ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ





Содержание

 

стр.

Введение 2

1. Физико-механические свойства строительных материалов 5

1.1. Плотность 5

1.1.1. Истинная плотность 5

1.1.2. Средняя плотность 5

1.1.3. Насыпная плотность 5

1.1.4. Относительная плотность 6

1.2. Пористость 6

1.3. Пустотность 7

1.4. Водопоглощение 7

1.5. Коэффициент насыщения пор водой 8

1.6. Теплопроводность 8

1.7. Прочность 8

1.8. Твердость 10

1.9. Коэффициент размягчения 10

1.10. Коэффициент конструктивного качества 10

1.11. Особенности определения свойств древесины 11

2. Вяжущие вещества и их виды 13

2.1. Классификация и виды 13

2.2. Типовые задачи к теме «Воздушные вещества» 15

2.3. Типовые задачи к теме «Гидравлические вяжущие вещества» 17

3. Варианты заданий к контрольной работе № 1 19

4. Варианты заданий к контрольной работе № 2 28

 

Литература 37

 

 

Введение

 

Целью преподавания дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» является изучение общих основ материаловедения, позволяющих подготовить специалиста к решению профессиональных задач в области проектно-конструкторской, организационно-управленческой, производственно-технологической, научно-исследовательской деятельности в сфере строительства.

Подготовка высококвалифицированного специалиста ставит перед дисциплиной

«Материаловедение. Технология конструкционных материалов» следующие задачи:

1. Осветить основные направления научно-технического прогресса в области разработки, производства и применения прогрессивных материалов и изделий; экологические проблемы производства и применения строительных материалов, изделий и конструкций.

  1. Выявить тесную материаловедческую связь состава и строения материалов с их свойствами; изложить материаловедческие основы получения материалов оптимального состава, структуры с требуемыми техническими характеристиками, конкурентоспособностью и долговечностью при максимальном комплексном ресурсосбережении; закономерности изменения свойств под воздействием различных факторов.
  2. Показать роль науки в создании эффективных конструкционных, изоляционных и отделочных материалов и изделий; закономерности создания состава и структуры, а также качественно новые свойства композиционных материалов, тенденции развития функциональных, конструкционно-функциональных и конструкционных специальных видов материалов.
  3. Обратить внимание на значение показателей качества продукции и оценку ее технического уровня по системам сертификации продукции.
  4. Отразить тенденции развития специальных видов строительных материалов; проанализировать меры защиты строительных материалов, изделий и конструкций от воздействия различных агрессивных сред; методы повышения долговечности и надежности.
  5. Ознакомить с методами экономического анализа при выборе строительных материалов; ориентировать будущих специалистов на использование местных материально-технических ресурсов.
  6. Изложить основы развития стандартизации и сертификации, ее роль в повышении качества продукции и развитие на международном, региональном и национальном уровнях.
  7. Освоить методы оценки свойств и структуры строительных материалов в ходе лабораторного практикума.

Программа курса ««Материаловедение. Технология конструкционных материалов» предусматривает изучение теоретических основ, проведения лабораторных работ. Теоретическая часть изучается студентами-заочниками самостоятельно по рекомендуемой учебной литературе.

Изучение теоретической части курса завершается выполнением контрольных работ №1, №2. Для выполнения контрольных работ необходимо использовать методические указания и контрольные задания по курсу «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» для студентов заочного обучения, специальности ЭУН - 2009 г.

Выполнение контрольных работ производится письменно в соответствии с вариантом. Номер варианта устанавливается путем сложения двух последних цифр шифра зачетной книжки. Например: шифр зачетной книжки 08ЭУН72 вариант выполняемой контрольной работы № 9 (7+ 2).

Контрольные работы состоят из пяти теоретических вопросов и двух задач. Ответы излагаются в письменном виде, они должны быть четкими и конкретными. При решении задач последовательно излагают ход решения и формулируют выводы.

Теоретические вопросы по темам:

- основные свойства строительных материалов;

- природные каменные материалы;

- древесина и композиционные материалы на ее основе;

- керамические материалы;

- материалы и изделия из минеральных расплавов;

- разновидности искусственных полимерных конгломератов;

- металлические материалы и изделия;

- минеральные вяжущие вещества;

- искусственные каменные материалы на основе минеральных вяжущих;

- бетоны на неорганических вяжущих;

- органические вяжущие;

- строительные растворы;

- органические вяжущие и изделия на их основе;

- отделочные материалы;

- современные материалы для полов;

- органические вяжущие и изделия на их основе;

- гидроизоляционные материалы;

- теплоизоляционные и акустические материалы;

- лакокрасочные материалы.

 

Задачи по темам:

- основные свойства строительных материалов;

- керамические материалы;

- металлические материалы и изделия;

- древесина и композиционные материалы на ее основе;

- минеральные вяжущие вещества;

- бетоны на неорганических вяжущих.

Контрольные работы должны быть сброшюрованы и подписаны студентом. Рекомендуется оставлять поля для замечания рецензента и исправлений.

Выполненные контрольные работы сдается на проверку до сессии (за неделю до срока сдачи экзамена).

Получив работы после рецензии, необходимо внести изменения и сдать на повторную проверку.

Лабораторные работы студенты выполняют под руководством преподавателей и лаборантов кафедры. Основные пояснения по выполнению лабораторных работ даются преподавателем, а сами работы по испытанию материалов студенты делают самостоятельно под руководством опытных лаборантов. Студент обязан выполнить все лабораторные работы, причем каждая работа проверяется преподавателем. Студент, получивший зачет по лабораторным работам, выполнивший и получивший рецензию преподавателя по контрольным работам, допускается к сдаче экзамена.

 

 

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Плотность

При решении задач и изучении свойств материалов необходимо различать плотность материалов в естественном состоянии, плотность в абсолютно плотном состоянии (плотность самого материала), плотность сыпучих материалов.

 

1.1.1. Истинная плотность – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот) определяется по формуле:

ρи=m/Vа (1.1.)

где: ρи – истинная плотность, г/см3;

m – масса материала в абсолютно уплотненном состоянии, г;

Vа – объем материала в абсолютно плотном состоянии, см3

Vа=V-Vп (1.2.)

где: V – объем материала в естественном состоянии, см3;

Vп – объем пор в материале, см3.

 

1.1.2. Средняя плотность – масса единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами и пустотами), определяется по формуле:

ρо=mо/V (1.3.)

где: ρо – средняя плотность, г/см3;

mо – масса материала в естественном состоянии, г;

V – объем материала в естественном состоянии, см3.

 

1.1.3. Насыпная плотность – масса единицы объема материала, состоящего из зерен различного диаметра, находящихся в рыхлом состоянии (в насыпной объем включены межзерновые пустоты)

ρн=mн/Vн (1.4.)

где: ρн – насыпная плотность, г/см3;

mн – насыпная масса, г;

Vн – насыпной объем, равный объему сосуда, см3.

Насыпную плотность определяют как в рыхлонасыпном состоянии, так и в уплотненном. В первом случае материал засыпается в сосуд с определенной высоты, во втором – уплотняется на виброплощадке (30-60 сек).

Из вышеизложенного следует, что в единице объема для данного материала

m > mо > mн ρн > ρо > ρн

1.1.4. Относительная плотность – безразмерная величина, равная отношению средней плотности материала к плотности воды при 4оС, равной – 1 г/см3.

d=ρов(1.5.)

где: d – относительная плотность;

ρо – средняя плотность материала, г/см3;

ρв – плотность воды при 4оС, 1 г/см3.

Относительная плотность учитывается в некоторых эмпирических формулах (формула В.П. Некрасова для расчета теплопроводности, выражение для вычисления коэффициента конструктивного качества и др.).

 

1.2. Пористость материала (общая) – это доля заполнения объема материала порами.

Вывод формулы общей пористости:

Vп=V-Vа

Vа=m/ρи

V=m/ρо

По=[1-(ρои)]·100 %(1.6.)

где: По – общая пористость материала, доли или %;

V – объем материала в естественном состоянии, см3;

Vа – объем материала в абсолютно плотном состоянии, см3;

Vп – объем пор в материале, см3;

ρи – истинная плотность материала, г/см3;

ρо – среднаяя плотность материала, г/см3

От величины пористости и ее характера зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, теплопроводность, долговечность и др.

Пористость в материале характеризуется как открытыми, так и закрытыми порами.

Поткv (1.7.)

где: Потк – открытая пористость, %;

Вv – водопоглощение по объему.

Пзакоотк (1.8.)

где: Пзак – закрытая пористость, %;

По – общая пористость, %;

Потк – открытая пористость, %.

Открытые поры увеличивают водопоглощение и водопроницаемость материала и ухудшает его морозостойкость.

Увеличение пористости за счет открытой увеличивает долговечность материала, снижает теплопроводность.

 

1.3. Пустотность – это доля межзерновых пустот в насыпном объеме материала.

Вывод формулы пустотности:

Vпуст=Vн-V

V=m/ρ

Vн=m/ρн

Пу=[1-(ρно)]·100 % (1.9.)

где: Пу – пустотность, доли или %;

Vн – насыпной объем материала, см3;

V – объем материала, см3;

Vпуст – объем пустот в насыпном объеме материала, см3.

Пустотность – важнейшая характеристика правильности подбора зернового состава заполнителей для бетонов, от которых зависит расход вяжущего (цемента, битума и др.). На практике пустотность лежит в пределах 26,5-47,6 %.

 

1.4. Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать воду. Водопоглощение выражают или степенью заполнения объема материала водой (водопоглощение по объему Вv), или отношением количества поглощенной воды к массе сухого материала (водопоглощение по массе Вm).

Вm=[(mн-mс)/mс]·100 % (1.10)

Вv=[(mн-mс)/V·ρв]·100 % (1.11.)

где: Вv – водопоглощение по объему, %;

Вm – водопоглощение по массе, %;

mн – масса материала, насыщенного водой, г;

mс – масса материала в воздушно-сухом состоянии, г;

V – объем сухого материала, см3.

Водопоглощение по объему Вv и водопоглощение по массе Вm связаны между собой зависимостью:

Вvm=(mн-mс)·mс/V·ρв·(mн-mс)=m/V·ρвов=d(1.12.)

Вv=d·Вm (1.13.)

где: ρо – средняя плотность материала, г/см3;

ρв – плотность воды, 1 г/см3;

d – относительная плотность.

 

1.5. Коэффициент насыщения пор водой – отношение водопоглощения по объему к пористости.

(1.14.)

где: Кн – коэффициент насыщения пор водой;

Вv – водопоглощение по объему, %

По – общая пористость, %.

Коэффициент насыщения пор водой изменяется от 0 (все поры в материале замкнуты) до 1 (все поры открыты). Чем выше Кн, тем выше доля открытых пор относительно замкнутых.

 

1.6. Теплопроводность – способность материала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность характеризуется количеством теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2, в течение 1 с при разности температур на противоположных поверхностях материала 1оС.

λ=Q·a/(S·(t1-t2)·z) (1.15.)

где: λ – коэффициент теплопроводности, Вт/моС;

Q – количество тепла, Дж;

S – площадь материала, м2;

а - толщина материала, м;

(t2-t1) – разность температур по обе стороны слоя материала, оС;

z – время, в течение которого проходил тепловой поток, ч

Коэффициент теплопроводности можно подсчитать ориентировочно по относительной плотности материала, пользуясь эмпирической формулой В.П. Некрасова:

(1.16)

где: d – относительная плотность материала.

 

1.7. 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.

1.7.1. Предел прочности при сжатии:

(1.17.)

где: Rсж – предел прочности при сжатии, МПа;

N – разрушающая нагрузка, кгс;

F – площадь сечения образца, см2

1.7.2. Предел прочности при растяжении:

(1.18.)

где: Rраст – предел прочности при растяжении, МПа;

Nр – нагрузка, вызывающая разрыв образца, кгс;

Fо – первоначальная площадь сечения образца, см2.

1.7.3. Предел прочности при изгибе определяют путем испытания образца материала в виде призм (балочек) на двух опорах. Их нагружают одной или двумя сосредоточенными силами до разрушения:

(1.19.)

где: Rизг – предел прочности при изгибе, МПа;

Мизг – изгибающий момент;

W – момент сопротивления балки прямоугольного сечения.

W=(b·h2)/6(1.20.)

где: b – ширина образца, см;

h – высота образца, см.

Предел прочности при изгибе при одной сосредоточенной симметричной относительно опор нагрузке: (рис.1.1.):

Rиз = М/W Миз = (1.21.)

(1.22.)

Рис. 1.1. Схема испытания на изгиб, при одной сосредоточенной нагрузке.

При двух сосредоточенных относительно опор нагрузках (рис. 1.2.):

Миз = (1.23.)

(1.24.)

Рис. 1.2. Схема испытания на изгиб при двух сосредоточенных нагрузках.

где: N – разрушающая нагрузка, кгс;

l – расстояние между опорами, см;

b и h – соответственно ширина и высота балочки, см.

 

1.8. Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него более твердого тела (шарика, призмы, пирамиды).

Твердость по Бриннелю (рис. 1.3.) определяют по величине отпечатка металлического шарика по формуле:

НВ=2N∙9,8/[πD(D- )] (1.25.)

где: НВ – твердость, МПа;

d – диаметр отпечатка, мм;

D – диаметр шарика, мм;

N – нагрузка, Н

Рис. 1.3. Схема испытания на твердость

Существует эмпирическая зависимость между твердостью стали по Бриннелю, которая определяется величиной отпечатка твердого металлического шарика диаметром D=10 мм при нагрузке N=3000х9,8 Н и пределом прочности стали на растяжение:

Rраст=0,36 НВ (1.26.)

1.9. Коэффициент размягчения – отношение прочности материала, насыщенного водой, к прочности сухого материала:

Кр=Rнас/Rсух (1.27.)

где: Кр – коэффициент размягчения

Rсух – предел прочности сухого материала, МПа;

Rнас – предел прочности насыщенного материала, МПа

Коэффициент размягчения характеризует водостойкость материала, он изменяется от 0 (размокающие глины, гипсовые образцы и др.) до 1 (металлы, стекло и др.). Материалы, у которых Кр›0,8, можно применять во влажных условиях без специальных мер по защите их от увлажнения.

1.10 Коэффициент конструктивного качества К.К.К. – отношение предела прочности (как правило при сжатии) материала к его относительной плотности:

 

К.К.К.=Rсж/d (1.27.)

где: к.к.к. – коэффициент конструктивного качества;

Rсж – предел прочности при сжатии, МПа;

d – относительная плотность.

Если для определения прочности, коэффициента размягчения и коэффициента конструктивного качества используют гидравлический пресс с манометром, фиксирующим давление, при котором разрушается образец материала, то предел прочности находят по формуле:

Rсж=N/F=MS/F (1.28.)

где: Rсж – предел прочности при сжатии, МПа;

N – разрушающая нагрузка, кгс;

М – показание манометра (давление), атм.;

S – площадь поршня, см2;

F – площадь образца (рабочая), см2.

Единицы измерения:

[R] = Н/м2 = 1 МПа; [N]= 1Н = 10-1 кгс = 10-3 кН

[R] = 1 кгс/см2 = 105 Па = 10-1 МПа





Читайте также:
Что такое филология и зачем ею занимаются?: Слово «филология» состоит из двух греческих корней...
Экономика как подсистема общества: Может ли общество развиваться без экономики? Как побороть бедность и добиться...
Что входит в перечень работ по подготовке дома к зиме: При подготовке дома к зиме проводят следующие мероприятия...

Рекомендуемые страницы:


Поиск по сайту

©2015-2020 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-26 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Обратная связь
0.042 с.