1.2. Механические свойства

Механические свойства материалов имеют важное значение для строительных конструкций, работающих под нагрузкой. Основ­ными механическими свойствами являются прочность, твердость, истираемость, упругость, пластичность, хрупкость, сопротивление уда­ру, износ.

Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению от внутренних напряжений, возникающих в нем при воздействии внешних сил. В конструкциях строительные материалы при действии нагрузок испытывают различные деформации и соответствующие им напряжения: сжатия, растяжения, изгиба, среза и др.

В зависимости от того, как материалы ведут себя под нагрузкой, все они подразделяются на пластичные (углеродистые стали, алюми­ний, медь) и хрупкие (бетон, природные камни, чугун и др.).

Различные материалы по-разному сопротивляются деформаци­ям. Например, природные и искусственные камни (гранит, бетон, кирпиче и т.д.) хорошо сопротивляются сжатию и значительно (в 5... 50 раз) хуже — растяжению. Поэтому указанные материалы следует применять в строительных конструкциях, работающих на сжатие (стены, колонны и др.). Другие материалы (древесина, сталь) одина­ково хорошо сопротивляются сжатию и растяжению, хорошо работают на изгиб, поэтому их можно применять в конструкциях, работающих на изгиб (фермы, балки и др.).

Прочность является основным свойством большинства строи­тельных материалов; от прочности зависит величина нагрузки, кото­рую будет воспринимать конструктивный элемент в процессе экс­плуатации.

Мерой прочности материалов является предел прочности.

Предел прочности — максимальное напряжение, при котором происходит разрушение образца материала.

Предел прочности при сжатии R_cж или предел прочности при растяжении R_р, МПа, равен отношению разрушающей нагрузки F

к площади поперечного сечения образца А, подвергающегося испыта­нию, и вычисляется по формуле (СТБ 4.206 — 94)

R_cж(R_р) = F/A

где F — разрушающая нагрузка, Н; А — площадь поперечного сече­ния образца, мм².

Предел прочности при изгибе образца прямоугольного сечения при действии одной сосредоточенной силы, приложенной по середине образца, вычисляют по формуле

R_изг = 3 Fl/2bh²?

где l — расстояние между опорами, мм;

b и h — ширина и высота по­перечного сечения образца, мм.

Предел прочности материалов определяют при испытании стандартных образцов (рис. 1.1). Форма и размеры образцов должны соответствовать требованиям ГОСТа. Для испытания материалов на сжатие образцы изготовляют в виде куба или цилиндра, на растяже­ние — в виде призмы или стержня или в виде восьмерки (для биту­ма), на изгиб — в виде балочки (призмы), кирпича (в натуре) на двух опорах. Испытывают образцы до разрушения в лабораториях на гид­равлическом прессе или разрывных машинах.

Рис. 1.1. Стандартные образцы для испытания материалов: I — на сжатие: а — плотный природный камень; б — пористый природный камень; в — бетон; г — кирпич (куб склеен из двух половинок); II — на изгиб: а — цементный раствор; б — кирпич; III — на растяжение: сталь

Различные материалы обладают неодинаковым пределом прочности при сжатии: от 0,5 (торфяные плиты) до 1000 МПа и более (высокопрочная сталь).

Прочность конструкционных строительных материалов характе­ризуется маркой (М), которая, как правило, совпадает по значению с минимально допустимым пределом прочности при сжатии. Марка ма­териала по прочности является важнейшим показателем его качества.

Для каменных материалов марку определяют по пределу проч­ности при сжатии (в ряде случаев с учетом прочности при изгибе). Для каменных материалов установлены следующие марки: 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000. Например, марка прочности материала М150 означает, что предел прочности при сжатии материала составляет 15... 19,9 МПа.

В табл. 1.2 приведены пределы прочности при сжатии, изгибе и растяжении некоторых строительных материалов.

Таблица 1.2