Бетонная смесь и строительный раствор

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Упругость — свойство твердого тела самопроизвольно восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешней силы. Упругая деформация, полностью исчезающая после снятия внешней нагрузки, называется обратимой.

Пластичность характеризует способность материала под действием внешних сил изменять первоначальную форму без нарушения сплошности структуры. После снятия нагрузки пластичный материал не восстанавливает первоначальной формы. Пластическая (остаточная) деформация, не исчезающая после снятия нагрузки, называется необратимой. Под действием внешних нагрузок в материале возникают внутренние силы упругости, стремящиеся возвратить его в первоначальное состояние. Физическая величина, которая характеризует интенсивность внутренних сил, приходящихся на единицу площади сечения, называется механическим напряжением. При одноосном растяжении или сжатии напряжение о определяют по формуле а = F/A, где F — действующая сила; А — площадь первоначального поперечного сечения элемента. Прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, вызванных внешними силами. Количественная характеристика прочности — это предел прочности, численно равный напряжению, при котором материал разрушается.

Для экспериментального определения предела прочности материала используют образцы правильной геометрической формы — кубы, призмы, цилиндры, стержни, полоски. Размеры образцов, процедура испытания, вид и скорость нагружения, правила обработки результатов выдерживаются в строгом соответствии с требованиями стандарта. Чаще всего испытывают материалы сжимающей или растягивающей нагрузкой

Нагрузку выражают в меганьютонах, площадь — в м2, поэтому в Международной системе единиц предел прочности, как и напряжение, измеряется в МН/м2 или в МПа. Однако в ряде действующих нормативных документов сохранилась размерность предела прочности в технической системе единиц — кгс/см2. Приблизительное соотношение между ними: 1 МПа = 10 кгс/см2.

Прочность строительных материалов колеблется в очень широких пределах. Так, для гранита предел прочности при сжатии достигает 120... 250 МПа, конструкционного бетона 80, керамического и силикатного кирпича — 30 МПа. Наименее прочны теплоизоляционные материалы (0,1...1МПа).

Предел прочности при растяжении для обычной строительной стали составляет 380 МПа, тяжелого бетона — 1...4 МПа.

Большинство строительных материалов — это хрупкие тела, которые разрушаются без заметных пластических деформаций. Предел прочности при сжатии таких материалов, как бетон, гораздо больше предела прочности при растяжении. Это значит, что их можно использовать только для возведения сжимаемых конструкций — колонн, стен.

Некоторые материалы характеризуются прочностью при растяжении, равной или большей прочности при сжатии (сталь, древесина). Их применяют в изгибаемых или растягиваемых конструкциях — балках, ригелях, элементах строительных ферм. Для расширения конструктивных возможностей хрупких каменных материалов в их состав вводят элементы, хорошо сопротивляющиеся растяжению. Например, сочетание бетона со стальной арматурой дает железобетон.

Для оценки сравнительной эффективности конструкционных материалов используют понятие удельной прочности, т.е. прочности, которая приходится на единицу массы конструкции.

Если выражать среднюю плотность материала по отношению к плотности воды, равной 1 г/см3, то рт оказывается безразмерной величиной. В этом случае размерность АГКК будет та же, что и предела прочности, т.е. МПа.

Для возведения несущих конструкций эффективны такие материалы, в которых высокая прочность сочетается со сравнительно низкой плотностью.

Модуль упругости характеризует жесткость материала, его способность деформироваться под влиянием внешних сил. Чем выше Е, тем менее материал склонен к деформациям. Такие конструкционные материалы, как сталь, железобетон, отличаются высокими значениями модуля упругости.

При увеличении напряжений в стальном образце наблюдается пластическое разрушение, отмеченное плошадкой текучести ( 6,а). Бетон характеризуется хрупким разрушением, при котором пластические деформации невелики — площадка текучести отсутствует ( 6,6).

Некоторые материалы, например бетон в фундаментах машин или в конструкции дорожного покрытия, подвержены действию ударных повторяющих нагрузок. Для характеристик свойств в этих случаях применяют понятие динамической прочности, т.е. способности материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках. Динамическую прочность выражают количеством работы, затраченной на разрушение стандартного образца и отнесенной к единице его объема или площади поперечного сечения (Дж/м3 илиДж/м2).

Традиционные методы определения прочности материалов связаны с изготовлением стандартных образцов, которые во время испытания доводят до разрушения. Однако неизбежно встает вопрос, насколько прочность материала в образцах соответствует прочности его в реальной конструкции. Чтобы достоверно судить, например, о прочности бетона, из конструкции выбуривают большое число кернов, что может ослабить конструкцию.

Небольшую часть сборных железобетонных конструкций подвергают испытанию до разрушения с целью проверки прочности, жесткости и тре-щиностойкости изделий. Для сплошного контроля качества изделий традиционные, так называемые разрушающие, методы испытаний непригодны.

Используя неразрушающие методы контроля, можно оценить прочность материала по косвенным характеристикам. Наиболее распространен импульсный ультразвуковой метод. Его физической основой является связь между скоростью распространения упругих волн и характеристиками материала: его плотностью и упругими свойствами, в частности модулем Юнга. Чем плотнее материал, тем быстрее распространяются в нем ультразвуковые волны. С повышением плотности возрастает и прочность материала. Это позволяет увязать прочность непосредственно со скоростью распространения в теле материала упругих ультразвуковых волн.

Ультразвуковые волны — это упругие колебания среды с малой длиной волны и частотами, превышающими предел слышимости — свыше 20 кГц. Ультразвуковые волны не вызывают в бетоне и подобных ему строительных материалах никаких изменений.

С помощью ультразвуковой аппаратуры можно контролировать прочность бетона в любой части конструкции. Для этого изготовляют контрольные образцы из бетона с применением материалов, используемых на данном строительстве. После затвердевания бетона к заданному сроку определяют скорость прохождения ультразвука в образцах, затем их испытывают на прочность обычным, т.е. разрушающим, методом. Результаты всех испытаний наносят на градуировочный график "скорость ультразвука — предел прочности бетона при сжатии.

Располагая таким графиком, можно приступать к оценке прочности на любом участке бетонной конструкции. Чаще пользуются способом сквозного прозвучивания. При этом ультразвуковые преобразователи (датчики) устанавливают на противоположных поверхностях изделия или конструкции, определяют время прохождения ультразвукового сигнала t, мкс. Измерив толщину конструкции /, рассчитывают скорость распространения ультразвука v по формуле v = l/t, км/с. Далее по градуировочному графику находят искомую прочность на исследуемом участке конструкции.

Таким путем можно получить картину фактической прочности бетона во всех частях конструкции, оценить однородность бетона и качество бетонных работ.

Твердость — свойство поверхностных слоев материала сопротивляться местным деформациям. Твердость большинства материалов определяют путем вдавливания в образцы с установленным усилием стального шарика либо твердого наконечника правильной геометрической формы — конуса или пирамиды. После удаления нагрузки н поверхности испытываемого материала остается отпечаток. Чем меньше отпечаток, тем выше твердость материала.

По твердости можно судить о других механических свойствах материала. Так, показатель твердости используют для оценки прочности бетона неразрушающими ударными методами (склерометрические испытания). Характеристика твердости имеет важное значение при выборе материалов для покрытия полов и дорожных одежд.

Истираемость — свойство образца материала уменьшаться в объеме и массе под воздействием истирающих усилий.

Сопротивление истиранию определяют путем воздействия на образец материала стандартными абразивами — кварцевым песком или наждаком. Это свойство имеет решающее значение при выборе долговечных материалов для лестничных ступеней, полов, автомобильных дорог.

Рассмотренные в главе I свойства наиболее часто употребляют для характеристики строительных материалов, поэтому эти свойства называют основными. Кроме того, для конкретных материалов необходимо выделять и специальные свойства. Например, для вяжущих веществ — это способность к твердению, для бетонных смесей - удобоукладывае-мость и т.д. Они будут рассмотрены при изучении конкретных материалов