Фізико-механічні властивості

Міцність – здатність матеріалу чинити опір руйнуванню від внутрішніх напружень, що виникають внаслідок зовнішніх навантажень. Характеристикою міцності є границя міцності при певних зовнішніх впливах (стиску, розтягу, згину тощо). Вона залежить від середньої густини, пористості, вологості матеріалу.

Границя міцності при осьовому стиску визначається за формулою: , [Па], де P – руйнівне навантаження, [Н]; A - площа поперечного перерізу зразка до випробування, [м²]. Числове значення границі міцності при стиску для багатьох матеріалів пов’язане з маркою, класом – найважливішими показниками якості матеріалу.

Щоб оцінити порівняльну ефективність матеріалів, вводять коефіцієнт конструктивної якості К_{к.я. ,} [МПа], що визначається за формулою: ; тут R – границя міцності матеріалу при характерних зовнішніх впливах, [МПа]; d - відносна густина матеріалу. Коефіцієнт конструктивної якості для цегли – 11 МПа, важкого бетону – 21 МПа; сталі – 52 МПа, сосни – 95 МПа, склопластику – 225 МПа.

Границя міцності при вигині визначається експериментально для зразків-балочок чи натурних зразків (цегли, черепиці) та обчислюється за формулою: , [МПа], де P – руйнівне навантаження, [Н]; l - віддаль між опорами, [м]; b, h - ширина і висота зразка, [м].

Границя міцності при осьовому розтягу , [Па], де P – руйнівне зусилля розтягу, [Н]; A - площа поперечного перерізу зразка до випробування, [м²].

Під час експлуатації в конструкціях будівель та споруд допускаються напруження значно менші від границі міцності, тобто передбачається запас міцності.

Твердість – здатність матеріалу чинити опір місцевим деформаціям, які виникають тоді, коли в тіло намагаються проникнути інші твердіші тіла. Поняття твердість та міцність не тотожні. Для визначення твердості мінеральних матеріалів застосовують шкалу Мооса, до якої входить 10 еталонних мінералів у певній послідовності: тальк, гіпс, кальцит, плавиковий шпат, апатит, ортоклаз, кварц, топаз корунд, алмаз.

Стиранність – здатність матеріалу зменшуватись за масою та об’ємом при спільній дії абразивного матеріалу та стиральних зусиль. Залежить від твердості матеріалу та характеризується втратою маси на одиницю площі стираної поверхні. Цей показник важливий при підборі матеріалів для підлог, покриттів.

Опір удару – (ударна міцність) – здатність матеріалу чинити опір руйнуванню під дією ударних навантажень, визначається роботою, затраченою для ударного злому, віднесеною до робочої площі поперечного перерізу.

Деформативні властивості:

пружність - здатність твердого тіла деформуватись під дією зовнішніх сил і самочинно відновлювати початкову форму та об’єм, коли припиняється дія сили. Початкова форма може відновлюватись цілком або частково, тому деформації називають оборотними або залишковими;

пластичність - здатність твердого тіла змінювати форму чи об’єм без руйнування та зберігати спотворену форму і тоді, коли дія сили припинилася. Пластичні деформації необоротні. Для деяких матеріалів пластичність залежить від температури (пластмаси, бітум), вологості (глина);

крихкість (поняття протилежне до пластичності) – здатність матеріалу під впливом зовнішніх навантажень руйнуватися без попередніх пластичних деформацій, коли навантаження досягають граничних значень. Крихкі матеріали – скло, чавун, бетон. На крихкість впливає температура, вологість;

повзучість – здатність матеріалу при тривалому навантаженні (меншому від граничного) виявляти не пружні деформації, що наростають;

утома – властивість матеріалу при тривалих змінних навантаженнях виявляти “утомленість” і руйнуватися при напруженнях, значно менших від границі міцності;

релаксація характеризується падінням напруження у матеріалі при сталій деформації, що зумовлене поступовим переходом пружних деформацій у пластичні.

 

Фізико-хімічні властивості

Дисперсність характеризується ступенем тонкості помелу твердого тіла і оцінюється показником питомої поверхні. Дисперсні матеріали: цемент, гіпс, пігменти тощо. Питома поверхня – відношення сумарної поверхні всіх часточок до одиниці маси (кг/м²). Чим більша питома поверхня, тим вища активність матеріалу. Дисперсні матеріали можуть перебувати у різних середовищах – повітряному, рідкому, твердому – це так звані дисперсні системи. Дисперсні системи називають суспензіями, якщо частинки речовини розмірами до 0,1…1,0 мкм перебувають у рідині у зваженому стані і поступово осідають під дією власної ваги. Дисперсні системи називають колоїдними, якщо частинки їх мають розміри до 0,0001…0,01 мкм і вони не осідають під дією власної ваги.

В’язкість зумовлена внутрішнім тертям у рідині під час переміщення одного шару відносно іншого.

Пластичність мінерального тіста – здатність тістоподібної маси деформуватись без порушення суцільності під впливом механічних впливів. Мінеральне тісто – це висококонцентровані водні суспензії глини, вапна, цементу та інших дисперсних матеріалів.

Когезія – показник внутрішнього зчеплення матеріалу, зумовленого міжмолекулярними зв’язками

Адгезія – показник зовнішнього зчеплення матеріалів один з одним по поверхні їх контакту.

Здатність до твердіння – характерна для в’яжучих речовин. У робочому стані – це пластичне тісто, яке за певних умов переходить у твердий стан.

Здатність до емульгування – характеризується властивістю деяких матеріалів утворювати з водою рідкі дисперсії – емульсії (системи з двох незмішуваних рідин, одна з яких у вигляді найдрібніших краплин рівномірно розподілена в другій).

 

Хімічні властивості

Стійкість щодо дії мінералізованих середовищ (морських, ґрунтових, дренажних вод з високим вмістом розчинів солей) характеризується здатністю матеріалу працювати в таких середовищах без втрати міцності.

Кислотостійкість – здатність чинити опір дії кислот, характерна для матеріалів, що містять кремнезем.

Лугостійкість - здатність чинити опір дії лугів, характерна для матеріалів, що містять основні оксиди.

Токсичність – здатність матеріалу у процесі виготовлення та експлуатації за певних умов виділяти шкідливі для здоров’я людини отруйні речовини.

 

Технологічні властивості

Технологічність – здатність матеріалу сприймати різні види, прийоми, методи технологічної обробки.

Полірувальність – здатність матеріалу (граніт, мармур, базальт) сприймати обробку тонкими абразивними матеріалами.

Подрібнюваність - здатність матеріалу сприймати механічне подрібнення внаслідок переважно ударних навантажень або дії електричного струму, термічного удару, електрогідравлічного ефекту.

Абразивність характерна для твердих матеріалів (кварц, топаз, корунд, алмаз), які застосовуються для поверхневої обробки (шліфування, полірування) чи розпилювання інших матеріалів.

Формівність – характеризує здатність матеріалу набирати певної форми внаслідок різних механічних впливів (пресування, прокатування, вібрування).

Розшаровуваність – здатність пластичних матеріалів змінювати (погіршувати) однорідність будови при зберіганні, транспортуванні.

Злежуваність характерна для зернистих, порошкоподібних матеріалів, які при тривалому зберіганні здатні до грудкування, ущільнення, втрати сипкості.

 

Спеціальні властивості

Декоративність характеризується спеціальними естетичними властивостями облицювальних матеріалів (колір, блиск, рисунок, фактура).

Акустичні властивості – звукопоглинання, звукоізоляція, звукопроникність. Звукопоглинання – здатність матеріалу поглинати звукові хвилі, що падають на нього. Оцінюється коефіцієнтом звукопоглинання a =Е_погл./ Е_пад., який набуває значень від 0 до 1, тут Е_погл. – кількість поглинутої енергії; Е_пад. - загальна кількість звукової енергії, що падає на матеріал за одиницю часу. Звукопоглинальні матеріали мають значну відкриту пористість, причому ці пори розгалужені, сполучені між собою. Звукоізоляція – здатність матеріалу чинити опір проходженню звукових хвиль, характеризується ступенем зниження рівня звукового тиску внаслідок проходження звуку крізь конструкцію. Звукопроникність – здатність матеріалу пропускати крізь себе звукові хвилі.

Електропровідність – здатність матеріалу проводити крізь себе електричний струм, оцінюється питомою електропровідністю. Хорошу електропровідність мають метали, вологий бетон, волога деревина, ізоляційними є полімери, фарфор, скло, мармур.

Прозорість – здатність матеріалу пропускати світлові промені, забезпечує наскрізну видимість (віконне скло, органічне скло, плівки, склопластики).

Газопроникність може спостерігатися при наявності різниці тисків або температур по обидва боки матеріалу, тобто, коли відбувається рух газу (повітря) через пори, тріщини. Оцінюється коефіцієнтом газопроникності.

Радіаційна непроникність – здатність матеріалів бути захисним екраном від радіоактивних впливів (гідратні бетони, барит, лимонит, свинець, магнетит).

 

Експлуатаційні властивості

Атмосферостійкість – здатність матеріалу чинити опір руйнуванню під дією атмосферних факторів (зміна температури, сонячне світло, опади, пил, газ).

Повітростійкість - здатність матеріалу витримувати багаторазове гігроскопічне зволоження та висушування, при яких не спостерігається деформацій, втрати міцності.

Біологічна стійкість - здатність матеріалу чинити опір руйнуванню під впливом біологічних процесів (життєдіяльність мохів, лишайників, грибкових організмів).

Корозійна стійкість - здатність матеріалу чинити опір руйнуванню від спільної дії різних факторів – атмосферних явищ, хімічних процесів, біологічного руйнування, забруднення.

Старіння – зміна у часі структури та якості матеріалу (поява тріщин, підвищення крихкості, зміна кольору, блиску).

Надійність поєднує такі характеристики: довговічність, безвідмовність, схоронність, ремонтопридатність. Довговічність - здатність матеріалу служити довгий час у конкретних умовах у встановленому режимі без втрати експлуатаційних властивостей. Є три ступені довговічності: 1 – 100 років і більше, 2 – 50 років і більше, 3 – 25 років і більше. Безвідмовність - здатність матеріалу зберігати працездатність протягом певного часу без вимушених перерв на ремонт. Ремонтопридатність здатність матеріалу чи виробу сприймати ремонт і налагодження, внаслідок якого якість виробу повертається. Характеристиками ремонтопридатності є час, вартість, трудозатрати. Схоронність - здатність матеріалу не втрачати якісних показників після зберігання і транспортування.

Гігієнічність - здатність матеріалу сприймати багаторазове чищення, миття, дезинфікування робочої поверхні без зниження якості. Гігієнічними є матеріали зі щільною, водонепроникною, міцною, стійкою поверхнею – керамічні глазуровані, скляні, емальовані матеріали.

Транспортабельність - здатність матеріалу без спеціальних пристосувань, тари завантажуватися, транспортуватися, розвантажуватися, причому, без порушення структурної цілісності, появи тріщин, відколів.