Контрольная работа по материаловедению и технологии конструкционных материалов

Министерство  образования РФ

Пермский государственный  технический университет

 

 

 

 

 

Контрольная работа № 2.

(по  курсу «Материаловедение и технология  конструкционных материалов»)

 

Вариант № 5

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Пермь

 

Содержание:

Задача №1

Задача №2

1. Основные способы формирования бетонных смесей.
2. Классификация бетонов по техническим свойствам.
3. Легкие и цветные металлы: виды, свойства, область применения.
4. Стеклопластики и древеснослоистые пластики: виды изделий, свойства, применение.
5. Эмульсионные краски: виды, свойства, применение.

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача  №1.

Плотность цементного бетона 2250 кг/м³, номинальный состав по массе 1:2:4 при В/Ц=0,5. Определить расход составляющих материалов на 1м³ бетона, если в момент приготовления бетонной смеси влажность песка была – 7%, а щебня 4%.

Решение:

Масса 1 м³ плотной бетонной смеси равна сумме масс всех составляющих и численно равна средней плотности бетона. Если расход цемента принять за 1 часть, расход песка за 2 части, а щебня за 4 части, то сумма частей составит:

1 + 2 + 4 + 0,5= 7,5.

Масса одной  части  или расход цемента составит:

                                         кг.

Зная номинальный  состав бетона по массе, определим массу  песка, щебня и воды на 1 м³ бетонной смеси:

 П = 2 х  300= 600 кг;

Щ = 4 х 300 = 1200 кг;

 В = 0,5 х  300 = 150 л.

Требуемый состав бетонной смеси следующий:

Цемент – 300 кг

Песок – 600 кг

Щебень – 1200 кг

Вода – 150 л

На 1 м³ – 2250 кг

При использовании влажного песка и щебня для сохранения заданного В/Ц и расчетного количества песка необходимо дополнительно учесть воду, вводимую в смесь с песком и щебнем.

В 1 м³ бетонной смеси с песком поступит воды:

600 х 0,07 = 42 л;

с щебнем:  1200 х 0,04 = 48 л,

т.е. больше расчетного на 42 + 48 = 90 л.

В то же время  в 1 м³ бетонной смеси будет недоставать песка 42 кг и щебня 48 кг. Поэтому для получения бетона с заданными параметрами необходимо уменьшить расчетное количество воды на 90 л, а массу песка и щебня соответственно увеличить. Тогда рабочий состав бетонной смеси будет следующим:

Цемент – 300 кг

Песок – 600 + 42 =642 кг

Щебень – 1200+ 48 = 1248 кг

Вода – 150 – 90 = 60 л

На 1 м³ – 2250 кг

 

Ответ: Цемент – 300 кг

             Песок – 600 + 42 =642 кг

             Щебень – 1200+ 48 = 1248 кг

             Вода – 150 – 90 = 60 л

             На 1 м³ – 2250 кг

 

Задача  №2.

Определить  стандартную прочность древесины  сосновых досок, хранящихся в закрытом складе при температуре воздуха 22 ºС и влажности воздуха 60%, если при данных условиях прочность древесины  составляет при изгибе 70МПа, при сжатии 41 МПа.

Решение:

По графику  рисунок 1 фактическая влажность  сосновых досок при температуре 22 ºС и влажности воздуха 60%, составляет W=13%. Прочность древесины при сжатии вдоль волокон при стандартной влажности 15% определяется при сжатии и при изгибе по следующей формуле:

σ₁₅ = σ_Wκ+β(W-20);

где σ_W – предел прочности при сжатии вдоль волокон при влажности образца в момент испытания;

κ – пересчетный коэффициент на влажность (по таблицам)

β – поправочное число на температуру; для сосны β=2,5 кг/см³

κ _{для сосны} = 1,0

σ₁₅ = 410*1+2,5*(13-20) = 392,5 кГ/см²;

Рисунок 1 –  Диаграмма (Н.Н. Чулицкого) равновесной  влажности древесины.

Ответ: Стандартная прочность древесины сосновых досок 392,5 кГ/см².

 

 

 

 

Вопросы:

1. Основные способы формирования бетонных смесей.

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно  перемешанную смесь компонентов  бетона до начала процессов схватывания  и твердения. Состав бетонной смеси  определяют, исходя из требований к  самой смеси и к бетону.

Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении.

Индивидуальный  застройщик часто готовит бетонную смесь вручную, перемешивая отдельные  ее компоненты. Перемешивание позволяет  равномерно покрыть цементом зерна  песка и гравия (щебня). В результате небрежного перемешивания цемент распределяется неравномерно. От качества перемешивания в очень большой степени зависят консистенция бетонной смеси и прочность готового бетона. При тщательном перемешивании компонентов смеси в бетоносмесителях можно добиться прочности бетона на 40...80% выше, чем при перемешивании вручную. Кроме того, приготовление бетонной смеси вручную — процесс очень трудоемкий. Поэтому, если имеется возможность, надо использовать бетоносмесители, в которых бетонная смесь приготовляется механизированно, или приобретать готовую бетонную смесь.

Для приготовления  бетонной смеси вручную следует  изготовить деревянный щит. Его размеры  зависят от количества приготовляемой смеси в одной порции. Обычно размеры  щита принимают равными 1,5x2...2,5x3,5 м. Чтобы облегчить перемешивание смеси, деревянный настил рекомендуется обить кровельным железом. Не допускается приготовление бетонной смеси прямо на земле. Если деревянный настил не обивают железом, то доски прикрепляют по направлению короткой стороны щита. Для удобства перемешивания рекомендуется поднять щит над землей на 30...50 см, применяя надежные подставки.

В первую очередь  отмеряют необходимое количества песка (согласно заранее определенному  составу бетона) и высыпают его  на настил в виде грядки с углублением посередине. В углубление насыпают необходимое количество цемента и смесь тщательно перелопачивают (не менее трех раз, пока цементно-песчаная смесь не станет однородной и одноцветной). Потом смесь снова формируют в виде грядки, в углубление насыпают необходимое количество гравия или щебня и так же, как и в предыдущем случае, смесь перелопачивают не менее трех раз. Затем полученную смесь поливают необходимым количеством воды. Для поливки следует использовать лейку с сеткой, чтобы слишком сильная водяная струя не вымыла цементные частицы. Увлажненную смесь перелопачивают до получения однородной бетонной массы. Для облегчения перемешивания после поливки сухой бетонной смеси водой рекомендуется выждать 5... 10 мин, чтобы вода проникла в нижние слои.

Наиболее простым, но в то же время более трудоемким, является метод приготовления бетонной смеси металлическими граблями в  ящике, дно которого покрыто кровельным железом Сначала так же, как  и в предыдущем случае, сухую смесь  при помощи граблей перемешивают небольшими порциями, перемещая ее от одного конца ящика к другому, затем подливают воду и цикл повторяют.

Если для  приготовления бетона используют гравийно-песчаную смесь, то в углубление грядки сразу  засыпают цемент и массу перелопачивают.

Бетоносмеситель   можно  изготовить  собственными силами, что в значительной степени облегчит приготовление  бетонной   смеси.  

Рассмотрим   конструкцию, предложенную А.Кунчиковым. Берется железная бочка из-под бензина или других горюче-смазочных материалов вместимостью 100 л. С одной стороны дно полностью удаляется. Через бочку под углом продевается отрезок трубы  — вал (рис. 3.1), который тщательно приваривается к стенкам бочки. Качеству сварки надо уделить особое внимание, так как это соединение воспринимает основную нагрузку во время перемешивания бетонной смеси. Один или оба конца трубы-вала следует выгнуть, чтобы получилось подобие ручки. Крышку можно изготовить из металла или бакелизированной фанеры. Между крышкой и бочкой обязательно надо установить уплотняющую прокладку из  резины  или другого упругого материала. Крышка плотно крепится при помощи замков-защелок (рис. 3.2). К крышке необходимо приварить или прикрепить на болтах ручку. Чтобы предотвратить передвижение трубы-вала вдоль своей оси, надо приварить два кольца к валу. Такую конструкцию помещают на деревянные стойки с соответствующими пропилами под ось,  которые заполняются любой смазкой, облегчающей вращение. Под бетоносмесителем     устанавливают     емкость-накопитель или другой сосуд с ручками, который можно переместить к месту укладки бетона. Для обеспечения устойчивости бетоносмеситель рекомендуется опереть на три деревянные стойки.  Труба-вал в таком случае одним концом будет опираться на поперечную балку с пропилом, соединяющую две стойки, что позволит также более удобно забирать бетонную смесь из емкости-накопителя.

2.   Если объем пустот гравия превышает 45%, то его расход следует уменьшить на 10%.

3.  Если используется мелкозернистый песок, то его количество следует уменьшить на 10... 15%.

4.  Если вместо гравия используется щебень, то его количество следует увеличить ка 10%.

5. Количество  воды следует устанавливать в  зависимости от требуемой консистенции  бетонной смеси.

6. Обычно требуемая  марка бетона дана в проекте. 1-'сли все-таки марка бетона неизвестна, то ориентировочно ее можно принимать по данным, приведенным в табл. 3.3.

Сначала бетоносмеситель  устанавливают крышкой вверх  и заполняют примерно на 50% необходимыми компонентами бетонной смеси, кроме  воды, закрывают крышку и перемешивают их всухую, делая 15...20 оборотов. Затем бетоносмеситель снова устанавливают крышкой вверх, добавляют воду и делают еще 15...20 оборотов. Потом бочку поворачивают крышкой вниз, снимают ее и высыпают готовую бетонную смесь или раствор. Число оборотов бетоносмесителя можно устанавливать во время работы исходя из условия получения однородной бетонной массы. Для улучшения и ускорения перемешивания компонентов внутрь бочки можно приварить металлические лопасти. Чтобы облегчить процесс перемешивания, можно воспользоваться обыкновенным электромотором с цепным или клиноременным приводом.

Готовя бетонную смесь, надо иметь в виду, что ее объем в готовом виде составляет примерно 2/3 объема использованных компонентов. Это объясняется тем, что песок  и цемент заполняют пустоты между крупным заполнителем — гравием или щебнем.

 

2. Классификация бетонов по техническим свойствам.

В результате затвердевания  тщательно перемешанной и уложенной  в конструкцию бетонной смеси  получается искусственный камневид-ный  строительный материал — бетон. В строительстве применяют бетоны разнообразного назначения, характеризующиеся различными свойствами. Бетоны классифицируют по ряду признаков: средней плотности, целевому назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре.

В зависимости от средней плотности различают особо тяжелые, тяжелые, легкие и особо легкие бетоны.

Особо тяжелые  бетоны со средней плотностью более 2500 кг/м3 изготовляют на особо тяжелых  заполнителях (магнетите, лимоните, барите, чугунной дроби, обрезках стали). Эти бетоны применяют для изготовления специальных конструкций, например при сооружении зданий атомных электростанций для защиты от радиоактивного излучения.

Тяжелые бетоны со средней плотностью 2000...2500... кг/м3 изготовляют на плотном песке  и крупном заполнителе из плотных горных пород и используют во всех несуших конструкциях.

Легкие  бетоны  со средней плотностью 500...2000кг/м3 изготовляют на пористом крупном заполнителе и пористом или плотном мелком заполнителе. Их используют в основном для производства ограждающих конструкций (при рт < 1600 кг/м3) либо для несущих конструкций (прирт = 1200...2000кг/м3).

Классификация бетонов по средней плотности  — это, в сущности, разделение по структурному признаку в зависимости  от общей пористости. Основная доля в объеме бетона приходится на заполнители, поэтому плотность бетона регулируют, применяя плотные или пористые заполнители. Кроме того, используют и другие пути, например поризацию вяжущего воздухововлекающими добавками.

По назначению (области применения) бетоны подразделяют на конструкционные и специальные. Конструкционные бетоны используют для изготовления несущих и ограждающих конструкций. Они должны обеспечивать главным образом механические характеристики конструкций — прочность, упругость, деформационные и другие свойства. Из числа конструкционных чаще всего применяют тяжелый бетон, легкий и ячеистый.

Специальные бетоны предназначены для конструкций, эксплуатируемых в особых условиях, и включают в себя теплоизоляционные, жаростойкие, химически стойкие, радиационно-защитные, декоративные бетоны. Область применения бетона различных видов определяется, с одной стороны, характером их строения, а с другой — способностью противостоять физико-химическим воздействиям окружающей среды. Стойкость к воздействиям окружающей среды в значительной степени зависит от вида вяжущего вещества, использованного для изготовления бетонной конструкции.

По виду вяжущего бетоны подразделяют следующим образом. Бетоны на цементных вяжущих изготовляют  преимущественно на портландцементе, шлакопортландцементе, пуццолановом портландцементе и их разновидностях. Такие бетоны универсальны для изготовления несущих и ограждающих конструкций в промышленном, гражданском и жилищном строительстве, за исключением тех случаев, когда предъявляют особые требования, например по жаростойкости, химической стойкости.

Бетоны на известковых  вяжущих применяют только для  изготовления сборных бетонных и  железобетонных элементов на заводах. Бетоны на гипсовых вяжущих используют из-за низкой водостойкости вяжущих  только для производства внутренних конструкций зданий.

Бетоны на шлаковых вяжущих, изготовляемые на основе молотых  шлаков и зол с активизаторами твердения, используют при производстве бетонных (а не железобетонных) изделий  и конструкций. Применение местных  шлаковых вяжущих позволяет экономить цемент и удешевлять конструкции.  Бетоны на специальных вяжущих (органическихили неорганических), к каждому из которых предъявляют определенное требование, включают в себя бетоны на полимерных, фосфатных, магнезиальных связующих, бетоны на жидком стекле.