Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Механические свойства строительных материалов

Механические свойства строительных материалов



Важнейшими для строительных материалов являются механические свойства, характеризующие их отношение к внешним силовым воздействиям (табл. 3.1). Механические свойства неразрывно связаны со структурой материалов, силами сцепления между частицами, особенностями их теплового движения.
Деформативные свойства. Силовые воздействия на материал вызывают изменения расстояния между слагающими его частицами или их сдвиг. Способность материалов восстанавливать форму и объем (твердые материалы) или только объем (жидкие и газообразные материалы) после прекращения действия внешних сил называют упругостью. Для кристаллических материалов упругость вызывается силами притяжения между частицами, образующими пространственную решетку. Раздвинутые под влиянием механических усилии элементы решетки после разгрузки стремятся в исходное положение (рис. 3.1).
Механические свойства строительных материалов

Свойство ряда материалов приобретать значительные упругие деформации под действием сравнительно небольших нагрузок и восстанавливать размеры и форму после их снятия называется эластичностью. Высокоэластичные материалы (резина, поролон и др.) после снятия напряжения практически мгновенно восстанавливают форму и размеры. Эластичные деформации имеют обычно выраженный анизотропный характер.
Механические свойства строительных материалов

Напряжения, развиваемые в материалах при их нагружении, достигают определенного критического значения, после чего начинают проявляться необратимые (пластические) деформации (рис. 3.2). Строго определить границу между упругим и пластическим состоянием трудно, поэтому обычно определяют условный предел упругости - напряжение, при котором в материале наблюдается остаточная деформация 0,01%. Следует отметить, что хрупкие материалы разрушаются, не достигая условного предела упругости.
Относительные деформации материалов в упругой области пропорциональны действующим напряжениям (закон Гука):
Механические свойства строительных материалов

где σ - нормальное напряжение; E - модуль упругости при растяжении; ε - относительная деформация.
Модуль упругости материалов определяется прочностью межатомных связей и связан с такими свойствами как прочность, твердость, температура плавления и др.
Механические свойства строительных материалов

Экспериментальные методы определения модуля упругости разделяют на статические и динамические. При статических методах образец материала подвергают действию постоянной или медленно изменяющейся нагрузки и определяют возникающие деформации. Соотношения значений деформаций в поперечном и продольном направлениях в упруго растянутом материале называют коэффициентом Пуассона.
При применении динамических методов на образец воздействуют импульсами высокочастотных колебаний и модуль упругости Ед определяют по скорости распространения упругой волны Vy.в., возникающей в материале, используя формулу:
Механические свойства строительных материалов

где ρ - плотность материала.
Применяют также резонансный метод, основанный на определении собственной частоты колебаний образца. Если образцы изготовлены в виде тонких стержней, то динамический модуль упругости материала равен:
Механические свойства строительных материалов

где l — длина стержня; fпр — резонансная частота продольных колебаний в материале.
Материалы, находящиеся под действием внешних сил, способны к уменьшению внутренних напряжений без изменения линейных размеров. Это явление объясняется релаксацией - постепенным рассеиванием упругой энергии деформированного под нагрузкой материала (рис. 3.3) и переходом его в теплоту.
Механические свойства строительных материалов

Релаксацией объясняются принципиальные отличия механических свойств и поведения под нагрузкой твердых и жидких тел. Для твердых тел период релаксации, на протяжении которого упругое напряжение падает до определенного значения, очень большой, а для жидкостей - наоборот. Период релаксации выражают отношением вязкости тела к модулю упругости. Под вязкостью жидких тел понимают сопротивление их вытеканию, а твердых - способность поглощать механическую энергию при их деформировании.
Период релаксации определяет длительность релаксационных процессов, в результате которых достигнутое значение напряжения уменьшается без изменения показателя деформации в е=2,718 раз.
Кроме периода релаксации, в расчетах используют коэффициент релаксации, показывающий уровень падения напряжения за определенный период:
Механические свойства строительных материалов

где στ - напряжение в момент времени τ при постоянной деформации; σ0 - начальное напряжение.
Если длительность действия деформирующей силы на жидкость значительно меньше периода релаксации, то жидкость ведет себя как упругое твердое тело. Можно было бы, например, смело ходить по воде, если бы длительность каждого шага не превышала 10в-13 с, что соответствует периоду релаксации для воды.
Для вязких жидкостей (например, асфальтов) период релаксации растет при снижении температуры. Поэтому зимой асфальт ведет себя как достаточно твердое тело, а летом, когда его вязкость существенно снижается, уже под действием силы тяжести в течение короткого времени на нем остаются следы, обусловленные возникновением остаточных деформаций. Как вязкая жидкость может вести себя оконное стекло. При значительном повышении температуры вязкость стекла уменьшается настолько, что она становится соизмеримой с вязкостью жидкостей. В то же время при обычных температурах стекло ведет себя при нагрузках как упругое тело вплоть до момента разогрева.
Вследствие различий кристаллического строения различные материалы имеют и разные периоды релаксации. При релаксации изменение структуры приводит к преобразованию упругих деформаций в пластичные при сохранении их суммарных значений.
Пластичность - свойство материалов обратное упругости. Оно характеризует их способность под влиянием нагрузки изменять без разрушения форму и размеры и сохранять их после снятия нагрузки.
Пластичность - важнейшее свойство, определяющее технологичность процесса формования материалов. Характерными примерами пластичных материалов являются высококонцентрированные суспензии извести, цемента, гипса и ряда других высокодисперсных веществ в воде. Пластичность суспензий многих минеральных веществ тесно связана со свойствами, которые проявляют тонкие пленки воды на поверхности частиц дисперсной фазы.
Пластические деформации кристаллических материалов под воздействием механических усилий обусловлены перемещением дислокаций - линейных дефектов кристаллов. Форма кристаллов при этом изменяется, удлиняясь в определенном направлении.
С повышением температуры пластичность материалов возрастает. Растет она также с уменьшением скорости деформирования, с переходом от ковалентных к металлическим связям.
Материалы, как правило, редко проявляют ярко выраженные упругие, вязкие или пластические свойства от момента нагружения до их разрушения.
Для многих материалов под нагрузкой имеет место сложное сочетание упругих и вязко-пластических свойств.
По мере нагружения для пластических материалов наступает стадия, когда пластические деформации продолжают развиваться, несмотря на практически постоянное напряжение. Наименьшее напряжение, при котором материал деформируется без дальнейшего заметного роста нагрузки, называется пределом текучести. Текучесть - важная особенность структурированных дисперсных систем (цементного теста, бетонной смеси, битумов и др.).
Для твердых материалов важным механическим свойством является ползучесть - нарастание со временем деформаций при действии постоянной нагрузки (рис. 3.4). Деформации ползучести материалов во многих случаях нежелательны, поскольку они могут вызвать, например, повышенные прогибы конструкций, что учитывают при их проектировании.
Механические свойства строительных материалов

Отличие между ползучестью и релаксацией напряжений заключается в том, что при ползучести изменяются деформации, а напряжения или нагрузки постоянны, тогда как при релаксации уменьшаются напряжения, а суммарная деформация остается постоянной. При этом решающее значение имеет длительность нагружения материала. Ползучесть может протекать одновременно с релаксацией. Она характеризуется пределом ползучести - показателем максимальных длительно действующих напряжений, при которых ее скорость приближается к нулю (в практических измерениях не превышает некоторых допустимых значений).
Деформации ползучести сопровождаются изменениями структуры материалов - измельчаются слагающие их зерна, перераспределяются примеси, происходит образование и рост новых зерен, выделение новых фаз. В результате в материалах накапливаются дефекты в виде пор и трещин. Скорость ползучести резко уменьшается со снижением температуры и напряжения. Для большинства материалов (за исключением бетонов, грунтов, некоторых металлов) при обычной температуре практически ползучесть не характерна.
Механизм ползучести сложен. Для большой части материалов он связан с перемещением дислокаций, диффузионными перемещениями атомов и вязкой текучестью.
Усадка - изменение линейных размеров и объема материалов, обусловленная изменением, главным образом, их влагосодержания, а также пористости. Типовая кривая сушки материалов имеет два периода - постоянной скорости, которая соответствует удалению влаги из макропор и макрокапилляров, и падающей скорости, соответствующей удалению влаги из переходных микрокапилляров. Некоторые материалы, такие как глина, дают усадку в период постоянной скорости сушки, усадка прекращается при достижении некоторого критического уровня влажности. Другие материалы (древесина, цементный камень и др.) дают усадку только в период падающей скорости сушки, т.е. после достижения уровня критической влажности.
При сравнительно небольшом градиенте влагосодержания внутри материала изменение его линейных размеров (1) при изменении влагосодержания со описывают линейной зависимостью:
Механические свойства строительных материалов

где l0 - размер абсолютно сухого образца; βt - коэффициент, характеризующий интенсивность усадки при данной температуре t.
При неравномерном распределении влагосодержания и температуры в материале развивается объемно-напряженное состояние, вызывающее образование и развитие трещин вплоть до полного разрушения.
Усадка часто сопровождается короблением материала, когда вместе с деформациями объема происходят и деформации формы. Короблению подвергаются более сухие поверхности, поэтому чтобы уменьшить его необходимо обеспечить соответствующую скорость удаления влаги со всех поверхностей материала.
Для уменьшения усадки и предотвращения трещинообразования подбирают необходимый состав материалов (например, добавляют к глине песок или другие отощители), применяют влажный режим твердения, а также специальные покрытия, замедляющие быстрое высыхание.
Усадка ряда материалов происходит не только в процессе их сушки. Для керамических материалов она происходит и в процессе обжига, для металлов и сплавов идет при кристаллизации и охлаждении.
Важные показатели деформативных свойств материалов (пределы упругости и текучести, модуль упругости, относительное удлинение и сужение после разрыва, удельная работа деформации до разрушения и др.) определяются при испытании на растяжение (в отдельных случаях на сжатие и изгиб) построением диаграмм напряжения - деформации (рис. 3.5).
Механические свойства строительных материалов

Нагружение образцов создают на испытательных машинах с механическим или гидравлическим приводом. Для измерения нагрузок используют динамометры, а для измерения деформаций - тензометрические датчики, работа которых основана на принципе превращения механических сигналов в электрические.
Реологические свойства. Реология - наука, изучающая явления деформации и текучести веществ. Одной из основных задач реологии является отыскание связей между напряжениями и деформациями, возникающими в структурированных системах в определенный момент времени. Для таких систем характерными являются проявление упруго-пластических свойств, связанных с формированием структуры и возможностью фазовых переходов из жидкого состояния в твердое. Примерами структурированных систем являются цементное тесто, битумные мастики, растворы полимеров и др. Частички дисперсной фазы в таких системах находятся под воздействием межмолекулярных сил, образуя пространственную сетку.
По П.А. Ребиндеру и Н.В. Михайлову все дисперсные системы можно разделить на две основные группы - жидко- и твердообразные. К жидкообразным принадлежат истинные (ньютоновские) и структурированные (неньютоновские) жидкости. Твердообразные системы представлены как упругохрупкими, так и упругопластичными телами.
При перемешивании любой жидкости необходимо затратить определенное количество энергии для преодоления сил внутреннего трения или вязкости. Законы внутреннего трения впервые сформулировал И. Ньютон для однородных гомогенных жидкостей. Значения вязкости η для ньютоновских жидкостей не зависят от напряжения сдвига τ и градиента скорости dV/dX потока:
Механические свойства строительных материалов

Для структурированных дисперсных систем вязкость может изменяться в широком интервале в зависимости от напряжения сдвига и градиента скорости.
В отличие от ньютоновских структурированные жидкости характеризуются не динамической, а эффективной или структурной вязкостью. Текучесть структурированных жидкостей наступает в момент, когда напряжение сдвига τ превышает напряжение τ0, которое называется пределом текучести:
Механические свойства строительных материалов

Если напряжения меньше предела текучести, то структурированная жидкость ведет себя как упругое твердое тело. Для жидкообразных структур характерно постепенное уменьшение вязкости по мере с неразрушенной и предельно увеличения напряжения сдвига.
Для твердообразных тел при напряжениях ниже предела текучести проявляется ползучесть. Повышение напряжений сдвига до показателя предела текучести приводит к скачкообразному изменению вязкости, что указывает на лавинообразное разрушение структуры. При полном разрушении структуры вязкость становится минимальной и снова не зависит от напряжений сдвига. Tак, для 10%-ной водной суспензии бентонитовой глины наибольшая вязкость практически неразрушенной структуры составляет η0 = 10в6H с/м2, а наименьшая вязкость предельно разрушенной структуры ηm = 0,01H с/м2.
Твердообразное состояние тела и наличие в нем пространственной сетки выражены тем сильнее, чем больше разность между η0 и ηm и чем выше предел текучести, который характеризует прочность структуры. Для пластичных материалов предел текучести явно выражен и его превышение вызывает резкое уменьшение значения эффективной вязкости. Такие материалы, как глиняное тесто при напряжениях ниже предела текучести способны сохранять любую форму и как угодно долго. За счет уменьшения разности значений вязкости практически неразрушенной и предельно разрушенной структуры (η0-ηm) и снижения предела текучести можно осуществлять непрерывный переход твердообразных тел к жидкообразным. Примером такого перехода от упруго-хрупких тел к пластичным, а затем к структурированным и реальным жидкостям с повышением температуры может быть битум.
Изменение эффективной вязкости материалов, характеризуемое степенью разрушения структуры в зависимости от интенсивности механических воздействий, во всем возможном диапазоне можно проследить с помощью реологической кривой. Например, для пластичных материалов, которые с увеличением сдвига резко изменяют эффективную вязкость (рис. 3.6), полная реологическая кривая может описываться уравнением Шведова-Бингама:
Механические свойства строительных материалов

Для многокомпонентных систем реологические уравнения достаточно сложны и поэтому для их описания используют совокупности идеализированных моделей вязких, упругих и пластичных тел.
Изучение реологических свойств материалов дает возможность научно обоснованно выбирать оптимальные параметры технологического влияния на них. Способность таких структурированных систем как бетонные смеси под влиянием механических воздействий - вибрации, встряхивания, прессования и др.. изменять реологические характеристики широко используется в технологии изготовления изделий.
Для определения реологических свойств материалов наиболее распространены приборы (рис. 3.7), основанные на:
• определении скорости истечения из капилляров, трубок и отверстий определенной формы и размера (капиллярные, щелевые и другие вискозиметры);
• измерении глубины проникновения в исследуемую среду конуса или другого тела (конический пластомер МГУ) и др.);
• определении скорости погружения или всплывания шарика определенной массы и размеров (прибор А.Е. Десова и др.);
• измерении усилий выдергивания из вязкопластичных тел рифленых пластинок, стержней или цилиндров;
• измерении частоты и необходимых усилий вращения внутреннего или внешнего коаксиальных (соосных) цилиндров, между которыми находится исследуемое тело (ротационные вискозиметры).
Механические свойства строительных материалов

Прочностные свойства. Завершающей стадией силового воздействия на материал является его разрушение. Способность материалов оказывать сопротивление их разрушению называется прочностью.
Расчеты на прочность элементов конструкций в напряженном состоянии основываются на определенном критерии. Уже в одной из первых механических теорий прочности, предложенной Г. Галилеем, прочность материалов определяется развиваемым в нем при нагружении наибольшим нормальным напряжением. Критическое напряжение, при котором нарушается сплошность материала, называют пределом прочности. Его определяют воздействием на образец материала обычно статических нагрузок, возрастающих с определенной скоростью. Изменение скорости роста нагрузки и характера ее приложения (например, повторнопеременное или динамическое нагружение) приводит к изменению прочности. Она может существенно изменяться от вида напряженного состояния (растяжение, сжатие, изгиб, кручение и др.).
Предел прочности строительных материалов определяют на стандартных образцах - кубах, призмах, цилиндрах и др. (рис. 3.8).
Механические свойства строительных материалов

Из всех способов механических испытаний наиболее распространены растяжение, сжатие и изгиб. Их выполняют с помощью специальных разрывных машин и прессов (рис. 3.9). Предел прочности при растяжении Rp и сжатии Rc определяют обычно в МПа в соответствии с системой единиц СИ (МПа = МН/м2) и рассчитывают по формуле:
Механические свойства строительных материалов

где k - коэффициент, учитывающий размеры образца, его влажность и др.; P - разрушающая сила, МН; F - начальная площадь поперечного сечения образца, м2.
Предел прочности при изгибе определяют по формуле:
Механические свойства строительных материалов

где Мизг — наибольший изгибающий момент, МН'м; W - момент сопротивления сечения образца, м3.
Прочность при изгибе образца прямоугольного сечения под действием сосредоточенного усилия Р, приложенного в середине пролета (рис. 3.8, IIa,б), равна:
Механические свойства строительных материалов

где l - расстояние между опорами, м; b и h - ширина и высота попеременного сечения образца, м.
При испытаниях такого же образца, но уже двумя силами Р, расстояние между которыми а (рис. 3.8, IIв), прочность при изгибе равна:
Механические свойства строительных материалов

Прочность строительных материалов - одно из основных их свойств, определяющих несущую способность и эксплуатационную надежность конструкций. С прочностью тесно связан ряд других свойств материалов, определяемых, в первую очередь, их плотностью или пористостью. Для многих материалов получены эмпирические зависимости между прочностью R и пористостью П в виде формул типа:
Механические свойства строительных материалов

где n и m - константы, учитывающие вид материала; σ0 - прочность материала при нулевой пористости.
Механические свойства строительных материалов

Наряду с общей пористостью (рис. 3.10) на прочность материалов влияет и размер пор. Прочность мелкозернистых материалов при одинаковой пористости обычно выше, чем крупнозернистых (рис. 3.11).
Механические свойства строительных материалов

Прочность реальных твердых тел в сотни и тыс. раз меньше теоретической прочности. Под последней понимают прочность идеально однородного материала, характеризуемая максимальным напряжением, необходимым для разделения двух слоев атомов. Она пропорциональна модулю упругости E и поверхностной энергии твердого тела σn и обратно пропорциональна межатомному расстоянию la:
Механические свойства строительных материалов

Например, для металлов теоретическая прочность на разрыв равна 10в4-10в5 МПа, в то время как экспериментально определенные значения составляют 10в2-10в3 МПа. Такое отличие теоретической и реальной прочности материалов обусловлено тем, что последние имеют различные дефекты структуры и прежде всего микротрещины. По теории Р. Гриффитса напряжения в материале у вершины трещины равны:
Механические свойства строительных материалов

где σср - среднее напряжение в материале; l - длина трещины; r -радиус кривизны вершины трещины, равный (1...4)*10в-88 см, т.е. нескольким атомам.
Поскольку прочность зависит от случайного расположения в материале трещин и других дефектов структуры, она имеет статистический характер. По статистической теории прочности хрупких тел вероятность нахождения самых опасных трещин возрастает при увеличении объема образца, что учитывают при испытании, вводя в формулу предела прочности так называемый масштабный коэффициент.
Механические свойства строительных материалов

Процессы разрушения материалов сводятся, главным образом, к постепенному увеличению деформаций, образованию трещин и накоплению других локальных дефектов. Различают хрупкое и пластическое разрушение материалов. Особенностью хрупкого разрушения, характерного, например, для природных камней, керамики, стекла, бетонов и др., является отсутствие при максимально возможном напряжении заметных пластических деформаций. Механические напряжения в материале не успевают релаксировать и трещины, образующиеся в плоскости, перпендикулярной действию напряжений, быстро развиваются. Хрупкому разрушению способствуют циклические нагрузки (вибрационные, ударные и др.), при которых наблюдается усталость материалов, связанная с накоплением повреждений, возникновением микро-, а затем и макротрещин. Повышению хрупкости материалов способствуют также снижение температуры, увеличение скорости деформирования, воздействие поверхностно-активной среды.
Прочность материалов имеет кинетический характер, она зависит от продолжительности τ приложения механического нагружения до разрушения. Для многих материалов зависимость между τ и разрушающим напряжением а имеет экспоненциальный характер:
Механические свойства строительных материалов

где A0 и α - коэффициенты, зависящие от структуры материала и температуры.
Наряду с прямым определением прочности материалов разрушением образцов, для ее ускоренного определения непосредственно в конструкциях применяют неразрушающие методы, основанные на взаимосвязи прочности с другими свойствами твердых тел — скоростью распространения ультразвуковых волн, твердостью и др. (рис. 3.12).
Механические свойства строительных материалов

В группу прочностных свойств относят адгезию и когезию. Адгезией называют сцепление (прилипание) двух разнородных твердых или жидких тел, обусловленное межатомными силами притяжения. Сцепление частиц в самом теле или между однородными по химическому составу телами называют когезией. Количественной мерой адгезии и когезии является работа, затраченная на разделение тел, отнесенная к единице площади контакта. В системах, где нет химических межфазовых связей, адгезия обусловлена, главным образом, Ван-дер-Ваальсовыми (межмолекулярными) силами, которые зависят от электрической природы тел и взаимодействия образуемых ими электрических полей. Чем более полярны вещества, тем больше значения электростатических сил и, соответственно, адгезионное взаимодействие.
Хорошими клеями, проявляющими в достаточной мере как когезионные, так и адгезионные свойства, являются полимеры, содержащие гидроксильные (ОН), карбоксильные (СООН), амидные (NHCO ), аминные ((NH2) и другие полярные группы.
Разрыв по контактной поверхности двух твердых тел возможен только тогда, когда адгезионные силы намного меньше сил когезионного взаимодействия, характерного для каждого из них. Часто разрыв имеет смешанный адгезионно-когезионный характер.
В случае контакта твердого и жидкого материалов адгезионное взаимодействие становится значительно сильнее, чем при контакте двух твердых тел, особенно при условии хорошего смачивания жидкостью поверхности твердого тела. Полнота смачивания зависит от вязкости жидкой фазы, давления и свойств твердой поверхности. Смачиванию способствует наличие углублений в твердой поверхности, особенно конической или призматической формы.
Адгезия имеет особенно большое значение при склеивании, нанесении покрытий, а также сваривании, лужении и пайке материалов.
К прочностным свойствам материалов можно отнести твердость или прочность при вдавливании. Как и другие виды прочности, твердость - структурно-чувствительное свойство, зависящее от вида обработки поверхности, температуры и других факторов. Твердость измеряется вдавливанием в поверхность испытываемого материала или перемещением по ней под нагрузкой наконечников, имеющих сферическую, коническую или другую форму (рис. 3.13).
Механические свойства строительных материалов

Мерою или числом твердости при этом является отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка. По методу Бринелля твердость (HB) находят по формуле:
Механические свойства строительных материалов

где P - нагрузка; D - диаметр сферического индентора (шарика диаметром 10; 5 или 2,5 мм); d - диаметр отпечатка.
При определении твердости по Роквеллу (HR) в поверхность материала вдавливают алмазный конус с углом у вершины 120° (шкалы А и С) или стальной шарик диаметром 1,587 мм (шкала В). Твердость по Роквеллу - безразмерная величина, которая зависит от глубины проникновения индентора в материал при фиксированной величине нагрузки.
Твердость по Виккерсу (HV) определяется вдавливанием под действием нагрузки P в образец алмазного наконечника в виде правильной четырехгранной алмазной пирамиды с углом между противоположными гранями у вершины 136° и измерением диагонали отпечатка d:
Механические свойства строительных материалов

Для тонких покрытий при изучении отдельных структурных составляющих материалов и в ряде других случаев определяют микротвердость, вдавливая алмазную пирамидку на участке, площадь которого на несколько порядков меньше, чем в предыдущих методах испытаний по определению твердости материала. Число твердости H определяют аналогично методу Виккерса.
Наряду с методами измерения твердости с помощью статического нагружения применяют динамические методы, когда индентор передает на поверхность ударную нагрузку, падая с определенной высоты.
Для ориентировочного определения твердости горных пород и других хрупких материалов используют метод Ф. Мооса, который заключается в царапании поверхности испытываемого материала с помощью эталонных минералов. При этом твердость измеряется в условных единицах, соответствующих номеру минерала по десятибалльной шкале Мооса: тальк - 1, гипс - 2, кальцит - 3, флюорит - 4, апатит - 5, ортоклаз - 6, кварц - 7, топаз -8, корунд - 9, алмаз - 10.
Твердость ряда однородных материалов пропорциональна их прочности на растяжение и сжатие, что представляет возможность использовать соответствующие зависимости для неразрушающих методов механических испытаний.
Для большинства строительных материалов (за исключением пластмасс) с твердостью связано их сопротивление истирающим воздействиям. Истираемость материалов измеряют по уменьшению массы образцов Δm после проведения опыта, отнесенному к площади истирания F:
Механические свойства строительных материалов

Высокую стойкость к истиранию имеют некоторые горные породы, каменное литье, керамические материалы, пластмассы. Например, истираемость кварцита составляет 0,06-0,12 г/см2, керамических плиток для полов - 0,08 г/см2, однослойного поливинилхлоридного линолеума - 0,06 г/см2. Для некоторых дорожностроительных материалов устанавливают марки по истираемости, связанные с максимально допустимыми потерями их массы в %. Так, для щебня и гравия марок по истираемости И1, И2, ИЗ и И4, потеря массы составляет соответственно до 25, 25-35, 35-45 и 45-60%. Истираемость определяют на специальных машинах-кругах истирания или полочных барабанах, где материал разрушается в результате интенсивного трения.
Сопротивление материалов разрушению при приложении ударных нагрузок называют ударной прочностью. Для испытания материалов на удар применяют копры. Ударную прочность характеризуют величиной работы, затраченной на разрушение материала, отнесенной к единице его объема. Работа разрушения надрезанного образца при испытании ударным прибором на маятниковом копре характеризует ударную вязкость. Сопротивление удару важно для материалов, используемых при устройстве фундаментов машин, полов промышленных зданий, дорожных покрытий. Ударная вязкость имеет практическое значение при оценке качества металлов, асбестоцементных изделий и др.
Сопротивление материала одновременному действию удара и истиранию характеризует износостойкость. Ее оценивают по потерям массы образца материала во вращающихся барабанах, заполненных стальными шарами.
Изменение механических свойств материалов при длительном действии циклически изменяющихся во времени напряжений называется усталостью.
По мере накопления усталостных повреждений в материалах образуются микротрещины в структурных составляющих и на их границах, которые перерастают в макротрещины и приводят к разрушению. Усталость материалов существенно ускоряется при активном воздействии среды (повышенные температуры, коррозия). Усталость материалов приводит к изменению их прочности, твердости, модуля упругости, электрического и магнитного сопротивления, плотности.
Механические свойства строительных материалов

Сопротивление материалов усталости обычно характеризуют кривой усталости (выносливости), описывающей зависимость между ними относительной прочностью или деформацией и числом циклов до возникновения макротрещин или до окончательного разрушения (рис. 13.14). Усталостным разрушениям лучше сопротивляются материалы с повышенной прочностью, пластичностью и вязкостью. Усталостные свойства материалов с повышенной чувствительностью к концентрации напряжений сильно зависят от состояния поверхности и в связи с этим от технологии их обработки. Сопротивление усталости, например, стали, увеличивают легированием, использованием электропереплава, снижающего содержание вредных примесей, термомеханическим упрочнением. Высокое сопротивление усталости материалов достигается выбором оптимального состава и структуры, защитными покрытиями.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent