Механические свойства строительных материалов. Часть 1



• Вторник 09 ноября 2010

При выборе материала и обосновании целесообразности применения в строительной конструкции учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Для обоснованного выбора материала приходится учитывать комплекс его так называемых свойств. Под свойствами строительных материалов понимают их способность определенным образом реагировать на отдельные или совокупные внешние или внутренние воздействия — силовые, тепловые, усадочные, водной или иной среды и т. д. Свойства подразделяют на четыре группы: механические, физические, химические, технологические, иногда выделяют еще физико-химические.

В совокупности все свойства именуют как технические свойства строительных материалов.

Числовые значения свойств получают при лабораторных или полевых испытаниях материалов с помощью соответствующих приборов и аппаратов. Испытания производят с разрушением специально подготовленных образцов или отдельных элементов конструкции — деструктивными методами или без их разрушения, т. е. адеструктивными методами.

Механические свойства выражают способность материала сопротивляться напряжениям: силовым (от механических нагрузок), тепловым, усадочным — или напряжениям без нарушения установившейся структуры. Чаще всего напряжение обусловлено внутренней механической силой, а его числовое значение определяется как отношение силы к площади.

Механические свойства подразделяются на деформационные и прочностные.

Деформационные свойства характеризуют способность материала к изменению формы или размеров без изменений его массы. Главнейшие виды деформаций — растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб.

Все они могут быть обратимыми и необратимыми.

Обратимые деформации полностью исчезают при прекращении действия на материал факторов, их вызвавших. Необратимые деформации, или остаточные, называемые также пластическими, накапливаются в период действия этих факторов; после их снятия деформации сохраняются.

Обратимые деформации, исчезающие мгновенно и полностью, называются упругими; исчезающие в течение некоторого времени — эластическими.

Деформации могут быть также сложными — упругопластическими или упруго-эластическими.

На характер и величину деформации влияют не только величина механического нагружения, но и скорость его приложения, и температура материала. Как правило, с повышением скорости нагружения и, как следствие, деформирования, а также с понижением температуры материала деформации по своему характеру приближаются к упругим и упругопластическим, уменьшаясь по своей 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 деформации постепенно перейти в необратимую (пластическую), что связано с переориентацией внутримолекулярной структуры.

Время, или период, релаксации определяет продолжительность релаксационных процессов, в результате которых первоначальная величина напряжений при строго зафиксированной деформации снизилась в е раз (е — основание натуральных логарифмов, равное 2,718…). Так, например, если у образца материала напряжение было равно 5,0 МПа, а возникшая деформация под влиянием этого напряжения была жестко зафиксирована, то время, за которое напряжение самопроизвольно снизилось до величины 5,0: 2,718 = = 1,85 МПа, называется временем, или периодом, релаксации, выражаемым в секундах или минутах.

Эта величина — важная характеристика строительных материалов: чем она меньше, тем более деформативным является материал. Нередко время релаксации зависит от температуры материалов в момент испытания и скорости приложения нагрузки, являясь непостоянной величиной.

При очень длительных наблюдениях за действием нагрузки (по сравнению со временем релаксации) материал подобно жидкости течет. При очень коротких наблюдениях (по сравнению с временем релаксации) даже жидкий материал проявляет хрупкость твердого кристаллического тела.

Так, например, при весьма коротком времени действия силы вода, время релаксации которой равно порядка 10-11 с, она ведет себя как кристаллическое твердое тело; при весьма длительном периоде действия сил (или наблюдения) природный камень в виде горных пород, время релаксации которого равно 10 с, ведет себя как текучая жидкость. Но эти крайние условия не встречаются в практике строительства и эксплуатации конструкций зданий и сооружений, поэтому вода всегда кажется жидкой, а камень — твердым.

См. также:

Категория: О материалах  | Метки: