Классификация и свойства строительных материалов

бетон смесь кирпич арматура

1. Напряженно-армированный бетон

2. Как определить удобноукладывавание бетонной смеси

3. Перечислите имеющиеся разновидности красного кирпича, укажите основные требования к сырью для его производства

4. Механическое напряжение арматуры

5. Сущность стыковой, точечной и роликовой сварки. Область их применения Задачи Список использованных источников

Строительство как главная отрасль производства любой страны потребляет ежегодно колоссальное количество энергетических, материальных и людских ресурсов, является одной из самых экологически опасных сфер деятельности человека. Поскольку стоимость строительных материалов составляет до 60% общей стоимости зданий и сооружений, то понятно, насколько важно сделать правильный выбор материалов с учетом возможных затрат на их производство, качества, транспортных и технологических расходов с учетом долговечности объектов. Особое внимание в связи с программами устойчивого развития должно уделяться теплоэнергетическим затратам на производство строительных материалов и эксплуатацию их в готовых объектах, а также возможность последующего их использования по окончании срока службы зданий и сооружений.

Строительные материалы — это природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений.

Контрольная работа раскрывает вопросы классификации и свойств некоторых строительных материалов, а также область их использования и применения; содержит решение практических задач.

1. Напряженно-армированный бетон

Бетон — строительный материал, искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси вяжущего вещества (цемент или др.), заполнителей, воды. В ряде случаев может содержать специальные добавки.

Бетон имеет недостаток, присущий всем каменным как природным, так и искусственным материалам, — он хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Прочность бетона при растяжении составляет всего около 1/10…1/15 его прочности на сжатие. Чтобы повысить прочность бетонных конструкций на растяжение и изгиб, в бетон укладывают стальную проволоку или стержни, называемой арматурой.

Арматура в переводе с латинского означает «вооружение», т. е. стальная арматура как бы вооружает, укрепляет бетон. Армированный стальными стержнями бетон называют железобетоном. Каменные конструкции армированные металлом, были известны давно, но в современном виде железобетон появился лишь во второй половине XIX века, когда было освоено промышленное производство портландцемента.

Смысл армирования можно пояснить на элементах, работающих на изгиб (балках, ригелях). В таких элементах часть поперечного сечения элемента подвергается сжатию, а другая — растяжению. Если балку изготовить из неармированного бетона, то вследствие низкой его прочности на растяжение (1…4 МПа) уже под небольшой нагрузкой бетон в растянутой зоне растрескивается и балка разрушится. Если же в растянутую зону ввести стальную арматуру, то она примет на себя растягивающие напряжения (прочность стали при растяжении более 200 МПа), и балка, хотя на ней могут появиться трещины, не разрушится даже при больших нагрузках. В ряде случаев армируют элементы, работающие и на сжатие (колонны, сваи), так как и на сжатие сталь в 5… 10 раз прочнее бетона.

Причиной, почему арматура принимает на себя большую часть нагрузки, является различие в модулях упругости стали 2 * 105 МПа и бетона (2…3) х 104 МПа. Из-за того, что модуль упругости стали в 10 раз выше модуля упругости бетона, при нагружении железобетонного элемента напряжения, возникающие в стали, приблизительно в 10 раз выше, чем напряжения в бетоне, т. е. в материале происходит как бы перераспределение нагрузки.

Бетон благодаря своей плотности и водонепроницаемости, с одной стороны, и щелочной реакции цементного камня в бетоне, с другой, защищает сталь от коррозии. Кроме того, бетон как сравнительно плохой проводник теплоты защищает сталь от быстрого нагрева при пожарах. Стальные конструкции при пожаре быстро нагреваются, сталь размягчается и вся конструкция начинает деформироваться даже под собственным весом. В железобетонных конструкциях стальная арматура защищена от огня слоем бетона Предварительно напряжённый железобетон (преднапряжённый железобетон) — это строительный материал, предназначенный для преодоления неспособности бетона сопротивляться значительным растягивающим напряжениям.

При изготовлении железобетона прокладывается арматура из стали с высокой прочностью на растяжение, затем сталь натягивается специальным устройством и заливается бетонной смесью. После схватывания сила предварительного натяжения освобождённой стальной проволоки или троса передаётся окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Такое создание напряжений сжатия позволяет частично или полностью устранить растягивающие напряжения от нагрузки.

В современном строительстве все большее применение находит напряженно-армированный бетон. Прочность бетона на растяжение в 10…20 раз ниже, чем на сжатие. В железобетоне этот недостаток устраняют введением в растянутую зону арматуры. Однако вследствие малой растяжимости бетона в растянутой его зоне возникают трещины, после чего всю нагрузку воспринимает только арматура. Пока ширина трещины менее 0,1…0,2 мм (так называемые волосяные трещины), они не опасны с точки зрения сцепления арматуры с бетоном и коррозии арматуры.

В настоящее время применяют два способа получения напряженно-армированного бетона. Один из них заключается в том, что арматуру натягивают и закрепляют на специальных анкерах, а затем укладывают бетон. После того как бетон достаточно затвердеет, арматуру освобождают и она, сжимаясь, сжимает бетон. Другой способ: в бетоне оставляют специальные каналы для напрягаемой арматуры. После затвердевания бетона арматуру вводят в каналы и натягивают, используя в качестве опоры затвердевший бетон. При этом в бетоне возникают сжимающие напряжения. После натяжения арматуры каналы заполняют цементным раствором.

В предварительно напряженных железобетонных конструкциях более полно используется прочность стали и бетона, поэтому уменьшается масса изделий. Кроме того, предварительное обжатие бетона, препятствуя образованию трещин, повышает его долговечность.

Армирование может быть обычным и предварительно напряженным. Возможности обычного армирования ограничены, несмотря на то, что оно способно существенно увеличивать несущую способность готовых конструкций. Объясняется это невысокой растяжимостью бетона — даже небольшая нагрузка способствует появлению в нем трещин, прогибов и т. д. Такого рода дефекты, в свою очередь, способствуют попаданию влаги внутрь материала, что оборачивается коррозией арматурной стали. Для того, чтобы преодолеть этот барьер, и были созданы предварительно напряженные конструкции. Предварительное напряжение конструкции достигается за счет обжатия бетона натянутой арматурой. Поэтому силы, воздействующие на батон, вынуждены сначала нейтрализовать уже имеющееся обжатие.

Предварительное напряжение позволяет повысить устойчивость конструкции к появлению трещин, экономит стальную арматуру и дает возможность снижать массу готового изделия (или увеличивать его размер при сохранении массы). Экономия арматуры достигается за счет возможности использования высокопрочных видов стали (при обычном армировании ее попросту невозможно рационально использовать — сильное растяжение высокопрочной стали вызывает растрескивание и деформацию бетона).

Применение предварительно напряженных конструкций дает возможность изготавливать крупные элементы из железобетона (балки, плиты и т. д.), использующиеся для перекрытия довольно широких пролетов, а также тонкостенные конструкции (панели-оболочки), применяемые при возведении различных видов зданий.

Такие конструкции широко используются в энергетическом строительстве — предварительно напряженный железобетон часто применяют для изготовления труб большого диаметра (из них производят опоры для линий электропередачи, напорные водоводы, и т. д.). Предварительно напряженный железобетон — незаменимый материал при строительстве шлюзов, плотин, гидроэлектростанций.

2. Как определить удобноукладывавание бетонной смеси

Самым важным и принципиальным техническим свойством любой бетонной смеси является её удобоукладываемость — т. е. укладка бетона должна быть удобной и смесь способной принимать необходимую форму без потери показателей однородности.

Чтобы определить удобоукладываемость смеси специалисты используют три основных параметра: подвижность (П), жесткость (Ж) и связанность. Каждый параметр характеризуется определенными свойствами бетона.

Для определения бетонной смеси на подвижность используют два эталонных образца-конуса (изготавливаются из одной смеси), с помощью которых определяют осадку. Среднее арифметическое двух показателей считается достоверным параметром подвижности. Если подвижность нулевая, удобоукладываемость бетонной смеси определяется параметром жесткости.

Жесткость бетонной смеси равна времени © вибрации, которое нужно для сглаживания и уплотнения, ранее отформованного контрольного образца-конуса из бетонной смеси.

Главный фактор, который определяет удобоукладываемость бетона — объем воды затворения. Данный объем воды распределяется на цементный тест и специальный заполнитель. Если объем воды для цементного теста определить как Вц, а для заполнителя как Взап, то общий объем воды (В) будет равен В=Вц+Взап. Реологические свойства бетонной смеси (вязкость и сопротивление напряжению сдвига), а также технические свойства (подвижность и жесткость) определяются объемом воды в цементном тесте.

Количество необходимой для отдельного типа заполнителя воды определяется суммарным показателем поверхности зерен данного заполнителя. Именно поэтому мелкие, рассыпчатые пески требуют большого количества воды.

Технология приготовления цементной смеси требует постоянного сохранения соотношения воды и цемента, поэтому с увеличением расхода воды увеличивается расход цемента. Используя мелкие пески, перерасход цемента может достигать 15−25%, поэтому его смешивают с более крупным песком и пластифицирующими добавками.

3. Перечислите имеющиеся разновидности красного кирпича, укажите основные требования к сырью для его производства

Кирпич — это искусственный камень, изготавливаемый в виде брусков из обожженной глины и используемый для строительства. [3, с. 71]

По составу и способу производства кирпич делится на три группы:

— керамический кирпич

— силикатный кирпич

— бетонный кирпич (изготовленный по методу гиперпрессования)

Кирпич красный — один из немногих материалов, применение которых в регионах России возможно практически с любым климатом. Изготавливается он из глины, а это значит, что является экологически чистым и востребованным строительным материалом, т.к. обладает рядом ценных свойств: высокой прочностью, хорошей теплои звукоизоляцией, низким водопоглощением и высокой морозостойкостью.

В настоящее время производится несколько видов кирпича. Так различают печной, строительный и облицовочный кирпич, которые применяют соответственно при кладке печей, возведения зданий и вешней отделке. Строительный красный кирпич может быть полнотелым и пустотелым (последний также называют щелевым или поризованным).

Полнотелый кирпич несколько проигрывает пустотелому по теплофизическим свойствам и больше весит, однако при строительстве несущих элементов конструкций: фундаментов, колонн, цокольных этажей, применяется полнотелый кирпич, т.к. он обладает большей прочностью.

Красный керамический кирпич производят из глины. Чаще всего используется глина красного цвета, отсюда кирпич и получил своё название. Несмотря на то, что кирпич называют красным, он может быть разных оттенков, например, абрикосового, розового или жёлтого. Благодаря этому можно выбрать строительный материал, по своей цветовой гамме наиболее соответствующий вкусам владельца дома.

Хороший керамический кирпич производится из глины, добытой мелкой фракцией с постоянным составом минералов. При постоянном составе минералов цвет кирпича при производстве одинаковый, что характеризует лицевой кирпич. Месторождения глины с однородным составом минералов и многометровым слоем, пригодным для добычи одноковшовым экскаватором, очень редки и почти все разработаны.

Для производства кирпича всегда используется глина, непригодная для других керамических изделий, но это не означает, что она самая плохая, просто качества глины, которые важны в производстве, например посуды, не важны для кирпича. До принятия решения о постройке завода на основе месторождения проводятся промышленные испытания пригодности глины для производства керамического кирпича. Испытания проводятся по специальной стандартной методике, заключающейся в подборе технологии для переработки глины данного месторождения.

Перед разработкой таких месторождений обязательно проводят испытания и исследования. Испытания дают ответ на несколько вопросов: есть ли в месторождении слой однородной глины, пригодный для промышленной разработки; если нет, то пригоден ли средний состав глины для производства кирпича, какие добавки требуются для получения качественного кирпича, какая нужна техника для добычи, оборудование для переработки.

4. Механическое напряжение арматуры

Как правило, механическое натяжение арматуры осуществляется гидравлическими и винтовыми домкратами. Можно использовать и простейшие грузовые устройства и приспособления, представляющие собой систему лебедок, блоков, рычагов и полиспастов, оснащенных динамометрами. Раскладку прядей арматуры производят по принципу полиспаста. Арматуру натягивают на упоры стенда или формы. При этом натяжение может осуществляться одиночными стержнями, группами стержней или одновременно всей арматурой. Во всех случаях необходимо соблюдать условия симметричности и равномерности передачи усилий от напрягаемой арматуры на днище формы. Кроме того, необходима и определенная последовательность передачи механических усилий на арматуру. Первоначально передается усилие, составляющее 45—50% от проектного значения. При таком натяжении проверяется правильность расположения стержней и анкерных устройств. Затем натяжение арматуры доводят до усилия, превышающего проектное на 10%, делается выдержка напряжения в течение 3—5 мин, после чего усилия в арматуре снижают до проектных.

Одна из наиболее трудоемких технологических операций при производстве предварительно напряженных железобетонных изделий — укладка и натяжение стержней.

Процесс механического натяжения арматуры заключается в укладке полного комплекта подготовленных мерных стержней в упоры подвижной и неподвижной траверс силовой формы—установки. К подвижной траверсе крепятся гидравлические домкраты, каждый из которых одним концом упирается в форму — установку, а другим перемещает подвижную траверсу. Натяжение арматуры контролируется электроконтактным манометром. По достижении заданного усилия натяжения подвижная траверса фиксируется. После передачи натяжения на бетон фиксаторы убираются. Траверса может одновременно натягивать до 30 стержней.

Систему группового гидравлического натяжения напрягаемой арматуры используют при изготовлении железобетонных конструкций типа подкрановых балок длиной 18 м, ферм длиной 18 и 24 м и других изделий. Диаметр арматурных стержней до 30 мм.

Контролируют натяжение арматуры по его замерам и удлинению арматуры. Натяжение арматуры осуществляется гидродомкратами различных типов, например, СМЖ-81, -82,-84 и др. с максимальным тяговым усилием, соответственно, (кН): 630, 630, 1000, 25. Диаметр натягиваемой проволочной или стержневой арматуры от 5 до 40 мм.

При изготовлении предварительно напряженных центрифугированных железобетонных изделий для группового натяжения арматуры используют стенд типа СМЖ-338 с максимальным усилием натяжения — 1100 кН, диаметром бандажа форм 490—700 мм. Непрерывную навивку напрягаемой арматуры осуществляют на навивочной машине СМЖ-360, имеющей максимальное усилие натяжения 26,5 кН. Диаметр наматываемой пряди 6 мм при размере изделия в плане 3100X3100 и высоте до 2370 мм.

5. Сущность стыковой, точечной и роликовой сварки

Область их применения Стыковая сварка — разновидность контактной сварки, при которой заготовки свариваются по всей поверхности соприкосновения. Свариваемые заготовки закрепляют в зажимах стыковой машины. Зажим 1 установлен на подвижной плите, перемещающийся в направляющих, зажим 2 укреплен на неподвижной плите. Сварочный трансформатор соединен с плитами гибкими шинами и питается от сети через включающее устройство. Плиты перемещаются, и заготовки сжимаются под действием усилия, развиваемого механизмом осадки. Стыковую сварку с разогревом стыка до пластического состояния и последующей осадкой называют — сваркой оплавлением. Сварка оплавлением имеет преимущества перед сваркой сопротивлением. В процессе оплавления выравниваются все неровности стыка, а оксиды и загрязнения удаляются, поэтому не требуются особой подготовки места соединения. Можно сваривать заготовки с сечением, разнородные металлы (быстрорежущую и углеродистую стали, медь и алюминий и т. д.).

Наиболее распространенными изделиями, изготовляемые стыковой сваркой, служат элементы трубчатых конструкций, колеса и кольца, инструмент, рельсы, железобетонная арматура.

Точечная сварка — разновидность контактной сварки, при которой заготовки соединяются в отдельных точках. При точечной сварке заготовки собирают внахлестку и зажимают между электродами, подводящими ток к месту сварки. Соприкасающиеся с медными электродами поверхности свариваемых заготовок нагреваются медленнее их внутренних слоев. Нагрев продолжается до пластического состояния внешних слоев и до расплавления внутренних слоев. Затем выключают ток и снимают давление. В результате образуется литая сварная точка.

Точечная сварка в зависимости от расположения электродов по отношению к свариваемым заготовкам может быть двусторонней и односторонней.

Многоточечная контактная сварка — разновидность контактной сварки, когда за один цикл свариваются несколько точек. Многоточечную сварку выполняют по принципу односторонней точечной сварки. Многоточечные машины могут иметь от одной пары до 100 пар электродов, соответственно сваривать 2 -200 точек одновременно. Многоточечной сваркой сваривают одновременно и последовательно. В первом случае все электроды сразу прижимают к изделию, что обеспечивает меньшее коробление и большую точность сборки. Ток распределяется между прижатыми электродами специальным токораспределителем, включающим электроды попарно. Во втором случае пары электродов опускают поочередно или одновременно, а ток подключают поочередно к каждой паре электродов от сварочного трансформатора. Многоточечную сварку применяют в основном в массовом производстве, где требуется большое число сварных точек на заготовке.

Роликовая сварка (шовная) — разновидность контактной сварки, при которой между свариваемыми заготовки образуется прочное и плотное соединение. Электроды выполняют в виде плоских роликов, между которыми пропускают свариваемые заготовки.

В процессе шовной сварки листовые заготовки соединяют внахлестку, зажимают между электродами и пропускают ток. При движении роликов по заготовкам образуются перекрывающие друг друга сварные точки, в результате чего получается сплошной геометрически шов. Шовную точку, так же как и точечную, можно выполнить при двусторонней и одностороннем расположениях электродов.

Шовную сварку применяют в массовом производстве при изготовлении различных сосудов. Толщина свариваемых листов составляет 0,3 — 3 мм. Шовной сваркой выполняют те же типы сварных соединений, что и точечной, но используют для получения герметичного шва.

Задачи

1. Сколько машин грузоподъемностью 5 тонн понадобится для перевозки кирпича для возведения стен первого этажа дома, размером в плане 6×8м. Высота стен 2,7 м. Площадь дверных и оконных проемов в доме 9,6 м². Просчитайте:

1) Использовать обычный полнотелый кирпич (Рм=1700 кг/м³). Толщина стены-2кирпича.

2) Использовать эффективный пустотелый кирпич (с_м=1400 кг/м³). Толщина стены 1,5 кирпича. (Толщину швов и массу раствора при расчете не учитывать).

Сколько кирпича (в тыс.шт.) понадобится для 1 и 2 вариантов в строительстве.

1)Vкладки = (длина стены*высоту стены — площадь дверей и окон)*толщину стены Длина стены=28м Размер полнотелого кирпича- 250×120×65

V_кл=(28*2,7−9,6)*0,24=15,84 м³

V_кир=250*120*65=0,195

Количество кирпича=V_кладки/V_кир

Количество кирпича=15,84/0,195=8123,077

М_кир=V*с

М_кир=1700*0,195=3,315

? М_кир=3,315*8123,077=26 928

Количество машин=26 928/5000=5,3856=6машин

2) V_кладки =(28*2,7−9,6)*0,18=11,88

Размер пустотелого кирпича-250×120×88

V_кир=0,264

Количество кирпича=11,88/0,264=4500

М_кир=1400*0,264=3,696

?М_кир=3,696*4500=16 632

Количество машин=16 632/5000=3,3264=4машин

2. Определите расход материалов на один замес бетоносмесителя вместимостью 1200л, если на 1 м³ бетона расходуется цемента 300 кг, песка 600 кг, щебня 1200 кг, воды 150 л. насыпная плотность: цемента-1300 кг/м³, песка-1400 кг/м³, щебня-1500 кг/м³.

1замес 1200 литров Цемент=300/1300=0,23

Песок=600/1400=0,42

Щебень=1200/1500=0,8

Вода=150/1000=0,15

На 1замес=0,23+0,42+0,8+0,15=1,6

1 м³-1000л

1,2 м³-1200л на 1 замес вместимостью 1200 л=300*1,2=360

600*1,2=720

1200*1,2=1440

150*1,2=180

Всего материалов = 2700кг

1,6×1,2=1,92

1,92−100%

Тогда:

цемент=11,98%

песок=22,40%

щебень=41,7%

вода=7,8%

Список использованных источников

1. Айрапетов Г. А. Строительные материалы: Учебно-справочное пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2005

2. Ивлев А. А. Отделочные строительные работы: Учебник для нач. проф. образования. — М.: ИРПО; Изд. центр «Академия», 1998

3. Казаков Ю. Н., Копанская Л. Д., Тишкин Д. Д. Основы строительного производства. СПб. гос. архит.-строит. ун-т. — СПб.: СПбГАСУ, 2008

4. Основин В. Н. Справочник по строительным материалам и изделиям. Ростов н/Д: Феникс, 2006

5. Петренко В. В., Гречанников Г. С. Строительные материалы и конструкции. М.: Инфра — М, 2000

6. Соколов Г. К., Хамзин С. К. Технология строительного производства. М.: Инфра — М, 1999