ОСНОВНІ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ

В результаті вивчення даного розділу студент повинен:

знати

  • • ключові поняття і визначення, що відносяться до фізико-механічними властивостями конструкційних будівельних матеріалів;
  • • можливості сучасних конструкційних будівельних матеріалів;
  • • переваги і недоліки основних будівельних конструкційних матеріалів;

вміти

  • • вибирати відповідні будівельні конструкції для проектування і зведення будівель і споруд різного призначення;
  • • використовувати в реальному проектуванні знання фізико-механічних властивостей конструкційних матеріалів будівельних конструкцій;
  • • обстежити стан споруд і конструкцій;

володіти

  • • навичками контролю якості будівельних конструкцій різних типів;
  • • інформацією про основні фізико-механічні властивості кам'яних, бетонних, залізобетонних, дерев'яних і пластмасових матеріалів.

Фізико-механічні характеристики, які використовуються для оцінки матеріалів

Будь-яка будівельна конструкція, як і вся споруда або будівля в цілому, повинна бути розрахована на міцність, жорсткість і стійкість, що неможливо зробити, якщо невідомі пружні (фізичні) і механічні характеристики матеріалу конструкції. Ці характеристики визначаються тільки експериментальними методами і наводяться у відповідних таблицях у довідниках, СНіП та інших нормативних документах.

Величини Е - модуль поздовжньої пружності матеріалу (модуль Юнга), G - модуль зсуву і v - коефіцієнт Пуассона (коефіцієнт поперечної деформації) називають пружними постійними або пружними характеристиками матеріалів. Е і G мають розмірність напруги (Па). Ці три пружні характеристики визначають основні фізичні властивості конструкційних матеріалів. Фізичні властивості - це властивості матеріалу, що залежать від внутрішньої будови речовини, його атомно-електронної структури. До фізичних характеристиках, крім уже зазначених E, G і V, відносять також щільність, тепло- і електропровідність, коефіцієнт температурного лінійного розширення, теплоємність, температуру плавлення.

Конструкційні будівельні матеріали включають в себе безліч різних матеріалів, що застосовуються для виготовлення деталей конструкцій, будівель, мостів, доріг, а також інших незліченних споруд і технічних виробів. Можливість створення будь-якої конструкції і її працездатність залежать від наявності матеріалів з відповідними фізико-механічними властивостями. У розпорядженні конструктора є широкий спектр матеріалів: чавуни, стали, сплави кольорових металів, керамічні, кам'яні матеріали, бетон, залізобетон, скло, деревина, полімери і т.д.

Модуль поздовжньої пружності матеріалу Е і коефіцієнт Пуассона V визначаються експериментальним шляхом з використанням формул

де N - нормальна сила в центрально-розтягнутому зразку; l - довжина зразка; Δ l - абсолютне подовження зразка; А - площа поперечного перерізу зразка до деформації; z tr - відносна поперечна деформація; ε = Δ l / l - відносна поздовжня деформація. Модуль зсуву G може бути обчислений за формулою

Постійні E, G, ν і щільність р для деяких конструкційних матеріалів наведені в табл. 2.1. При нагріванні матеріалу модуль поздовжньої пружності зменшується, а коефіцієнт Пуассона збільшується.

Щільність матеріалу - ступінь заповнення обсягу матеріалу твердою речовиною, з якого складається даний матеріал. Щільність виражається відношенням об'ємної ваги до питомої ваги.

Основні механічні характеристики конструкційних матеріалів також визначаються експериментальним шляхом. Для пластичних матеріалів це σ pr - межа пропорційності, σ у - межа плинності, σut - межа міцності; для тендітних материа-

Таблиця 2.1

Щільність, модуль пружності, модуль зсуву і коефіцієнт Пуассона деяких матеріалів

матеріал

Щільність r, кг / м3

Модулі пружності Е, E b, E 0, МПа

Модуль зсуву G, МПа

Коефіцієнт Пуассона v

сталь

7850

2,06 • 105

0,78 • 105

0,33

Чавун марок:

СЧ15

7200

0,83 • 105

0,45 • 105

0,23-0,27

СЧ20, СЧ25, СЧ30

0,98 • 105

алюміній

2500-2700

0,63 • 105

2,6 • 104

0,32-0,36

дюралюміній

2600-2800

0,7 • 105

3,6 • 104

мідь:

холоднотянутая

8300- 8900

1,3 • 105

4,9 • 104

0,31-0,34

прокат

1,08 • 105

3,9 • 104

лиття

0,82 • 105

-

Цинк (прокат)

6900-7300

0,82 • 105

2,2 • 104

0,27

свинець

11 300

0,17 • 105

0,7 • 104

0,42

Титан

4500

1,12 • 105

Сосна воздушносухого:

вздовж волокон

310-760

0,1 • 105

0,55 • 105

0,018

поперек волокон

(0,5 ÷ 1) • 105

0,45

дуб

690-1030

(1,0 ÷ 1,1) • 105

-

-

Бетон важкий природного твердіння класу:

У 20

2200-2500

27,0 • 105

0,4 E b

0,17-0,2

У 30

32,5 • 05

У 50

39,0 • 105

вапняк щільний

2000-2600

0,42 • 105

-

0,11

мармур

2500-2800

0,56 • 105

(0.14-0,44) • 105

граніт

2500-2800

0,49 • 105

(0.14-0,44) • 105

вугілля

800-950

0,62 • 101

-

Кладка суцільна:

з глиняної цегли

1800

0,28 • 104

-

-

вапняку

1800

6 • 103

граніту

-

9,8 • 103

Скло

2700

0,56 • 105

2,2 • 104

0,25

текстоліт

1300-1400

(0,06-0,1) • 105

2,5 • 105

-

каучук

910-930

8

2,72

0,47

Склотекстоліт Каста-В:

по основі

1600-1800

2,12 • 104

4 • 103

-

перпендикулярно

верствам

0,4 • 101

-

поліетилен:

ПЕНД

65-940

450-500

-

-

ПЕВТ

25-910

130-160

полимербетон

2300

(0,18 ÷ 0,2) • 105

-

-

лов - це - межа міцності на розтягнення, - межа міцності на стиск. Межа плинності (фізичний ) - це напруга, при якому деформації ростуть без помітного збільшення навантаження. Деякі матеріали не мають чіткої майданчики плинності. Для них використовується умовний межа плинності: напруга, при якому залишкове подовження зразка досягає У табл. 2.2 наведені орієнтовні значення міцності для деяких конструкційних матеріалів.

Пластичність - властивість матеріалу отримувати значні залишкові деформації, не руйнуючись. Крихкість - властивість матеріалу руйнуватися при незначних залишкових деформаціях.

Таблиця 2.2

Характеристики міцності конструкційних матеріалів

матеріал

межа

плинності σу, МПа

Межа міцності, МПа

σut

σ uc

сталь малоуглеродистая

220-250

360-400

сталь низьколегована

300-350

400-500

алюмінієві сплави

-

230-450

чавун

-

120-300

500-1200

бетон

-

1-4

30-80

бетон

-

-

150-700

цегла

-

1-3

7,5-30

граніт

-

-

120-260

мармур

-

-

100-180

Сосна вздовж волокон

-

70-80

30-40

Сосна поперек волокон

-

-

5-20

поліетилен

-

6,5

-

текстоліт

-

85-100

130-250

Крім зазначених вище основних фізико-механічних властивостей будівельних матеріалів, часто необхідно також знати додаткові властивості матеріалів, особливо тендітних.

Водопоглинання матеріалу В - властивість матеріалів вбирати і утримувати в собі воду. Характеризується ступенем заповнення обсягу матеріалу водою, тобто ставленням у відсотках ваги води, поглиненої в установлений термін повністю зануреним у воду зразком при атмосферному тиску, до ваги зразка, висушеного до постійного ваги (при температурі 110 ° С). Водопоглинання визначається по різниці між вагою матеріалу, насиченого водою, і вагою G сухого зразка:

Вологість матеріалу - це вагове зміст води в матеріалі в процентах.

Водопроникність матеріалу - здатність матеріалів пропускати воду йод тиском. Величина водопроникності вимірюється кількістю води, які пройшли через 1 см2 зразка матеріалу протягом 1 год при постійному тиску. Особливо щільні матеріали (бітум, скло, сталь) або матеріали із замкнутими дрібними порами (товстий шар бетону спеціального складу) практично водонепроникні.

Морозостійкість матеріалу - здатність насиченого водою матеріалу або виробу витримувати багатократне поперемінне заморожування в повітряному середовищі і відтавання у воді без помітних ознак руйнування і значного зниження міцності (не більше 20-25%). Від морозостійкості залежить довговічність будівельних матеріалів і споруд з них.

Теплопровідність матеріалу - властивість матеріалу передавати через свою товщу від однієї поверхні до іншої тепловий потік при наявності різниці температур на обмежують його поверхнях. Показником теплопровідності матеріалу є коефіцієнт теплопровідності - величина, що дорівнює кількості тепла (в ккал), яке проходить протягом 1 год через шар матеріалу товщиною 1 м і площею 1 м2, обмеженого паралельними площинами, при різниці температур протилежних площин 1 ° С.

Вогнестійкість матеріалу - здатність матеріалу витримувати без руйнування дію високих температур і води в умовах пожежі. За ступенем вогнестійкості будівельні матеріали діляться на три категорії: вогнетривкі матеріали (граніт, бетон, цегла, сталь); важкозгораємі матеріали (фіброліт, асфальтовий бетон); горіти,, які під дією вогню спалахують, горять відкритим полум'ям і продовжують горіти або тліти після видалення джерела вогню (органічні матеріали).

Твердість матеріалу - здатність матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого, більш твердого матеріалу. Твердість матеріалів не завжди відповідає їх міцності. Так, деревина багатьох порід має високу міцність при розтягуванні і стисненні, але твердість її дуже мала (м'який матеріал). Твердість металів, деревини і бетону визначається вдавленням в них під постійним навантаженням сталевої кульки; діаметр відбитка кульки і служить показником твердості.

Стираність матеріалу виражається величиною втрати початкового ваги, віднесеної до 1 см2 площі стирання. Стираність залежить від твердості матеріалу. Це властивість важливо для матеріалів, що застосовуються для влаштування підлог, ступенів, тротуарів, доріг.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >