22. Механічні властивості будівельних матеріалів: твердість, міцність, пружність, пластичність, крихкість.

Міцність — це здатність матеріалу чинити опір руйнуванню від внутрішніх напружень, що виникають під дією різних зовнішніх на­вантажень. У процесі експлуатації будівель і споруд будівельні ма­теріали найчастіше зазнають напружень стиску, вигину, розтягу, зрі­зу та удару.

Будівельні матеріали по-різному сприймають різні навантаження. Це залежить від хімічного та мінералогічного складів матеріалу, струк­тури й будови. Так, природні й кам'яні матеріали, цегла, бетон тощо добре працюють на стиск, але погано на розтяг і вигин. При розтягу вони витримують навантаження в 10—15 разів менше, ніж при стиску. Тому такі матеріали застосовують переважно в конструкціях, які пра­цюють здебільшого на стиск (колони, стіни). Матеріали з волокнисти­ми наповнювачами мають підвищену міцність при вигині, показник якої порівняно з міцністю при стиску нижчий усього лише в 1,5—3 ра­зи (наприклад, азбестоцементні покрівельні вироби).

Ряд будівельних матеріалів, наприклад, деревина, сталь, деякі по­лімери (склопластики), добре працюють на стиск і вигин, а тому застосовуються в таких несучих конструкціях, як балки, ферми, труби.

Міцність будівельних матеріалів характеризується границею міцності при стиску, вигині тощо. Вона чисельно дорівнює на­пруженню в матеріалі, яке відповідає навантаженню, що призвело до руйнування зразка. Границя міцності для різних видів навантажень вимірюється в мегапаскалях (МПа).

Твердість — це здатність матеріалу чинити опір місцевим дефор­маціям, які виникають тоді, коли в нього проникають інші, твердіші тіла. Твердість матеріалів не завжди відповідає їхній міцності, тобто» при різній міцності твердість їх може бути однаковою.

Твердість металів, бетону, деревини та деяких інших матеріалів; визначають, вдавлюючи в зразки з певним зусиллям сталеву кульку або наконечник (конус, піраміду). Ступінь твердості встановлюють в і величиною відбитка. Число твердості за Брінеллем (НВ) визнача­ють відношенням прикладеного навантаження Рдо площі поверхні від­битка Р і обчислюють за формулою, МПа,

Ступінь твердості мінералів і гірських порід визначають за шкалою порівняльної твердості Мооса, яка складається з десяти мінералів-ета-лонів: тальк — 1; гіпс — 2; кальцит — 3; плавиковий шпат — 4; апа­тит—5; ортоклаз —6; кварц — 7; топаз —8; корунд —9; алмаз— 10.

Пружність — це здатність твердого тіла деформуватися ггд дією зовнішніх сил і самочинно відновлювати початкову форму та оС'<-ем, коли припиняється дія навантаження. Початкова форма може від­новлюватися повністю або частково (коли навантаження великі). Пруж­ну деформацію, яка повністю зникає із зняттям зовнішніх сил, нази­вають оборотною. Якщо форма відновлюється частково, то у матеріалі є залишкові деформації. Для деяких високоеластичних матеріалів (ела-стоміри), наприклад каучуку, пружна деформація може перевищува­ти 100 % через розрив зв'язків уже випрямлених молекул, тобто об'єм [ матеріалу після зняття навантаження може бути більшим за почат­ковий.

Границя пружності — це те найбільше напруження, при якому залишкові деформації мають найменше (допустиме за нормами) зна­чення, тобто матеріал практично зазнає оборотних пружних дефор­мацій.

Модуль пружності Е, МПа, характеризує жорсткість матеріалу, тобто здатність його деформуватися під дією зовнішніх сил. Чим ви­ще енергія міжатомних зв'язків у матеріалі, тим менше схильний він до деформацій і тим вищий його модуль пружності. Наприклад, для заліза Е = 21,1 • 10^-4, для алюмінію—7 • 10~⁴, для свинцю — 1,5- 10^-4, для полістиролу — 0,3 • 10^-4, для каучуку — 0,007 X X 10~⁴ МПа.

Пластичність — це здатність матеріалу під дією зовнішніх сил змінювати свою форму й розміри без руйнування й зберігати спо­творену форму й тоді, коли навантаження знято. Такі пластичні (за­лишкові) деформації називають необоротними. Пластичність деяких будівельних матеріалів змінюється під дією температури: при нагрі­ванні — підвищується, при охолодженні — знижується. До таких матеріалів належать бітуми, деякі сорти сталі й ряд полімерних мате­ріалів. Пластичність істотно впливає на технологію виробництва, якість матеріалів та їхні експлуатаційні властивості.

Крихкість — це здатність матеріалів під впливом зовнішніх навантажень руйнуватися без попередніх пластичних деформацій, тільки-но зусилля, що діють на них, досягають граничних (руйнів­них) значень. Ця властивість протилежна пластичності. Для крихких матеріалів характерні слабкий опір ударним навантаженням, а також иі'ликий розрив показників границі міцності при стиску та розтягу. І Іаприклад, для щільних і міцних кам'яних (природних) матеріалів Д'іюіт = (1 /40... 1 /60) і?ст- До крихких матеріалів належать також скло, чавун, бетон і деякі полімерні матеріали.

Крихкість і пластичність будівельних матеріалів можуть зміню-н.'ітнся не лише під дією температури, а й із зміною вологості та швидкості наростання навантаження, що діє на них. Наприклад, глина в сухому стані крихка, а в зволоженому (глиняне тісто) — пластична. Повзучість — це здатність матеріалу при тривалому наван­тажуванні виявляти недружні деформації, які наростають. Для дея­ких матеріалів (бетону, гіпсових, азбестоцементних виробів тощо) ця здатність спостерігається при звичайних температурах, для металів — при підвищених.

6