of 52 /52
OPŠTI DEO Sadržaj 1. UVOD 2. ATOMSKO – MOLEKULARNA STRUKTURA MATERIJALA (ne predaje se) 3. MEĐUMOLEKULSKE SILE I AGREGATNA STANJA (ne predaje se) 4. STRUKTURA ČVRSTIH MATERIJALA (ne predaje se) 5. KRISTALNA GRAĐA MATERIJALA (ne predaje se) 6. DISPERZNI SISTEMI I RASTVORI 7. OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA

142 Predavanje - OPSTI DEO I

Embed Size (px)

DESCRIPTION

cvcx

Text of 142 Predavanje - OPSTI DEO I

Page 1: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

OPŠTI DEOSadržaj

1. UVOD2. ATOMSKO – MOLEKULARNA STRUKTURA

MATERIJALA (ne predaje se)3. MEĐUMOLEKULSKE SILE I AGREGATNA

STANJA (ne predaje se)4. STRUKTURA ČVRSTIH MATERIJALA (ne predaje se)5. KRISTALNA GRAĐA MATERIJALA (ne predaje se)6. DISPERZNI SISTEMI I RASTVORI7. OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH

MATERIJALA

Page 2: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7. OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA

7.1 Opšta i specifična svojstva7.2 Parametri stanja i strukturna svojstva7.3 Fizička svojstva 7.4 Fizičko – mehanička svojstva7.5 Konstrukciona svojstva7.6 Tehnoliška svojstva7.7 Reološka svojstva7.8 Hemijska svojstva7.9 Eksploataciona svojstva

Page 3: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7. OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA

7.4 Fizičko – mehanička svojstva

Sadržaj podpoglavlja 7.4

7.4.1 Deformaciona svojstva – radni (σ – ε)dijagram materijala

7.4.2 Stvarni radni dijagram materijala7.4.3 Čvrstoće materijala pod statičkim opterećenjem7.4.4 Osnovni pokazatelji žilavosti materijala7.4.5 Čvrstoće materijala pod dinamičkim opterećenjem

Page 4: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva – 7.4.1 Deformaciona svojstva

Odrediti deformaciona svojstva nekog materijala znači, u stvari, definisati vezu između napona σ i dilatacija - ε, tj.definisati:

Radni (σ - ε ) dijagram materijalaσ =P/A0 (N/mm2=MPa)

ε=∆l / l0 (mm/mm)

Za P u kN i A0 u cm2 → σ = (P/A0)·10 (MPa)Ako se žele dilatacije ε u % ili u ‰, tada važi:

ε =(∆l / l0)·100 (%), ili: ε = (∆l/l0)·1000 (‰)

Potrebno je odmah napomenuti da ovako definisaninaponi σ nisu stvarni, već “uslovni naponi”, zbog čega se i ovako definisani σ - ε dijagrami zovu “uslovni σ - εdijagrami”. Isto tako, jasno je i to, da ovako definisani σ - ε dijagrami imaju isti oblik kao i dijagrami P-∆l, tj. da su oni međusobno “afini” dijagrami .

Page 5: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva – 7.4.1 Deformaciona svojstva

Merenje dilatacija pri opterećenju na zatezanjeMehanički instrument - “tenzometar”

ili “ugibomer–sat” (1/100 mm)

Page 6: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva – 7.4.1 Deformaciona svojstva

Merenje dilatacija pri opterećenju na pritisak

Mehanički instrument - “tenzometar”ili “ugibomer–sat” (1/1000 mm)

Page 7: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva– 7.4.1 Deformaciona svojstva

Radni (σ - ε) dijagrami za slučaj zatezanja

a/. Radni dijagram za vrlo krt materijal

b/. do d/. Radni dijagrami za materijale različite žilavosti (krtosti)

e/. Radni dijagram za vrlo žilav materijal

Page 8: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva – 7.4.1 Deformaciona svojstva

Modul elastičnosti i drugi “moduli” materijala

Jasno je da je za praksu od najvećegznačaja onaj tangentni modul koji odgovara pravolinijskom delu σ - εdijagrama, tj. koji odgovara uglu α0 :

Kako je oblik dijagrama σ-ε u opštem slučaju krivolinijski, jasno je da se može definisati i Etg u koord. početku:

Page 9: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva – 7.4.1 Deformaciona svojstva

● Granica σ 0.2 je onaj napon σ pri kome trajna(nepovratna, plastična) dilatacija iznosi 0,2% .

● Ako se raspolaže σ-ε dijagramom, granica σ0,2 određuje se tako što se na apscisi, u usvojenoj

razmeri za σ-ε dijagram, nanese vrednost od0,2 % (2‰) i onda povuče linija paralelna sapravolinijskim delom dijagrama; Presek oveprave sa σ-ε dijagramom je granica σ0,2 .

● U slučaju kada se ne raspolaže σ-ε dijagramom,granica σ0,2 određuje se uz pomoć instrumenataza merenje dilatacija, putem probanja – polazeći

od neke niže vrednosti sile (napona), zatim njenimpovećanjem, sve dotle dok se na instrumentimanakon rasterećenja ne registruje trajna(nepovratna) dilatacija u iznosu od 0,2% .

● Kod materijala koje zovemo krtim materijalima, granica razvlačenja σv nije jasno izra-žena, pa se umesto nje definiše “konvencionalna granica razvlačenja” - σ0,2

Page 10: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva – 7.4.1 Deformaciona svojstva

Radni (σ-ε) dijagrami za slučaj pritiskaa/. Slučaj krtog materijalab/. Slučaj zadovoljavajuće

žilavog materijalac/. Slučaj vrlo žilavog

materijala .↓

Ovakve materijale (npr. nisko-legirani čelik ili drvo), praktično je nemoguće dovesti do stadijuma loma, jer se jako deformišu (spljošte).

Modul elastičnosti E povezan je sa još nekim elastičnim svojstvima materijala posredstvom Poisson-ovog koeficijenta:

pod

pop

ε

εµ =

u kome je εpop – poprečna, a εpod – podužna dilatacija pri istom naponu σ.

Za naprezanja σ u elastičnom području sa veličinama E i μ mogu se izračunati i sledeće elastične kostante materijala:

)21( 3 µ−=

EK)1( 2 µ+

=EGZaprem. modul elestičnosti: i modul smicanja (klizanja):

Page 11: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva – 7.4.1 Deformaciona svojstva

• Pojedini materijali ispituju se i na zateza-nje i na pritisak, pa se za njih može nacr-tati jedinstvena σ-ε kriva, koja reprezen-tuje ponašanje materijala u oba navedenapodručja.

• Treba napomenuti da krive σ-ε u ovakvimslučajevima ne moraju da budu simetričneu odnosu na koordinatni početak, štoznači da jedan isti materijal može različitoda se ponaša pri zatezanju i pri pritisku(kao na datoj skici).(Primeri različitog ponašanja pri pritisku ipri zatezanju su brojni: nisko-legirani čelik,što se videlo na preth. slajdu, zatim malterii betoni, kod kojih je deo dijagrama σ-ε kojiodgovara zatezanju “zakržljao”).

Page 12: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva – 7.4.1 Deformaciona svojstva

Praktični primeri radnihσ - ε dijagrama

■ Za dve vrste čelika: niskolegiraničelik i patentiranu žicu za predna-prezanje (levo)

■ Za dve vrste betona: jednog, sanižom čvrstoćom i drugog, savišom čvrstoćom (dole)

Page 13: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva

- Stvarni i radni dijagram materijala

Da bi se dobio izraz za stvarni napon u materijalu - σstv , ako je poznat uslovni napon σ, polazi se od otpuno logičnog uslova, da pri deformisanju materijala, zapremina nekog elementarnog dela uzorka ostaje konstantna.Prema oznakama sa slike, to znači da važi jednakost:

A0· dz = Astv· (dz+∆ dz)=Astv · (dz+ε⋅ dz) = Astv⋅ dz (1+ ε)iz koje onda lako proizlazi da je σstv= P/Astv= σ (1+ε)

Definisanje stvarnih napona u materijalu

Page 14: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko – mehanička svojstva

7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem■ Pod čvrstoćom materijala podrazumeva se njegova sposobnost da se

suprotstavi dejstvu unutrašnjih napona, koji se javljaju pod uticajem spoljnih sila, ili nekih drugih faktora (skupljanje, promena temperature i slično).

■ Kod ispitivanja čvrstoće materijala primenjuju se statička i dinamička opterećenja.

■ Kod statičkih opterećenja pretpostavlja se da se opterećenje tokom vremena ispitivanja ne menja, ili se menja dovoljno sporo, tako da se ubrzanja delića uzorka mogu zanemariti. Drugim rečima, pri statičkom opterećenju u uzorku je moguća promena samo potencijalne energije, dok je promena kinetičke energije isključena.

■ Kod dinamičkih opterećenja podrazumeva se promenljivost opterećenja tokom vremena ispitivanja, pri čemu se uzorci izlažu ili opterećenju čiji se intenzitet tokom vremena vrlo brzo – učestano menja, ili opterećenju koje se nanosi jednokratno, ali vrlo velikom brzinom (udar). U ovim slučajevima, pored potencijalne energije, u značajnoj meri se menja i kinetička energija, pa uzorci pod određenim uslovima mogu da budu pobuđeni na vibriranje.

Page 15: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko – mehanička svojstva

7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

■ Kako brzine nanošenja i dužina trajanja opterećenja mogu u značajnoj meri da utiču na rezultate ispitivanja čvrstoće, može se govoriti o sledećim vrstama opterećenja: (1) – izuzetno kratkotrajna opterećenja (2) – kratkotrajna opterećenja, ili opterećenja normalnog trajanja (3) – dugotrajna opterećenja

■ Mada nisu u potpunosti definisani kriterijumi kratkotrajnosti, odnosno dugotrajnosti opterećenja, dalje ćemo smatrati da je:• Izuzetno kratkotrajno opterećenje, ono opterećenje koje se nanosi

i traje nekoliko delova sekundi do nekoliko celih sekundi,• Kratkotrajno opterećenje ili opterećenje normalnog trajanja, ono

opterćenje koje se nanosi dovoljno sporo i traje najviše 2-3 časa,• Dugotrajno opterećenje, ono opterećenje koje se takođe nanosi

dovoljno sporo i traje nekoliko meseci do nekoliko godina.

Page 16: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

Čvrstoća pri zatezanju

a/. do d/:

0AP

f grzm ==σ

e/.

ldP

ff grzcz ⋅⋅

⋅==

π

2

Page 17: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

Čvrstoća pri pritisku

0AP

f grpm ==σ

Pri ispitivanju čvrstoće pri pritisku, između uzorka i čeličnih ploča hidraulične prese javljaju se značajne sile trenja, koje sprečavaju slobodno širenje uzorka, a time u velikoj meri utiču i na rezultate ispitivanja – lom karakterisan smicanjem.

Uticaj trenja na lom uzorka oblika kocke‚opterećenog na pritisak

a/ Direktni kontakt kocke i čeličnih pločab/ Trenje smanjeno ili eliminisano

(podmazivanjem, teflonom, gumom i sl.)

U slučaju pod b/ bočno širenje je slobodno – lom na zatezanje

Page 18: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

Figura loma kocke opterećene na pritisaka), b) – kocka od betona sa kamenim agregatom;

c) – kocka od betona sa agregatom od reciklirane opeke

a) b) c)

Page 19: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

Čvrstoća pri pritisku

Uticaj sila trenja na čvrstoću pri pritisku izražen odnosom visine i osnovice poprečnog preseka prizmatičnog uzorka

Page 20: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

Čvrstoća pri pritisku

a /. do f /.

0AP

f grpm ==σ

Page 21: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

- Čvrstoća pri savijanju

● Za krte materijale, čija je čvrstoća pri zatezanju višestruko niža od čvrstoće pri pritisku

(kamen, beton, malter, opeka ...),savijanjem uzoraka oblikagredica može se odreditičvrstoća pri zatezanju

(čvrstoća pri zatezanju savijanjem fzs ).Ovako dobijena – čvrstoća pri

zatezanju, međutim, znatno jeveća od čvrstoće istog materija-la pri čistom zatezanju (oko 2x).

)( 48

3

MPafI

lPE⋅⋅

⋅=

Mgr=P/2⋅ l /2=P l / 4Mgr=P⋅ l /3 = Pl / 3

● Određivanje modula elastičnosti materijalaputem savijanja silom P u sredini raspona imerenjem ugiba f gredice na mestu sile P

6 :

6

3

2

aWahbZa

hbWW

Mff gr

zss

===

⋅===

Page 22: 142 Predavanje - OPSTI DEO I
Page 23: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

Čvrstoća pri čistom smicanju

Page 24: 142 Predavanje - OPSTI DEO I
Page 25: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

Čvrstoća pri uvijanju (torziji)

3 t

16d

rPf gr

⋅⋅=

πτ

● Konstrukcijski elementiopterećeni na torziju

ređe se sreću u praksi,pa je zbog toga ova vrstaispitivanja vrlo retka!

Page 26: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

● Sa smanjenjem brzine opte-rećenja, tj. sa povećanjemvremena opterećenja uzora-ka do loma, dijagram σ–εmenja oblik, kao što je topokazano na skici.

● Kao što se sa skice vidi, sma-njenjem brzine nanošenja opterećenja čvrstoća materi-jala i modul elastičnosti opa-daju, uz porast deformacijapri lomu!

Page 27: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

Osnovni pokazatelji žilavosti materijala

Duktilnost (duktilitet):

)( )(

v

mDσεσε

=ili:

)( )(

'v

mDσεσε

=

Napomena:Drugi od dva data izraza za duktilnost (duktilitet) ređe se koristi nego prvi!

Page 28: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.3 Čvrstoće pod statičkim opterećenjem

Osnovni pokazatelji žilavosti materijala

Relativno izduženje pri lomu (jedan od uslova kvaliteta metala):

(%) 1000

0 ⋅−

=l

llδ

Veličina relativnog izduženja pri lomu zavisi od dužine epruvete: veće vrednosti dobijaju se kod kraćih epruveta!

(%) 1000

0 ⋅−

=A

AAψ

Obe gore date veličine redovno se određuju pri ispitivanju čelika putem zatezanja, pri čemu se veličina δ‚ zajedno sa σm (fz) i σvi (ili σ0.2), još i propisuje, kao jedan od uslova kvaliteta svih vrsta građevinskih čelika!

Kontrakcija poprečnog preseka (kod metala se ne uslovljava‚ tj. nije uslov kvaliteta metala):

Page 29: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.5 Čvrstoće pod dinamičkim opterećenjem

■ Najčešće se određuju putem aksijalnog opterećenja, naponima istogznaka – zatezanje ili pritisak ili, pak, alternativnim naprezanjem (zatezanje i pritisak).

■ Primenjuju se ciklički promenljiva opterećenja raznih tipova, u kojimasu prisutne sekvence prema datoj skici, na kojoj je prikazan po 1ciklus promenljivog opterećenja.

■ Svako od ovih opterećenja karakteriše određeni odnos ρ=σmin/σmax kojipredstavlja tzv. “koeficijent asimetrije ciklusa”.

Page 30: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.5 Čvrstoće pod dinamičkim opterećenjem

■ Osim vrednosti ρ, od vrlo velikog značaja je i apsolutna vrednost napona σ, odnosno to da li je σ<σe ili je σ>σe ! Ako je σ<σe , uzorcitrpe samo elastične deformacije, koje su veoma male i do lomauzoraka dolazi posle vrlo velikog broja ciklusa (visokocikličnizamor materijala), a ako je σ>σe , uzorci trpe i plastične deformacije,koje su znatno veće i do loma uzoraka dolazi pri znatno manjembroju ponovljenih opterećenja (niskociklični zamor materijala)

Page 31: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.4 Fizičko–mehanička svojstva 7.4.5 Čvrstoće pod dinamičkim opterećenjem

Ispitivanja primenom udarnog opterećenja■ Ispitivanja ove vrste vrše se sa ciljem da se ustanovi da li uzorak materijala može da podnese određeni udarni rad, a da pritom ne naprsne, odnosno ne pretrpi lom.■ Isto tako, ova ispitivanja se sprovode i onda kada je neophodno utvrditi vrednost

udarnog rada koji dovodi do pojave naprslina na uzorku, odnosno do njegova loma.

Udarni rad utrošenna lom uzorka:

A=G (h1–h2 ), odnosno A=G (cos α2–cos α1) (J)

Otpornost materijalana udar:

ρ=A/F0 (J/cm2)gde je Fo (cm2)

površina poprečnog preseka uzorka na mestu loma

Page 32: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7. OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA

7.5 Konstrukciona svojstva■ Konstrukciona svojstva su ona svojstva koja su od značaja

za primenu materijala na području konstrukcija.■ Kod konstrukcija se, kao osnovno, postavlja pitanje

nosivosti - odnosno pitanje suprotstavljanja različitim mehaničkim delovanjima. Iz tih razloga, m e h a n i č k a s v o j s t v a, o kojima je do sada bili reči, svakako spadaju u osnovna konstrukciona svojstva materijala.

■ Osim mehaničkih svojstava, u ovu grupu spadaju još i:• Tvrdoća materijala• Otpornost materijala na habanje i• Koeficijent konstrukcijske povoljnosti materijala.

Page 33: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.5 Konstrukciona svojstva

Tvrdoća materijala■ Tvrdoća se definiše kao sposobnost materijala da se

suprotstavi prodiranju nekog drugog materijala u njega.

■ Postupci ispitivanja tvrdoće materijala su različiti za pojedine materijale:• Tvrdoća kamenih materijala, na primer, definiše se na bazi poznate

Mosove skale, koja obuhvata 10 različitih stepena tvrdoće – počev odstepena 1 – Talk, pa do stepena 10 – Dijamant (videti poglavlje Građevinski kamen, u Posebnom delu 1).

• Tvrdoća drveta, metala, betona i nekih drugih građevinskih materijala, određuje se tako što se u njih utiskuju čelične kuglice, ili piramidalni,

odnosno konusni šiljci. Kao merilo tvrdoće u tom slučaju najćešće seuzima sila utiskivanja po jedinici površine otiska (o ovome će još biti reči i u poglavlju Ispitivanje materijala bez razaranja).

Page 34: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.5 Konstrukciona svojstvaOtpornost materijala na habanje

■ Svojstvo materijala da se suprotstavi gubitku mase (ili zapremine) pri izlaganju izvesnim dejstvima, usmerenim na to da se materijal pohaba, izliže ili istruže.

■ Veoma mnogo zavisi od tvrdoće: što je tvrdoća materijala veća, otpornost na habanje je takođe veća.

■ Kao mera otpornosti na habanje može da posluži gubitak zapremine:

∆ V = ∆ m/γ (cm3),ili tzv. “koeficijent habanja”, koji je definisan izrazom:

kh = ∆V/Fh = ∆ m /(γ·Fh) – videti i sledeći slajd!∆ m – promena mase uzorka tokom izlaganja opitu,γ – zapreminska masa materijala koji se ispituje,Fh – površina uzorka koja je izložena habanju

■ Ovo svojstvo materijala važno je sa gledišta eksploatacije saobraćajnica, podova, gazišta na stepenicama i slično.

■ Za pojedine vrste materijala tačno su propisani oblici i dimenzije uzoraka, postupci ispitivanja i uređaji za ispitivanje.

Page 35: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.5 Konstrukciona svojstvaOtpornost materijala na habanjeOtpornost materijala na habanje

• Osim Bemeove mašine (na skici), koja se koristi kod ispitivanja kamena, betona i mnogih drugih materijala, postoji i druga vrsta opreme za ispitivanje otpornosti materijala na habanje.• Za ispitivanje kamena koriste se kocke ivica 7,07 cm (Fh=50 cm2), kod betona kocke ivica 10 cm.● Keramičke pločice seku se i onda lepe na betonske ili kamene kocke.

Page 36: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.5 Konstrukciona svojstvaKoeficijent konstrukcione povoljnosti Kkp

■ Ovaj parametar (koeficijent) značajan je stoga što on direktno utiče na težine (mase) konstrukcija: što je vrednost Kkp veća, dobijaju se lakše konstrukcje

■ Iz navedenih razloga, jedan od najvažnijih zadataka savremenih tehnologija materijala predstavlja dobijanje materijala visokih čvrstoća uz srazmerno niske zapreminske mase

Page 37: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7. OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA

7.6 Tehnološka svojstva■ Tehnološka svojstva materijala utvrđuju se različitim tehnološkim

ispitivanjima, čiji je osnovni cilj da definišu ona svojstva materijala koja su važna s obzirom na njihovu preradu, ili sa gledišta njihove neposredne primene u procesu građenja.

■ Kod metala, na primer, ispituju se takva svojstva kao što su mogućnost savijanja, previjanja, uvijanja, izvlačenja i sl. ili, pak, ispitivanje kovnosti, zavarljivosti, sposobnosti presovanja i dr.

■ U tehnološka ispitivanja spada, na primer, i ispitivanje konzistencije sveže betonske mase, pod kojom se podrazumeva “tvrdoća”, odnosno “mekoća” svežeg betona, što je od velikog značaja za njegovu “ugradljivost” i “obradljivost”, a što direktno utiče na mnoga svojstva očvrslog betona.

■ Kao još jedan primer tehnoloških svojstava navešće se i plastičnost glinenog testa, koja je vrlo važna za dobijanje keramičkih proizvoda. Pod plastičnošću se u ovom slučaju podrazumeva svojstvo glinenog testa da pod pritiskom zauzme oblik koji mu se daje, da se pritom ne kruni i ne puca, a da dobijeni oblik zadrži i po prestanku dejstva pritiska .

Page 38: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7. OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA

7.7 Reološka svojstva■ Ispitivanja uzoraka različitih materijala, izloženih

dugotrajnim opterećenjima (na pritisak, zatezanje ili savijanje) pokazuju da i u slučaju kada je opterećenje nepromenljivo (konstantno) u toku vremena, dolazi do neprekidnog povećanja deformacija uzoraka. Ova pojava naziva se viskoznim tečenjem ili kraće tečenjem materijala.

■ Isto tako, ispitivanja pokazuju da kod uzoraka kod kojih je nakon nanošenja opterećenja određenog intenziteta sprečena dalja deformacija tokom vremena, napon opada u toku vremena. Ova pojava naziva se relaksacija napona ilikraće relaksacija.

■ Obe navedene pojave, a kod nekih materijala još i skupljanje (odnosno bubrenje), koje je takođe najčešće vremenska kategorija, spadaju u kategoriju reoloških svojstava materijala.

Page 39: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.7 Reološka svojstva

■ Nauka koja se bavi problemima materijala u svetlu napred izoženih činjenica, a to je, generalno posmatrano, utvrđivanje opštih zakona pojave i razvitka deformacija materijala u funkciji vremena, naziva se r e o l o g i j a . Po svom karakteru to je fenomenološka disciplina, pošto se isključivo zasniva na objektivnim eksperimentalnim rezultatima, bez dubljeg ulaženja u fizičku i hemijsku suštinu problema.

■ Blagodareći konceptu r e o l o g i j e, otvorena je mogućnost formulisanja takvih veza između napona i deformacija materijala, u kojima je zastupljen i p a r a m e t a r v r e m e, što daje mogućnost adekvatnijeg opisivanja ponašanja materijala u realnim uslovima.

Page 40: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.7 Reološka svojstva: Tečenje materijalaTečenje materijala najčešće se ispituje aksijalnim opterećenjem–pritiskom ili zatezanjem, ali, zapaža se i kod drugih opterećenja

Page 41: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.7 Reološka svojstva: Tečenje materijala• Ukoliko su naponi kojimase uzorci izlažu toliki da se materijal pri njihovom nanošenju ponaša elastično(σ = E · ε), a to znači dapostoji proporcionalnostnapona i deformacija, defor-macije tečenja će u najvećem broju slučajeva takođe biti proporcionalne veličinama napona. ● Ovaj stav je ilustrovan na Sl. 7.50, gde je dat samo prikaz deformacija tečenja (bez trenutnih, elastičnih deformacija). Takvo tečenje koje je, dakle, linearno zavisno od napona zove sel i n e a r n o t e č e nj e .

Linearno tečenje

Page 42: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.7 Reološka svojstva: Tečenje materijala

• Slučaj stabilizacije procesa tečenja,kada deformacije teže nekoj konač-noj vrednosti i uzorci ne trpe lom

(O-A).• Slučaj kada ne dolazi do stabiliza-

cije procesa, već deformacije teče-nja teže beskonačno velikim vred-nostima, što dovodi do lomauzoraka (O-B-C-D).Ovaj drugi slučaj, po pravilu, odgo-vara višim nivoima naprezanja ilineuobičajenim eksploatacionimuslovima (npr. visoke temperature).

Ukoliko je materijal izložen konstantnom naponu beskonačno dugo, ili dovoljno dugo, moguća su 2 slučaja (Slika 7.51)

Page 43: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.7 Reološka svojstva: Tečenje materijala

Na bazi izmerenih podataka pri ispitivanju deformacija tečenja, najčešće se, ukolikoje reč o linearnom tečenju, definiše tzv. “specifično tečenje” ili tečenje usled delovanja jediničnog naponaσ=σ0:

Parametar φ (t) naziva se “koeficijent tečenja”

● Deformacije tečenja kao funkcija veličine napona σ (v. sliku dole levo)● Definisanje koeficijenta tečenja (v. tekst i izraz dole desno)

Ett teč

tren

teč

σε

εε

ϕ ==)()(

Page 44: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.7 Reološka svojstva: Tečenje materijala

Dva primera postupaka ispitivanja tečenja materijala: a/ za slučaj zatezanja čelične žice i b/ za slučaj pritiska betonske prizme

Ispitivanje tečenja materijala

Page 45: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.7 Reološka svojstva: Relaksacija napona

Kao mera relaksacije najčešće se usvaja vrednost:

Pri čemu je, logično, od najvećeg praktičnog interesa veličina:

%)( 100)( )( 0

⋅∆

=σσ ttr

%)( 100)( lim0

∆=

∞→∞ σσ tr

t

Kao i u slučaju tečenja i relaksacija je pojam vezan za sve vrste napona– zatezanje, pritisak, savijanje, smicanje, torzija.

Page 46: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.7 Reološka svojstva: Relaksacija napona

■ Na priloženoj skici dat je uređaj za ispitivanje relaksacije žice. Nakonzatezanja žice, koja je provučena kroz čeone otvore čeličnog rama i nakonfiksiranja njenih krajeva pomoću kotvi, putem dva oslonca žica se izvede upoložaj van ose rama (čime se još dodatno zateže).

■ Na ovaj način, žica je zategnuta između oslonaca O – O, između kojih možeslobodno da osciluje na dužini l0 , ako se izvede iz ose. Napon u žici može seodrediti iz izraza: σ = 4·l0

2· f 2·γ, u kome je γ zapreminska masapredmetne žice, a frekvencija slobodnih oscilacija žice f meri se putemnaročitog instrumenta – tenzofrekvencmetra.

Ispitivanje relaksacije čelične žice

Page 47: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.7 Reološka svojstva: Zapreminskedeformacije

■ Premda ne spadaju u prava reološka svojstva, kao što je navedeno na početku ovog poglavlja, zapreminske deformacije materijala – skupljanje i bubrenje, zbog svog vremenskog (dugotrajnog) karaktera, često se svrstavaju u grupu reoloških svojstava.

■ Skupljanje i bubrenje nisu rezultat delovanja spoljašnjeg opterećenja na materijale, većsu uglavnom posledica sledeća dva faktora:• Hemijskih reakcija unutar materijala,• Fizičkih uticaja na materijale u uslovima date sredine (termo–higrometrijski uticaji).

Page 48: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.7 Reološka svojstva: Zapreminskedeformacije

■ Na primer, u slučaju materijala tipa polimera, koji se dobijaju putem hemijske reakcije poznate pod nazivom polimerizacija, u procesu nastajanjamaterijala dolazi do značajnih kontrakcija produkata polimerizacije, što u suštini predstavlja pojavu koja se definiše kao skupljanje.

■ S druge strane, pak, kod cementnog kamena, odnosno materijala na bazi cementnog kamena (maltera i betona), do skupljanja i bubrenja u najvećoj meri dolazi usled termo – higrometrijskih faktora, vezanih za poroznu strukturu samog cementnog kamena. Jedna od komponenti skupljanja cementnog kamena – hidrataciono skupljanje), međutim, takođe je posledica hemijske reakcije cementa sa vodom.

Page 49: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7. OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA

7.8 Hemijska svojstva■ U građevinskim materijalima hemijska svojstva

materijala se izučavaju samo u obimu koji je neophodan:- Da se stekne uvid o njegovom uticaju na svojstva

materijala,- U vezi ocene podobnosti nekog materijala za primenu u određenim uslovima (posebno sa aspekta trajnosti materijala, odnosno konstrukcija).

■ Poznavanje hemijskog sastava je naročito značajno: - U slučajevima mešanja različitih materijala, - Kod primene materijala u tzv. agresivnim sredinama.

Page 50: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.8 Hemijska svojstva

■ Hemijska ili koroziona otpornost materijala definiše se kao sposobnost materijala da se suprotstavi delovanju agresivnih tečnosti i gasova.● Poznato je, na primer, da jedna vrsta soli rastvorenih u morskoj vodi (sulfati), u opštem slučaju nepovoljno utiču na beton.● Da bi se sprečilo razaranje betona (cementnog kamena) u

morskoj vodi potrebno je da se primeni takav cement koji će u uslovima morske agresije biti otporan. ● Jasno je samo po sebi, da u takvim slučajevima treba poznavati hemijske karakteristike i morske vode i cementa, a isto tako i mehanizme hemijskih reakcija koje u takvim slučajevima mogu da se jave (stvaranje supstance etringit – sulfatna korozija – videti‚ poglavlje Cementi).

Page 51: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7. OSNOVNA SVOJSTVA GRAĐEVINSKIH MATERIJALA

7.9 Eksploataciona svojstva■ Eksploataciona svojstva predstavljaju čitav

kompleks svojstava, koja obezbeđuju mogućnost primene datog materijala u toku određenog vremenskog perioda.Ovaj kompleks formiraju:- Otpornost na zamor,- Termička stabilnost,- Otpornost na dejstvo mraza,- Otpornost na dejstvo požara, i dr.

■ Posmatrano u celini, sva navedena svojstva definišu jedno od najbitnijih eksploatacionih svojstava – Svojstvo trajnosti .

Page 52: 142 Predavanje - OPSTI DEO I

7.9 Eksploataciona svojstva■ Trajnost je karakteristika elementa

(proizvoda), izrađenog od izvesnog materijala, koja se ogleda u očuvanju radne sposobnosti tog elementa (proizvoda) do određenog graničnog vremena.

■ Trajnost se obično definiše kao vreme korišćenja materijala, odnosno konstrukcije izrađene od tog materijala, bez gubitka eksploatacionih svojstava.

■ U opštem slučaju, najčešće se govori o tri stepena trajnosti: dvadesetpetogodišnjoj, pedesetogodišnjoj i stogodišnjoj trajnosti.