Механические свойства отражают способность материала сопротивляться, силовым, тепловым, усадочным или другим внутренним напряжениям без нарушения установившейся структуры.
Внешние силы, действующие на материал, стремятся его деформировать (изменить взаимное расположение составляющих частиц) и довести эти деформации до величины, при котором материал разрушится. После снятия нагрузки материал, если он не был разрушен, может восстанавливать размеры и форму или оставаться в деформированном виде. Деформации, исчезающие при прекращении действия на материал факторов, их вызывавших называют обратимыми. Обратимые деформации именуются упругими, если они исчезают после снятия факторов и эластичными если они, оставаясь полностью обратимыми, спадают некоторого периода времени. Необратимые (остаточные) или пластические деформации накапливаются за период действия силовых и других факторов и сохраняются после прекращения действия этих факторов. Характер и величина деформации зависят от величины нагрузки, скорости нагружения и температуры материала.
|
|
Пластическая деформация – медленно нарастающая без увеличения напряжений – характеризует текучесть материала. При ее медленном росте длительное время (месяцы и годы) при нагрузках меньших тех которые способны вызвать остаточные деформации за обычные периоды наблюдений такая деформация называется ползучестью.
Ползучесть необходимо учитывать при расчете и изготовлении строительных конструкций.
Релаксация – свойство материала самопроизвольно снижать напряжения пи условии, что начальная величина деформации зафиксирована жесткими связями и остается неизменной. Время, в течении которого первоначальная величина напряжений в е равное 2,718 раза (основание натуральных логарифмов), называют периодом релаксации который меняется от 10-10 секунды у материалов жидкой консистенции до 2,1010 с (десятки лет и более) у твердых материалов.
Упругость – свойства материала принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры.
Количественно упругость характеризуют пределом упругости условно равным напряжению, когда материал начинает остаточные деформации очень малой величины, устанавливаемая в технических условиях для данного материала.
Модуль упругости (модуль Юнга) характеризует меру жесткости материала, то есть его способность сопротивляться упругому изменению формы и разсерам при приложении к нему внешних сил. Модуль упругости Е связывает упругую относительную деформацию ε и одноосное напряжение σ соотношением, выражающим закон Гука:
ε = σ/Е
|
|
Пластичность – свойство материала при нагружении в значительных пределах изменять размер и форму без образования трещин и разрывов и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Это свойство важно учитывать при выборе материалов для несущих конструкций, а также при выборе технологии изготовления, например керамических. Наиболее желательными для несущих конструкций являются материалы, которые наряду с большой упругостью перед разрушением обладают высокой пластичностью. Разрушение подобных материалов, например стали, не будет происходить внезапно.
Хрупкость – свойство материала разрушаться под действием без заметных пластических деформаций (стекло). Это свойство четко проявляется при ударной нагрузке. Для хрупких материалов характерна также большая разница (в 10 и более раз) в пределах прочности при растяжении и сжатии. Характер разрушения строительных материалов зависит от температуры, влажности, скорости нагружения. Так, битум при отрицательных температурах разрушается как хрупкий материал. Поэтому более правильно для большинства материалов говорить о пластично-вязком состоянии.
Прочность – свойство материала сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под действием нагрузки или других факторов. Прочность материалов является одной из основных характеристик для большинства строительных материалов, так они в сооружениях всегда подвергаются тем или иным воздействиям, вызывающим напряженное состояние (сжатие, растяжение, изгиб). Прочность оценивают пределом прочности (Па), который условно равен максимальному напряжению, соответствующему нагрузке, вызвавшей разрушение материал, и на сжатие определяется по формуле:
R = F/A,
где F – разрушающая сила, Н;
A – площадь сечения образца до испытаний, м2.
Предел прочности одного и того же материала может иметь различную величину не только в зависимости от размера образца, его формы, но и от скорости приложения нагрузки и конструкции прибора, на котором испытывают образцы.
Предел прочности материала характеризует его марку. По пределу прочности при сжатии установлены марки в широких пределах от 0,5 до 1000 МПа и более.
У большинства строительных материалов, кроме древесины, стали и полимеров, предел прочности при растяжении и изгибе значительно ниже, чем при сжатии. Например, у каменных материалов, работающих в сооружении, действующие напряжения должны быть меньше величины предела прочности, то есть они должны иметь запас прочности. Необходимость создания запаса прочности вызывается рядом причин: неоднородностью материала, возможностью значительной деформации еще до предела прочности и появлении трещин, усталостью материала при переменных нагрузках и его «старением» под влиянием окружающей среды. Запас прочности устанавливается нормативными требованиями в зависимости от вида и качества материалов, долговечности, класса сооружения.
Для оценки прочностной эффективности часто используют коэффициент конструктивного качества (к.к.к.), который определяется делением предела прочности материала при сжатии на относительную прочность материала:
к.к.к = R/d