1.5. Химические свойства

Химические свойства характеризуют способность материала к хими­ческим взаимодействиям с другими веществами. Возможность химических и физико-химических процессов определяется наличием у строительных материалов таких свойств, как химическая активность, растворимость, способность к кристаллизации и адгезии.

Химическая активность может быть положительной, если процесс взаимодействия приводит к упрочнению структуры (образование цементно­го, гипсового камня), и отрицательной, если протекающие реакции вызыва­ют разрушение материала (коррозионное действие кислот, щелочей, солей).

Химическая или коррозионная стойкость - это свойство материа­лов противостоять разрушающему действию жидких и газообразных аг­рессивных сред. Химическую стойкость оценивают специальным коэффи­циентом, который рассчитывают по отношению прочности (массы) мате­риала после коррозионных испытаний (в случае кислот и щелочей образцы в течение двух часов кипятят соответственно в концентрированном рас­творе кислоты или щелочи) к прочности (массе) до испытаний. При коэф­фициенте 0,90 - 0,95 материал признается химически стойким по отноше­нию к исследуемой среде. Органические материалы - древесина, битумы, пластмассы - при обычных температурах относительно стойки к действию кислот и щелочей слабой и средней концентрации. Свойства неорганиче­ских материалов зависят от их состава.

Действие солей приводит к накоплению кристаллических продуктов в порах материала, вызывающему рост деформаций и разрушение изделия.

1.6. Механические свойства

Механические свойства характеризуют поведение материалов при действии нагрузок различного вида (растягивающей, сжимающей, изги­бающей и т.д.). В результате механических воздействий материал дефор­мируется. Если внешние усилия невелики, деформация является упругой, т.е. после снятия нагрузки материал возвращается к прежним размерам. Если нагрузка достигнет значительной величины, кроме упругих дефор­маций появляются пластические, приводящие к необратимому изменению формы. Наконец, при достижении некоторой предельной величины проис­ходит разрушение материала. В зависимости от того, как материалы ведут себя под нагрузкой, их подразделяют на пластичные (изменяют форму под нагрузкой без появления трещин и сохраняют изменившуюся форму после снятия нагрузки) и хрупкие. Пластичные - это, как правило, материалы однородные, состоящие из крупных, способных смещаться относительно друг друга молекул (органические вещества), или состоящие из кристал­лов с легко деформируемой кристаллической решеткой (металлы). Хруп­кие материалы (бетон, природный камень, кирпич) хорошо сопротивляют­ся сжатию и в 5 -50 раз хуже - растяжению, изгибу, удару (соответственно стекло - гранит).

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности, под которым понимают напряжение, соответствующее нагруз­ке, вызывающей разрушение материала, к единице площади.

Предел прочности на сжатие или растяжение определяют по фор­муле (СТБ 4.206-94, ГОСТ 10180-90)

F ₂

Rж = A, (МПа), (кгс/см²), (10)

где F - разрушающая нагрузка, Н (кгс); А - площадь поперечного сечения

22

образца до испытания, мм² • (см²).

Определение предела прочности на сжатие строительных материа­лов проводят согласно ГОСТам путем испытания образцов кубов на меха­нических или гидравлических прессах. Прочность зависит от структуры материала, вещественного состава, влажности, направления и скорости приложения нагрузки.

Связь между пределом прочности на сжатие и величиной средней плотности используют для оценки эффективности материала в конструк­циях, вычисляя коэффициент конструктивного качества (ККК) по формуле

R

ККК = -^сж. (₁₁)

^Р ср

Например, ККК для стали равен 0,5 - 1,0; древесины - 0,7; пласт­масс - 0,5 - 2,5; кирпича - 0,06 - 0,15.

Предел прочности на изгиб определяют по формулам: при одной сосредоточенной нагрузке и балки прямоугольного сечения

3Fl ₂

Кзг , (МПа), (кгс/см²),

2ab

(12)

при двух равных нагрузках, расположенных симметрично оси балки

3F (l - h) ₂

Кг = 7 2 , (МПа), (кгс/см²) (13)

ab

где F - разрушающая нагрузка, Н (кгс); l - пролет между опорами, мм (см); a и b - ширина и высота поперечного сечения балки, мм (см); h - расстояние между грузами, мм (см).

В расчете строительных материалов на прочность допускаемые на­пряжения должны составлять лишь часть их предела прочности. Созда­ваемый запас обусловлен неоднородностью строения большинства строи­тельных материалов, недостаточной надежностью полученных результа­тов при определении предела прочности, отсутствием учета многократно­го переменного действия нагрузки, старения материалов и т.д. Запас проч­ности и величину допускаемого напряжения определяют и устанавливают в соответствии с нормативными требованиями в зависимости от вида и на­значение материала, долговечности строящегося сооружения.

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в его поверхность другого более твердого тела правильной формы. Для определения твердости существуют несколько методов. Твердость камен­ных материалов, стекла оценивают с помощью минералов шкалы твердо­сти Мооса, состоящей из 10 минералов, расположенных по степени воз­растания их твердости (1 - тальк или мел, 10 - алмаз). Показатель твердо­сти испытуемого материала находится между показателями двух соседних минералов, из которых один чертит, а другой сам чертится этим минера­лом. Твердость металлов и пластмасс рассчитывают по диаметру отпечат­ка вдавливаемого стального шарика определенной массы и размера (метод Бринелля), по глубине погружения алмазного конуса под действием за­данной нагрузки (метод Роквелла) или площади отпечатка алмазной пира­миды (метод Виккерса). Твердость материалов определяет возможность их использования в конструкциях, подвергающихся истиранию и износу (по­лы, дорожные покрытия).

Истираемость характеризуется величиной потери первоначальной массы материала (г), отнесенной к единице площади (см ) истирания. Ис­тираемость определяют на специальных кругах или посредством воздейст­вия на поверхность материала воздушной или водной струи, несущей в се­бе зерна абразивных материалов (песок определенной крупности). Сопро­тивление истиранию определяют для материалов, предназначенных для полов, дорожных покрытий, лестничных ступеней. Некоторые материалы испытывают также на износ.

Сопротивление удару имеет большое значение для материалов, при­меняемых для покрытия полов в цехах промышленных предприятий. Предел прочности материала при ударе характеризуется количеством работы, затра­ченной на разрушение образца, отнесенной к единице объема. Испытание материалов проводят на специальном приборе-копре.

Износ - разрушение материала при совместном действии истираю­щей и ударной нагрузок. Для определения износостойкости образцы мате­риала испытывают в специальном вращающемся барабане с металличе­скими шарами. Прочность оценивают по потере массы образцов, выра­женной в процентах. Износу подвергаются покрытия дорог, аэродромов и полов промышленных предприятий. Совокупность свойств материалов должна обеспечивать их долговременную нормативную эксплуатацию в зданиях и сооружениях - долговечность.