ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра строительных материалов

 

Юмина В.А., Хафизова Э.Н., Бочкарева О.С.

 

Материаловедение

методические указания и задания

к выполнению контрольных работ

для студентов, обучающихся по направлению

120700 «Землеустройство и кадастры» и профилям подготовки

«Земельный кадастр», «Городской кадастр, «Землеустройство»

Всех форм обучения

 

 

Тюмень, 2012

УДК 691. – 4+620.22

Ю-45

 

Юмина В.А., Хафизова Э.Н., Бочкарева О.С. Материаловедение. Методические указания и задания к выполнению контрольных работ для студентов, обучающихся по направлению 120700 «Землеустройство и кадастры» и профилям подготовки «Земельный кадастр», «Городской кадастр», «Землеустройство» всех форм обучения. - Тюмень: РИО ФГБОУ ВПО «ТюмГАСУ», 2012 г.- 34 с.

Методические указания и задания к выполнению контрольных работ разработаны на основании рабочих программ ФГБОУ ВПО «ТюмГАСУ» дисциплины «Материаловедение» по направлению 120700 «Землеустройство и кадастры» и профилям «Земельный кадастр», «Городской кадастр», «Землеустройство» всех форм обучения. Методические указания содержат краткую теоретическую часть, примеры решения задач и задания для выполнения контрольных работ.

Настоящие методические указания нацелены на приобретение студентами следующих компетенций: общекультурных: ОК-1 владение культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию, систематизации информации, постановка цели и выбор путей ее достижения; ОК-2 умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь; ОК-5 умение использовать в своей деятельности нормативные правовые документы; ОК-10 способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования; профессиональных: ПК-16 способность использовать знания современных технологий технической инвентаризации объектов капитального строительства и инженерного оборудования территории; ПК-19 способность и готовность к проведению экспериментальных исследований.

 

 

Рецензент: Солонина В.А.

 

Тираж 50 экз.

Заказ №

 

© ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»

© Юмина В.А., Хафизова Э.Н., Бочкарева О.С.

 

Редакционно-издательский отдел ФГБОУ ВПО « Тюменский государственный архитектурно-строительный университет »

Содержание

Общие положения…………………………………………………………………...4

1 Физико-механические свойства строительных материалов……………………6

1.1 Плотность……………………………………………………………………..6

1.2 Пористость…………………………………………………………………….7

1.3 Пустотность…………………………………………………………………...7

1.4 Водопоглощение………………………………………………………………8

1.5 Коэффициент насыщения пор водой………………………………………...8

1.6 Теплопроводность………………………………………………………….....8

1.7 Прочность……………………………………………………………………..9

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…………………………………………………...12

3 Цементный бетон…………………………………………………………………14

3.1 Общие сведения 14

3.2 Расчет состава цементного бетона (" лабораторный" состав)……………..14

3.3 Производственный (" полевой" ) состав……………………………………..16

3.4 Коэффициент выхода бетона………………………………………………..16

3.5 Расход составляющих на замес бетоносмесителя…………………………16

4 Примеры решения задач…………………………………………………………17

4.1 Типовые задачи по теме " Основные свойства строительных материалов,

лакокрасочные материалы, керамические материалы, древесина" …………..17

4.2 Типовые задачи по теме «Воздушные вещества»…………………………18

4.3 Типовые задачи по теме «Гидравлические вяжущие вещества»…………19

4.4 Типовые задачи по теме: «Бетоны»………………………………………...20

5 Варианты заданий к контрольной работе № 1………………………………….23

Библиографический список………………………………………………………..33

Общие положения

 

Целью освоения дисциплины « Материаловедение» является:

подготовка высококвалифицированного специалиста, знающего строительные материалы и изделия, их значение для индустриального строительства и в повышении эффективности капитальных вложений.

1.1 Задачи дисциплины:

1.1.1 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.

1.1.2 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.

1.1.3 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.

1.1.4 Обратить внимание на значение показателей качества продукции и оценку ее технического уровня по системам сертификации продукции.

1.1.5 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.

1.1.6 Ознакомить с методами экономического анализа при выборе строительных материалов; ориентировать будущих специалистов на использование местных материально-технических ресурсов.

1.1.7 Изложить основы развития стандартизации и сертификации, ее роль в повышении качества продукции и развитие на международном, региональном и национальном уровнях.

1.1.8 Освоить методы оценки свойств и структуры строительных материалов в ходе лабораторного практикума.

 

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

Изучение теоретической части курса завершается выполнением контрольной работы №1. Выполнение контрольной работы производится письменно в соответствии с вариантом. Номер варианта устанавливается путем сложения двух последних цифр шифра зачетной книжки.

Например: шифр зачетной книжки 10ГК32 вариант выполняемой контрольной работы № 5 (3 + 2).

Контрольная работа состоит из пяти теоретических вопросов и трех 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 и изделия на их основе;

- строительные растворы;

- 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.

Контрольная работа должна быть сброшюрована и подписана студентом. Рекомендуется оставлять поля для замечания рецензента и исправлений. Выполненная контрольная работа сдается на проверку до сессии (за неделю до срока сдачи зачета). Получив работу 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 контрольной работе, допускается к сдаче зачета.

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:

ρ _и=m/V_а (1.1)

где ρ _и – истинная плотность, г/см³;

m – масса материала в абсолютно уплотненном состоянии, г;

V_а – объем материала в абсолютно плотном состоянии, см³

V_а=V-V_п (1.2)

где V – объем материала в естественном состоянии, см³;

V_п – 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:

ρ _о=m_о/V (1.3)

где ρ _о – средняя плотность, г/см³;

m_о – 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)

ρ _н=m_н/V_н (1.4)

где ρ _н – насыпная плотность, г/см³;

m_н – насыпная масса, г;

V_н – 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 > m_о > m_н, ρ _и > ρ _о > ρ _н

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

d = ρ _о/ρ _в (1.5)

где d – относительная плотность;

ρ _о – средняя плотность материала, г/см³;

ρ _в – плотность воды при 4^оС, 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:

,

V_п=V-V_а, V_а=m/ρ _и, V=m/ρ _о,

П_о=[1-(ρ _о/ρ _и)]·100 % (1.6)

где П_о – общая пористость материала, доли или %;

V – объем материала в естественном состоянии, см³;

V_а – объем материала в абсолютно плотном состоянии, см³;

V_п – объем пор в материале, см³;

ρ _и – истинная плотность материала, г/см³;

ρ _о – 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.

П_отк=В_v (1.7)

где П_отк – открытая пористость, %;

В_v – водопоглощение по объему.

П_зак=П_о-П_отк (1.8)

где П_зак – закрытая пористость, %;

П_о – общая пористость, %;

П_отк – 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:

,

V_пуст=V_н-V,

V=m/ρ,

V_н=m/ρ _н,

П_у=[1-(ρ _н/ρ _о)]·100 % (1.9)

где П_у – пустотность, доли или %;

V_н – насыпной объем материала, см³;

V – объем материала, см³;

V_пуст – 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 В_v), или отношением количества поглощенной воды к массе сухого материала (водопоглощение по массе В_m).

В_m=[(m_н-m_с)/m_с]·100 % (1.10)

В_v=[(m_н-m_с)/V·ρ _в]·100 % (1.11)

где В_v – водопоглощение по объему, %;

В_m – водопоглощение по массе, %;

m_н – масса материала, насыщенного водой, г;

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

V – объем сухого материала, см³.

Водопоглощение по объему В_v и водопоглощение по массе В_m связаны между собой зависимостью:

В_v/В_m=(m_н-m_с)·m_с/V·ρ _в·(m_н-m_с)=m/V·ρ _в=ρ _о/ρ _в=d (1.12)

В_v=d·В_m (1.13)

где ρ _о – средняя плотность материала, г/см³;

ρ _в – плотность воды, 1 г/см³;

d – относительная плотность.

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

(1.14)

где К_н – коэффициент насыщения пор водой;

В_v – водопоглощение по объему, %

П_о – общая пористость, %.

Коэффициент насыщения пор водой изменяется от 0 (все поры в материале замкнуты) до 1 (все поры открыты). Чем выше К_н, 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 1^оС.

λ =Q·a/(S·(t₁-t₂)·z) (1.15)

где λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м^оС;

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, вызвавшей 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 R_сж – предел прочности при сжатии, кгс/см²;

N – разрушающая нагрузка, кгс;

F – площадь сечения образца, см²

1.7.2 Предел прочности при растяжении:

(1.18)

где R_раст – предел прочности при растяжении, кгс/см²;

N_р – нагрузка, вызывающая разрыв образца, кгс;

F_о – 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 R_изг – предел прочности при изгибе, кгс/см²;

М_изг – изгибающий момент, кгс см;

W – момент сопротивления балки прямоугольного сечения, см³.

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: (рисунок 1.1):

 

R_изг = М/W, М_изг = , (1.21)

 

(1.22)

Рисунок 1.1 - Схема испытания на изгиб, при одной сосредоточенной нагрузке.

При двух сосредоточенных относительно опор нагрузках (рисунок 1.2):

М_изг = (1.23)

Рисунок 1.2 - Схема испытания на изгиб при двух сосредоточенных нагрузках.

(1.24)

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 (рисунок 1.3) определяют по величине отпечатка металлического шарика по формуле:

НВ=2N∙ 9, 8/[π D(D- )] (1.25)

где НВ – твердость, МПа;

d – диаметр отпечатка, мм;

D – диаметр шарика, мм;

N – нагрузка, Н

Рисунок 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:

R_раст=0, 36 НВ (1.26)

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

К_р=R_нас/R_сух (1.27)

где К_р – коэффициент размягчения

R_сух – предел прочности сухого материала, МПа;

R_нас – 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 К_р›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.=R_сж/d (1.27)

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

R_сж – 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:

R_сж=N/F=MS/F (1.28)

где R_сж – 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

1.11 Особенности определения свойств древесины

При изучении свойств древесины и выполнении заданий необходимо учитывать неоднородность строения древесины, которая обуславливает различие показателей прочности и теплопроводности вдоль и поперек волокон, а также снижение физико-механических свойств при увлажнении. Поэтому полученные при испытании показатели приводят к стандартнойвлажности 12%, пользуясь формулами:

для средней плотности:

ρ _о(12)=ρ _о(w) [1+0, 01∙ (1 – К_о) (12 - W)] (1.29)

где ρ _о(12) - средняя плотность древесины при влажности 12%, г/см³;

ρ _о(w) - средняя плотность древесины при данной влажности, г/см³;

К - коэффициент объемной усушки (для пород древесины березы, бука и лиственницы - 0, 6; для древесины прочихпород - 0, 5);

W - влажность древесиныв момент определения, %.

для прочностных показателей образцов с влажностью меньше предела гигроскопичности:

R₁₂=R_w[1+α (W-12)] (1.30)

для образцов с влажностью, равной или большей предела гигроскопичности (30 %):

R₁₂=R_w/К³⁰₁₂ (1.30)

где R₁₂ - показатель данногосвойства при влажности 12%, МПа;

R_w - показатель этогосвойства при влажности в момент испытания, МПа;

W - влажность древесиныв момент определения, %;

α - поправочныйкоэффициент, равный 0, 04;

К³⁰₁₂ - коэффициент пересчетапри влажности 30%, равный: 0, 4 – для березы и лиственницы; 0, 445 - для ели, пихты, граба, груши, ивы, ореха, осины и тополя; 0, 45 - для сосны и бука; 0, 475 - для клена; 0, 535 - для вяза и ясеня; 0, 55 - для дуба, липы и ольхи.

Определение предела прочности при сжатии:

R^w=N_max/a·b (1.32)

где R^w - прочность при данной влажности, МПа;

N_max - максимальная нагрузка, кгс;

а и b - размеры поперечного сечения образца, cм.

Предел прочности древесины данной влажности приводят (пересчитывают) к пределу прочности древесины при 12%-ной влажности.

Определение предела прочности при изгибе:

Прочность древесины на статистический изгиб определяют по схеме (рисунок 1.2) балки свободно лежащей на двух опорах с пролетом 240 мм и нагруженной двумя сосредоточенными грузами на расстоянии 80 мм:

R_изг(w)=Nl/bh² (1.33)

где R_изг(w) - предел прочности древесины данной влажности, МПа;

N - разрушающая нагрузка, кгс;

l - расстояние между опорами, см;

b и h - ширина и высота сечения образца, см.

 

ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ ВИДЫ

Вяжущие вещества широко применяют в строительстве для изготовления искусственных каменных материалов (бетонных и железобетонных изделий и конструкций, дорожных и других покрытий, кладочных и штукатурных растворов, гидро- и теплоизоляционных материалов и т.д.). Их делят на две основные группы: органические и минеральные (неорганические). Органические вяжущие вещества представляют собой продукты перегонки нефти, каменного угля, древесины, торфа, обладающие способностью под влиянием физических или химических процессов переходить из пластичного состояния в твердое или малопластичное. К ним относятся: битумы, дегти, пеки, полимеры и эмульсии на их основе.

Минеральные вяжущие вещества представляют собой продукты, получаемые термической обработкой минерального сырья с последующим помолом в тонкий порошок. Поэтому минеральными вяжущими веществами называют тонкодисперсные (порошкообразные) материалы, способные при смешивании с жидкостью (водой, реже растворами солей) образовывать пластичное тесто, которое под влиянием физико-механических процессов, постепенно затвердевая, переходит в прочное камневидное состояние. В зависимости от способности твердеть и сохранять прочность, полученную после отвердевания в той или иной среде, минеральные вяжущие вещества разделяют на воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие вещества после затворения водой или растворами солей способны переходить в камневидное состояние и сохранять его без потери прочности только на воздухе. К ним относятся воздушная известь, гипсовые вяжущие, магнезиальные вяжущие, растворимое стекло.

Гидравлические вяжущие вещества после затворения водой и предварительного затвердевания в среде влажного воздуха продолжают твердеть в воде, набирая прочность значительно большую, чем на воздухе. К гидравлическим вяжущим относятся: известь гидравлическая, романцемент, портландцемент и его разновидности, шлакопортландцемент, пуццолановый, тампонажный, глиноземистый, расширяющийся и другие цементы.

Цемент - это гидравлическое вяжущее, главной составной частью которого являются силикаты и алюминаты кальция, образующие при обжиге сырьевой смеси до спекания или до плавления. Из числа цементов различных видов наиболее важное значение имеет портландцемент. Его получают тонким помолом цементного клинкера и природного гипса (1, 5 - 3, 5 % в пересчете на SO₃), допускается введение в смесь активных минеральных и других добавок. Клинкер - продукт обжига до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в нем силикатов кальция. Качество портландцемента характеризуют следующие показатели: минералогический состав, тонкость помола, нормальная густота цементного теста и сроки его схватывания, равномерность изменения объема, предел прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек, изготовленных из цементного раствора. По пределу прочности при сжатии и изгибе портландцемент подразделяют на марки " 400", " 500", " 550", " 600". Твердение и рост прочности портландцемента обусловлены взаимодействием основных клинкерных минералов с водой.

Воздушные вяжущие вещества применяют только в наземных, защищенных от увлажнения сооружениях. Гидравлические вяжущие вещества могут применяться как для наземных сооружений, работающих в условиях повышенной влажности, так и для подземных и подводных сооружений. Следовательно, для правильного выбора вяжущего для той или иной конструкции или детали нужно ясно представлять условия, в которых эта конструкция будет работать.

При решении задач по разделу " Вяжущая известь" необходимо изучить основы производства, процессы, происходящие при обжиге и гашении извести, виды извести, свойства извести.

Строительной воздушной известью называют вяжущее вещество, получаемое умеренным обжигом (не до спекания) кальциево-магниевых карбонатных горных пород (известняка, мела, доломитов и пр.), содержащих не более 6% глинистых примесей.

Технологический процесс получения извести состоит из добычи известняка в карьере, его подготовки (дробления, сортировки) и обжига (в шахтных, вращающихся и других печах). При обжиге (при температуре 1000-1200 °С) известняк декарбонизируется и превращается в известь по реакции:

СаСОз = СаО + СО₂

В результате обжига получают продукт в виде кусков белого цвета, называемый негашеной комовой известью (кипелкой) - СаО. Из нее путем помола или гашения получают:

- известь негашеную молотую - СаО;

- гашеную гидратную известь - пушонку- Са(ОН)₂, содержащую 32% воды;

- известковое тесто - Са(ОН)₂, содержащее 50% воды;

- известковое молоко - Са(ОН)₂, содержащее в 3-4 раза больше воды, чем тесто.

При взаимодействии комовой негашеной извести с водой происходит гидратация оксида кальция (гашение извести) с выделением значительного количества тепла:

СаО+Н₂О = Са(ОН)₂+Q

По времени гашения строительную известь подразделяют на быстрогасящуюся (не более 8 мин), среднегасящуюся (не более 25 мин) и медленногасящуюся (более 25 мин).

 

ЦЕМЕНТНЫЙ БЕТОН

Общие сведения

Бетон - искусственный камень, полученный в результате затвердевания правильно подобранно, тщательно перемешанной и уплотненной смеси, состоящей из вяжущего, воды и заполнителей (песка, щебня и гравия). Смесь этих материалов до затвердевания называют бетонной смесью. Цементное тесто, схватываясь и затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень (бетон).

3.2 Расчет состава цементного бетона (" лабораторный" состав)

Расчет производится по методу " абсолютных объемов"

V_ац+V_ав+V_ап+V_ащ(г)=1 м³=1000 дм³=1000 л, (3.1)

V_ац=Ц/ρ _ц,

V_ав=В/ ρ _ц,

V_ап=П/ ρ _ц,

V_ащ(г) = Щ (Г) / ρ _ц(г)

где V_ац, V_ав, V_ап, V_ащ(г)- абсолютные объемы соответственно цемента, воды, песка, щебня (гравия), л;

Ц, В, П, Щ(Г) – соответственно масса цемента, воды, щебня (гравия), кг;

ρ _ц,.ρ _в, ρ _п, ρ _щ(г) – соответственно истинная плотность цемента, воды, песка, щебня (гравия), кг/л.

3.2.1 Определение цементно-водного отношения по формуле:

R_б=А∙ R_ц[(Ц/В)-0, 5] (3.2)

если Ц/В›2, 5, то применяют формулу:

R_б=А₁∙ R_ц[(Ц/В)+0, 5] (3.3)

где R_б – марка бетона по таблице, кгс/см²;

R_ц – активность цемента, кгс/см²;

Ц/В – цементно-водное отношение;

А и А₁ – коэффициенты, характеризующие качество исходных материалов (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Значение коэффициентов А и А₁ для тяжелого бетона

№	Качество компонентов бетонной смеси	А	А1
	Высококачественные Рядовые (среднего качества) Пониженного качества	0, 65 0, 6 0, 55	0, 43 0, 4 0, 37

3.2.2 Определение расхода воды по таблице 3.2 в зависимости от удобоукладываемости (осадки конуса в см или жесткости в с), вида крупного заполнителя (щебня, гравия) и наибольшей крупности щебня (гравия).

 

Таблица 3.2 - Расход воды (л) на 1 м³ бетонной смеси.

Удобоукладываемость бетонной смеси	Вид заполнителя
гравий	щебень
осадка конуса, см	жесткость, сек.	при наибольшей крупности
-
-	30 -21
-	20 - 11
-	10- 5
1-4	-
5 -9	-
10- 15	-
16-20	-

 

Примечания:

1 Расход воды приведен для бетонной смеси на портландцементе и песке с М_кр=2.

2 При расходе цемента свыше 400 кг расход воды увеличивается на 10 л на каждые 100 кг цемента.

3 При изменении модуля крупности песка на каждые 0, 5 в меньшую сторону расход воды увеличивается на 3...5 л, в большую сторону уменьшается на то же значение.

4 В случае применения пуццоланового цемента расход воды увеличивается на 10 л.

Коэффициент выхода бетона

Для определения потребности материалов на замес бетоносмесителя определенной емкости пользуются понятием " коэффициента выхода бетона". Он равен отношению объема полученной смеси в уплотненном состоянии к сумме насыпных объемов сухих исходных материалов:

β =V_б/(V_нц+V_нп+V_нщ(г)) (3.11)

где V_б- объем бетонной смеси в уплотненном состоянии, л;

V_нц, V_нп, V_нщ(г) – насыпные объемы соответственно цемента, песка, щебня (гравия), л.

Коэффициент выхода бетона β всегда меньше единицы, так как при перемешивании бетонной смеси мелкие зерна компонентов ее располагают между более крупными, а пустоты в песке заполняются цементным тестом, поэтому объем бетонной смеси V_б будет всегда меньше, чем сумма насыпных объемов, составляющих ее материалов.

Примеры решения задач

4.1 Типовые задачи по теме " Основные свойства строительных материалов, лакокрасочные материалы, керамические материалы, древесина"

Задача

Масса сухого известняка составляет 280 г, содержание воды в образце 4, 98 г. Средняя и истинная плотность соответственно 800 кг/м³ и 1, 6 г/см³. Определить пористость, водопоглощение по массе и объему.

Решение:

1. Определяем пористость известняка

П_о=(1-ρ _о /ρ ) ^. 100%

П_о=(1-800/1600) ^.100% = 50%

2. Определяем водопоглощение по массе

В_m = m_вл – m_с/m_с ^.100%

В_m = 4, 98/280 ^.100% = 1, 78%

3. Определяем объем известняка

ρ _о= m/ V отсюда V = m /ρ V = 280 /0, 8 = 350 см³

4. Определяем водопоглощение по объему

В_m = m_вл – m_с/V ^.100%

В_m = 4, 98/350 ^.100% = 1, 42%

 

Задача

Определить маслоемкость мумии, если известно, что на 5 г пигмента израсходовано 1, 2 см³ льняного масла плотностью 936 кг/м³

 

Решение:

Определяем маслоемкость в г

М=V ρ /m ^. 100%

М=1, 2 ^. 0, 936/5 ^. 100% =22, 4 г

Маслоемкость мумии 22, 4 г связующего на 100 г пигмента.

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Физико-механические свойства поверхностных слоев. Контакт идеально-гладких поверхностей.
2. Физико-механические свойства сталей