4. Механічні властивості будівельних матеріалів

Під дією навантажень у будівельних конструкціях можуть з'явитись тріщини або їх руйнування. Тому необхідно знати ме­ханічні властивості будівельних матеріалів (далі матеріалів). Такими властивостями є міцність, пружність, пластичність, хрупкість і твердість.

Міцність - це здатність матеріалу чинити опір руйнуванню від внутрішніх напружень, що виникають під дією різних зовнішніх навантажень. У процесі експлуатації будівель і споруд матеріали найчастіше зазнають напружень стискання (рис. 1, а), вигину (б), розтягу (в) та удару.

Кам'яні матеріали добре працюють на стискання (а), а на розтяг (б) і вигин (в) в 10... 15 разів гірше. Тому їх застосову­ють здебільшого для стін, фундаментів, колон. Деревина, сталь і пластмаса добре працює на стискання і вигин, а тому застосо­вується в таких несучих конструкціях, як балки, ферми. Щоб бетон працював добре на вигин чи розтяг, то в середину бетону вставляють арматуру, яка сприймає розтяг.

Рис 1. Види напруження: а - стискання; б - розтягу; в - вигину руйнування і визначають границю міцності за формулою:

Де Р_руйн. – руйнівне навантаження (сила0 вимірювання в ньютонах (Н), кілоньютонах (кН), меганьютонах (МН), S- площа поперечного перерізу зразка до випробування, м², см².

У старих підручниках міцність і марки подані в кгс/см* -му значення границі міцності і марок у кгс\см² в 10 більше, ніж у таблиці (у мегапаскалях). Міцність матеріалів можна визначати і нетрадиційним методом, наприклад, ульт­развуковим. Чим більша об'ємна маса, тим більша міцність ма­теріалів. Внаслідок зволоження міцність багатьох матеріалів знижується. Під час експлуатації в конструкціях допускають­ся напруження, значно нижче за границю міцності матеріалів, тобто передбачається запас міцності.

Твердість - це здатність матеріалу чинити опір місцевим деформаціям, які виникають тоді, коли в нього проникають інші тверді тіла. При різній міцності твердість їх може бути однаковою. Твердість деяких матеріалів (бетону, деревини) визначають, вдавлюючи в зразки сталеву кульку і визначаєть­ся за формулою, МПа:

Р де НВ - число твердості (за Брінеллем), Р - навантаження, (Н); Р - площа поверхні відбитка, (мм²). Ступінь твердості мінералів визначають за шкалою порівняльної твердості Мооса, яка скла­дається з десяти мінералів: тальк - 1; гіпс - 2; кальцій - 3; плавиковий шпат - 4; апатит - 5; ортоклаз - 6; кварц - 7; то­паз - 8; корунд - 9; алмаз - 10.

Стираність - це здатність матеріалу зменшуватись за ма­сою й об'ємом при дії стираюючих зусиль і визначається за формулою:

де т_г т₂ - маси зразка відповідно до й після стирання, г; Р -площа стиральної поверхні, м².

Значення стиранності (г/м²): граніт - 1...5; керамічна плит­ка для підлоги - 2,5...З; цементний розчин - 6... 15.

Опір удару - це здатність матеріалу чинити опір руйнуван­ню під дією ударних навантажень.

Пружність - це здатність твердого тіла деформуватись під дією зовнішніх сил і самочинно відновлювати початкову фор­му після припинення дії навантаження (пружина, гума).

Пластичність - це здатність матеріалу під дією зовнішніх сил змінювати свою форму без руйнування і зберігати після зняття навантаження (пластилін, глина).

Крихкість - це здатність матеріалу під впливом зовнішніх навантажень руйнуватись без попередніх пластичних деформацій (скло). Крихкість і пластичність матеріалів можуть змінюватись не лише під дією температури, а й зміною воло­ті (глина в сухому стані крихка, а в зволоженому (глиняне тісто) - пластична.

Повзучість - це здатність матеріалу при тривалому наван­тажуванні виявляти непружні деформації, які наростають, наприклад, у бетоні при звичайних температурах, а в металі - при підвищених.