык (иленгіштік), морттык] және беріктілік, қаттылық, үйкеліске және тозуға төзімділік қасиеттер жатады.

Деформацияльщ қясиеттер. Құрылыс материалдары сырткы күш әсерінен өздерінің өлшемдері мен формаларын аз шамаға болса да өзгертеді, яғни деформацияланады. Бүл деформация күш шамасына тікелей тәуелді. Егер күш белгілі бір мәннен аспаса, деформация күштің өсуіне пропорционал артады, ал күш әсерін тоқтатсак (яғни күшті алып тастасақ, жойсақ) дене (бүйым) бастапқы қалпына келеді (қайтады). Денелердің бұл қасиеттерін серпімділік дейді.

Шамамен айтарлықтай үлкен күш әсерінен дененің қайтымсыз, қи-рамай деформациялану қабілеті — пластикалык касиет деп аталынады.

Күш әсері тоқталған кезде (яғни денеге түскен күшті алғанда) де-формацияның жойылуын (материалдың бүрынғы қалпына келуін) -серпімді немесе кайтымды деформация, ал жойылмауын (яғни мате-риалдың бастапқы қалпына келмеуін) — қаддык немесе пластикалык деформация дейді.

Қүрылыстар мен конструкцияларда пайдаланылатын материалдар­ды екі топка белуге болады: 1 - қаддық деформациядан кейін қирайтын пластикалык материалдар, мысалы, болат, дюралюминий, ағаш; 2 -өте аз калдық деформация кезінде қирайтын морт материалдар, мыса­лы, шойын, бетон, кірпіш, шыны. Әдетте, пластикалык материалдар созылуға және сығылуға біркелкі қарсыласады, ал морт материалдар-дың сығуға беріктігі жаксы, бірақ созуға беріктілігі нашар болады. Морттыққа ірі, ал пластикалыкка үсақ түйір қүрылым тән.

16

Басқа материалдар сияқты құрылыста кодданылатын конструкция-лык материалдар да атомдардан түратыны, ал атомдар өзара атомдық күшпен байланысып тепе-тендік күйде болатыны физика курсынан мәлім. Материалдың беріктігі атомдардыц атомдық күш шамасына байланысты. Атомдық күш неғүрлым үлкен болса, материал соғүрлым берік, кіші болса - осал. Сыртқы күш әсерінен атомдык күш кандай да бір косымша шамаға өзгереді.

Бүл косымша шама ішкі күш деп аталып, конструкция элемент-терінің сырткьі күш әсеріне қарсыласу кабілетін сипаттайды.

Деформация материалдың атомдарының аракашыктыктарының өзгеруі мен атом блоктарының орын ауыстыруы салдарынан туады. Дене деформацияланғанда ол А, шамасына ұзарады немесе кыскара-ды. Оның сызықтық (бойлы) салыстырмалы деформациясы (е) келесі формуламен анықталынады:

в-А^/1, (2.9)

мүнда А, - абсолюттік деформация, 1 - дененің алғашқы сызық өл-шемі см, мм).

Тәжірибелердің көрсетуіне қарағанда, барлык серпімді конструк-циялык материалдарда пайда болатын деформация (е) кернеуге (8) тура пропорционал, яғни:

е = 5/Е. (2.10)

Бұл зандылыктың авторы Гук айткандай: «күш қандай болса, үзару да сондай». Эр материал эр күште әртүрлі үзарады. Формуладағы Е -материаддың серпімділік модулі - материалдың қатандылығын, яғни оның деформацияға карсыласу қабілетін сипаттайтын коэффициент; өлшем бірлігі - МПа немесе н/м²; ол тәжірибе жүзінде аныкталынады:

Е = 5/е. (2.11)

Мүндағы кернеу шамасы келесі формуламен есептелінеді:

5 = Р/5, (2.12)

мүндагы Р - бүйымға түскен сырткьі күш, кгс; 8 - бұйымның күш түспей түрған кезіндегі кодденең кимасының ауданы, см².

Атомдары ұзара үлкен атомдық күшпен байланыскан материалдар-дың (олар жоғары температурада балқиды) серпімділік модулі де үлкен (2.2-кесте). Ауыр бетонның деформациялық модулі маркаларына (М100-М500) байланысты 1900-4100 МПа, арболиттің серпімділік модулі-75-1200 МПа.

17

2.2-кесте. Материалдардың серпімлілік модулінің (Е) балқу температурасымен (^) байланыстылығы

Материал	Е10Л МПа	4>°с	Материал	ЕЮ-4, МПа	у-С
Корунд Темір Жез Алюминий	37,2 21,1 11,2 7	2050 1539 1083 660	Қорғасын Полистирол Каучук	1,5 0,3 0,007	327 300 300

Пластикалық материалда қалдық деформациясын тудыратын кернеудің ең аз шамасы аккыштық шегі (5_аш) деп аталып, келесі фор-муламен анықталынады:

о_я =Р_Я1/8. (2.13)

а.ш. а.ш/ ^ч '

Мүнда Р_{а ш} - үлгіге түскен, онда акқыштық шегін тудыратын сыртқы күш, кгс.

Кернеу шамасы ақкыштық шегіне тең болғанда материал пласти-калық (қалдық) деформацияға үшырайды.

Беріктік деп — конструкцияның немесе оның жеке элементтерінің сыртқы күш, температура, су, кар т.б. әсерінен туған ішкі кернеуге қирамай қарсыласу қабілетін атайды, яғни беріктілік дегеніміз — ма-териалдың оған түскен сыртқы қирату күштеріне кедергі көрсетуі.

Конструкциялардағы күрылыс материалдар өздерінетүскен әртүрлі күштер әсерінен пайда болған сығылу, созылу, иілу және ығысу кернеулеріне тап болады. Көбіне материалдар сығылу мен созылу күштері әсерінде болады. Табиғи тастар, бетондар, кірпіш, т.б. морт материалдар сығу күштеріне жақсы, сығу күшіне орташа, ал созылу күшіне нашар кедергі көрсетеді. Бұлар созғанда, сығумен салыстыр-ғанда, 10-15 рет аз күшке шыдайды (карсыласа алады). Сондықтан мүндай материалдарды сығылатын қүрылыс конструкцияларда кол-дану кажет. Басқа қүрылыс материалдары, мысалы, болат, ағаш, т.б. сығу және созу күштеріне бірдей жаксы кедергі көрсетеді.

Материалды сыкканда немесе созғанда пайда болатын кернеулер (2.12) формула арқылы анықталады. Материалдың беріктігі (Я) оған кернеу туғызған күшті үлгінің көлденен кимасы ауданына бөлу аркы-лы табылады, яғни:

К = Р_Қ/3. (2.14)

Бұл көрсетілген беріктікті материалдыңберіктік шегі немесе уакыт-ша қарсыласу шегі деп те атайды, ал Р_к — беріктік шегіне сай бүйымды

18

(үлгіні) қирататын күш (ол кернеу туғызатын күштен (Р) айыру үшін «к» индексімен белгіленеді.

Материал беріктігін оның күштің қай түріне карсыласуына (кедергі көрсетуіне) байланысты К_сығ, К_соз, К^, К^ деп белгілейді. Материал-дың беріктік шегін табу үшін оның үлгісін престерде, үзгіш машина-ларца т.б. қиратады.

Қүрылыс материалының кұрылымы біркелкі емес болғандықтан, оның беріктік шегін бірнеше (әдетте үштен кем емес) үлгілерді кират-қаннан соң олардан шыккан орташа көрсеткішке теңестіріледі. Үлгілердің формасы және өлшемдеріне байланысты, оларды сыннан өткізгенде, яғни қиратқанда табылған беріктік көрсеткіштері өзгереді.

Мысалы, сығу берікгігін табу үшін қабырғасы 2 (ғылыми зерттеу үшін)...30 см текшелер (кубиктер) сынға салынса (қиратылса), кіші текшелердің беріктігі сол материалдардан істелінген (дайындалған) үлкен текшелердің беріктігінен жоғары болып шығады. Призмалар-^дың ^сыг олармен көлденең қимасы бірдей кубтардың беріктігінен ай-тарлықтай төмен. Өйткені үлгіні сыкканда ол көлденеңінен кеңиді. Үлгімен престің жоғарғы және төменгі табандары арасындағы үйкеліс үлгінің пресс плиталарына жанасқан жақын бөлшектерін көлденен кеңуден, демек қираудан қорғайды. Сыкканда үлгінің орта шені, көл-

денең кеңудің әсерінен, алдымен кеңиді. Сон-дыктан морт материалдан жасалған кубты сык­канда, ол төбелері косылған екі пирамида бөліп, қирайды (2.4 а-сурет). Егер де үлгі табандарын майласак (мысалы, парафинмен), демек үйкеліс күшін азайтсақ, онда куб көлденең бос кеңудің әсерінен вертикальді жарықшақтарға бөлініп, бірнеше кесектерге ыдырайды (2.4 ә-сурет). Пресс плиталарына таянатын (орнатылатын) аудандарына май жағылған кубтың сығу берік-тігінің шегі майланбаған куб беріктігінің 50 % Шіімасында.

Үлгілердің беріктілік мөлшері оларға сыртқы күштердің түсу жылдамдығына да байланысты.

2.4-сурет. Морт материалдар қирауының схемасы: а - көдімгі кубты сыкканда; ә - жоғарғы және төменгі табандары майланған кубты сыкканда

Егер күш стандарттағы көрсетілгеннен гөрі тез түссе (берілсе), онда сынның қорытындысы, яғни үлгінің беріктілігі жоғары болады, өйт-кені мүның салдарынан үлгіде пайда болатын пластикалық деформа-циялар күш түсуінің жылдамдығына сәйкес тез өсе алмай қалады.

Келтірілген мысалдар кұрылыс материалдарының беріктілігін анық-тау үшін олардың формасы, өлшемдері, сығылатын табан бетінің си-паттамасы және оларға күш түсуінің жылдамдығы әртүрлі материал-дарды сынауға арналған стандарттарда көрсетілген талаптарға сәйкес болуын баяндайды.

2.3 және 2.4-кестелерде күрылыс материалдарының түрлеріне сәйкес олардың әртүрлі беріктіктерін анықтау үшін қолданылатын үлгілердің формасы, өлшемдері, есеп формулалары көрсетілген.

2.3-кесте. Материалдардыц сығуға беріктілігін стандарттық өдістермен анықтау схемасы

2.4-кесте. Материалдың созуға және июге беріктіктерін стаңдартты әдістермен анықтау схемасы

Үлгі	Сынау схемасы	Есептеу формуласы	Материал	Стандартты үлгінің өлшемі, см
Стержень, сегізше, призма	* т		Бетон Болат	5x5x5 10x10x10 а=і 1=10
Призма кәдімгі кірпіш		Кню=ЗҒ1/ЗЬҺ2	Цемент Кірпіш	4x4x4 12x6,5x25
Призма	га М	Қ^ҒІ/ЪҺ2	Бетон Ағаш	15x15x60 2x2x30
	ф -, ф

Үлгі	Эскиз				Есептеу формуласы		Материал		Стандартты үлгінің өлшемі, см
Куб	/					К=Ғ/а2		Бетон Қүрылыс ерітіндісі Табиғи тас		15x15x15
				у. 1
	* а *		7,07x7,07x7,07 5x5x5 10x10x10
			15x15x15 20x20x20
Призма	1		һ		К=Ғ/а2		Бетон Ағаш		а = 10; 15; 20 һ = 40; 60; 80 а = 2;һ = 3
Құрамалы үлгі	і			\		к=ғ/з		Кірпіш		а=12; в=12,5; һ=14
Цемент-құм ерітіндісінен немесе гипстен жаса-лынған призмаүлгінің жартысы	Ю&				К=Ғ/5		Цемент Гипс		а=4 3-25 см2
Жарықшақ немесе малта тастың цилиндрдегі үлгісі	#				Ұа= = (тгт2)/ т,-100		Бетоннын ірі толтыр-ғыштары		ё=15 һ=15

Жалпы алғанда Кеығу жоғарыда көрсетілген (2.14) формула аркы-лы аныкталынады, Ксозу — болаттың, бетонның, талшыкты жөне т.б. материалдардың беріктігін сипаттау үшін пайдаланылады. Осы көрсетілген екі беріктіктердің өзара катынасына байланысты матери-алдарды үш топка белуге болады; бірінші - к созу к сығудан жоғары материалдар (талшықтыағаш т.б.), екінші — к созу к сығуға тең мате-риалдар (болат), үшінші — к созу к сығудан темен материалдар (морт-табиғи тастар, бетон, кірпіш).

Беріктігіне байланысты материалдар маркаларғабөлінеді. Беріктік арқылы белгіленген марка материалдар касиеттерінің ең маңыздысы. Нормативтерде марка кгс/см² өлшемінде келтіріледі; мысалы, порт-ландцементтің маркасы - 400; 500; 550; 600. Маркасы жоғарылаған сайын материалдардың конструкциялық сапасы жақсарады.

Беріктігі (К) жоғары, ал орташа тығыздығы (Во) темен материал-дарды - ең жақсы конструкциялык материалдар дейді. Олар конст-рукциялық сапа коэффициента (к.с.к.) деген түсінік арқылы сипатта-лынады:

к.с.к. = КД)о. (2.15)

Бүл коэффициент™ мөлшері жоғарылаған сайын материалдьщ тиімділігі артады.

Практикада (іс жүзінде) материалдың берікгігін жоғарыда көрсе-тілген әдістерден басқа, мысалы, үлгіні киратпай, оның бойын ультра-дыбыс жіберу әдісі немесе өзге тәсілдер аркьілы табу да колданылады.

21

Мұндай әдістер әсіресе кұрылыста орнатылып қойылған конструк-циялардың беріктігін анықтау үшін пайдаланылады.

Қаттыльщ деп — материалдың оған өзінен гөрі катты денені батыр-ганда туатын жергілікті пластикалык деформацияға кедергі көрсету қасиетін атайды. Тастардың, минералдардың қаттылығын Моос шка-ласы деп аталатын 10 минерал аркьілы анықтайды. Мұнда әр келесі минерал ұшкыр қырымен өткен минералды тырнағанда онда із қалды-рады. Осыған байланысты тастар мен минералдар төмендегі кестеде келтірілген 10 қаттылық көрсеткіштерімен сипатталынады.

Ағаштын, металдың, бетонныңт.б. бұларға ұқсас материалдардың қаттылығы оларға болат шарикті немесе конус не пирамида түрінде істелінген катты ұшты батыру (ендіру) аркылы аныкталынады. Осын-дай сынаудан соң төмендегі формула аркылы материалдың каттылық саны (НВ) табылады:

НВ = Р/8, (2.16)

мұндағы Р — материалға түсетін күш, кгс; 8 — шариктің денеде қал-дырған ізінің ауданы, см².

2.5-кесте. Моос шкаласы бойынша қаттылық

Қаттылық көрсеткіші	Минераддың		Қаттылық сипаттамасы
	аты	ХИМИЯЛЫҚ формуласы
1	Тальк	ЗМё043і02Н20	Тырнақпен оңай тырналады
2	Гипс	Са304-2Н20	Тырнақпен тырналады
3	Кальцит	СаС03	Болат пышақпен оңай тырналады
4	Флюорит (балқығыш шпат)	СаҒ2	Пышаққа аздап күш түсіргеңде тырналады
5	Апатит	Са5(Р04)3Ғ	Пышаққа біраз күш түсіргенде тырналады
6	Отртоглаз	К2ОА1203-65і02	Шыныны тырнайды
7 8 9 10	Кварц Топаз Корунд Алмас	8і02 А12(ЗІ04)(Ғ0Н)2 С	Шыныны оңай тырнайды; түрпілі (уатқыш, қатты) материалдар ретінде қолданылады

Материалдардың қаттылығынан олардың үйкелістен үнталуы тәуелді: каттылығы асқан сайын үйкелістен ұнталуы төмендейді, яғни материал аз үнталады, үйкеліске шыдамды келеді.

Үйкеліске төзімділік — материалдың алғашкы салмағының үйке-лістен кемуін (Г) сынға тап болған бетінің ауданьша (см²) шаққандағы молшермен бағаланады да, мына формуламен есептелінеді:

Ү = (т-т₂)/3,-* (2.17)

мұндағы т,, т₂- материалдың үйкелістен бұрынғы және үйкелістен кейінгі салмағы; 8 - үлгінін, сыналған бетінің ауданы.

Материалдың үйкеліске кедергілігі стандартталған әдіспен: үйкеліс туғызатын айналып түратын дөңгелек және түрпілі (уатқыш, катты) заттардың (кварцті күм немесе зімпара) көмегімен аныкталынады. Бұл қасиеттің материалдарды жодда, еденде, баскыштарда қолданылуы үпгін маңызы зор. Осындай қүрылыстарда көп пайдаланылатын материал-дардың үйкеліске төзімділігі, г/см², төмендегідей: кварциттікі — 0,06-0,12; граниттікі - 0,1-0,5; еденге төсейтін керамикалык плиткалардыкі (такталанған бұйымдардыкі — 0,25-0,3; мәрмәрдікі -0,3-0,8.

Тозуға төзіңцЩк деп - материалдардың үйкеліспен ұрудың қатар (бір мезгілде) тигізетін әсеріне кедергі корсеткіш қасиетін атайды. Материаддардың тозуын болат шарлары бар немесе оларсыз айналғыш барабандарда сынайды. Тозу кәрсеткіші материаддың сынға түскен-нен кейін жоғалтқан салмағымен (алғашқы салмағынан % есебіңде) сипатталынады.

Осы 2-тарауда материалдар мен бұйымдардың негізгі физика-механикалык касиеттері қаралды. Кейбір материалдардыңтек өзіне тән қасиеттері, мысалы байланыстырғыш заттардың ұнтақтылық дәрежесі, цемент, гипс және қүрылыс ерітінділерінің нормалык қоюлығы, бетон араласпасының қалыпқа ыңғайлы салынғыштығы, олардыңқоршаған ортада төзімділігін баяндайтын химиялық, фи-зика-химиялык касиеттері сол материалдарға арналған тарауларда каралды.

Құрылыс материалдары мен бүйымдарының кейбір қасиеті олар-дың физикалық, механикалык, химиялык касиеттерінің материалға тигізетін әсерінің корытындысы ретінде қаралады. Соның бірі - ұзақ уакыттылық.

23