- •Конспект лекций по теме Применение строительных материалов Чита. 2012
- •Содержание
- •Раздел 1 Изготовление строительных материалов и изделий
- •Технологии изготовления строительных материалов:
- •Утилизация бракованных строительных материалов и изделий. Занятие №4 Изготовление строительных материалов
- •1. Прямое безобжиговое прессование
- •Раздел 2 Основные свойства строительных материалов
- •Занятие №6
- •Физические свойства строительных материалов
- •Общие понятия о свойствах
- •Занятие №7 Механические свойства строительных материалов
- •Занятие №10 Эксплуатационные свойства строительных материалов
- •Раздел 3 Применение и подбор строительных материалов и изделий
- •Занятие №11
- •Классификация строительных материалов по области применения
- •Строительные материалы и изделия классифицируют по степени готовности, происхождению, назначению и технологическому признаку.
- •Занятие №12 Назначение, классификация и свойства вяжущих. Виды минеральных вяжущих
- •Воздушные вяжущие
- •Гидравлические вяжущие вещества
- •Вяжущие автоклавного твердения
- •Кислотостойкие вяжущие
- •Занятие №13 Свойства минеральных вяжущих
- •Занятие №16 Виды и применение органических вяжущих
- •Конструкционные материалы Занятие №17 Назначение и номенклатура конструкционных материалов
- •Занятие №18 Стеновые изделия. Керамические и силикатные изделия. Блоки фундаментные и стеновые из горных пород.
- •Занятие №20 Конструкционные материалы из чугуна и стали
- •Занятие №22 Изделия из древесины и древесных отходов Общие сведения о древесине
- •Строительные материалы из древесных отходов
- •Занятие №24 Бетон и железобетон
- •Железобетонные конструкции и изделия
- •Раздел 3. Отделочные материалы
- •Занятие №33 Отделочные материалы и изделия из керамики, стекла и горных пород
- •Занятие №37 Отделочные материалы из древесины и древесных отходов
- •С теновые панели мдф
- •Представление проектов
- •Оценка и выбор проекта
- •На какие группы делят тим по виду сырья?
- •Какие марки установлены для тим и по какому свойству они устанавливаются?
- •Какой коэффициент теплопроводности должен быть у тим?
- •Раздел 4 Определение вида и качества строительных материалов и изделий
Занятие №7 Механические свойства строительных материалов
Механические свойства отражают способность тел (материалов) сопротивляться силовым (от механических нагрузок), тепловым, усадочным или другим напряжениям без нарушения установившейся структуры. В свою очередь, под напряжением понимается мера интенсивности внутренних сил, возникающих под действием нагрузок, изменений температуры и других факторов или причин. Практически напряжение определяют как внутреннюю силу, отнесенную к единице площади, причем под внутренней силой подразумевают силу действия частиц, находящихся по одну сторону от площадки, на частицы, находящиеся по другую сторону от этой площадки. Обычно определяют расчетом нормальные (перпендикулярные к площадке) и касательные напряжения, выражаемые в СИ в МПа.
Механические свойства разделяются на деформационные и прочностные. Деформационные свойства характеризуют способность материала к изменению формы или размеров без отклонений в величине его массы. Деформация — изменение объема или формы твердого или пластичного тела без изменения массы. Главнейшие виды деформаций — растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб. Все они могут быть обратимыми и необратимыми, или остаточными. Обратимые полностью исчезают при прекращении действия на материал факторов, их вызвавших. Необратимые деформации, называемые, кроме того, пластическими, накапливаются в период действия этих факторов; после их снятия деформации сохраняются. Обратимые деформации, исчезающие мгновенно и полностью, называются упругими, а если в течение некоторого времени, то — эластическими.
Деформации могут быть также сложными — упругопластическими или упруговязкопластическими, если достаточно четко выражены соответственно упругая и пластическая или упругая, эластическая и пластическая части.
На характер и величину деформации влияет не только величина нагружения, но и скорость приложения нагрузки, а также температура материала. Как правило, с повышением скорости деформирования и понижением температуры материала деформации по своему характеру приближаются к упругопластическим, уменьшаясь по абсолютной величине. Пластические деформации, медленно нарастающие без увеличения напряжения, характеризуют текучесть материала. Пластическая деформация, медленно нарастающая в течение длительного времени под влиянием силовых факторов, не способных вызвать остаточную деформацию за обычные периоды наблюдений, называется деформацией ползучести, а процесс такого деформирования — ползучестью или крипом.
Деформационные свойства строительных материалов, как и других тел, обусловливаются периодом, или временем релаксации. Релаксацией называется процесс самопроизвольного падения внутренних напряжений в материале, связанных с молекулярным перемещением при условии, что начальная величина деформации остается неизменной, например зафиксированной жесткими связями. Характер начальной деформации в период релаксации напряжений может измениться, например из упругой постепенно перейти в необратимую (пластическую), что связано с переориентацией внутримолекулярной структуры. Время, или период релаксации, определяет продолжительность релаксационных процессов. Период релаксации—важная характеристика строительных материалов: чем она меньше, тем более деформативным является материал.
К другому важному механическому свойству относится прочность, т. е. способность материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под влиянием механических, тепловых и других напряжений. Типичными прочностными характеристиками являются предел упругости, предел текучести и предел прочности при воздействии сжимающих, растягивающих или других видов усилий. Пределу упругости соответствует напряжение материала при максимальной величине упругой деформации; пределу текучести - постоянное напряжение при нарастании пластической деформации; пределу прочности - максимальное напряжение в момент разрушения материала. Эти характеристики прочности относятся к кратковременному действию приложенной нагрузки. При длительном воздействии нагрузки возрастает опасность для структуры материала и даже сравнительно малые напряжения могут вызвать ползучесть и заметное ухудшение структуры с потерей прочности. Поэтому нередко принято измерять длительную прочность материала, причем не только при статической, но и динамической нагрузках. Материал может резко терять свою прочность после приложения к нему вибрационной нагрузки, что обусловлено усталостью — накоплением неотрелаксированных напряжений и необратимых микродефектов в структуре. Соответствующая прочность называется усталостной, определяется испытанием образцов материала.
В целом, три упомянутые характеристики прочности — условные по двум причинам. Во-первых, они не учитывают фактора времени, что с некоторым приближением можно допустить только в отношении хрупких материалов. Во-вторых, приборы, образцы, скорость приложения нагрузки на прессах и другие исходные данные методов испытания материала на прочность условны. Один и тот же материал может иметь различную величину показателя прочности в зависимости от размера образца, скорости приложения нагрузки и конструкции прибора, на котором испытывались образцы. Например, чем меньше размеры «кубика», больше скорость приложения нагрузки, тем выше величина предела прочности при сжатии.
Таблица 2. Прочность некоторых строительных материалов
Материалы
|
Предел прочности, МПа, при |
||
сжатии |
изгибе |
растяжении |
|
Гранит |
150—250 |
|
3—5 |
Тяжелый бетон |
10—50 |
2—8 |
1—4 |
Керамический кирпич |
7,5—30 |
1,8—4,4 |
— |
Сталь |
210—600 |
— |
380—900 |
Древесина (вдоль волокон) |
30—65 |
70—120 |
55—150 |
Стеклопластик |
90—150 |
130—250 |
60—120 |
Дополнительными характеристиками механических свойств при оценке качества материалов могут служить твердость, истираемость и ударная вязкость. Твердость выражает способность материала сопротивляться проникновению в него более твердых тел, например при сдавливании стального шарика или конуса, царапании резцом, сверлении, ударах молотка, пулевом выстреле и др. Эти условные испытания дают значения твердости либо только качественные, например, по следу царапания, либо также и количественные — по глубине или площади отпечатка с учетом приложенной нагрузки. Нередко от полученного значения твердости стремятся перейти к величине прочности, хотя устанавливаемые соотношения между твердостью и прочностью тем менее точные, чем пластичнее материал. Только у хрупких тел царапание можно более или менее надежно сравнивать с прочностью, так как, то и другое свойство обусловлено сцеплением между микрочастицами материала.
Таблица 3. Шкала твердости минералов
Показатель твёрдости |
Минерал
|
Характеристика твёрдости
|
1 |
Тальк или мел |
Легко чертится ногтем |
2 |
Каменная соль или гипс |
Ноготь оставляет черту |
3 |
Кальцит или ангидрид |
Легко чертится стальным ножом |
4 |
Плавиковый шпат |
Чертится стальным ножом под не большим давлением |
5 |
Апатит |
Чертится стальным ножом при сильном нажатии стекло не чертит |
6 |
Ортоклаз (полевой шпат) |
Слегка царапает стекло, стальной нож черты не оставляет |
7 |
Кварц |
Легко чертит стекло, стальной нож черты не оставляет
|
8 |
Топаз |
|
9 |
Корунд |
|
10 |
Алмаз |
О твердости нередко также судят по потере массы образцов при истирании на металлических кругах в присутствии абразивных порошков. О более сложном свойстве, включающем и твердость, а именно об износе, износостойкости материала судят по испытанию пробы определенной массы путем вращения ее в барабане совместно с металлическими шарами или без шаров. Чем больше измельчается проба, тем и больше износ в процентах. Ударная вязкость характеризует способность материала сопротивляться сосредоточенным ударным нагрузкам и определяется количеством работы, затрачиваемой на излом образца в фиксированном с помощью насечки месте. Работа, отнесенная к площади поперечника образца, характеризует единичную ударную работу на излом, называемую удельной ударной вязкостью. Она имеет практическое значение при оценке качества металлов, асбестоцементных изделий, например кровельных листов и плит.