Книги по строительству и ремонту

Строительные материалы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

1. ПРОЧНОСТЬ

Свойство материала сопротивляться разрушениям под действием напряжений, возникающих от нагрузок, влияния температуры, атмосферных осадков и других факторов. Изучением прочности материалов — этого важнейшего свойства -— занимается особая наука — сопротивление материалов. Поэтому здесь приведены ЙШПЬ краткие сведения о прочности, необходимые для освоения курса строительных материалов.

В конструкциях строительные материалы, подвергаясь различным   нагрузкам,   испытывают   напряжение   сжатия,   растяжения,   изгиба,   среза   и удара. Чаще всего они работают на сжатие или на растяжение. Природные   камни,   а   также   бетоны и кирпич хорошо сопротивляются сжатию,   значительно хуже — срезу, а еще слабее — растяжению. На растяжение они выдерживают нагрузку в 10— 15 раз меньшую, чем на сжатие.   Поэтому  указанные материалы следует применять главным образом в строительных конструкциях, работающих на сжатие. Другие строительные материалы (например, древесина, сталь) хорошо работают в конструкциях, подвергающихся как   сжатию,   так и растяжению (в балках, например).

Предел прочности определяют нагружением испытуемых образцов материала до их разрушения (на прессах или разрывных машинах). Признаками разрушения являются появление трещин на образце, отслаивание и деформации. Образцы для испытания на сжатие обычно имеют форму кубиков со сторонами от 2 до 30 см. Чем неоднороднее строение материала, тем больше должны быть размеры образца. При испытании строительных растворов на растяжение образцы изготовляют в виде восьмерок стандартных размеров и формы (2). Иногда испытывают на сжатие образцы в виде цилиндра, так как цилиндры легче высверлить при помощи специальных коронок даже из твердых каменных пород, чем приготовить из них вручную образцы кубической формы.

Результаты испытания на прочность в известной мере зависят от формы и размеров образцов. При испытании удлиненных по оси цилиндров и призм получаются более низкие значения предела прочности при сжатии, чем при испытании кубиков. Это объясняется тем, что сжатие сопровождается поперечным расширением, а силы трения, возникающие между плоскостями образца и плитами пресса, удерживают нижние и верхние части образца от поперечного расширения. Чем больше высота образцов, тем меньше влияют опорные плоскости на их прочность. При испытании малых кубиков показатели прочности более высоки, т. е. менее точны, чем при испытании больших. При испытании необходимо точно соблюдать указания ГОСТов и ТУ в отношении формы и размеров образцов, характера обработки их поверхностей, скорости нарастания нагрузок и др.

Предел прочности при сжатии определяют на гидравлических или механических прессах (3). Образец помещают на площадку /, соединенную с поршнем 2. В цилиндр 3 по трубопроводу 4 нагнетается насосом машинное масло определенной вязкости. Под давлением масла поршень поднимается и образец материала сжимается между поднимающейся площадкой 1 и площадкой 5, которая устанавливается на определенной высоте винтом 6. Давление масла в цилиндре определяют по манометру 7.

Предел прочности при сжатии строительных материалов колеблется в широких пределах —от 5 (торфяные плиты) до 10 000 кГ/см2 и выше (высокосортные стали).

Строительные материалы часто испытывают также на изгиб. Для этого требуется сравнительно небольшая разрушающая нагрузка, поэтому испытание можно проводить как в лабораторных условиях, так и на строительной площадке.

Предел прочности при изгибе аПч.изг приближенно вычисляют по приведенным формулам, заменяя в них изгибающую нагрузку разрушающей. При испытании на изгиб разрушение материалов обычно начинается в нижней растянутой зоне, потому что у большинства из них (за исключением стали и древесины) предел прочности при растяжении меньше предела прочности при сжатии.

В строительных материалах, работающих в сооружениях, допускается напряжение, составляющее лишь часть предела прочности аПч.из- Следовательно, допускаемое напряжение [а] равно

[or] = ЗЗЫЙ: кГ/см*,-

гдё z — запас прочности; эта величина больше единицы обычно в §—3

раза и выше.

Уменьшение величин допускаемого напряжения объясняется следующими факторами.

1.         Полученные   при   испытаниях   показатели   дают   представление

только о среднем значении прочности материалов. Наиболее слабые ча

сти их разрушаются раньше, чем напряжение достигнет средней вели

чины предела прочности. Многие материалы, нагруженные до напря

жения, составляющего   только   часть   предела   прочности    (50—70%),

сильно деформируются. Следовательно, запас прочности надо   прини

мать тем больше, чем менее однороден материал.

2.         В каменных и других хрупких материалах образуются трещины

раньше достижения напряжения, равного пределу прочности.

3.         При многократной переменной нагрузке под влиянием так назы

ваемой усталости материала он может разрушаться при напряжении,

равном только половине предела прочности.

4.         Под действием атмосферы изменяются первоначальные   свойст

ва материала, со временем происходит его «старение», сопровождаемое

понижением прочности.

Для обеспечения сооружениям достаточной прочности при действии перечисленных факторов, а также нагрузок, не учтенных в расчетах (или учтенных недостаточно точно вследствие несовершенства методов расчета), в нормах на строительное проектирование установлены определенные запасы прочности для различных  материалов и конструкций.

2. ТВЕРДОСТЬ

Твердостью называется свойство материала сопротивляться прониканию в него постороннего более твердого тела. Это свойство не находится в прямой зависимости от прочности: материалы с разными значениями предела прочности (например, стали разных марок) могут обладать примерно одинаковой твердостью. Применяются различные способы испытания твердости материалов, сопоставлять же можно тольт ко показатели, полученные одним и тем же способом.

Твердость однородных каменных материалов определяют по шкале твердости, в которой десять специально подобранных минералов расположены в таком порядке, что на каждом из них все последующие могут оставлять черту (табл. 3).

При испытании цифровой показатель твёрдости образца может оказаться между показателями двух соседних минералов, взятых по шкале твердости. Например, если испытываемый материал чертится ортоклазом, а сам не чертит апатит, то его твердость принимают равной 5,5.

Для определения твердости древесины, стали и бетона в образцы

вдавливают стальной шарик под определенной нагрузкой и определяют

глубину вдавливания.

3. ИСТИРАЕМОСТЬ

Истираемостью называют способность материала уменьшаться в весе и объеме под действием истирающих усилий. Истираемость имеет большое значение для тех материалов, которые в условиях службы в строительных конструкциях подвергаются истирающему воздействию (например, материалы для полов, лестниц, угольных и других бункеров).

4. СОПРОТИВЛЕНИЕ УДАРУ

Сопротивлением удару называется способность материала   сопротивляться ударным воздействиям.

Строительные материалы в некоторых конструкциях (в полах, дорожных покрытиях, бункерах) кроме истирания подвергаются также ударным воздействиям. Для испытания материалов на удар применяют специальные приборы — копры (рис. 5). Образец испытываемого материала устанавливают на песчаное основание 1 у направляющих плоскостей 2. Гиря 3, подвешенная на определенной высоте от поверхности испытуемого образца, сбрасывается на него до разрушения образца (до появления первой трещины). Суммарная работа нескольких сбрасываний, затраченная на разрушение образца, в кГ • м, отнесенная к единице объема материала в CMS, характеризует сопротивление материала удару в кГ • м/см3.

5. УПРУГОСТЬ

Упругостью называется свойство материала восстанавливать первоначальную форму после снятия нагрузки,   под   действием   которой   форма

материала в той или иной мере изменяется. Восстановление первоначальной формы может быть полным при малых нагрузках и неполным при больших. В последнем случае в материале возникают так называемые остаточные деформации.

Предел упругости материала — это то наибольшее напряжение при различных видах деформации материала, при котором еще не обнаруживается их остаточная (пластическая) деформация. Условный предел упругости представляет собой наименьшее напряжение, которое вызывает появление остаточной деформации заданной очень малой величины.

6. ПЛАСТИЧНОСТЬ И ХРУПКОСТЬ

Пластичностью называют способность материала под влиянием действующих на него усилий изменять свои размеры и форму без образования трещин и сохранять ее после снятия нагрузки.

Помимо материалов пластичных (битумы, дерево, глиняное тесто и др.) имеются материалы хрупкие, которые разрушаются без предварительной деформации, как только действующие на них усилия достигают величины разрушающих нагрузок. Для хрупких материалов очень характерна значительная разница между пределами прочности при сжатии и растяжении. Например, у природных каменных материалов (гранит и др.) предел прочности при растяжении составляет всего '/«—7бо предела прочности при сжатии. Хрупкие материалы плохо сопротивляются удару.

Пластичность и хрупкость материалов могут существенно изменяться в зависимости от таких факторов, как влажность, температура, скорость нарастания действующей нагрузки. Например, некоторые битумы хрупки при быстро нарастающей нагрузке и пластичны при медленно нарастающей, глины хрупки в сухом состоянии и весьма пластичны во влажном.