• воздействия, обусловленные деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта или оседанием его в районах горных выработок и т. д.
Коррозионные воздействия на материалы конструкций
В процессе эксплуатации конструктивных элементов зданий их материал, кроме силовых воздействий, подвергается агрессивному химическому и биологическому воздействию окружающей конструкции среды, в результате чего также происходит физический износ конструкций и инженерных систем.
Химическая коррозия материала элементов зданий сопровождается необратимыми изменениями материала конструкций и инженерных систем в результате взаимодействия с агрессивной средой. Коррозионные процессы более интенсивно протекают в жидкой агрессивной среде. В частности, химическая коррозия активно воздействует на металлические конструкции и элементы инженерных систем, которые эксплуатируются в условиях контакта с атмосферной водой и влажными грунтами.
На первый взгляд сухая газообразная среда, содержащая пылевидные твердые частицы, является неагрессивной. Однако поверхность элементов зданий практически всегда содержит адсорбированную из атмосферного воздуха влагу.
Удивительные Строительные Инструменты нового поколения
В результате на поверхности образуется тончайший слой раствора, насыщенного минеральными веществами, которые также могут отрицательно влиять на материал строительных конструкций и инженерных систем. Поэтому агрессивность газов по отношению к конструкциям зависит от относительной влажности воздушной среды, в которой эксплуатируется элемент здания.
В связи с этим различают следующие группы влажности воздушной среды: сухая — имеет до 50 % относительной влажности воздуха; нормальная — от 50 до 70 % и влажная — более 70 % относительной влажности. При относительной влажности 100 % происходит конденсация водяного пара, и газообразная среда переходит во влажную фазу. Более всего подвержены газовой коррозии пористые материалы (известняки, бетоны, кирпичные конструкции и др.). В плотные материалы агрессивные газы могут проникать на глубину не более 2 см, а в пористый материал, например, газобетон, на глубину 10 см.
При высокой влажности материалов газы могут образовывать кислоты, которые способствуют быстрому разрушению конструкций. При этом следует иметь в виду, что кислоты наиболее агрессивны по отношению к металлам, цементным бетонам, силикатному кирпичу и осадочным горным породам (известняк, доломит и др.). В этом отношении керамические изделия являются более коррозионно-устойчивыми к действию кислот, но они сравнительно легко разрушаются щелочами. Однако и некоторые соли могут разрушать конструкции с интенсивностью, не уступающей действию кислот и щелочей.
Известно, что при повышении температуры растворов степень их агрессивности увеличивается. Растворы солей вызывают не только химическую коррозию материалов конструкций, но также являются причиной физической коррозии, возникающей вследствие кристаллизации солей в порах материала.
Агрессивное воздействие растительных и животных масел на строительные конструкции заключается в том, что масла, проникая в тело конструкции в результате капиллярного подсоса, расклинивают микрочастицы, нарушая тем самым структуру материала.
Механические свойства (понятным языком)
К отдельному виду агрессивной среды относится биологическая среда. Наиболее агрессивными по отношению к некоторым материалам строительных конструкций являются многие микроорганизмы (микробы, бактерии и грибы). Известно, например, что древесина и многие полимеры интенсивно разрушаются различными грибами, а на бетон и металл сильное разрушающее действие оказывают различные бактерии.
Эффективным средством борьбы с коррозией металлов является использование пассивирующих грунтовок под окрасочный слой.
В условиях эксплуатации зданий наиболее распространена коррозия подземных конструкций и систем водо- и теплоснабжения. Основной фактор, определяющий механизм и скорость атмосферной коррозии, — это степень увлажнения поверхности конструкции и рост относительной влажности воздушной среды.
Для строительных конструкций характерно одновременное влияние на них коррозионной среды и механических напряжений, возникающих при воздействии постоянных и временных нагрузок. Коррозия под механическим напряжением приводит к снижению прочности материала значительно раньше, чем при отсутствии нагрузки. В зависимости от вида нагрузок различают коррозию при постоянно растягивающей нагрузке (коррозионное растрескивание) и коррозию при знакопеременных, циклических нагрузках (коррозионная усталость материала конструкции).
При защите металлоконструкции от коррозии необходимо изолировать поверхность металла от контакта с влагой, для чего применяют метод металлизации, различные гидрофобные смазки, а также тщательно покрывают конструкции цементным раствором. Наиболее технологичным и надежным методом защиты является высококачественная окраска стойкими красителями в сочетании с нанесением неметаллических неорганических покрытий и металлизацией.
Источник: bstudy.net
Механические свойства строительных материалов
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.
Мерой прочности материалов является предел прочности. Предел прочности — максимальное напряжение, при котором происходит разрушение образца материала.
Предел прочности при сжатии Rсж или предел прочности при растяжении Rр , МПа, равен отношению разрушающей нагрузки F площади поперечного сечения образца А, подвергающегося испытанию, и вычисляется по формуле (СТБ 4.206—94)
 |
где F— разрушающая нагрузка, Н; А— площадь поперечного сечения образца, мм 2 .
Предел прочности при изгибе образца прямоугольного сечения при действии одной сосредоточенной силы, приложенной по середине образца, вычисляют по формуле
 |
где I — расстояние между опорами, мм; b и h — ширина и высота поперечного сечения образца, мм.
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
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.
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
Прочность материалов зависит от структуры, пористости, влажности, дефектов строения, длительности и характера приложения нагрузки, среды, температуры, состояния поверхности и других факторов. Часто для оценки эффективности конструкционных строительных материалов используют коэффициент конструктивного качества (к.к.к.) материала, который численно определяют отношением предела прочности при сжатии к средней плотности материала:
Лучшие конструкционные материалы имеют высокую прочность при малой средней плотности. Например, для алюминия к.к.к.=4,61; для древесины к.к.к. = 0,8; для стали к.к.к. = 0,5. 1,0; для пластмасс к.к.к. = 0,5. 0,25 .
Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.
Твердость определяется структурой материала. Количественно показатель твердости (число твердости НВ) оценивают различными способами. Твердость битума определяют на приборе пенетрометре по глубине проникания в битум иглы под нагрузкой. Твердость окрасочной пленки определяют маятниковым прибором.
Твердость древесины, металлов, бетона, пластмасс и некоторых других материалов определяют, вдавливая в них стальной шарик (метод Бринелля) или твердый наконечник (в виде конуса или пирамиды). В этом случае твердость материала характеризует его способность сопротивляться пластической деформации на поверхности образца. При вдавливании шарика определенного диаметра из закаленной хромистой стали на поверхности материала образуется сферический отпечаток.
Число твердости определяют по формуле
где F — нагрузка на шарик, Н; А — площадь поверхности отпечатка, мм 2 .
Твердость каменных строительных материалов, природных камней и минералов оценивают шкалой твердости Мооса (включает минералы в порядке возрастающей твердости от 1 до 10), представленной десятью минералами, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие (табл. 1.3).
Твердость влияет на обрабатываемость материала. Высокая прочность материала не всегда свидетельствует о его высокой твердости. Например, древесина по прочности при сжатии равна бетону, а по прочности при изгибе превосходит его, однако твердость древесины значительно меньше, чем у бетона.
Характеристика твердости имеет значение при выборе материалов для покрытия полов, лестниц, дорожных покрытий, при определении способа механической обработки лицевой поверхности материалов.
Истираемость — свойство материалов уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих усилий. Сопротивление истиранию определяют для материалов, которые в процессе эксплуатации подвергаются истирающему воздействию. Это важное свойство для полов, лестничных ступеней, дорожных покрытий.
Истираемость И вычисляют по формуле
где т, т1 — масса образца соответственно до и после испытания, г;
А — площадь истираемой поверхности, см 2 .
Упругостью называют способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, которая вызвала эти изменения. Наибольшее напряжение, до которого в материале возникают только упругие деформации, называют пределом упругости. У каждого материала есть постоянная характеристика — модуль упругости Е, Па или МПа. Модуль упругости характеризует жесткость материала, т.е. его способность сопротивляться упругим деформациям.
Упругими являются резина, герметизирующие прокладки, лакокрасочные пленки, сталь, древесина и другие материалы.
Пластичность — свойство твердого материала изменять без разрушения форму и размеры под действием нагрузки и сохранять их после ее снятия. Пластичными являются глиняное тесто, бетонные и растворные смеси, битум при положительных температурах, свинец и др.
Хрупкость — свойство твердого материала внезапно разрушаться под действием внешних сил без предварительной остаточной деформации.
кристаллическим, стеклообразным, но и полимерным материалам. Большинство материалов при понижении температуры становятся хрупкими (битумы, некоторые пластмассы, металлы).
Малоуглеродистая сталь, пластичная при комнатной температуре, при сильном охлаждении становится хрупкой. К хрупким материалам относятся стекло, керамические изделия, чугун.
Ударная вязкость или сопротивление удару — свойство, характеризующее сопротивление материала разрушению или деформированию при ударе. Хрупкие материалы плохо сопротивляются удару.
Сопротивление удару важно для материалов дорожных покрытий, а также конструкций, подвергаемых при эксплуатации динамическим (ударным) нагрузкам.
Для рулонных материалов (отделочных, обоев и др.) важными свойствами являются разрывная прочность (при надрезе), прочность при проколе, продавливании и т.п.
Износ — разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости, прочности, истираемости. Прочность при износе оценивается потерей в массе, выраженной в процентах. Износ важен для материалов полов, ступеней лестниц, дорожных покрытий, лакокрасочных пленок.
Источник: infopedia.su
Механические характеристики грунтов
Основными параметрами для проектирования и строительства, в процессе инженерно-геологических изысканий является определение механических свойств грунтов как лабораторными так и полевыми методами.
Именно механические свойства грунтов — являются основой в проектировании зданий и сооружений — от возведения небольших домов, коттеджей и прокладки коммуникаций до возведения высотных зданий с многоуровневыми подземными парковками.
Характеристики грунта – это его особенности, которые зависят от состава и взаимосвязей между компонентами. Механические характеристики грунтов представляют собой свойства, проявляющиеся при воздействии на грунт нагрузок. На основании механических характеристик выполняются расчеты для проектировки фундаментов, несущих конструкций и других элементов строения, контактирующих с геологией. Характеристики служат исходной информацией и имеют большое значение для исследования и предвидения процессов геологии, происходящих у поверхности земли.
Чтобы рассчитать деформации, нагрузку, которую может выдерживать грунт и оценить прочность фундамента, нужно обладать данными о механических свойствах эксплуатируемых грунтов.
К механическим характеристикам грунтов относят:
— прочность (сопротивляемость растяжениям, проницаемость водой, фильтрация);
На механические характеристики грунтов влияет их состав, параметры физического состояния, а также особенности их структуры. Грунты могут иметь гранулометрический или минеральный состав. К параметрам физического состояния относится плотность, уровень влажности, температура.
Характеристики деформации
К характеристикам деформации относятся:
— показатель упругости, он рассчитывается в пропорциональном соотношении между вертикальной нагрузкой, приходящейся на грунт и относительной величиной деформации почвы, происходящей в вертикальной плоскости. Для определения этого модуля проводятся эксперименты на сжатие в процессе разгрузки исходно уплотненного грунта, взятого в качестве образца;
— показатель общей деформации, рассчитывается в пропорциональном отношении между нагрузкой и относительной величиной искажений почвы в линейной плоскости, которые возникают под воздействием этого давления. Если значение модуля искажений меньше 5 Мпа грунт считается мягким.
Значение показателя упругости всегда превышает показатель общего искажения. Показатель упругости переделяется в процессе экспериментов над образцами почвы и основывается на их упругости, имеющей место во время разгрузки, а показать общих искажений, определяет поведение почвы и при упругих, и при остаточных искажениях.
Механические характеристики грунтов
Сжимаемость грунтов
Сжимаемость грунтов – это показатель, показывающий уровень сжимаемости в условиях, при которых грунт не может расширяться в стороны.
Осадка грунта – это свойства почвы сокращать объем под влиянием уплотняющего давления. Составляющими грунта являются частички, имеющие различную величину и поры, внутри которых находится вода и воздух. Частицы могут иметь связь друг с другом или быть несвязанными. В процессе появления напряжения, возникающего в ходе сжатия изменяются объемы, это становится возможно, благодаря сокращению объемов внутри грунтовых пор, в которых находится газ или же вода. Если грунты насыщены водой, их полное сжатие может произойти, только если жидкость будет вытеснена из пор.
Показатель искажения характеризует сжимаемость, значение уплотнения и коэффициент осадки.
Величина показателя сжимаемости изменяется в большом диапазоне, на нее влияет состав, тип и состояние почвы. Показатель искажения изменяет свое значение под воздействием давления.
Угол внутреннего трения – это значение, отражающее линейную зависимость сопротивляемости грунта от нагрузки, приходящейся вертикально.
Оценивать уровень сжимаемости почвы нужно по начальному отрезку компрессионной линии в диапазоне давления от 0,5 до 1,5 кгс/см2, если показатель давления будет выше, то даже самые слабы почвы слабо сжимаются. Показатель уплотнения позволяет приблизительно оценить степень сжимаемости почвы. Показатель осадки служит отражением величины искажения.
В зависимости от усадки искажения подразделяют на две группы: пластичные и упругие. Последние появляются под влиянием нагрузок, которые меньше прочность структуры почв, не оказывающих разрушительного действия на связи между составляющими, и обуславливается способностью почвы возвращаться в первоначальное состояние после того, как исчезнет давление.
Пластические искажения разрушают связи между составляющими и скелет почвы. Пластичные искажения делают почву более уплотненной благодаря изменению размера пор внутри почвы, а искажения со сдвигом благодаря изменению ее исходной формы и могут приводить к разрушению.
Характеристики прочности
Выделяют несколько характеристик прочности:
Механические характеристики грунтов
Сопротивляемостью к растяжениям называется свойство почвы оказывать противостояние перемещение частей почвы в отношении друг друга вод влиянием прямой нагрузки и касательной. Характеристики прочности применяются при расчете фундаментов. Под прочностью подразумевается свойство почвы выдерживать нагрузки, не подвергаясь разрушению. В песчаных почвах и грунтах с большими обломками сопротивляемость становится достижимой преимущественно благодаря силе трения отдельно расположенных частиц, такие почвы называются сыпучими. Почвы глинистого типа имеют большую сопротивляемость к сдвигам, так как в этом случае имеет место сцепление.
Водопроницаемость – это свойство почвы пропускать жидкость, она зависит от структуры почвы и ее состава. Если пор мало и в составе есть глина, показатель проницаемости водой будет ниже, чем у песчаных почв. Данная характеристика оказывает влияние на устойчивость строений и скорость уплотнения почв под фундаментами, а также оползни.
Под фильтрацией подразумевается перемещение воды в почвах при свободной гравитации, во всех направлениях: вверх, вниз, в стороны под влиянием гидравлики.
Характеристика прочности почв – это их способность оказывать сопротивление силовым влияниям извне.
Для скальных почв прочность оценивают по предельному значению прочности на сжатие в одной оси, а для нескальных по их механическим параметрам.
Различают следующие уровни прочности:
— сверх прочные – значение больше 120;
— прочные – больше 50, но меньше 120;
— средний показатель прочности – меньше 50, но больше 15;
— небольшой прочности – меньше 15, но больше 5;
— сниженной прочности – меньше 5, но больше 3;
— сниженной прочности – меньше 3, но больше 5;
— очень низкой прочности – меньше 1.
Удельное сцепление почвы – это показатель непосредственной зависимости почвы от давления. Сцепление зависит от типа грунта и уровня его влажности (измеряется в Мпа).
Разрыхляемость
Это свойство почвы увеличивать свой объем в ходе разработки из-за потери связей между составляющими. Показатель разрыхления может быть исходным и остаточным. Исходный коэффициент – это отношение количества разрыхленной почвы к ее количеству в первоначальном состоянии.
Показатель остаточного разрыхления – отражает увеличение размера почвы, происходящего в результате ее уплотнения в сравнении с ее первоначальным состоянием.
Трещины и воздействие, которое они оказывают на механические характеристики почв
На свойства почв влияет не только прочность минеральных компонентов, но связи между отдельно расположенными частицами.
Связи между составляющими элементами в грунтах обычно классифицируют на несколько категорий:
— жесткие, их также называют кристализационными;
— жидкостно-коллоидные или вязкие.
Связи, отличающиеся жесткостью, имеют скальные почвы, а пластичными обладают глинистые.
Жесткие связи растворяются или не растворяются в воде. В процессе растворения жестких связей их могут заменять жидкостно-коллоидные.
Нескальные почвы в соответствии с особенностями связей, классифицируются на несколько групп:
— сыпучие (с крупными обломками и песчаные почвы).
Чаще все трещины возникают в скальных и глинистых почвах, отличающихся плотностью. С учетом разделения трещинами такие почвы классифицируют на:
— цельные (трещины отсутствуют или они есть, но при этом не пересекаются друг с другом);
— трещиноватые (растрескивания пересекаются в определенной степени, при этом остаются участки прочной почвы);
— разборные (сетка из трещин, с пересечениями и разделением скального грунта).
Трещины отрицательно сказываются на механических характеристиках грунтов, а именно на прочности. Под воздействием трещин могут появляться сдвиги участков почвы, находящихся под нагрузкой. На почвах глинистого типа и песчаных также могут быть трещины, вызывающие замачивание почвы, отрыв ее частей и движение вниз в результате оползневых явлений. Игнорировать трещины нельзя, это может привести к негативным последствиям в ходе строительства и эксплуатации объекта.
Механические свойства грунтов имеют большое значение в строительстве. Они применяются для расчетов искажений, позволяют оценить прочность и почв и как следствие устойчивость фундаментов.
Исследование грунтов, их характеристик, ведется при помощи современного оборудования с применением передовых технологий.
Специалисты нашей компании обладают большим опытом в изучении механических характеристик грунта: сжимаемости, просадачности, прочности, упругости, трения, сцепления. Мы работаем с грунтами разных типов и знаем все нюансы исследования их свойств. Изучение механических характеристик грунтов выполняется в лаборатории и позволяет получить точные результаты, играющие большую роль в успешном строительстве.
Источник: gdta.ru
Механические свойства строительных материалов
Механическиесвойства характеризуют поведениематериалов при действии нагрузокразличного вида (растягивающей, сжимающей,изгибающей и т.д.).
Прочность¾свойство материала сопротивлятьсявнутренним напряжениям, возникающим вматериале под действием внешних факторов.
Твердость–способность материала сопротивлятьсяпроникновению в его поверхностные слоидругого, более твердого тела определеннойформы.
Истираемость¾свойство материала постепенно разрушатьсятонкими слоями под действием истирающихусилий; оценивается потерей первоначальноймассы образца, отнесённой к единице егоплощади или уменьшением толщиныматериала.
Износ–разрушение материала при совместномдействии истирающей и ударной нагрузок.
Свойство –характеристика материала (изделия),проявляющаяся в процессе его переработки,применения или эксплуатации.
Качество материала– совокупностьсвойств материала, обуславливающих егоспособность удовлетворять определённымтребованиям в соответствии с егоназначением.
Вданном курсе свойства материалов будемделить на четыре основные группы:
- структурные характеристики и физические свойства характеризуют особенности физического состояния, обусловленного структурой материала, или определяют отношение материала к различным физическим процессам;механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться разрушению и деформированию под действием внешних сил (нагрузок);химические и физико-химические свойства характеризуют способность материала вступать в химическое или физико-химическое взаимодействие с окружающей средой в процессе эксплуатации (растворимость, адгезия, стойкость к действию кислот и щелочей и др.);технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться различным видам технологической обработки при изготовлении из него изделий, изменяющим состояние материала, структуру его поверхности, придающим нужную форму, размеры и свойства (формуемость, удобоукладываемость, свариваемость, ковкость, гвоздимость, спекаемость и др.).
Приведенное делениесвойств на группы – не единственныйподход к классификации свойств. Влитературе часто выделяютстроительно-технические свойства,которые определяют возможностьиспользования материалов в зданиях,сооружениях.
Они, в свою очередь,подразделяются на конструкционные,изоляционные, декоративные и др. Очевидно,что эти группы свойств можно отнести ик приведенной выше классификации.Например,конструкционные свойства относятся кмеханическим, изоляционные и декоративные– к физическим и т. п.
Здесь мы рассмотримтолько некоторые структурныехарактеристики, физические и механическиесвойства. Химические и технологическиесвойства изучаются для разных группматериалов в соответствующих разделах.Кроме того, более подробное рассмотрениесвойств будет в последующих курсах (длястудентов профилей ПГС и АД)
Гидрофизические свойства
Свойства, связанные со статическим или циклическим воздействием воды или водяного пара на материал, называются гидрофизическими свойствами материалов.
Гигроскопичность — способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха. Зависит от величины пористости, характера и размера пор, а также от параметров окружающей среды (температуры и относительной влажности воздуха). В самом общем случае — чем больше пористость, тем выше гигроскопичность.
Капиллярное всасывание — способность материала при непосредственном контакте с водой поднимать ее на определенную высоту по капиллярным порам, которые имеют размер от 1000Å до 10 мкм.
где mc — масса материала, высушенного до постоянной массы, г;
mвл — масса влажного материала, г.
Все материалы имеют ту или иную влажность, которая зависит от условий эксплуатации, величины пористости, характера и размера пор материала. Влажность влияет на ряд свойств материалов (плотность, прочность, теплопроводность и др.).
Влажностные деформации — увеличение линейных размеров и объема материала при его увлажнении (набухание) или уменьшение — при высыхании (усушка). Зависят от строения материала.
Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой (древесина 30…100 мм/м; ячеистый бетон 1…3 мм/м), материалы с маленькой пористостью — незначительной усадкой (гранит 0,02…0,06 мм/м).
Водопоглощение — способность материала поглощать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Количество воды, которое поглотил образец, отнесенное к его массе в сухом состоянии, называют водопоглощением по массе Wm, а отнесенное к его объему — водопоглощением по объему Wo:
где mв — масса материала, насыщенного до постоянной массы, г; mс — масса сухого материала, г; Ve — объем материала в естественном состоянии; ρв — плотность воды, г/см3.
Водопоглощение зависит от величины пористости, характера и размеров пор.
Между этими водопоглощениями существует взаимосвязь:
Последняя формула удобна для определения Wo в случае затруднения определения объема материала, когда он имеет неправильную геометрическую форму.
Коэффициент насыщения — степень заполнения пор материала водой:
Этот коэффициент позволяет оценить структуру материала. Уменьшение Kн при постоянной величине пористости свидетельствует о сокращении открытой пористости.
Водостойкость — способность материала сохранять прочность при увлажнении. Характеризуется коэффициентом размягчения
где Rв и Rc — пределы прочности при сжатии соответственно водонасыщенного и сухого материала.
Материалы, имеющие Kр > 0,8, считаются водостойкими и их разрешается применять в сырых условиях эксплуатации, материалы с Kр < 0,8 — неводостойкими.
Воздухостойкость — способность материала выдерживать многократные циклические воздействия увлажнения и высушивания без заметных деформаций и потери механической прочности.
Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. В строительстве чаще необходимо противоположное свойство — водонепроницаемость, которая характеризуется или периодом времени, по истечении которого проявляются признаки просачивания воды через материал, или величиной давления воды, при котором она не проходит через материал. Эти свойства зависят от величины пористости, характера и размера пор.
Морозостойкость — способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и существенного снижения прочности. Это свойство взаимосвязано с долговечностью, зависит от величины пористости, характера и размера пор, начальной прочности, а также от условий эксплуатации. Характеризуется количеством циклов попеременного замораживания при температуре –15…–17 °С и оттаивания в воде при температуре +20 °С. Число циклов (марка или класс), которое должен выдерживать материал, в зависимости от его назначения, указывается в нормативных документах. Материал считается выдержавшим испытание, если после заданного количества циклов потеря массы и снижение прочности не превышают значений, указанных в нормативных документах.
Теплее, теплее
У любого материала есть свойство теплопроводности. В физике термином принято обозначать способность передавать тепло, спровоцированную разностью уровня прогрева среды у разных поверхностей объекта. Чем выше влажность, плотность, тем больше будет и качество проведения тепла. Для расчета показателя используют специальную формулу.
Не менее важный параметр – теплоемкость, описывающая, как много энергии может поглощать конкретный образец, если передавать ему тепло. Физиками была изобретена специальная формула для его вычисления, а сам параметр назвали коэффициентом удельной теплоемкости.
Особенности маркировки
Использовавшийся ранее ГОСТ 23570-79 на строительные стали для сварных конструкций не предусматривал специальной маркировки металлургической продукции. Марки устанавливались соответственно общепринятым нормам, когда вначале числом указывался процент углерода, а далее, буквами – наличие легирующих элементов (если они есть). В конце обозначения могла присутствовать буква А, свидетельствовавшая о более жёстких допусках по химсоставу или габаритным размерам производимого профиля.
Во введенном ГОСТ 27772-2015 принято, что марки строительных сталей указываются по иному. Обозначение предусматривает следующее:
- Наличие буквы С (строительная) в начале марки.
- Числовое обозначение предела текучести в МПа (три цифры).
- Дополнительное буквенное обозначение, которое указывает на степень коррозионной стойкости (К- обычная, П – повышенная).
Если данная марка допускает несколько вариантов производства, то через тире после показателей предела текучести приводится условный номер этого варианта. Таким образом, например, сталь С355-1 должна иметь предел прочности не ниже 355 МПа, и выплавляться по варианту №1 (чаще всего это влияет на вариации по химсоставу).
О цифрах
Если некоторый материал совершенно не растворяется в жидкости, указанный коэффициент для него составляет единицу. Такими качествами отличаются сталь и стекло, а также несколько подвидов гранитного камня. А вот некоторые разрушаются уже только за счет насыщения водой. Классический представитель такой группы – мел.
Если указанный коэффициент составляет 0,7 и менее, сырье нельзя использовать при создании конструкций, потенциально контактирующих с водой. Например, если нужно построить фундамент для здания во влажном климате, с высоким уровнем влажности грунта, такой материал категорически не подходит. Если известно, что в процессе эксплуатации объект будет постоянно контактировать с водой, в рамках испытания сразу проверяют его в насыщенном водой состоянии, чтобы не переоценить прочность.
Размягчаемость
Это механическое свойство материала, известное еще и под наименованием водостойкость, отражает, в какой степени прочность меняется при увлажнении испытуемого объекта. Сравнение производится с сухим предметом. Известно, что обычно материалы, поглощая воду, становятся менее прочными, так как твердые компоненты могут раствориться, глинистые – набухнуть. Места, где кристаллы срастаются между собой, могут пострадать под воздействием влажности за счет растворения одного из компонентов, менее стойкого относительно жидкости. Водный слой расклинивает объект, если прилегает прямо в поверхности.
Стойкость к воде применительно к камням – механическое свойство материала, которое оценивается по специальной шкале. Коэффициенты выявляют по довольно простой формуле: находят, как соотносятся между собой прочность сухого и увлажненного материала. Прежде чем провести исследования, сухой образец, для которого параметры уже получены, на два дня помещают в жидкость. После этого можно начинать непосредственно сжатие.
Механические свойства
Механические свойства отражают способность материала сопротивляться силовым, тепловым, усадочным или другим внутренним напряжениям.
При приложении внешних сил материал деформируется. Деформации могут быть обратимыми и необратимыми. В свою очередь обратимые деформации могут быть упругими и эластичными. Характер и величина деформаций зависят от величины нагрузки, скорости нагружения и температуры материала.
Упругость — свойство материала при воздействии нагрузки изменять свои размеры и форму и полностью восстанавливать их после снятия нагрузки.
Пластичность — свойство материала при воздействии нагрузки в значительных пределах изменять свои размеры и форму без нарушения сплошности и сохранять их после снятия нагрузки.
Хрупкость — свойство материала разрушаться под действием нагрузки без заметных пластических деформаций. Многие строительные материалы (кирпич, бетон, стекло и др.) являются хрупкими. У хрупких материалов прочность при сжатии существенно больше (в 10…20 раз) прочности при растяжении.
Прочность — свойство материала сопротивляться внутренним напряжениям, которые возникают при действии внешних нагрузок. Материал в сооружении подвергается тем или иным воздействиям, которые вызывают напряженное состояние (сжатие, растяжение, изгиб, кручение, сдвиг, скалывание и др.).
В самом общем случае напряжение
где σ — напряжение, МПа (1 кН/см2 ≈ 10 МПа ≈ 100 кг/см2); Р — нагрузка, кН; F — площадь поперечного сечения образца до испытания, см2.
Величина напряжения зависит от величины нагрузки. Максимального значения, при котором наступает разрушение материала, напряжения достигают при разрушающей нагрузке. Прочность характеризуется пределом прочности
Предел прочности одного и того же материала может иметь различную величину в зависимости от размера образца, его формы, скорости нагружения, а также конструкции прибора, на котором проводятся испытания, поэтому для получения объективных результатов необходимо строго соблюдать все условия испытаний, которые установлены для данного материала соответствующими нормативными документами.
Предел прочности при сжатии определяется на образцах правильной геометрической формы: кубы, призмы, цилиндры. Разрушающая нагрузка, как правило, определяется на гидравлическом прессе:
Прочность различных материалов на сжатие варьируется от 0,5 до 1000 МПа и выше. У некоторых материалов прочность на сжатие характеризует их марки или классы, т.е. качество.
Предел прочности на растяжение определяется на образцахстержнях, образцах-призмах или «восьмерках», которые имеют переменное сечение. Разрушающая нагрузка определяется на разрывных машинах:
Возможно также определение прочности на растяжение методом раскалывания на кубах или цилиндрах.
Предел прочности на изгиб определяется на образцах-призмах:
где Р — разрушающая нагрузка, кН; l — расстояние между опорами, см; b — ширина образца, см; h — высота образца, см.
В последнее время широкое распространение получили различные неразрушающие методы испытания строительных материалов на прочность.
Ударная вязкость — свойство материала сопротивляться ударным нагрузкам.
Твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала.
Истираемость — свойство материала сопротивляться истирающим воздействиям.
Акустические свойства строительных материалов
Акустические свойства строительных материалов проявляются при действии звука на материал. Акустические материалы по назначению могут быть звукопоглощающие, звукоизолирующие, вибропоглощающие и виброизолирующие.
Звукопоглощающие строительные материалы. Звукопоглощающие материалы предназначены для поглощения шумового звука. Их акустической характеристикой является величина коэффициента звукопоглощения, равная отношению количества поглощенной материалом звуковой энергии к общему количеству звуковой энергии, падающей на поверхность материала в единицу времени. Как правило, такие строительные материалы имеют большую пористость или шероховатую, рельефную поверхность, поглощающую звук. Строительные материалы, у которых коэффициент звукопоглощения выше 0,2, называют звукопоглощающими.
Звукоизолирующие строительные материалы. Звукоизолирующие материалы применяют для ослабления ударного звука, передающегося через строительные конструкции здания из одного помещения в другое.
Звукоизоляционные строительные материалы оценивают по двум показателям: относительной сжимаемости под нагрузкой в процентах и динамическому модулю упругости.
Вибропоглощающие и виброизолирующие материалы предназначены для предотвращения передачи вибрации от машин и механизмов к строительным конструкциям.
Свойства строительных материалов.
Классификация строительных материалов
- Классификация и свойства строительных материалов.
- Классификация строительных материалов.
- Свойства строительных материалов.
- Физические свойства строительных материалов.
- Гидрофизические свойства строительных материалов.
- Теплофизические свойства строительных материалов.
- Механические свойства строительных материалов.
- Технологические и акустические свойства строительных материалов.
- Химические свойства строительных материалов.
Вариантов много
Изучая механические и технологические свойства материалов, особенное внимание обращают на тот факт, что в рамках одной категории нагрузок и параметра, ответственного за сопротивление им, есть много подвидов. Например, говоря о деформации, для полноценного исследования образца нужно тщательно оценить способность стойко воспринимать сжатие, изгибание, кручение, растягивание, сдвиг
К примеру, если необходимо исследовать бетон, железобетон, тогда особенное внимание уделяют растягиванию, сжиманию, изгибанию – именно с такими внешними усилиями будут сталкиваться предметы в процессе монтажа объекта и его последующей эксплуатации.
Бывают упругие, пластичные деформации, спровоцированные внешними нагрузками. Первые пропадают, как только источник усилий исчезает, вторые остаются на продолжительное время. Нередко их именуют остаточными.
Чтобы дать количественную оценку механическим свойствам и механическим характеристикам материалов, включая деформативность, необходимо проанализировать сперва остаточные деформации. Исследуется объект в секунду разрушения. На практике такое часто встречается при изучении образцов стали, применяемой в качестве арматуры.
На момент разрушения объекта выявляют, как велико остаточное удлинение. Это позволяет причислить конкретный образец к группе пластичных либо назвать хрупким. Первые к моменту, когда разрушаются, скапливают внушительные остаточные деформирующие изменения, вторые не отличаются такой особенностью. Пластичностью отличаются медь, мягкие разновидности стали, а вот хрупкие – камни, чугун.
Стойкий оловянный солдатик
На практике применение механических свойств материалов особенно важно в области создания конструкций, используемых людьми, – это транспорт, жилье, промышленные и прочие объекты, машины, иные механизмы. Важно, чтобы эти предметы сохраняли изначальную форму
В то же время полезны и такие материалы, которые могут меняться в объеме, форме под влиянием контролируемых факторов. Чтобы оценить качества некоторого материала в этом аспекте, выявляют количественную характеристику деформативности – такого параметра, который отражает, как сильно при наличии нагрузки корректируется форма, объем. Принято говорить об абсолютном, относительном показателях.
Абсолютная деформация – количественное отражение изменений габаритов при появлении нагрузки. Параметр описывается линейными единицами. Во многом связано это механическое свойство с составом материала. Относительная – процентная величина, отражающая, насколько изменился объем исследуемого предмета в сравнении с первоначальным при приложении усилия.
Поры и вода
Важная особенность материала – пористость. Это механическое свойство показывает, как много в объеме материала представлено пор. Параметр отражается процентами. Суммарно плотность и пористость дают 100% объема предмета.
Не менее важна способность образца поглощать и пропускать воду. Оценивая, насколько сильно предмет впитывает влагу, сохраняет его в своем объеме, выявляют процентное соотношение веса до контакта с жидкостью и после оного. Также можно выявить, как соотносятся между собой объем впитанного и всеобщий, характерный для образца.
А вот под проницаемостью принято понимать способность проводить жидкость при наличии давления. Определяется эта величина строением вещества, плотностью, особенностями водного потока. Для оценки значения рассчитывают, как много жидкости проходит через квадратный сантиметр поверхности. Испытания проводят на заранее установленном и точно измеренном стандартном напоре жидкости. Абсолютно непроницаемы для воды стекло, сталь.
Тепло или холодно?
Среди прочих механических свойств не последнее место занимает стойкость к морозу. Этим параметром показывают, насколько негативно на предмет влияют отрицательные температуры. Для испытаний образцы сперва насыщают жидкостью, после чего организуют несколько циклов разморозки и заморозки. Высчитывают, как много циклов требуется, чтобы прочность уменьшилась, появились внешние признаки деформации, разрушений.
Количество циклов позволяет оценить параметры материала с учетом общепринятой шкалы морозостойкости
Важно обратить внимание на климатические условия, в которых реальный предмет будет замерзать, класс конструкций, сооружений. В норме величина Мрз варьируется от 5 до 200
Общие сведения о строительных материалах
Единой, всеобъемлющей классификации строительных материалов не существует. Была сделана попытка составить по аналогии с периодической таблицей химических элементов Менделеева периодическую таблицу строительных материалов, которая не увенчалась успехом.
В настоящее время строительные материалы чаще всего классифицируются по назначению, исходя из условий работы материала в сооружении. Так, материалы делятся на две группы: конструкционные и специального назначения.
К конструкционным материалам, которые воспринимают различные нагрузки (от собственной массы, от массы установленного оборудования, снеговые, ветровые и т.д.) и используются для несущих конструкций, относятся:
1) природные каменные;
3) искусственные каменные, получаемые:
- а) омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетоны, растворы);
- б) спеканием (керамические материалы);
- в) плавлением (стекло, ситаллы);
4) металлы (чугун, сталь, алюминий, сплавы);
7) композиционные (асбестоцемент, стеклопластики, бетонополимеры).
К материалам специального назначения, название которых говорит об их функции, относятся:
- теплоизоляционные;
- акустические;
- гидроизоляционные, кровельные и герметизирующие;
- отделочные;
- химстойкие;
- антикоррозийные;
- огнеупорные;
- материалы для защиты от радиационных воздействий и др.
Каждый материал обладает комплексом разнообразных свойств.
Свойство — способность материала определенным образом реагировать на отдельный или чаще всего действующий в совокупности с другими внешний или внутренний фактор.
Связь состава, структуры, строения и свойств материалов
Свойства материалов взаимосвязаны с их составом, структурой и внутренним строением.
Если для природных материалов (каменные материалы, древесина) возможно только частичное изменение их свойств, например, пропитка древесины антисептиками, которые препятствуют гниению древесины, то при получении искусственных материалов технологию следует рассматривать с точки зрения ее влияния на строение, структуру и, как следствие, на получение материалов с заданными свойствами.
Строительные материалы характеризуются химическим, минеральным и фазовым составами.
Фазовый состав — это соотношение между твердым каркасом материала и порами. Фазовый состав, а также фазовые переходы воды в порах материала взаимосвязаны со всеми свойствами и поведением материала при эксплуатации.
Свойства материала взаимосвязаны с его структурой. При изучении структуры материала различают макро- и микроструктуры.
Макроструктура — это строение, видимое невооруженным глазом. Микроструктура — строение, видимое под микроскопом.
Материалы могут иметь следующую макроструктуру:
- рыхлозернистую — состоящую из отдельных не связанных друг с другом зерен (песок, гравий, цемент);
- конгломератную — когда зерна прочно соединены между собой (бетон, керамические материалы);
- ячеистую — которая характеризуется большим количеством равномерно распределенных по объему материала макрои микропор (ячеистые бетоны, пеностекло);
- волокнистую (древесина, минеральная вата);
- слоистую (фанера, текстолит).
Волокнистой и слоистой структурам присуща анизотропия, т.е. различие свойств в различных направлениях (например, прочность вдоль и поперек волокон).
Внутреннее строение материалов изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т.д. По взаимному расположению атомов и молекул материалы могут быть кристаллическими и аморфными. Неодинаковое строение кристаллических и аморфных материалов определяет и различие их свойств. Материалы аморфного строения химически более активны, имеют меньшие прочность и теплопроводность, чем кристаллические такого же состава.
Свойства конструкционных материалов
Их подразделяют на три группы – механические, физические и эксплуатационные.
Физические свойства конструкционных материалов — это параметры, которые можно измерить. Механические свойства считаются показателем поведения материала при различных условиях его нагружения. Эксплуатационные свойства определяют потребительскую ценность материала, например, долговечность и износостойкость.
Обычно все виды свойств рассматривают совместно.
Механические свойства
Определяются химическим составом и внутренней структурой материала, например размером зерна или направлением волокон. На уровень этих свойств влияют условия обработки, особенно, если обработка сопровождается перестройкой внутренней структуры. Уровень механических свойств зависит от условий применения.
Многие механические свойства взаимозависимы: высокие характеристики в одной категории могут сочетаться с более низкими характеристиками в другой. Например, более высокая прочность может быть достигнута за счет более низкой пластичности. Таким образом, верное понимание среды, в которой работает изделие, приводит к выбору оптимального материала.
Основные механические свойства:
- предельное сопротивление внешним нагрузкам – растяжению, сжатию, изгибу, сдвигу;
- деформируемость без потери целостности;
- упругость;
- удельная вязкость разрушения.
Физические свойства
Наряду с механическими определяют способность материала удовлетворять производственным требованиям, однако в большинстве случаев мало изменяются от условий внешней обработки.
Основные физические свойства:
- плотность;
- электропроводность;
- теплопроводность/теплоёмкость (иногда сюда же вносят температуропроводность);
- температуры перехода в различное структурное состояние;
- коэффициенты объёмного расширения.
Физические свойства могут измеряться непосредственно. Для каждого вида материала разработаны стандартные методики оценки, поэтому результат определяют узкие диапазоны значений. Выбор происходит обычно уже по заданным значениям физических параметров.
Технологические свойства
Используются для определения способности материала к обработке. Включают в себя пластичность и жёсткость, причём численные нормируемые параметры здесь отсутствуют. Технологические свойства конкретизируются для определённых условий обработки и устанавливаются исключительно по результатам испытаний на специализированном лабораторном оборудовании.
Эксплуатационные свойства
Необходимы для оценки долговечности/износотойкости изделия, которое изготовлено из данного конструкционного материала. Износостойкость — это мера способности материала противостоять контактному трению, которое может принимать различные формы:
- адгезию (сцепление;
- истирание;
- царапание, долбление;
- температурный износ.
Управление фактическими эксплуатационными показателями входит в число обязательных этапов конструирования детали или узла.
Химические свойства
Более значимы для материалов, состав которых может изменяться под влиянием внешних условий. К таким свойствам относят:
- стойкость против коррозии (для металлов);
- химическая стабильность (для пластика;
- инертность при воздействии внешних агрессивных сред.
Стабильность химических свойств имеет решающее значение при выборе типа композитов.
Вычислить, сравнить, проанализировать
Чтобы выявить влияние механических свойств на материал и обратную зависимость, необходимо проверить, каким образом испытуемый объект откликается на разные внешние факторы. Для этого все выявленные в ходе экспериментов сведения фиксируются в таблице и применяются в качестве базы для построения диаграмм. Графики отражают деформации, прочность, способность сжиматься, растягиваться. Прочностные параметры позволяют оценить физические качества исследуемого сырья и определить нормативные сопротивления – базовые параметры, используемые затем при конструировании сложных объектов.
Проще всего оценивать физико-механические свойства материалов, если они принадлежат к числу однородных. Для определения нормативов сопротивления берут физические величины, стандартные для конкретного сырья и установленные на федеральном уровне действующими нормативами. На основании соответствия полученных при испытании показателей и выверенных метрологическим, материаловедческим контролем можно говорить о применимость предмета для решения поставленной задачи. Если изделие неоднородное, нужно помнить, что прочность зачастую ниже, нежели предполагаемый или определенный в ходе испытаний уровень
Важно при конструировании задуманного заложить запас прочности, учитывая сопротивление сырья
Общая информация
Определение механических свойств материалов предполагает выявление способности сопротивляться нагрузкам, усилиям, потенциально меняющим форму материала, разрушающим его. Чаще всего на практике рассматривают такие нагрузки применительно к тем материалам, что задействованы в рабочем процессе конструирования капитальных объектов. Строительные конструкции вынуждены сопротивляться многочисленным существенным нагрузкам, разделенным на две крупные группы – динамика, статика.
Анализируя механические свойства конструкционных материалов, необходимо учитывать, что нагрузка из категории статики не провоцирует формирования инерционной силы. Типичный жизненный пример – снежные массы, скопившиеся на крыше здания. А вот динамика – это быстрое воздействие, нередко – буквально одно мгновение, за которое происходит нарастание до максимума. Процесс сопровождается появлением инерционных сил, влияющих на объект. Часто встречающийся в реальности, знакомый всем пример подобной нагрузки – поезд, проносящийся на мосту и воздействующий на опорные балки конструкции.
Источник: podvesnoe.ru