Статья: Механические свойства строительных материалов

Строительные материалы

Считается, что строитель одна из самых давно существующих профессий, и за прошедшие тысячелетия человечество научилось не только использовать природные материалы для создания искусственной среды, но и создавать новые материалы, искусственные, которые служат дольше и имеют высокие прочностные характеристики.

В целом для строительных материалов ключевым является вопрос их характеристик. Характеристики, состав отличают минеральную вату от камня, кирпич от газоблока, бетон от металла и определяют сферу их применения.

Классификация строительных материалов строится на различных основаниях, но основными из них являются три:

• по химическому составу материалы делят на минеральные, органические и металлы;
• по происхождению материалы делят на искусственные и естественные;
• по технологическому признаку материалы делят на естественные каменные, керамические, вяжущие, бетоны и металлы.

Характеристики материалов определяют сферу их применения, по назначению материалы делят на конструкционные (используемые при создании конструкций, к примеру бетон, металл), теплоизоляционные (используемые как утеплитель, к примеру, пенополистирол, минеральная вата), акустические, гидроизоляционные (используемые для изоляции от влаги, к примеру битум), отделочные (к примеру штукатурка), специального назначения.

Каждый материал характеризуется уникальным набором характеристик, которые определяют его прочность, морозоустойчивость, твердость, удельный вес и прочее.

Рисунок 1. Механические свойства строительных материалов определяют способность сопротивляться деформациям.

Механические свойства строительных материалов

Способность материалов сопротивляться внешнему воздействию, деформациям и разрушению представляет собой совокупность механических свойств.

Выделяют следующие механические свойства:

• упругость, или свойство материала восстанавливать форму после воздействия нагрузки;
• прочность, или свойство материала сопротивляться разрушению. Различают предел прочности при сжатии, растяжении изгибе;
• пластичность, или свойство материала сохранять измененную форму после снятия нагрузки;
• вязкость, или способность материала деформироваться под действием нагрузки, не разрушаясь;
• хрупкость, или свойство материала мгновенно разрушаться под действием нагрузки;
• твердость, или способность сопротивляться царапающему действию;
• износ, или свойство материала сопротивляться воздействию изнашивающих и ударных нагрузок.

Механические свойства материалов также включают понятия остаточной деформации, относительной деформации, модуль упругости.

С помощью типичных таблиц твердости можно определить, какой из материалов мягче. К примеру, по школе твердости Мооса, алмаз имеет значение 10, он оставит царапину на любом другом материале, поэтому диски с алмазным напылением используют для резки металлов и других твердых материалов. В конце шкалы находится гипс, его значение по шкале Мооса 2, это очень мягкий и податливый материал. На нем можно оставит царапину даже ногтем. Мягче гипса только тальк.

Рисунок 2. Упругость и пластичность относятся к механическим свойствам.

Одним из главных механических свойств материала в проектировании и строительстве является прочность. К примеру, для тяжелого бетона при сжатии прочность оставляет от 15 до 80 МПа, при изгибе 0,5–10 МПа, при растяжении 1-4 МПа. Для кирпича прочность на сжатие 7,5–30 МПа, при растяжении 0,8–3 МПа, Гранит имеет огромный запас прочности на сжатие 100–250 МПА, но на изгиб 14 Мпа, а растяжение только МПа. Лучше всего на растяжение работает сталь, которая имеет предел прочности 380–450 МПа. Материалы с волокнистыми наполнителями имеют высокую прочность на изгиб. Природные каменные материалы хорошо работают на сжатие, но плохо на растяжение и изгиб.

При эксплуатации строительные материалы испытывают действие силовых и не силовых факторов, которые могут вызвать трещины, изменить первоначальную форму, снизить прочность и вызвать другие явления. Учет свойств материалов позволяет избежать негативных последствий и создавать прочные, устойчивые и долговечные объекты.