m33170

- при одном сосредоточенном грузе в балке прямоугольного сечения:

Rизг = 23bhРl2 = МWизг ;

- при двух равных грузах, расположенных симметрично относительно балки:

= 3Р(l − a)

Rизг bh2 ,

где Р - разрушающая нагрузка, Н;

l - пролет балки между опорами, cм;

b и h - ширина и высота поперечного сечения образца, см; Мизг - изгибающий момент, Н см;

W - момент сопротивления, см3;

а - расстояние между осями приложения нагрузок, cм.

Пределы прочности определяют на гидравлических или механических прессах (рис. 2).

Рис. 2. Схема гидравлического пресса мощностью 30 т:

1 – станина; 2 – нижняя опора; 3 – колонны; 4 - верхняя поперечина; 5 – верхняя плита; 6 – поршень; 7 – цилиндр; 8 – маслопровод; 9 – вентили; 10 – манометры; 11 – маслонасос с электродвигателем

21

Строительные материалы, используемые в сооружениях, рассчитывают с учетом запаса прочности с учетом следующих обстоятельств.

1.При испытаниях получают показатели, которые характеризуют только средние значения пределов прочности.

2.В каменных и других материалах образуются трещины

раньше достижения напряжения, равного пределу прочности.

3. При многократной переменной нагрузке под влиянием так называемой усталости материала он может разрушаться при значительно меньших напряжениях.

4. Под воздействием атмосферных факторов изменяются первоначальные свойства материалов, со временем происходит его старение, сопровождаемое понижением прочности.

Ударная прочность – свойство материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках.

Для испытания материалов на удар используют копры (рис. 3). Образец материала устанавливают на основание 3 у направляющих штанг 1, гирю 2, подвешенную на определенной высоте, сбрасывают на испытываемый образец до его разрушения (до появления первой трещины). Суммарная работа нескольких сбрасываний, затраченная на разрушение образца (Дж), отнесенная к единице объема материала (см3), характеризует сопротивление удару (Дж/см3):

22

Ударным нагрузкам подвергаются материалы, применяемые в конструкциях полов, дорожных одежд, бункеров и т.д.

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого материала. Твердость материала определяют по шкале твердости, в которой 10 минералов расположены в таком порядке, что на каждом из них все последующие могут оставлять черту (табл. 8).

Таблица 8. Шкала твердости

Твердость металлов определяют методом Бринелля. Твердость древесных плит определяют вдавливанием ша-

рика из закаленной стали диаметром 10 мм в полированную поверхность образца на глубину 2 мм и вычисляют по формуле:

где Р - нагрузка при вдавливании шарика в образец на глубину 2 мм, Н;

Н- твердость, МПа;

А- площадь проекции отпечатка, м2.

Твердость материалов имеет значение для тех из них, кото-

23

рые применяют в конструкциях, подвергаемых действию сильно сосредоточенных нагрузок (например, полы жилых и промышленных зданий).

Истираемостъ - способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий. Истираемость имеет большое значение для тех материалов, которые в условиях службы подвергаются истирающему воздействию (материалы полов, лестниц, покрытий автомобильных дорог).

Истираемость материалов определяют на специальных машинах – кругах истирания (рис. 4).

Рис. 4. Круг для определения истираемости:

1 – чугунный круг; 2 – образец материала; 3 – воронка для подсыпки абразивного материала

Основная часть машины – чугунный вращающийся круг, к которому под определенным давлением прижимают образцы в форме куба или цилиндра. На движущийся круг периодически подсыпают истирающий материал в определенном количестве. Для твердых материалов в качестве истирающего материала применяют наждак, для мягких – кварцевый песок. Для каждого материала назначают строго определенное число оборотов круга.

Истираемость определяют по формуле:

24

где m и m1 - соответственно масса до и после истирания; S - площадь истирания.

Средние значения иcтираемости материалов приведены в таблице 9.

Таблица 9. Истираемость материалов

Износом называют свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирающих усилий и удару. Износ определяют на образцах материалов, которые испытывают в полочных вращающихся барабанах со стальными шарами или без них. Показателем износа служит потеря массы пробы материала в результате проведенного испытания (в % от первоначальной массы). На износ испытывают материалы, используемые для строительства автомобильных дорог.

1.3.3.Реологические свойства

Кособым механическим свойствам можно отнести реологические свойства - вязкость и релаксацию.

Реология – наука о деформациях и текучести вещества, ис-

следующая различные деформации материалов в зависимости от напряжений.

Вязкость – способность материала поглощать механическую энергию при деформации образца.

Релаксация – свойство материала самопроизвольно снижать напряжения при условии, что начальная величина деформации остается неизменной.

Существуют много реологических моделей: Гука, Ньютона, Сен-Венана, Максвелла, Кельвина, Бюргерса, каждая из которых применяется для отдельных групп строительных материалов.

25

1.4. Химические свойства

Под химической (коррозионной) стойкостью понимают способность материалов сопротивляться действию кислот, щелочей, растворенных в воде газов и солей.

В условиях эксплуатации строительные конструкции и материалы часто подвергаются воздействию агрессивных сред и газов.

Растворенные соли, находящиеся в морской воде, оказывают разрушающее воздействие на цементобетонные конструкции. Сточные жидкости, проходящие по канализационным трубам, содержат кислоты, щелочи, соли, которые также отрицательно влияют на металлические и цементобетонные трубы.

Большинство строительных материалов не обладают стойкостью к действию кислот и щелочей.

Высокой стойкостью к воздействию кислот и щелочей обладают керамические материалы с плотным черепком – облицовочные плитки для полов и стен, канализационные трубы, специальный кислотостойкий кирпич.

Неорганические и органические вяжущие вещества обладают определенными клеящими способностями. Прочность склеивания определяется двумя факторами: адгезией и когезией.

Адгезия – прочность сцепления вяжущего (клея) с материалом.

Когезия – прочность самого клеящего материала.

Адгезия может быть специфической и механической. Специфическая адгезия объясняется различными видами физикохимических связей; механическая – шероховатостью поверхности, усадочными напряжениями, защемлением, вызывающим трение и т.д.

У минеральных клеев наилучшими адгезионными свойствами обладают растворимое стекло, магнезиальный цемент, портландцемент и глиноземистый цемент.

В полимерных клеях адгезионные качества определяются функциональными группами, входящими в состав молекул: например, гидроксильная -ОН, карбоксильная -СООН, нитрильная -СN и т.д.

26

1.5. Технологические свойства.

Особую группу составляют технологические свойства, которые характеризуют особые свойства материала, проявляющиеся в процессе технологических операций: колка, теска, ковкость, полировка, удобоукладываемость, формуемость, дробимость, спекаемость, плавление, затвердевание, высыхание и т.д.

Подробнее эти свойства рассмотрены в процессе технологии изготовления тех или иных материалов.

1.6. Классификация строительных материалов

Строительными материалами называют такие, из которых изготавливают конструкции, возводят здания и сооружения различного назначения. Стоимость строительных материалов и изделий составляет свыше 50% от общих капитальных затрат на строительство.

Строительные материалы классифицируют по областям применения в строительстве, по роду сырья, по общности технологических процессов их изготовления.

Материалы можно классифицировать как природные и искусственные.

Природные строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр земли или путем переработки лесных массивов в деловой лес. Этим материалам придают определенную форму и рациональные размеры, но не изменяют их внутреннего строения и состава.

Искусственные строительные материалы и изделия производят в основном из природных сырьевых или побочных продуктов промышленности, сельского хозяйства, а также сырья, получаемого искусственным путем. Получаемые строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как по строению, так и по химическому составу, что связано с переработкой сырья в заводских условиях.

Наиболее целесообразна классификация строительных материалов по общности технологического процесса их изготовления. В ее основу положены вид сырья, из которого производятся материалы, и технологические приемы их получения. Учитывая этот принцип, все строительные материалы можно объединить в

27

следующие группы:

1)естественные каменные материалы;

2)керамические материалы;

3)минеральные вяжущие материалы;

4)бетоны;

5)растворы строительные;

6)искусственные материалы на основе минеральных вя-

жущих;

7)металлы и сплавы;

8)теплоизоляционные и звукоизоляционные материалы;

9)лакокрасочные и оклеечные материалы;

10)полимеры и строительные материалы на их основе;

11)стекло и изделия из минеральных расплавов;

12)древесно-цементные материалы;

13)битумные и дегтевые материалы.

Исключение из этого классификационного принципа составляет группа теплоизоляционных материалов, так как эти материалы имеют различную технологию производства и изготавливаются из различного сырья, а в одну группу их объединяют по таким общим свойствам, как малая средняя плотность и низкая теплопроводность.

1.7.Нормативно-справочная литература по испытаниям

иприменению строительных материалов

В области строительства и промышленности строительных материалов основными нормативными документами являются стандарты (ГОСТР) и строительные нормы и правила (СНиП).

Требования, устанавливаемые нормативными документами, должны основываться на современных достижениях науки и техники, международных и региональных стандартах, учитывать условия использования материалов и конструкций.

Стандарты – нормативно-технический документ, устанавливающий комплекс норм, правил, требований к объекту стандартизации и утвержденный в соответствующем порядке.

Стандарты в области промышленности строительных материалов и конструкций делятся на следующие виды:

1)общие технические условия;

2)общие технические требования;

28

3)типы, основные размеры и параметры;

4)марки, сортамент;

5)правила приемки, методы контроля (испытаний, анализа,

измерений);

6)правила маркировки, упаковки, транспортирования и хранения;

7)типовые технологические процессы, а также правила (требования) безопасности труда и охраны природы.

Встандартах на материалы показаны требования, которыми

должен обладать материал, его свойства, параметры и методы определения этих свойств, правила маркировки, упаковки, транспортировки и хранения, укладки, уплотнения и т.д.

На вновь созданные материалы, которые еще не нашли широкого применения в строительстве, разрабатывают технические условия. Технические условия могут быть четырех категорий:

ФТУ – федеральные технические условия; РТУ – региональные технические условия; ОТУ – отраслевые технические условия; ТУ – технические условия.

Федеральные технические условия действуют на всей территории России и должны соблюдаться во всех отраслях производства. Региональные технические условия действуют в отдельно взятом регионе и также должны соблюдаться всеми организациями. Отраслевые технические условия должны соблюдаться всеми организациями и предприятиями данной отрасли на всей территории России; предприятия других отраслей не обязаны их соблюдать. Технические условия действуют только на выпускаемую этими предприятиями продукцию.

Помимо стандартов и технических условий в области строительства и промышленности строительных материалов действуют строительные нормы и правила (СНиП), которые состоят из 8 частей:

1.Организационно-методические нормативные документы (7 комплексов).

2.Общие технические нормативные документы (5 комплексов).

3.Нормативные документы по градостроительству, зданиям и сооружениям (6 комплексов).

29

4.Нормативные документы по инженерному оборудованию зданий и сооружений и внешние сети (3 комплекса).

5.Нормативные документы на строительные конструкции и

изделия (7 комплексов).

6.Нормативные документы на строительные материалы и изделия (10 комплексов).

7.Нормативные документы на мобильные здания и сооружения, оснастку, инвентарь и инструмент (3 комплекса).

8.Нормативные документы по экономике.

Шестая часть документов непосредственно относится к строительным материалам. Она состоит из 10 комплексов:

1.Стеновые кладочные материалы.

2.Минеральные вяжущие вещества.

3.Бетоны и растворы.

4.Щебень, гравий и песок для строительных работ.

5.Теплоизоляционные, звукоизоляционные и звукопоглощающие материалы.

6.Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие

материалы и изделия.

7.Отделочные и облицовочные материалы.

8.Асбестоцементные изделия.

9.Дорожные материалы.

10.Строительное стекло.

В этих комплексах содержатся общие требования к материалам, технические условия на конкретные разновидности, марки, правила приемки, методы контроля и испытания. Эти требования обязательны для выполнения всеми строительными и проектными организациями.

2.ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ИИЗДЕЛИЯ

2.1.Понятие о минералах и горных породах

Горной породой называют минеральную массу, состоящую из одного минерала (мономинеральная порода) или нескольких минералов (полиминеральная порода).

Минералом называют природное химически и структурно индивидуализированное тело, приблизительно однородное по

30