Заочного обучения, специальности ГК –II курс

Заочного обучения, специальности ГК –II курс

Тюмень 2001

Методические указания и контрольные задания по курсу «Материаловедение» для студентов заочного обучения, специальности БуиА, К –II курс

Тюмень: ТюмГАСА, 2001 г., 32 с.

Авторы: Юмина В.А. (ст. преподаватель кафедры СМ),

Зелиг М.П. (ст. преподаватель кафедры СМ),

Хафизова Э.Н. (инженер кафедры СМ).

Рецензент: к.т.н. Рожкова Г.А. (доцент кафедры СМ)

Методические указания утверждены на заседании кафедры,

протокол № 18 от «8» мая 2001 г.

Утверждено на УМС академии

протокол №____ от « 8 » мая 2001 г.

Тираж 50 экземпляров.

Содержание

стр.

Введение 2

1. Физико-механические свойства строительных материалов 3

1.1. Плотность 3

1.1.1. Истинная плотность 3

1.1.2. Средняя плотность 3

1.1.3. Насыпная плотность 3

1.1.4. Относительная плотность 4

1.2. Пористость 4

1.3. Пустотность 5

1.4. Водопоглощение 5

1.5. Коэффициент насыщения пор водой 6

1.6. Теплопроводность 6

1.7. Прочность 6

1.8. Твердость 8

1.9. Коэффициент размягчения 8

1.10. Коэффициент конструктивного качества 8

1.11. Особенности определения свойств древесины 9

2. Вяжущие вещества и их виды 11

2.1. Классификация и виды 11

2.2. Типовые задачи к теме «Воздушные вещества» 13

2.3. Типовые задачи к теме «Гидравлические вяжущие вещества» 14

3. Цементный бетон 17

3.1. Общие сведения 17

3.2. Расчет состава цементного бетона («лабораторный состав») 17

3.3. Производственный («полевой»)состав 19

3.4. Коэффициент выхода бетона 19

3.5. Расход составляющих на замес бетоносмесителя 20

3.6. Типовой пример к расчету состава бетона 20

4. Варианты заданий к контрольной работе № 1 22

Литература 32

Введение

Целью преподавания дисциплины «Материаловедение» является подготовка специалиста, глубоко знающего классификацию материалов, их свойства и сферу их рационального применения, а также экономичность тех или иных материалов. Возможность снижения себестоимости материалов, изделий и конструкций и повышения эффективности капитальных вложений.

Подготовка высококвалифицированного специалиста ставит перед дисциплиной «Материаловедение» следующие задачи:

- дать представление о номенклатуре и характеристике важнейших материалов;

- дать представление и принципах получения материалов;

- дать представление о комплексном использовании побочных продуктов промышленности, экономически выгодном, и способствующем охране окружающей среды;

- научить правильному выбору материалов на базе технико-экономического анализа с учетом эксплуатационных условий;

- приобрести навыки экономического использования, хранения и транспортирования;

- развитие у студентов технико-экономического подхода при решении технических задач, при оценке возможности и целесообразности применения в конкретных условиях того или иного строительного материала.

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

Изучение теоретической части курса завершается выполнением контрольного задания.

Выполнение контрольной работы производится письменно в соответствии с вариантом: студенты имеющие учебный шифр, оканчивающийся на цифру 1, выполняют первый вариант, на цифру 2 – второй и т.д. десятый вариант выполняют студенты, учебный шифр которых оканчивается на нуль.

Лабораторный практикум студенты проводят 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 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:

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_н > 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, 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: R_сж – предел прочности при сжатии, МПа;

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, МПа;

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, МПа;

М_изг – 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.):

R_из = М/W М_из = (1.21.)

(1.22.)

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

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

М_из = (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:

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 (рис. 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

Классификация и 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. При получении искусственных каменных материалов вяжущее тесто служит связкой "минеральным коллоидным клеем" для зерен или волокон заполнителей. При объединении жидкости с вяжущим и заполнителями получают следующие материалы:

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.

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 на 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 медленогасящуюся (более 25 мин).

2.2. ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ к теме " Воздушные вяжущие вещества"

Задача

Сколько комовой извести и какой активности можно получить при обжиге 10 т известняка, имеющего влажность 5% и содержащего 8% примесей.

Решение:

1. Количество известняка после испарения 5% воды в процессе обжига

10000кг х 0,95 = 9500 кг

2. Содержание примесей в известняке

9500 х 0,08 = 760 кг

3. Количество чистого известняка

9500 - 760 = 8740кг

4. При обжиге (1 = 1000-1200 °С) идет реакция диссоциации (разложения) известняка по реакции

СаСО₃ - СаО + СО₂

Молекулярные массы веществ

100 = 56 + 44

8740 = х

5. Выход активной извести Х_СаО = (8740 х 56) / 100 = 4894,4кг

6. Выход комовой извести-кипелки с учетом примесей

4894,4 +760 = 5654,4 кг

7. Активность извести (содержание активной СаО)

(4894,4/5654,4 )х100% = 86,5%

Задача.

Сколько извести-пушонки можно получить из 8 т извести негашеной комовой, имеющей активность 90%

Решение:

Гашение извести идет по реакции СаО + Н₂О = Са(ОН)₂

Молекулярные массы веществ 56 + 18 = 74

Задача.

Сколько содержится в 1 м³ известкового теста гидроксида кальция Са(ОН)₂ и воды, если средняя плотность известкового теста равна 1400 кг/м³ ?

Истинная плотность гидроксида кальция 2050 кг/м³.

Решение:

Задача.

Определить среднюю плотность известкового теста, если оно содержит 50% воды. Истинная плотность извести-пушонки составляет 2,05 г/л.

Решение:

1. В 1 кг известкового теста содержится 500 г извести и 500 г воды.

2. Абсолютный объем известкового теста состоит из абсолютного объема извести и абсолютного объема воды

500/2,05 + 500/1 = 744 см³

3. Средняя плотность известкового теста

1000 / 744 = 1,34г/см³ или 1340 кг/м³

2.3. ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ к теме: " Гидравлические вяжущие вещества "

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.

Задача.

Определить пористость цементного камня, если содержание воды при затворении портландцемента было 32%, а количество химически связанной воды равно 20% от массы цемента. Истинная плотность цемента равна 3100 кг/м³.

Решение:

Состав цементного теста по массе Ц : В = 1 : 0,32

1 .Абсолютный объем, занимаемый цементным тестом

V_ц.т.=V_ц.+V_в=1000/3100+0,32 = 0,64 м³

2. Абсолютный объем, занимаемый цементным камнем

V_ц.к.=1000 / 3100 + 0,20 = 0,32+0,20 = 0,52 м³

3. Относительная плотность цементного камня

V_ц.к./V_ц.т.=52 / 0,64 = 0,81

4. Пористость цементного камня

V_пор=(1- V_ц.к./ V_ц.т.)х100% =(1-0,81)х100 = 19 %

Поры в цементном камне образуются за счет разности между общим количеством воды затворения, определяемым водоцементным отношением, и количеством воды химически связанной (гидратной), использованной на образование цементного камня.

Задача.

Сколько потребуется пластифицирующей добавки для получения 50 т пластифицированного портландцемента. Добавка СДБ содержит 50% твердого вещества и 50% воды. Оптимальное содержание добавки СДБ составляет 0,2% от массы цемента (на сухое вещество СДБ).

Решение:

1. Для приготовления 50 т пластифицированного портландцемента необходимо ввести 0,2% СДБ от массы цемента (на сухое вещество)

50000 х 0,002 = 100 кг сухого вещества

2. Количество водного раствора СДБ 50% - ной концентрации

100/50 = 200 кг

Задача.

Образцы балочек (из цементного раствора пластичной консистенции) размером 4х4х16 см испытаны на изгиб и половинки балочек на сжатие. При испытании на изгиб были получены следующие результаты: 4,7; 5,1; 5,2 МПа. Разрушающая нагрузка при испытании на сжатие оказалась равной 8000, 7880, 8200, 8100, 8000 и 7900 кгс. Установить марку портландцемента.

Решение:

1. Марку портландцемента устанавливается по результатам испытания образцов-балочек на изгиб и половинок балочек на сжатие в соответствии с ГОСТ 30515-97.

2. При расчете предела прочности на изгиб берется среднее из двух наибольших результатов при испытании

(5.1+5,2)/2 =5,15 МПа

3. При испытании на сжатие половинок балочек нагрузку передают через металлические прокладки размером 4х6,5 см, что соответствует площади в 25 см².

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, табл. 1.

Таблица I

Значение коэффициентов А и А₁ для тяжелого бетона

3.2.2. Определение расхода воды по таблице 2 в зависимости от удобоукладываемости (осадки конуса в см или жесткости в с), вида крупного заполнителя (щебня, гравия) и наибольшей крупности щебня (гравия).

Таблица 2

Расход воды (л) на 1 м³ бетонной смеси.

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.

Определение расхода цемента.

Зная Ц/В и расход воды В, рассчитывают количество цемента Ц на 1 м³ бетонной смеси:

Ц = (Ц/В)∙В , кг (3.4.)

Если расход цемента на 1 м³ бетона окажется ниже допустимого, то необходимо довести его до нормы или ввести тонкомолотую добавку (СНиП 5.01.23-83, с. 13-16).

3.2.4. Определение расхода щебня (гравия) по формуле:

Щ(Г)=1000/[(П_{у щ(г)}∙α/ρ_{н щ(г)})+(1+ρ_щ(г))] (3.5.)

где: П_{у щ(г)} – пустотность щебня (гравия) в стандартном рыхлом состоянии, в формулу подставляется относительная величина.

α – коэффициент раздвижки зерен щебня (или избытка раствора);для жестких смесей α=1,05…1,2; для подвижных смесей α=1,2…1,4;

ρ_{н щ(г)} - насыпная плотность щебня (гравия), кг/л;

ρ_щ(г) - истинная плотность щебня (гравия), кг/л.

3.2.5. Определение расхода песка как разности между 1000 л бетонной смеси и суммой абсолютных объемов крупного заполнителя, цемента и воды по формуле:

П=[1000-(Ц/ρ_ц+В/ρ_в+Щ(Г)/ρ_щ(г))]∙ρ_п (3.6.)

где:Ц, В, П, Щ(Г) - содержание цемента, воды, песка, щебня (гравия), кг; ρ_ц, ρ_в, ρ_щ(г), ρ_п - истинные плотности цемента, воды, щебня (гравия), песка, кг/л (кг/дм³).

3.3. Производственный ("полевой") состав

В производственных условиях обычно применяют песок и щебень (гравий) естественной влажности, поэтому определяют производственный состав с учетом влажности песка и щебня (гравия):

Ц_пр=Ц (3.7.)

П_пр=П+П∙(W_п/100) (3.8.)

Щ_пр=Щ+Щ∙(W_щ/100)(3.9.)

В_пр=В-[(П∙W_п/100)+(Щ∙W_щ/100)] (3.10.)

где:W_п, W_щ – влажность песка и щебня, % по массе; П_пр, Щ_пр, В_пр - расходы песка, щебня, воды с учетом естественной влажности (производственный, полевой состав),кг; Ц, П, Щ, В - расходы цемента, песка, щебня, воды в составе, определенном расчетом, кг.

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.

Варианты заданий к контрольной работе № 1

Вариант № 1

Вопросы:

1. Свойства, характеризующие отношение материалов к действию воды и водяных паров. Методы их оценки.

2. Дать классификацию горных пород в зависимости от условий образования. Привести примеры.

3. Что является сырьем для производства стекла ? Материалы и изделия на основе ст