Прочность в строительстве это
В конструкциях строительные материалы в зависимости от характера нагрузки могут испытывать различные напряжения: сжатие, растяжение, изгиб и др.
Это свойство строительных материалов характеризуется пределом прочности, т. е. напряжением в материале, соответствующем нагрузке, при которой происходит разрушение образца. Предел прочности при сжатии или растяжении (R) равен отношению разрушающей силы (Rразр) к первоначальной площади образца (F):
Изменения предела прочности при сжатии для каменных материалов в зависимости от размеров образца приведены в таблице 1.
Рис. 2. Характер разрушения кубика из каменных материалов при испытании их на сжатие.
Таблица 1 Переходные коэффициенты для определения пределов прочности при сжатии каменных материалов 
Каменные материалы (горные породы, бетоны, кирпич) при растяжении выдерживают нагрузку, в 10-20 раз меньшую, чем при сжатии. Другие строительные материалы, например сталь, древесина, пластмассы, одинаково хорошо сопротивляются как сжатию, так и растяжению.
Предел прочности при изгибе определяют испытанием небольших балочек, изготовленных из проверяемого материала. Разрушают эти балочки одним или двумя сосредоточенными грузами (рис. 3).
Предел прочности при изгибе равен: при одном грузе
Условия проведения этих испытаний приведены в стандартах (ГОСТ) на соответствующие материалы.
Однако необходимо иметь в виду, что различные конструкции и сооружения рассчитывают не по пределу прочности, а по допускаемому напряжению:
1. Полученные при испытаниях показатели дают представление только о среднем значении прочности материалов. Вследствие своей неоднородности материалы в наиболее слабых местах разрушаются раньше, чем напряжение достигнет этой средней величины. Поэтому запас прочности принимают тем большим, чем выше, неоднородность материала.
2. Многие материалы, нагруженные до появления напряжения, составляющего 50-70% предела прочности, сильно деформируются.
3. При многократной переменной нагрузке наступает так называемая усталость материалов, и они могут разрушаться при напряжении, равном половине предела прочности.
4. Действие различных атмосферных факторов вызывает изменение первоначальных свойств материалов, и они стареют, что, естественно, сопровождается понижением их прочности.
Для обеспечения достаточной прочности сооружений при действии перечисленных факторов, а также нагрузок, не учтенных в расчетах или учтенных недостаточно точно вследствие несовершенства методов испытаний, в нормах на строительное проектирование установлены определенные запасы прочности для разных материалов и конструкций (z = 2-3 и более).
Наилучшим в конструктивном отношении материалом будет тот, который имеет наивысший коэффициент конструктивного качества. Такие материалы позволяют создавать прочные и в то же время легкие сооружения. К. К. К. основных строительных материалов имеет следующие величины:
4.2 Прочность строительных материалов
Прочность – свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами.
Прочность строительных материалов, как правило, оценивают временным сопротивлением или пределом прочности (R), определенным при данном виде деформации. Для хрупких материалов (природные камни, кирпич, бетон и др.) основной прочностной характеристикой является предел прочности при сжатии (RСЖ) и предел прочности при изгибе (RИЗГ), а для эластичных материалов (полимеры, древесина, металл) – предел прочности при растяжении (RР).
Численно предел прочности равен напряжению, соответствующему нагрузке, вызвавшей разрушение образца материала.
Предел прочности при сжатии 
(предел прочности при растяжении
) равен разрушающей силе, приходящейся на 1 м 2 первоначального сечения материала в момент разрушения образца:
, (18)
где 
и
— соответственно предел прочности при сжатии и растяжении, МПа;
и 
— разрушающее усилие при сжатии и растяжении, Н;
Предел прочности при изгибе 
(МПа) определяют путем испытания образца материала в виде призм (балочек) на двух опорах. Их нагружают одной или двумя сосредоточенными силами до разрушения:
, (19)
где 
— предел прочности при изгибе, МПа;
— наибольший изгибающий момент, Н;
Предел прочности при изгибе вычисляют по формулам:
а) при одной сосредоточенной нагрузке
, (20)
б) при двух равных нагрузках, рассредоточенных симметрично оси балки
, (21)
где F— разрушающая нагрузка, Н;
— расстояние между опорами, м;
и 
— ширина и высота поперечного сечения балки, м.
Коэффициент конструктивного качества материала 
—равен отношению показателя прочности, МПа, к относительной плотности d:
. (22)
Лучшие конструкционные материалы имеют высокую прочность при малой плотности.
Коэффициент размягчения 
— отношение прочности материала, насыщенного водой 
, к прочности сухого материала
:
. (23)
Коэффициент размягчения характеризует водостойкость материала, он изменяется от 0 (размокающие глины и др.) до 1 (металлы и др.). Природные и искусственные каменные материалы не применяют в строительных конструкциях, находящихся в воде, если их коэффициент размягчения меньше 0,8.
Хрупкость – свойство твердых тел разрушаться при механических воздействиях без значительной пластической деформации. Хрупкость присуща не только кристаллическим, но и стеклообразным и даже полимерным материалам, условно характеризуется «мерой хрупкости» 
, которая выражается отношением упругой деформации
к предельной
:
. (24)
На хрупкое состояние материала влияют в основном два внешних фактора: температурный и механический. Многие материалы при понижении температуры резко снижают свои пластические свойства, например битумные материалы (нефтяные битумы при температуре ниже 20 о С теряют пластичность и разрушаются хрупко), полимеры, металлы и др.
Эластичность (гибкость, тягучесть) – способность материала или изделия испытывать значительные упругие (обратимые) деформации без разрушения при сравнительно небольших усилиях (каучуки, резина, некоторые полимеры – эластомеры).
Упругие деформации эластомеров достигают 100% и более.
Твердость – свойство материала сопротивляться упругой и пластической деформации при вдавливании в него стандартного тела (более твердого) в условиях неравномерного сжатия.
Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого боле твердого тела.
Твердость – структурная характеристика материала и не всегда зависит от прочности материала. Для определения твердости существует несколько методов.
Твердость древесины, бетона, металлов и сплавов определяют, вдавливая в образцы стальной шарик. О величине твердости судят по глубине вдавливания шарика или по диаметру полученного отпечатка. Твердость природных материалов определяют по шкале твердости (метод Мооса), в которой десять специально подобранных минералов расположены в такой последовательности, когда следующий по порядку минерал оставляет черту (царапину), на предыдущем, а сам не прочерчивается.
Понятие прочности строительного материала.
Прочность– свойство материала сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям и деформациям, которые возникают под действием внешних факторов (силовых, тепловых и т.д.)
Прочность материала оценивается пределом прочности, который условно равен максимальному напряжению, возникшему в материале под нагрузкой, вызывавшей разрушение материала.
На практике предел прочности определяют путем разрушения стандартных образцов при сжатии, изгибе или растяжении.
Предел прочности при сжатии:
где N – разрушающая нагрузка, Н (или кгс); А – площадь поперечного сечения образца, м 2 (или см 2 ).
Существует следующая зависимость между единицами измерения:
Предел прочности при изгибе для балочек прямоугольного сечения:
,
где Мизг – изгибающий момент; W – момент сопротивления сечения балочки.
Для прямоугольного сечения момент сопротивления равен:
1) при одной сосредоточенной симметричной относительно опор нагрузке:
,
2) при двух сосредоточенных симметричных относительно опор нагрузках:
,
где N – разрушающая нагрузка, L – длина балочки, l – расстояние между опорами, b и h – соответственно ширина и высота балочки.
Предел прочности при растяжении:
Коэффициент конструктивного качества. Расчетная формула.
Коэффициент конструктивного качества (к.к.к.) – отношение предела прочности (как правило, при сжатии) материала к его относительной плотности. Его используют для оценки прочностной эффективности материала.
где R– предел прочности, dо – относительная плотность.
Наиболее эффективными являются материалы, имеющие наименьшую плотность и наиболее высокую прочность.
Понятие долговечности.
Долговечность – свойство материала или изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами на ремонт.
Предельное состояние определяется разрушением изделия, требованиями безопасности или экономическими соображениями. Долговечность строительных изделий измеряют обычно сроком службы без потери эксплуатационных качеств в конкретных климатических условиях и режиме эксплуатации. Например, для железобетонных конструкций нормами предусмотрены три степени долговечности: I – соответствует сроку службы не менее 100 лет, II – 50 лет, III – 20 лет.
Классификация минеральных вяжущих.
Минеральными (неорганическими) вяжущими веществами называются порошкообразные минеральные материалы, которые при смешивании с водой или водными растворами некоторых солей образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем затвердевать в результате физико-химических процессов. Неорганические вяжущие вещества делят на воздушные и гидравлические.
1. Воздушные вяжущиеспособны затвердевать и длительное время сохранять свою прочность только на воздухе. К таким вяжущим веществам относятся: строительная воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вещества, а также растворимое или жидкое стекло, которое, как исключение из общего числа вяжущих, не относится к порошкообразным материалам.
2.Гидравлические вяжущиетвердеют и длительное время сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде. К таким вяжущим относятся портландцемент, глиноземистый цемент и ряд специальных цементов.