m33170

внутренних капиллярных сил, стремящихся сблизить частицы материала.

Набухание происходит при насыщении материала водой. Полярные молекулы воды, проникая в промежутки между частицами или волокнами, слагающими материал, как бы расклинивают их, при этом утолщаются гидратные оболочки вокруг частиц.

Чередование высыхания и увлажнения пористого материала, часто встречающееся на практике, сопровождается попеременными деформациями усадки и набухания. Такие многократные циклические воздействия нередко вызывают трещины, ускоряющие разрушение. В подобных условиях находится бетон в покрытиях автомобильных дорог, в наружных частях гидротехнических сооружений. Величина усадки некоторых строительных материалов приведена в таблице 3.

Таблица 3. Усадка материалов

Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное и попеременное замораживание и оттаивание без выраженных признаков разрушения и потери прочности. Морозостойкими считают такие образцы материала, которые после установленных для них циклов замо- раживания-оттаивания теряют в массе не более 5%. После заданного цикла замораживания-оттаивания определяют прочность материала при сжатии и вычисляют коэффициент морозостойкости:

Кмрз = Rмрз , Rнас

где Rмрз - прочность образцов при сжатии после заданного количества циклов замораживания-оттаивания;

12

Rнас - прочность контрольных образцов при сжатии до замораживания в водонасыщенном состоянии.

Материал считается морозостойким, если Кмрз ³ 0,75. От морозостойкости существенно зависит долговечность строящихся объектов. Чем выше морозостойкость материала конструкций, тем выше ее долговечность.

1.2.4. Теплофизические свойства

Строительные материалы, используемые для ограждающих конструкций, должны быть не только прочными и долговечными, но и обладать надлежащими теплотехническими свойствами.

Теплоемкость - способность материала поглощать при нагревании определенное количество теплоты. Она характеризуется коэффициентом теплоемкости С.

риала от t1 до t2, Дж;

m - масса материала, кг;

t1 и t2 - разность температур после и до нагревания, °С. Теплоемкость материала необходимо учитывать при теп-

лотехнических расчетах ограждающих конструкций, при расчете степени подогрева материалов при зимнем бетонировании, при проектировании печей. Удельная теплоемкость изменяется от 0,1 до 1 (минеральная вата - вода).

Теплопроводность - способность материала передавать теплоту через свою толщу при наличии разности температур по обе стороны материала. Теплопроводность материала зависит от вида материала, пористости, характера пор, его влажности и плотности. Значение теплопроводности характеризуется коэффициентом теплопроводности l.

где Q - количество проходящей теплоты, Дж; а - толщина слоя материала, м;

А - площадь, через которую проходит тепловой поток, м2;

13

(обыкновенный керамический кирпич);

–тугоплавкие, выдерживающие температуру 1360-1580 °С (гжельский кирпич);

–огнеупорные, выдерживающие действие температуры 1580 °С и выше (шамот).

Возгораемость - способность материала под действием ог-

ня и высокой температуры воспламеняться, тлеть и гореть. Строительные материалы по возгораемости делят на 3 группы: несгораемые; трудносгораемые; сгораемые.

Несгораемые материалы под действием огня не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются.

Трудносгораемые под действием огня тлеют, обугливаются и продолжают гореть только при наличии источника огня.

Сгораемые под действием огня воспламеняются и горят при удалении источника огня.

Огнестойкость - способность материала выдерживать без разрушений одновременное действие высоких температур и воды. Пределом огнестойкости называют время в часах от начала огневого испытания до появления одного из следующих признаков: сквозных трещин, обрушения, повышения температуры на необогреваемой поверхности более чем на 140 °С.

Предел огнестойкости кирпичной стены толщиной в один кирпич равен 5,5 ч, незащищенных стальных колонн - 0,25 ч, балок, ферм, плит, панелей стен из железобетона - 0,5 ч.

Коэффициент линейного температурного расширения

бетона и стали составляет 10∙10−6 С−1 , гранита - 8-10∙10−6 С−1 , дерева - 20∙10−6 С−1 . При сезонном изменении температуры окружающей среды и материала на 500 С относительная температурная деформация составляет 0,5-1 мм/м. Во избежание появления на сооружении трещин большой протяженности его разрезают деформационными швами.

1.3.Механические свойства

1.3.1.Деформационные свойства

Упругость - свойство материала восстанавливать первоначальную форму после снятия нагрузки, под действием которой форма в той или иной мере изменяется. Восстановление первона-

15

чальной формы может быть полным при малых нагрузках и неполным – при больших нагрузках. В последнем случае в материале возникают остаточные деформации.

Предел упругости материала – это наибольшее напряже-

ние при различных видах деформации, при котором еще не обнаруживается остаточная деформация.

Пластичность - способность материала под влиянием действующих на него усилий изменять форму без появления трещин и сохранять ее после снятия нагрузки (битумы, глиняное тесто и т.д.).

Хрупкость – способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций, как только действующие на них усилия достигают значения разрушающих нагрузок. Для хрупких материалов характерна значительная разница между пределами прочности при сжатии и растяжении. Например, у природных каменных материалов предел прочности при растяжении составляет всего 1/60 – 1/40 предела прочности при сжатии.

Пластичность и хрупкость материалов могут сильно изменяться в зависимости от влажности, температуры, скорости нарастания нагрузки.

Напряжение. Внешние силы, действующие на материальное тело, стремятся деформировать его. В ответ на их действие в материале возникают внутренние силы, препятствующие деформации, в результате чего вся система остается в равновесии. Напряжение – мера внутренних сил, возникающих в деформируемом теле под воздействием внешних сил. Мерой этих внутренних сил (напряжения) служит сила, приходящаяся на единицу поверхности сечения материала в рассматриваемом участке:

σ = P / F ,

где Р – действующая сила,

F – площадь первоначального поперечного сечения эле-

мента.

Относительная деформация. Внешние силы, приложен-

ные к телу, вызывают изменение межатомных расстояний, отчего происходит изменение размеров деформируемого тела на вели-

16

чину l в направлении действия силы. Относительная деформация ε равна отношению абсолютной деформации l к первоначальному линейному размеру тела l .

ε = l /l .

Модуль упругости. Между напряжением и деформацией упругих материалов существует прямо пропорциональная зависимость, известная под названием закона Гука:

σ = E × ε

Коэффициент пропорциональности Е, характеризующий способность материала сопротивляться деформациям, называют

модулем упругости (или модулем Юнга).

Механические свойства материала характеризуются диаграммой деформаций, построенной на основании результатов испытаний в координатах «напряжение – относительная деформация» (σ - ×ε ) . Модуль упругости определяет тангенс угла наклона производной dσ / dε . На рис. 1 представлены диаграммы деформаций для строительных материалов упругих, пластичных, хрупких и эластомеров.

Относительная деформация

Рис 1. Схемы диаграмм деформации:

а) стекла; б) стали; в) бетона; г) эластомера

Для разных материалов модуль упругости различен. Например, модуль упругости стали равен 2∙105 , бетона - 3∙104 , а резины - 10 МПа.

1.3.2. Прочность

Прочностью материала называют его свойство сопротивляться разрушению в результате воздействия внешних сил и других факторов (усадка, температура, смещение опор), вызывающих в материале предельное напряженно-деформированное со-

17

стояние. Строительные материалы, подвергаясь нагрузкам в конструкциях, испытывают различные напряжения - сжатие, растяжение, изгиб, кручение, срез и т.д. В зависимости от того, как они работают в конструкциях, их испытывают на прочность при сжатии, растяжении, изгибе и т.д. Требования по прочности к строительным материалам изложены в соответствующих стандартах и технических условиях на материалы.

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности при сжатии или при растяжении, т.е. напряжением, соответствующим нагрузке, вызывающей разрушение стандартного образца.

Предел прочности (МПа) при сжатии или растяжении R равен разрушающей нагрузке Рр, деленной на площадь поперечного сечения образца F:

Пределы прочности некоторых строительных материалов приведены в таблице 5.

Таблица 5. Пределы прочности при сжатии

Форма стандартных образцов и методика испытаний указываются в стандартах на строительные материалы (табл. 6, 7).

18

Таблица 7. Схемы стандартных методов определения прочности при изгибе и растяжении

Испытание на растяжение

P

Пределы прочности при изгибе Rизг определяют по форму-

лам:

20