Свойства строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Механические свойства строительных материалов

Прочность - свойство материала сопротивляться разрушениям под действием напряжений, возникающих от нагрузок, температуры, атмосферных осадков и других факторов.

В конструкциях строительные материалы, подвергаясь различным нагрузкам, испытывают напряжение сжатия, растяжения изгиба и среза. Чаще всего эти материалы работают на сжатие или растяжение. Природные камни, а также бетоны и кирпич хорошо сопротивляются сжатию, значительно слабее - срезу, а еще хуже - растяжению. При растяжении они выдерживают нагрузку в 10-15 раз меньшую, чем при сжатии. Поэтому указанные материалы следует применять главным образом в строительных конструкциях, работающих на сжатие. Другие строительные материалы (например, древесина, сталь) хорошо работают в конструкциях, подвергаемых как сжатию, так и растяжению (например, в балках).

По значению, напряжение центрального сжатия или растяжения равно нагрузке, приходящейся на 1 кв. см. поперечного сечения материала. Напряжение центрального сжатия или растяжения у, Па вычисляют делением нагрузки Р на первоначальную площадь поперечного сечения S:

у=P/S

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности при растяжении, т.е. напряжением, соответствующим нагрузке, вызывающей разрушение образца материала. Предел прочности при сжатии или

растяжении R± (плюс при растяжении и минус при сжатии), Па, равен разрушающей нагрузке PP, деленной на первоначальную площадь сечения образца:

R±=PP/S

Предел прочности определяют постепенным нагружением испытываемых образцов материала до их разрушения. Признаками разрушения являются трещины на образце, отслаивание и деформация. Образцы для испытания на сжатие обычно имеют форму кубиков со сторонами от 2 до 30 см. Чем неоднороднее строение материала, тем больше должны быть размеры образца.

Результаты испытания на прочность в известной мере зависят от формы и размеров образцов. При испытании удлиненных по оси цилиндров и призм получают более низкие значения предела прочности при сжатии, чем при испытании кубиков. Это объясняется тем, что сжатие сопровождается поперечным расширением, тогда как силы трения, возникающие между плоскостями образца и плитами пресса, удерживают нижние и верхние части образца от поперечного расширения. Чем больше высота образцов, тем меньше влияют опорные плоскости на их прочность. При испытании маленьких кубиков показатели прочности более высоки, т.е. менее точны, чем при испытании больших образцов. При испытании необходимо точно соблюдать указания ГОСТов и ТУ в отношении формы и размеров образцов, характера обработки их поверхностей, скорости нарастания нагрузок и типов машин, применяемых при испытании.

Предел прочности при сжатии определяют на гидравлических или механических прессах (рис. 1). Образец помещают на площадку 3, соединенную с поршнем 2. В цилиндр 1 по трубопроводу 7 насосом нагнетают масло определенной вязкости. Под давлением масла поршень поднимается и образец материала сжимается между поднимающейся площадкой 3 и площадкой 4, которую
устанавливают на определенной высоте винтом 5. Давление масла в цилиндре определяют по манометру 6.

Предел прочности при сжатии строительных материалов колеблется в широких пределах - от 0,5 (торфяные плиты) до 1000 МПа и выше (высокосортные стали). Ниже приведены значения предела прочности при сжатии некоторых строительных материалов, МПа (кгс/смІ):

Гранит ……………………………………100-220 (1000-2200)

Известняк плотный ………………………..10-150 (100-1500)

Кирпич глиняный обыкновенный….….……7,5-20 (75-200)

Бетон …………………………………………….5-60 (50-600)

Сосна (вдоль волокон) ……………………….30-45 (300-450)

Дуб (вдоль волокон) …………………………40-50 (400-500)

Сталь Ст3 …………………………….…380-450 (3800-4500)

При сравнении этих чисел следует иметь в виду, что они в известной мере относительны, так как получены на образцах различных размеров, конфигураций и различными способами разрушения.

Строительные материалы часто испытывают также на изгиб. Поскольку для этого требуется сравнительно небольшая разрушающая нагрузка, испытания можно проводить как на строительной площадке, так и в лабораторных условиях.

Предел прочности при изгибе уизг, Па, при одном сосредоточенном грузе в балке прямоугольного сечения определяют по формуле

уизг=M/W=3Pl / 2bhІ,

а при двух разных грузах, расположенных симметрично относительной оси балки, - по формуле

уизг=3P (l-a) / bhІ,

где М - изгибающий момент, Н·см; W - момент сопротивления поперечного сечения балки, смі (для прямоугольного сечения W=bhІ/6); Р - нагрузка, Н; l - пролет балки между опорами, см; b и h - ширина и высота поперечного сечения образца, см; а - расстояние между осями приложения нагрузки, см.

При испытании на изгиб разрушение материалов обычно начинается в нижней растянутой зоне вследствие того, что у большинства из них (за исключением стали и древесины) предел прочности, что обусловлено следующими факторами:

1. при испытаниях получают показатели, которые характеризуют только средние значения прочности материалов. Наиболее слабые части их разрушаются раньше, чем напряжение достигнет среднего предела прочности. Многие материалы, нагруженные до напряжения, составляющего только часть предела прочности (50-70%), сильно деформируются. Следовательно, запас прочности надо принимать тем больший, чем менее однороден материал;

2. в каменных и других хрупких материалах образуются трещины раньше достижения напряжения, равного пределу прочности;

3. при многократной переменной нагрузке под влиянием так называемой усталости материала он может он может разрушиться при напряжении, равном только половине предела прочности;

4. под действием атмосферных факторов изменяются первоначальные свойства материала, со временем происходит его «старение», сопровождаемое понижением прочности.

Для обеспечения сооружениями достаточной прочности при действии перечисленных факторов, а также нагрузок, не учтенных в расчетах (или учтенных недостаточно точно вследствие несовершенства методов расчета), в нормах на строительное проектирование установлены определенные значения запаса прочности для различных материалов и конструкций.

Твердость - свойство материала сопротивляться проникновению в него постороннего более твердого тела. Это свойство находится не в прямой зависимости от прочности: материалы с различными значениями предела прочности (например, стали разных марок) могут обладать примерно одинаковой твердостью. Хотя применяют различные способы испытания твердости материалов, сопоставлять можно только показатели, полученные одним и тем же способом.

Твердость однородных каменных материалов определяют по шкале твердости, в которой 10 специально подобранных материалов расположены в таком порядке, что на каждом из них все последующие могут оставлять черту (см. табл.).

При испытании числовой показатель твердости образца может оказаться между показателями двух соседних материалов, взятых по шкале твердости. Например, если испытываемый материал чертится ортоклазом, но сам не чертит апатит, то его твердость принимают равной 5,5.

Шкала твердости минералов

Для определения твердости древесины, стали и бетона в образцы вдавливают стальной шарик под определенной нагрузкой и измеряют глубину вдавливания.

Твердость материалов имеет значение для тех из них, которые применяют в конструкциях, подвергаемых действию сильно сосредоточенных нагрузок (например, полы промышленных зданий).

Износом называют разрушение материала при совместном действии истирания и удара. Прочность при износе оценивается потерей в весе, выраженной в процентах. Износу подвергаются материалы для дорожных покрытий, для балласта железных дорог.

Истираемостью называют способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий. Истираемость имеет большое значение для тех материалов, которые в условиях службы в строительных конструкциях подвергаются истирающему воздействию (например, материалы для полов, лестниц, угольных и других бункеров).

Истираемость материалов в лабораторных условиях определяют на специальных машинах - кругах истирания. Главная часть машины (рис. 2) - чугунный вращающийся круг, к которому под определенным давлением прижимают кубики или цилиндры из испытываемого материала. На движущийся круг подсыпают истирающий материал (абразив) в определенном количестве. Для мягких материалов абразивом служит чистый кварцевый песок, а для твердых - наждак. При испытании число оборотов круга назначают такое, чтобы путь истирания имел определенную длину.

Если обозначить через m и m1 массу образца соответственно до и после истирания, а через S - площадь истирания, то истираемость И, г/смІ, будет равна

И=(m-m1) / S.

Средние значения истираемости, г/смІ, некоторых материалов приведены ниже:

Гранит………………………………………….…0,1-0,5

Кварцит…………………………………………0,06-0,12

Керамические плитки для полов……………….. 0,3-0,8

Известняк…………………………………………0,3-0,8

Сопротивлением удару называют способность материала сопротивляться ударным воздействиям. Таким нагрузкам подвергаются строительные материалы в конструкциях полов, дорожных покрытий, бункеров и некоторых других.

Упругость - свойство материала восстанавливать первоначальную форму после снятия нагрузки, под действием которой форма в той или иной мере изменяется. Восстановление первоначальной формы может быть полным при малых нагрузках и неполным - при больших. В последнем случае в материале возникают остаточные деформации.

Предел упругости материала - это то наибольшее напряжение при различных видах деформации материала, при котором еще не обнаруживается их остаточная (пластическая) деформация.

Условный предел упругости представляет собой наименьшее напряжение, которое вызывает появление остаточной деформации, допускаемой ГОСТом для данного материала.

Пластичностью называют свойство материала под влиянием действующих на него усилий изменять форму и размеры без появления трещин и сохранять их после снятия нагрузки.

Помимо пластичных материалов (битумы, дерево, глиняное тесто и др.) имеются хрупкие, которые разрушаются без предварительной видимой деформации, как только действующие на них усилия достигают значения разрушающих нагрузок. Для хрупких материалов характерна значительная разница между пределами прочности при сжатии и растяжении, например у природных каменных материалов (гранит и др.) предел прочности при растяжении составляет всего 1/60-1/40 предела прочности при сжатии. Хрупкие материалы плохо сопротивляются удару.

Пластичность и хрупкость материалов могут сильно изменяться в зависимости от влажности, температуры, скорости нарастания действующей нагрузки. Например, некоторые битумы хрупки при медленно нарастающей нагрузке, глины хрупки в сухом состоянии и весьма пластичны при влажном.

2. Виды оснований фундаментов (естественные и искусственные)

механический строительный фундамент материал

Фундаментом называют часть сооружения, расположенную ниже поверхности земли и предназначенную для передачи нагрузок от сооружения на его основание. В случаях, когда местность покрыта водой, фундаментом является часть сооружения ниже поверхности воды.

На фундамент передается активное давление стен и колонн (столбов) сооружения и реактивное воздействие основания.

Основанием сооружения называется массив грунта, воспринимающий передаваемую нагрузку от сооружения и испытывающий в результате этого напряжения и деформации.

Деформации основания обусловливают дополнительные напряжения и деформации в самом сооружении и могут вызвать нежелательные изменения его положения в пространстве. Чем меньше и чем равномернее деформируется основание, тем выше его строительные качества, меньше дополнительные напряжения и деформации в самом сооружении, меньше изменяет оно свою форму и положение в пространстве.

Различают два вида оснований: естественные и искусственные. Естественным называется основание, которое можно загружать без какой-либо сложной предварительной подготовки.

Если передаваемое давление принятого фундамента настолько велико, что несущей способности основания

недостаточно и увеличить подошву фундамента невозможно, то такие грунты для данного сооружения называются слабыми. Использовать слабые грунты в качестве оснований можно только повысив их несущую способность предварительной специальной обработкой (уплотнением, механическим воздействием, заменой грунта или закреплением физико-химическими способами), такое подготовленное основание называют искусственным. Применение искусственных оснований в каждом случае должно основываться технико-экономическим анализом.

Технические приемы, с помощью которых устраивают искусственные основания, можно разделить на три основные группы: уплотнение грунтов механическими воздействиями; частичная или полная замена грунта или его переработка; закрепление грунтов различными физико-химическими воздействиями.

В результате применения того или иного метода грунты напряженной зоны изменяют свои свойства. В случае использования различных физико-химических воздействий по большей части происходит окаменение грунта, т.е. он превращается в твердое тело с прочными уплотненными связями между частицами. При механических воздействиях грунт только уплотняется и вследствие этого его несущая способность повышается.

3. Наливные полы из пластических масс

Простые в нанесении, легкие в эксплуатации декоративные и промышленные наливные полы на основе эпоксидных и полеуритановых связующих отличаются высокой прочностью к износу и мытью, химическим воздействиям, обладают противоскользящими, антистатическими и декоративными свойствами и являются экологически безопасными.

Рабочие характеристики наливных полов:

· Прочность на сжатие: до 700 кг/кв. см.

· Прочность на изгиб: до 160-180 кг/кв. см.

· Адгезия: 40 кг/кв. см. и более

· Истираемость по Таберу: 0,089-0,22

· Водо-масло-жирностойкость.

· Химическая стойкость.

· Широкая цветовая гамма.

· Высокая дезактивизирующая способность.

Особенности наливных полов:

· Изготавливаются в короткий срок из одного материала;

· Нанесение покрытия ведется без остановки основного производства и / или удаления людей;

· Покрытие отлично декорируется специальными добавками;

· «нескользкость» пола может меняться в зависимости от наполнителя и способа нанесения.

Использованная литература

механический строительный фундамент материал

1. «Строительные конструкции» Т. 1 Основания и фундаменты: уч. пособие для техникумов под редакцией Т.Н. Цай - 2-е издание, переработанное и дополненное - М: Стройиздат, 1984 г.

2. Воробьев В.А. Строительные материалы: уч. пособие для строительных специальностей вузов - 6-е издание, переработанное и дополненное - М.: Высшая школа, 1979 г.

3. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. Издание 2-е, дополненное: учебник для вузов, М.: «Высшая школа», 1971 г.

4. Технология строительного производства: учебник для вузов по спец. «Архитектура». Под общ. Ред. С.С. Атаева. - 2-е изд., перераб. И доп. - Мн.: Выш Шк., 1985 г.

Размещено на Allbest.ru