Механические свойства. Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться действию внешних сил, вызывающих в нем внутренние напряжения сжатия

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться действию внешних сил, вызывающих в нем внутренние напряжения сжатия, растяжения, изгиба, среза, кручения. Основные механические свойства материалов: прочность, твердость, износостойкость, деформативность (упругость, пластичность).

Прочность – свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами, например стесненной усадкой или неравномерным нагреванием. Чаще всего определяют предел прочности (в МПа) при сжатии (R_сж), при растяжении (R_р) и изгибе (R_изг). Схемы испытаний образцов для определения пределов прочности материала приведены на рис.1.1.

Рис.1.1. Схема нагружения образца при определении пределов прочности

материала на сжатие (а); растяжение (б); изгиб (в) и срез (г)

Прочность материала характеризуется значением предела прочности R – напряжением в испытуемом образце материала в момент его разрушения.

В зависимости от соотношения R_р и R_сж материалы условно можно разделить на три группы:

– R_р > R_сж (волокнистые – древесина, пластики и др.);

– R_р» R_сж (сталь, металлы);

– R_р < R_сж (хрупкие – природные камни, бетон).

В зависимости от прочности (измеряется в МПа) строительные материалы разделяют на марки. Чем выше марка, тем выше качество конструкционного материала.

Упругость и пластичность. Если взять два шарика – резиновый и глиняный – и начать их сжимать, то они оба под действием приложенной силы деформируются. Как только прекращается действие силы, резиновый шарик восстанавливает свою форму, а глиняный остается деформированным.

Материалы, ведущие себя подобно резиновому шарику, то есть восстанавливающие свою форму и размеры после снятия нагрузки, называются упругими. К ним относятся природные и искусственные каменные материалы, стекло, сталь.

Материалы, ведущие себя подобно глине, то есть сохраняющие деформации после снятия нагрузки, называются пластичными. К ним относятся битумы (при положительных температурах), некоторые виды пластмасс, бетонные и растворные смеси до затвердевания.

Твердость – способность материалов сопротивляться проникновению в них других материалов. Твердость природных каменных материалов определяют по шкале Мооса. В эту шкалу входят 10 минералов, (тальк, гипс, кальцит, плавиковый шпат, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз), расположенных по возрастающей твердости, начиная от талька (твердость 1) и кончая алмазом (твердость 10). Твердость материала определяют последовательно царапая его указанными минералами.

Для количественной оценки твердости используют специальные приборы. Так, для определения твердости металлов и других твердых материалов применяют методы Бринелля или Роквелла, основанные на вдавливании под определенной нагрузкой в испытуемый образец шарика из закаленной стали или алмазного конуса. По диаметру отпечатка рассчитывают число твердости НВ (по Бринеллю) или НR (по Роквеллу).

Истираемость – способность материала сопротивляться действующим на него нагрузкам, вызывающим постепенное его разрушение, начиная с поверхности, путем отрыва мелких частиц. Определение проводят на специальном приборе (круге истирания), полученные результаты выражают величиной потери первоначальной массы образца, отнесенной к 1см² площади истирания.

Сопротивление износу – способность материала сопротивляться одновременному действию истирания и ударов. Оценивают это свойство испытанием материала во вращающемся с металлическими шарами барабане.