необратимым деформациям.

Механические свойства материалов характеризуются рядом показателей —

упругостью, пластичностью, вязкостью, хрупкостью, прочностью и др.

■ Упругость — свойство тела восстанавливать свою форму и объем (твердые тела) либо только объем (жидкости и газы) после прекращения действия внешних сил или других факторов (например, нагревание), вызывающих деформацию тела. Тела, обладающие этим свойством, называются упругими (сталь, древесина и др.). Восстановление первоначального состояния может быть полным и неполным. Полное восстановление имеет место при воздействии на материал сравнительно небольших внешних сил, а неполное — при значительных нагрузках. Во втором случае в материале возникают так называемые остаточные деформации. Напряжение, при котором остаточные деформации достигают некоторого предельного значения, устанавливаемого для данного материала в технических условиях, называется пределом упругости (рис. 1.1). Поведение под нагрузкой большинства реальных материалов отличается от идеально упругого даже при напряжениях, малых по сравнению с пределом упругости. Эти отступления, называемые упругими несовершенствами или неупругостью, вызываются неоднородностью строения твердых тел и дефектами их структуры. К упругим несовершенствам относят упругое последействие, упругий гистерезис и внутреннее трение

Кроме предела упругости, для оценки механических свойств материалов применяются и другие показатели — предел пропорциональности (сгпц). предел текучести (пластичности) (ст_г), временное сопротивление (0_в). напряжение разрушения (Ор).

« Пластичность — свойство материала без образования трещин менять под действием нагрузки свою форму и размеры и сохранять остаточные (пластические) деформации после се устранения. К пластичным материалам относятся мягкая сталь, свинец, медь, влажная глина, свежеприготовленный раствор, большинство битумов, цементо- и асфальтобетонные смеси.

Пластичность зависит от условий деформирования (скорость нагружения, температура, давление и т.д.). Для пластичных материалов характерной является ползучесть, т. с. способность материалов деформироваться под длительно действующей нагрузкой. Пластичность металлических и других конструкционных материалов широко используют в технике (например, для обработки металлов давлением — штамповка, ковка, прокатка).

* Вязкость — свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Количественно вязкость характеризуется коэффициентом динамической вязкости, зависящим от рода материала, температуры и скорости испытания.

Динамическая вязкость (коэффициент внутреннего трения) характеризуется силой, возникающей на квадратном метре площади поверхности двух перемещающихся относительно друг друга слоев материалов при градиенте скорости деформации. Органические вяжущие материалы при температуре, благоприятной для работы с ними (рабочей температуре), имеют динамическую вязкость 0.1...0.5 Па-с. Кинематическая вязкость (в м^г/с) — величина, вычисленная путем деления динамической вязкости ц на плотность материала.

Вязкость твердых тел — свойство необратимо поглощать энергию при их пластическом деформировании. Такая вязкость обычно оценивается по результатам ударных испытаний (ударная вязкость).

Текучесть — свойство материала (среды) пластически или вязко деформироваться под влиянием механических воздействий. У газов и жидкостей текучесть проявляется при любых напряжениях, а у пластичных твердых тел — лишь при напряжениях, превышающих предел текучести.

Эластичность — способность материала испытывать более или менее значительные упругие обратимые деформации без разрушения при сравнительно небольших нагрузках.

Высокой эластичностью отличаются полимерные материалы. Обратимые деформации их превышают первоначальные размеры образцов в несколько раз, а модуль упругости имеет небольшое значение (0,1... 1 МПа). При растяжении полимерные материалы нагреваются. При этом изменяется их пластичность, прочность, твердость и некоторые другие свойства.

Хрупкость — свойство материала разрушаться под действием приложенных к нему внешних сил без заметных пластических деформаций. Хрупкие материалы плохо сопротивляются также удару. Это свойство характерно для твердых неметаллических тел, находящихся в обычных условиях (нормальные темпера­туры, давление и др.).

К хрупким материалам относятся; природные и искусственные каменные материалы, бетон, стекло, чугун и т. д. Диаграмма сжатия хрупких тел пред­ставлена на рис. 1,2.

. Твердость—свойство материала сопротивляться внедрению в него другого тела — наконечника, В зависимости от метода испытания, свойств наконечника и испытуемого материала твердость может оцениваться разными критериями. В большинстве случаев (при испытании бетона, металлов, древесины я др.) твердость определяется по размерам отпечатка, оставшегося на поверхности (методы Бринелля, Викксрса. Роквелла и др.). Твердость минералов и однородных каменных материалов определяют по специальной шкале твердости методом царапания (шкала Мооса).

• Прочность — свойство материалов в определенных условиях и пределах не разрушаясь воспринимать те или иные воздействия (нагрузки, неравномерные температуры, магнитные и другие поля; неравномерное высыхание или набухание, неравномерное протекание физико-химических процессов в разных частях тела и др.). Обусловливается она физическим взаимодействием между его частицами (атомами, ионами, молекулами или более крупными агрегатными образованиями, например, кристаллами). Существенную роль играет также строение материала, наличие в нем всевозможных дефектов и неоднородностей. Прочность большинства материалов изменяется под влиянием различных факторов. При увлажнении пористых каменных материалов и древесины, нагревании асфальтобетона прочность заметно уменьшается. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе материала, принятии того или иного конструктивного решения.

Различают прочность: теоретическую — вычисленную через силы

межатомного сцепления; техническую — достигнутую в реальных материалах; конструкционную — прочность конструктивных элементов; динамическую — свойство материалов воспринимать, не разрушаясь, динамические нагрузки; усталостную — свойство материала воспринимать повторные нагрузки; длительную -— свойство материала воспринимать без разрушения длительно дей­ствующие нагрузки.

Критериями прочности для различных условий нагружения являются; предел пропорциональности, предел текучести, предел прочности на сжатие, предел прочности на растяжение, предел прочности на растяжение при изгибе, предел прочности при скалывании т.д

Пределом прочности называют напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца.

Предел прочности при сжатии дорожно-строительных материалов колеблется в широком диапазоне: сталь — 380...450 МПа, гранит — 100...220, известняк плотный — 10... 150. бетон высоких марок — 30...60, бетон обыкновенный — 0.6... 1.5, дуб вдоль волокон— 40...50. сосна вдоль волокон ■— 30...45 МПа ит.д. Различаются значения предела прочности и при осевом растяжении. Причем одни материалы хорошо работают только на сжатие (камни, бетон, кирпич и др.). а другие как на сжатие, так и на растяжение (сталь, древесина, некоторые пластмассы).

Определение прочности дорожно-строительных материалов производится на цилиндрических, кубических или призматических образцах стандартных размеров. Показатели прочности условные, так как зависят от размеров образцов, метода испытания, влажности материала, температуры, при которой проводят испытания, и режима нагружения. При определении прочности материала испытания следует проводить строго в соответствии с утвержденной методикой.

Истираемость — уменьшение массы или объем;: взятого образца (навески) материала под действием истирающих усилий. Показателем истираемости является потеря массы, отнесенная к площади поверхности образца. Материалы на истираемость испытывают в лабораторных условиях на специальных машинах

Истираемость материала необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации дорожных покрытий, тротуаров, подземных переходов и других сооружений. Истираемость кварца — 0.06...0.12 г/см^!, гранил*—0.1...0.5. керамической плитки—0.25...0.3. известняка — 0.3...0.8 г/см'. Материалы, имеющие малую истираемость, обеспечивают высокую износостойкость изделий, и наоборот.

Сопротивление удару — способность материала сопротивляться разрушающему действию ударных нагрузок. Для испытания материалов на удар применяют специальные приборы — копры. Критерием оценки сопротивления удару является Суммарная работа, затраченная на разрушение образца и отнесенная к объему мате­риала. Ударная вязкость — способность твердых тел поглощать механическую энергию в

Усталость—явление разрушения материала под действием переменных напряжений, меньших предела прочности.

Технологические свойства материалов

Технологические свойства характеризуют поведение материалов в процессе их добычи, обработки и переработки. Они зависят от природы исходного материала, физико-Химических, механических и _'... : ■>. '^.тв. Знание технологических

свойств необходимо при выборе оборудования, режимов и технологии производст­ва строительных материалов, переработки естественных материалов, использовании в строительной практике.

К основным технологическим свойствам материалов относятся: дробимость. раскалываемость, полируемость. свариваемость, ковкость, удобоукладываемость. уплотняемость. гвоздимость и др. Эти свойства присущи различным материалам не в равной степени. Так, дробимость и раскалываемость важны главным образом при оценке технологических свойств каменных материалов, ковкость —— для многих металлов, удобоукладываемость — для бетонных смесей, гвоздимость — для древесных материалов, пластмасс и др. СТРОИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

При выполнении дорожно-строительных работ руководствуются утвержденными технологическими правилами производства работ, оправдавшими себя на практике приемами выполнения отдельных операции, нормативами по охране труда и пожарной безопасности. Все эти документы разрабатываются с учетом строительных свойств материалов, включающих многие уже указанные выше по­казатели: плотность. влажность. удобоукладываемость. уплотняемость, полируемость. гвоздимость и др. Вместе с тем необходимо учитывать и такие характеристики, как оптимальная влажность уплотняемых инертных материалов, оптимальная температура укладки асфальтобетона, рекомендуемая жесткость бетонной смеси, срок схватывания вяжущего, период твердения бетона, усадка бетона, время высыхания древесины, устойчивость эмульсий при хранении и многие другие.

Необходимые данные по строительным свойствам материалов можно найти в СНиПах и специальной литературе.

Эксплуатационные свойства материалов

Эксплуатационные свойства характеризуют работу материала в сооружениях на протяжении расчетного периода эксплуатации, Важнейшими из них являются атмосферостойкость. теплостойкость, огнестойкость. огнеупорность, жаростойкость, жаропрочность, морозостойкость и др.

Атмосферостойкость — способность строительных материалов длительное время сохранять свои первоначальные свойства в условиях частого изменения температуры, под воздействием солнечных лучей, дождя, ветра, при насыщении водой.

Теплостойкость — способность материала сохранять в той или иной степени свои прочностные и деформативные свойства при повышении температуры окружающей среды. Характеризуется теплостойкость температурой, при которой деформация испытываемого образца под действием определенной нагрузки достигает заданного значения.

Огнестойкость — свойство материала (изготовленной из него конструкции) в течение определенного времени выдерживать без разрушения действие высоких температур. Время, по истечении которого конструкция теряет несущую или ограждающую способность, называется пределом огнестойкости и измеряется в часах. По огнестойкости строительные материалы делятся на три группы: несгораемые (сталь, бетон, кирпич, черепица), которые не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются; трудносгораемые (асфальтовый бетон, фибролит и др.). воспламеняющиеся с трудом, тлеющие и обугливающиеся; сгораемые (дерево, толь, рубероид и др.). горящие открытым пламенем.

Огнеупорность — свойство материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. Огнеупорность характеризуется температурой размягчения. Огнеупорные материалы выдерживают воздействие температур свыше 1580 °С. тугоплавкие — до 1350...1580 и легкоплавкие — ниже 1350 °С.

Жаростойкость — свойство материала выдерживать длительное воздействие высоких (до 1600 °С) температур без заметной потери физико-механических качеств. Жаростойкие материалы используются для футеровки топок сушильных барабанов асфальтобетонных заводов, топок котельных установок, для устройства печей битумоплавильных агрегатов, при сооружении дымовых труб, фундаментов доменных печей, тепловых промышленных агрегатов и т. д.

Жаропрочность — способность материалов при высоких температурах выдерживать без разрушения механические нагрузки. Определяется комплексом показателей: сопротивлением ползучести. длительной прочностью, жаростойкостью и др.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и допустимого снижения прочности. По ГОСТ;' замораживание производится при температуре ниже —17°С. Прочность при испытании не должна снижаться больше чем на 25% (потеря массы не более 5%). Крупнопористые материалы (породы) обычно не задерживают гравитационную воду и поэтом)' имеют более высокую морозостойкость, чем мелкопористые. По числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания различают следующие марки материалов, по морозостойкости: Мрз. 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более.

Долговечность — свойство материала сохранять способность сопротивляться без разрушения совместному действию многих факторов в определенных условиях эксплуатации. О долговечности материалов судят по сроку службы построенных из этих материалов зданий и сооружений.

Износостойкость — способность материала сопротивляться действующим на него силам — нагрузкам от колес подвижного состава, попеременному замораживанию — оттаиванию, другим усилиям и внешним факторам.

Коррозионная стойкость — способность материала противостоять разрушению, вызываемом)- химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности материала при его взаимодействии с окружающей агрессивной средой.

Старение — необратимое изменение свойств материала вследствие химических превращений под действием кислорода, тепла, света, радиации и других факторов. В результате старения материалы (битумы, асфальтобетоны, полимеры и др.) теряют первоначальные ценные технические свойства. Для защиты от старения в их состав вводят стабилизаторы.

Кроме указанных, к эксплуатационным свойствам материалов и строительных конструкций можно отнести выносливость, трещиностойкость. теплостойкость и др.

При решении вопроса о применении того или иного материала прибегают к технико-экономическим расчетам. Приемлемым считается тот материал, который обеспечивает минимум приведенных затрат. Оценка качества инженерного сооружения дастся с помощью комплекса показателей, среди которых первостепенное значение имеет коэффициент конструктивного качества, вычисляемый как отношение предела прочности при сжатии материала к его

ПЛОТНОСТИ.

ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Г Т,

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для строительства автомобильных дорог широко применяются природные

каменные материалы. Их получают из скальных и рыхлых горных пород в

результате добычи, обработки или соответствующей переработки. При этом

обработка и переработка не приводит к изменениям их первоначального

химического состава, а поэтом)- природные каменные материалы и горные породы.

как правило, имеют одинаковые физико-механические свойства. Меняются лишь

форма частиц, степень обработки поверхности и некоторые другие внешние

качества. Качество каменных материалов зависит от происхождения и

минералогического состава горных пород.