Контрольная работа по "Строительным материалам"

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова»

Строительный факультет

Профиль: Проектирование зданий

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине:

Строительные материалы

 

 

 

 

Выполнил:

студент 1 курса, группа ЗС-33-15

Григорьев Михаил Вячеславович

 

Руководитель:

Кузьмин Д.Л.

 

 

 

 

 

 

 

Чебоксары

2016 
1 Часть

Вариант 13

Задача №1

Определить среднюю плотность каменного образца неправильной 
формы, если на воздухе его масса 180 г. Масса парафинированного 
образца 184 г, а в воде 98 г, истинная плотность парафина 0,93 
г/см3.

Определение средней плотности образца неправильной геометрической формы. При определении плотности образца применяют метод, основанный на вытеснении образцом из сосуда жидкости, в которую его погружают, для чего используют объемомер или гидростатические весы.

Определение плотности с помощью объемомера. Этот прибор представляет собой металлический цилиндр 1 диаметром 150 и высотой 350 мм с впаянной на высоте 250 мм латунной трубкой 2диаметром 8—10 мм, имеющей загнутый вниз конец. Объемомер наполняют водой несколько выше трубки и ждут, пока избыток воды стечет, затем под трубку подставляют взвешенный стакан 4. Каждый образец 3 высушивают, взвешивают, а затем парафинируют, т. е. покрывают с помощью кисти тонким слоем расплавленного парафина. После того как парафин застынет, образец осматривают, удаляют обнаруженные на парафиновой пленке пузырьки или трещины, заглаживая нагретой металлической проволокой или пластинкой. После парафинирования образец перевязывают прочной нитью и вторично взвешивают. При погружении испытуемого образца в объемомер вытесняемая вода будет вытекать из трубки в стакан. После того как падение капель из трубки прекратится, стакан с водой взвешивают и определяют массу вытесненной воды.

Плотность образца вычисляют следующим образом. Сначала определяют объем парафина (см3), затраченного на покрытие образца:

 

Vпар = (m1 – m)/pпар

где т — масса сухого образца, г; m1 — масса образца, покрытого парафином, г; рпар — плотность парафина, равная 0,93 г/см3.

 

Vпар = (184 –180)/0,93 = 3,72 см3

После этого вычисляют плотность образца (г/см3)

p0=m/(V1 – Vпар)

где т — масса сухого образца, г; V1 — объем образца с парафином, численно равный массе воды, вытесненной образцом, см3; Vпар — объем парафина.

p0=180/(98 – 3,72) = 1,9 г/см3

 

Задача №2

Определить пористость горной породы, если известно, что ее водопоглощение по объему в 1,4 раза больше водопоглощения по массе, а истинная плотность твердого вещества равна 2,5 г/см3 .

РЕШЕНИЕ  
Водопоглощение по массе равно:

Вп м = Мв / Мгп,

где Мв - масса воды в горной породе при ее насыщении, г  
Мгп - масса горной породы в сухом состоянии, г.

2) Водопоглощение  по объему равно:

Вп о= Мв / Обгп,

где Обгп - объем горной породы в сухом состоянии без учета объема пор, см3  
3) Так как,

Вп о = 1,7 * Вп м,

 
Мв / Обгп = 1,7 * Мв / Мгп

Отсюда,

М пл / Об пл = 1,7

4) Пористость определяется  формулой:

П = (1-р0 / р) *100

 где p0 - средняя плотность горной породы, p – истинная плотность материала (2,5 г / см3)

р0 = Мгп / Обгп

средняя плотность горной породы

р0 = 1,7 г / см3

5) Тогда  
По = (1-1,4/2,5) *100 = 44 (%)  
ОТВЕТ  
Пористость горной породы равна 44%.

 

Вопросы:

1) Что такое прочность материала? Как ее определяют? Приведите 
значение предела прочности при сжатии для известняков, гранита, 
бетона, кирпича и стали.

Прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок. Под действием различных нагрузок материалы в зданиях и сооружениях испытывают различные внутренние напряжения (сжатие, растяжение, изгиб, срез и др.). Прочность является важным свойством большинства строительных материалов. От ее значения зависит нагрузка, которую может воспринимать данный элемент при заданном сечении. Если материал обладает большей прочностью, то размер сечения элемента может быть уменьшен.

Определение прочности

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности при сжатии, изгибе и растяжении, ее определяют путем испытания образцов в лаборатории на гидравлических прессах или разрывных машинах.

Предел прочности при сжатии материала — напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение образца материала [Па (кгс/см3)];

Rсж = P/S

где Р — разрушающая нагрузка, Н (кгс); S — площадь поперечного сечения образца, м3 (см3).

Для определения предела прочности при сжатии образцы материала подвергают действию сжимающих внешних сил и доводят до разрушения. Испытуемые образцы должны иметь правильную геометрическую форму (куб, параллелепипед, цилиндр). Образцы из естественных каменных материалов в форме кубов могут быть следующих размеров: 50x60x50, 70x70x70, 100x100x100 мм. Образцы из плотных материалов можно принимать меньшего размера, а из пористых материалов - большего размера.

 

Предел прочности при изгибе определяют на тех же прессах и универсальных испытательных машинах, что и предел прочности при сжатии, однако применяют специальные приспособления. К нижней опорной плите с помощью двух планок прикрепляют два катка, которые служат опорой для испытуемого образца, а к верхней опорной плите с помощью планок прикрепляют нож изгиба. Образцы изготовляют согласно ГОСТу на испытуемый материал. Например, при испытании цемента изготовляют образцы-балочки размером 40x40x160 мм, а при испытании древесины — балочки размером 20x20x300 мм. Нагрузка на образец передается одним или двумя грузами.

Предел прочности при изгибе [МПа (кгс/см )] определяют по следующим формулам:

при одном сосредоточенном грузе и образце-балочке прямоугольного сечения

Rизг = 3PI/(2bh2)

при двух равных грузах, расположенных симметрично оси балочки:

Rизг = P(l-a)/(bh2)

где P — разрушающая нагрузка, Н (кгс); l— пролет между опорами, м (см) а — расстояние между грузами, м (см); b и h - ширина и высота поперечного сечения балочки, м (см).

Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов.

Предел прочности при растяжении определяют у таких строительных материалов, как древесина, строительные стали, пластмассы, рулонные кровельные материалы. Образцы изготовляют в виде двусторонних них лопаток; форму и размер определяют по соответствующим ГОСТам на испытуемый материал.

Перед испытанием измеряют ширину и толщину образца с точностью до 0,1 мм, затем закрепляют его в зажимы разрывной машины. Нагружают образец равномерно с заданной ГОСТом скоростью. По силоизмерителю машины определяют максимальную нагрузку.

Предел прочности при растяжении [МПа (кгc/см2) ]

 

Rр = P/S0

где Р — разрушающая нагрузка, Н (кгс); S0 — первоначальная площадь перечного сечения образца, м2 (см2).

Предел прочности при растяжении вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов.

Значение предела прочности

Материалы	Предел прочности при сжатии, МПа
Известняк ракушечный	1-15
Известняк плотный	25-100
Песчаник	30-300
Гранит	120—250
Тяжелый бетон	10—50
Керамический кирпич	7,5—30
Сталь	210—600

 

 

2) Перечислить основные свойства гранита, мрамора, известняка и 
вулканического туфа и указать, для каких целей в строительстве 
применяют эти материалы?

Граниты обладают благоприятным для строительного камня минеральным составом, отличающимся высоким содержанием кварца (25—30 %), натриево-калиевых шпатов (35—40 %) и плагиоклаза (20—25 %), обычно небольшим количеством слюды (5—10%) и отсутствием сульфидов. Граниты имеют высокую механическую прочность на сжатие—120—250 МПа (иногда до 300 МПа). Сопротивление растяжению, как у всех каменных материалов, относительно невысокое и составляет около 1/30—1/40 сопротивления сжатию.

Необходимо отметить, что в каменных материалах вследствие их хрупкости сравнительно легко могут появиться тонкие (волосные) местные трещинки (от взрывов при добыче, от ударов, резких колебании температуры и т. п.). Эти трещинки оказывают сравнительно небольшое влияние на предел прочности при сжатии, но могут значительно понизить прочность на растяжение.

Важнейшее свойство гранитов — их малая пористость (непревышающая 1,5%), что обусловливает водопоглощение около 0,5% (по обьему). Поэтому морозостойкость их высокая. Огнестойкость гранитов недостаточна, так как они растрескиваются при температуре выше 600 °С вследствие полиморфных превращений кварца. Граниты, как и большинство других плотных магматических пород, обладают высоким сопротивлением истиранию.

Граниты весьма разнообразны по цвету, зависящему в основном от окраски полевых шпатов: они могут быть белыми, серыми, желтыми, розовыми, красными. Различные сочетания отдельных компонентов и изменение структуры обусловливают разнообразие цветов, оттенков и рисунка гранитов, поэтому они являются прекрасным облицовочным материалом. Высокая прочность на сжатие и морозостойкость гранитов позволяют применять их для защитной облицовки набережных, устоев мостов, цоколей зданий, а также в качестве щебня для высокопрочных и морозостойких бетонов. Кроме этого, благодаря значительной кислотостойкости гранитов их используют в качестве кислотоупорной облицовки.

Мрамор — мелко-, и средне- и крупнозернистая плотная карбонатная порода, состоящая, главным образом, из кальцита и представляющая собой перекристаллизоваиный известняк. Хотя прочность при сжатии составляет 100—300 МПа, мрамор легко поддается обработке, вследствие малой пористости хорошо полируется. Мрамор широко применяют для внутренней отделки стен зданий, ступеней и лестниц. В виде песка и мелкого щебня (крошки) его используют для цветных штукатурок, при изготовлении облицовочного декоративного бетона. В условиях сульфатной коррозии для наружных облицовок мрамор не применяют.

Известняк - натуральный природный камень, который представляет собой мягкую осадочную породу органического или органо-химического происхождения, состоящую в основном из карбоната кальция (кальцита).

Известняк имеет плотность в пределах 2700-2900 кг/м3. Это колебание объясняется количеством содержащихся примесей кварца, доломита и других минералов. Объемная масса изменяется в гораздо больших пределах. Так, у травертинов и ракушечников она составляет всего 800 кг/м3, а у кристаллических пород достигает 2800 кг/м3. Рассматривая свойства известняка, следует учитывать, что прочность при сжатии породы напрямую зависит от его объемной массы. Так у ракушечников она составляет всего 0,4 МПа, а у афанитов приближается к 300 МПа. Приведенные выше характеристики породы определяют и применение этих материалов. Например, в строительстве более плотный известняк используется при кладке стен, а пористый хорош для облицовки и создания декоративных ансамблей.

Более половины химического состава данной горной породы образуется за счёт оксида кремния (49-75 %) и окиси алюминия (9-23 %). Помимо этого, в состав камня входят оксиды железа, магния, калия, натрия и других химических элементов в незначительных. Вулканический туф возник путем смешения жидкой лавы с частицами песка и вулканического пепла. Эта порода является пористой (пористость находится в пределах 21,3-46,6 %), образованной путем скрепления тем или иным путём обломочного материала. Окраска материала может быть различной. В природе можно встретить: чёрный, коричневый, бурый, красный, кремовый, оранжевый, жёлтый, фиолетовый, синевато-белый, белёсо-зелёный и другой цвет данного камня. Многие экземпляры имеют неоднородную окраску, наблюдаются вкрапления в базовую палитру иных цветов. Физико-механические характеристики варьируются в зависимости от вида камня. Например, степень спекания, в зависимости от которой выделяют спёкшиеся и сцементированные разновидности, определяет параметр прочности. Плотность породы составляет 2400-2610 кг/м3; объёмный вес варьируется от 1370 до 2050 кг/м3. Степень водопоглощения по весу может достигать 23,3 %. Морозостойкость данного материала невелика – около 25 циклов замерзания-оттаивания. Коэффициент водонасыщения варьируется в пределах 0,57-0,86, коэффициент размягчения – 0,72-0,89. Предел прочности вулканической породы при сжатии составляет 13,3-56,4 МПа. Для строительных целей большое значение имеет такая характеристика этого камня, как низкая теплопроводность (0,21 – 0,33 Вт/°С). По результатам исследований в местах с холодным климатом установлено, что сооружение, построенное из вулканического туфа или облицованное плиткой из него, долго сохраняет большое количество тепла, что экономит немало средств на отопление. Теплоотдачу благодаря его применению можно снизить на 35-40 %....