Твердость - сопротивление материалов разрушению при местном силовом воздействии. Это свойство можно досматривать как особый вид прочности материала - прочность при вдавливании.
Вследствие всестороннего сжатия материала в напряженной области при измерении твердости существенно увеличивается сопротивление сдвигу у деформируемых слоев. Это приводит к тому, что прочность при вдавливании обычно наибольшая по сравнению с другими видами прочности. Она зависит от энергии кристаллической решетки материала, химического состава и состояния поверхности.
Для определения твердости материалов чаще используют заостренные или сферические наконечники - инденторы, которые либо вдавливают в поверхность материала, либо перемещают по ней под нагрузкой, образуя царапину. Например, при определении твердости материалов по Бринеллю инден-тор в виде стального шарика диаметром 10, 5 или 2,5 мм вдавливают в материал под нагрузкой Р. Число твердости Твердость горных пород приблизительно можно определить методом Мооса, заключающимся в царапании испытуемых пород острыми краями эталонных минералов. В шкале Мооса первым стоит тальк, имеющий твердость 1, последним -алмаз с твердостью 10.
Твердость связана с другими прочностными характеристиками. Например, твердость сталей и некоторых других сплавов пропорциональна прочности их на растяжение.
Истираемость - способность материалов уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих усилий. Ее определяют потерями массы, отнесенными к единице поверхности образцов при испытании на специальных машинах Высокой стойкостью к истиранию обладают шлакоситал-лы и каменное литье (0,01-0,03 г/см2), кварцит (0,06- 0,12 г/см2), гранит (0,03-0,07 г/см2), керамические плитки для полов (0,08 г/см2).
Ударная вязкость - сопротивление материалов разрушению при ударном приложении нагрузки. Она оценивается работой разрушения образца с помощью специальных приборов - копров. Сопротивление материалов одновременному действию истирания и ударов характеризует их износостойкость.
Из деформативных свойств материалов особо важными при их обработке и эксплуатации являются свойства, обусловливающие упругие и пластические деформации материалов под нагрузкой. Упругость - свойство материала восстанавливать форму и объем после прекращения действия деформирующих сил. I Упругость обычных тел вызывается силами притяжения между элементами, образующими пространственную решетку. Приложение растягивающего усилия заставляет плоскости решетки раздвинуться. После снятия нагрузки силы притяжения возвращают атомы, ионы или молекулы в первоначальное положение.
Наибольшее напряжение, при котором еще не обнаруживается остаточная (пластическая) деформация, называется пределом упругости. В области упругих деформаций действителен закон Гука - деформация материала пропорциональна действующему напряжению. Например, при растягивающих напряжениях а закон Гука можно выразить формулой в = Ег, где Е - модуль упругости при растяжении (модуль Юнга), 8 - относительное удлинение. Модуль упругости, как и другие физические величины, определяющиеся прочностью межатомных связей, зависит от положения слагающих материал элементов в периодической системе. Он изменяет свое значение при различных видах воздействия на материалы, влияющих на силы связи между атомами, и в особенности при изменении температуры. При повышении температуры на 1 °С модуль упругости уменьшается примерно на 0,03 %. Если деформации полностью обратимы в течение длительного времени, то они называются эластическими. Большинство твердых материалов - металлы, природные камни, бетон, стекло - подвергаются упругой деформации в очень незначительной степени (не более чем на 1 %). При попытке достигнуть большего растяжения они хрупко разрушаются (каменные материалы, стекло, чугун) или пластически деформируются (сталь, свинец) и до момента разрушения получают значительные остаточные деформации.
Способность материалов пластически деформироваться при неизменяющейся нагрузке, несколько превышающей предел упругости, называется текучестью. На диаграммах растяжения наступление текучести фиксируется в виде площадки, возникающей при напряжениях, соответствующих пределу текучести. Зависимость между напряжением и деформациями материалов является функцией времени. Непрерывное возрастание деформаций под действием постоянной нагрузки называется ползучестью. Один из основных факторов, влияющих на ползучесть строительных материалов,- относительная влажность окружающей среды. Механизм ползучести металлов сводится к скольжению дислокаций, т. е. линейных дефектов кристаллической решетки, вдоль и вблизи которых нарушается правильное расположение атомных плоскостей. Ползучесть цементного камня обусловлена смещением частиц цементного геля в точках их контакта.
Самопроизвольное снижение внутренних напряжений в материалах называется релаксацией. Можно доказать, .что временем релаксации будет период, в течение которого начальное напряжение понизится в 2,72 раза. Если время воздействия значительно больше времени релаксации, материал ведет себя как жидкость, если меньше - как твердое тело, подвергаясь хрупкому разрыву. Например, при быстрых воздействиях лед ведет себя как хрупкое тело, а при длительных - проявляет текучесть (ледники). У каменных материалов время релаксации 1010 с, т. е. настолько велико, что при любой длительности воздействия они проявляют себя как хрупкие тела. Асфальтовые материалы при низких температурах имеют большие значения времени релаксации и ведут себя как упругие тела; с ростом температуры значения времени релаксации резко уменьшаются, и они становятся пластичными.
