Строительные материалы. 
Строительные материалы

К главным научным принципам проектирования составов искусственных конгломератов оптимальной структуры относятся: наибольшее приближение технологических режимов и параметров, используемых в лабораторной практике проектирования состава, к реальной технологии производства конгломератной смеси и изделий; обеспечение возможно большей равномерности распределения частиц разной крупности, пор, поверхностей раздела фаз и других структурных элементов по объему материала; обеспечение заданных свойств на уровне числовых значений экстремумов при оптимальной структуре; применение общих объективных закономерностей, присущих конгломератным материалам оптимальной структуры и, в том числе, закона конгруэнции, закона створа, закона прочности и других; использование общего метода и средств проектирования оптимального состава и точная реализация проектного состава на производстве.

Выветривание горных пород — это процесс разрушения и химического изменения горных пород под влиянием температуры, химического и механического воздействия на них атмосферы, воды и организмов.

Различают три типа выветривания:

• · Физическое выветривание — это процесс механического раздробления горных пород без изменения химического состава образующих их минералов;
• · Химическое выветривание — это процесс химического изменения горных пород и минералов и образования новых, более простых соединений в результате реакций растворения, гидролиза, гидратации и окисления;
• · Биологическое выветривание — это процесс химического разрушения и химического изменения горных пород и минералов под влиянием организмов и продуктов их жизнедеятельности;

Различают химические и конструктивные способы защиты от выветривания. К химическим способам защиты относится обработка природных камней из карбонатных горных пород (мрамор, известняк, доломит) флюатами — солями кремнефтористоводородной кислоты. В результате образуются нерастворимые соединения фтористого кальция, магния, кремниевой кислоты, уплотняющие поверхностный слой материала.

Поверхности природных каменных материалов уплотняются также попеременной пропиткой их растворимым стеклом и хлористым кальцием, а также другими веществами, в результате чего образуются нерастворимые соединения, закупоривающие поры. Эффективной защитой каменных материалов от воды является гидрофобизация их водными растворами кремнийорганических соединений и обработка другими полимерными соединениями.

Конструктивные способы защиты от выветривания сводятся к тому, что изделиям из природного камня придают определенную форму, которая не задерживает воду на их поверхности.

Основные механические свойства дорожно-строительных материалов:

· Истираемость — способность материала уменьшаться в массе и объеме под действием истирающих усилий. Истираемость определяют на стандартных машинах, вычисляя массу истертого образца к его площади (г/см2). Истираемость имеет большое значение для строительных материалов, используемых в дорожных покрытиях.

Истираемость щебня (гравия) оценивают путем испытания в полочном барабане. Количество чугунных или стальных шаров в барабане, а также количество оборотов барабана назначают в зависимости от размера испытуемого материала.

где И — показатель истираемости;

Р1 — масса щебня (гравия) до испытания;

Р2 — масса щебня (гравия) после просеивания пробы, прошедшей испытание;

· Износ — свойства материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ определяют на образцах, которые испытывают во вращающихся барабанах со стальными шарами. Показатель износа — потеря массы образца (%) в процессе испытания.

По потере массы при износе (истирании) в полочном барабане щебень подразделяют на очень прочный (износ менее 20%), прочный — 21…30%, средней прочности — 31…45%, слабый — 46…55%, очень слабый — более 56%.

• · Хрупкость — свойства материалов под влиянием внешних сил разрушаться, не давая остаточных пластических деформаций. Хрупкость противоположна пластичности. Хрупкость и пластичность материалов зависят от температуры и режима нагружения. Например, битумы хрупки при пониженной температуре и быстро нарастающей нагрузке, пластичны при медленно действующей нагрузке и повышенной температуре. Хрупкие материалы плохо сопротивляются напряжению, динамическим и повторным нагрузкам.
• · Вязкость — свойство твердых тел под воздействием внешних сил необратимо поглощать механическую энергию при пластической деформации. Абсолютно упругих и абсолютно вязких материалов нет, все дорожно-строительные материалы обладают в той или иной степени упругостью и вязкостью.

где — коэффициент вязкости;

• — напряжение, МПа;
• — скорость изменения относительной деформации, С-1.

Дан зерновой состав песка, масса пробы 1000 г.

Требуется:

• а) вычислить частные и полные остатки на ситах, %;
• б) определить модуль крупности песка и группу песка.

По результатам просеивания определяют частный остаток на каждом сите, по формуле.

где mi — масса остатка на данном сите, г; m — масса пробы, г.

Определяют полные остатки на каждом сите в процентах массы пробы, равные сумме частных остатков на данном сите и всех ситах с большими размерами отверстий по формуле.

.

где — частные остатки на соответствующих ситах.

Таблица 1 Зерновой состав песка.

Определяем модуль крупности песка Мк без зерен размером крупнее 5 мм и менее 0,16 мм по формуле.

Группа песка по модулю крупности находится в категории свыше 3,5, т. е. очень крупный.

Предварительно напряжённый 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.

Если сравнивать между собой железобетон и преднапряженный бетон, то преднапряженный бетон более предпочтителен для конструкций больших пролетов. Экономичность предварительно-напряженного бетона основана на более высокой несущей способности его при одновременной экономии материалов. Его преимущество в строительно-технической области — это малые деформации строительных конструкций, отсутствие трещин в бетонных поверхностях и связанная с этим защита от коррозии. Без предварительного напряжения нельзя изготовить экономичные стройные большепролетные конструкции и сооружения, например, в строительстве мостов и в сборном строительстве.

Определение прочности бетона неразрушающими методами.

Прочность бетона определяют по предварительно установленным градуировочным зависимостям между прочностью бетонных образцов по ГОСТ 10 180 и косвенным характеристикам прочности.

В зависимости от применяемого метода косвенными характеристиками прочности являются:

• · значение отскока бойка от поверхности бетона (или прижатого к ней ударника);
• · параметр ударного импульса (энергия удара);
• · размеры отпечатков на бетоне (диаметр, глубина и т. п.) или соотношение диаметров отпечатков на бетоне и стандартном образце при ударе индентора или его вдавливании в поверхность бетона;
• · значение напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве приклеенного к нему металлического диска, равного усилию отрыва, деленному на площадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска;
• · значение усилия местного разрыва, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции;
• · значение усилия местного разрушения бетона при вырыве из него анкерного устройства.

Механические методы неразрушающего контроля применяют для определения прочности бетона всех видов нормируемой прочности, контролируемых по ГОСТ 18 105, а также для определения прочности бетона при обследовании и отбраковки конструкций.

Рассчитать компонентный состав тяжелого цементобетона на 1 м³ бетонной смеси.

Таблица 2 Расчетные данные для определения состава тяжелого бетона

· Определим В/Ц по формуле:

• · Определим расход воды для получения требуемой подвижности бетонной смеси:
• · Расход цемента:

• · Коэффициент раздвижки зерен по установленным В/Ц и расходу цемента:
• · Расход щебня:

Расход песка:

Таким образом, компонентный состав тяжелого цементобетона (на 1 м³ бетонной смеси) будет: щебень — 1183,43 кг; песок — 654,02 кг; цемент — 281,92 кг; вода — 170 л.

Медные сплавы — латуни и бронзы по сравнению с медью более дешевы, имеют лучшие литейные свойства, большую прочность и хорошо обрабатываются резанием. Кроме свойств, присущих меди, они обладают способностью прирабатываться и противостоять изнашиванию. Это важное эксплуатационное качество — антифрикционность — обусловливает широкое применение медных сплавов, особенно бронз, в деталях машин, работающих в условиях повышенного трения (червячные колеса, гайки винтовых передач, вкладыши подшипников скольжения и др.).

· Латунь — медноцинковый сплав. Различают простые латуни, состоящие из меди и цинка, и специальные — содержащие дополнительно легирующие элементы, которые улучшают механические свойства латуни. Маркировка латуней: первая буква Л указывает на название сплава — латунь. Следующая за ней цифра обозначает среднее содержание меди в процентах. Специальные латуни маркируются дополнительно буквами, обозначающими легирующие элементы: А — алюминий, Мц — марганец, К — кремний, С — свинец, О — олово, Н — никель, Ж — железо. Первые две цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание меди в процентах, последующие цифры — содержание других элементов; остальное в сплаве цинк. Буква Л — в конце марки указывает, что латунь литейная. Например, марка ЛАЖ60−1-1 — специальная, алюминиево-железистая латунь содержит 60% меди, 1% - алюминия, 1% - железа, остальное цинк.

Бронза — сплав меди с оловом, марганцем, алюминием, фосфором, никелем и другими элементами. В зависимости от состава бронзы делятся на оловянистые и специальные (безоловянисые). Маркировка бронз основана на том же принципе, что и латуней. Впереди стоят буквы Бр — бронза, далее следуют буквенные обозначения элементов, входящих в состав сплава, и за ними — цифры, указывающие среднее содержание этих элементов в процентах. строительный материал песок бетон Алюминиевые сплавы, имея положительные качества алюминия, обладают, кроме того, повышенной прочностью и лучшими технологическими свойствами. Благодаря малой плотности их принято называть легкими сплавами. В зависимости от состава и технологических свойств алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные. Их марки обозначаются буквами и цифрами. Так, например, деформируемые сплавы на основе алюминий — медь — магний (дюралюминий) маркируются буквой Д; алюминий — марганец: АМц, алюминий — магний: АМг; сплавы для поковок и штамповок — АК; литейные сплавы АЛ. Цифры после букв соответствуют порядковому номеру сплава. Лучшими литейными сплавами являются сплавы на основе алюминий — кремний, называемые силуминами.

Важнейшие физические свойства древесины: плотность (в воздушно-сухом состоянии), влажность, проницаемость для жидкостей и газов, запах, текстура, цвет, блеск и др. Эстетические характеристики древесины играют немаловажную роль в определении областей ее применения как декоративно-отделочного материала. А в случае применения древесины как конструкционного материала первостепенное значение приобретают ее механические свойства: прочность на растяжение и сжатие (вдоль и поперек волокон), статический изгиб, сдвиг, модуль упругости, сопротивление ударному изгибу, твердость и др. Важными являются и такие технологические свойства древесины, как легкость обработки механическими (режущими и абразивными) инструментами, способность удерживать металлические крепления, хорошая склеиваемость и окрашиваемость, способность к загибу и т. п. Изделия из древесины эффективно применяются в промышленном, сельском и гражданском строительстве, при возведении различных несущих конструкций, при изготовлении стандартных малоэтажных домов и т. д.

Положительные свойства древесины:

• · Низкая плотность;
• · Относительная прочность;
• · Легкость обработки;
• · Возможность воспроизводства;
• · Химическая стойкость;
• · Возможность изготовления конструкций самых разнообразных конфигураций;
• · Низкий коэффициент теплопроводности;
• · Относительно высокая огнестойкость;
• · Технологичность.

Масса образца камня в сухом состоянии равна 50 г. Определить массу образца после насыщения его водой, если известно, что объемное водонасыщение равно 18%, а плотность камня — 1,8 г/см3.

Водонасыщение по объему:

Водонасыщение по массе:

Масса образца камня после насыщения его водой равна 55 г.