Контрольная работа по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Министерство  образования РФ

Пермский государственный  технический университет

 

 

 

 

 

Контрольная работа № 1.

(по  курсу «Материаловедение и технология  конструкционных материалов»)

 

Вариант № 7

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Пермь

 

Содержание:

Задача 1

Задача 2

Водостойкость материалов и их значение. Примеры водостойких материалов.

Классификация материалов по их теплотехническим характеристикам.

Способы изготовления и свойства керамических облицовочных плиток.

Методы защиты природных каменных материалов от разрушения.

Глиноземистый цемент.

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 1. Известняк-ракушечник имеет среднюю  плотность 1400 кг/м³, коэффициент морозостойкости его 0,6. Определить водопоглощение по массе, если истинная плотность его 2700 кг/м³.

Решение:

1. Определяем общую пористость по формуле:

,         

2. Определяем водопоглощение известняка-ракушечника по объему:

=> W_v=K_м*П_об

где К_м - коэффициент морозостойкости

W_v=48,15%*0,6=28,9%=2,89

3. Определим водопоглощение известняка-ракушечника по массе:

-водопоглощение известняка-ракушечника  по массе;

-водопоглощение известняка-ракушечника  по объему;

=2,89 V_c

Ответ: Водопоглощение известняка-ракушечника по массе 2,06 или 20,6%

 

 

 

 

 

Задача  №2

Определить  среднюю плотность и пористость гипсового камня с влажностью 8%. При твердении происходит увеличение объема камня на 1%. Плотность вяжущего вещества 2,6 г/см³, плотность камня 2,2 г/см³, гипсовое отношение 0,5.

Решение:

1) Пористость  равна: 

Побщ = mв/ρв*(Vв +Vгип),

где ρв - плотность  воды (1 г / см³)

mв - масса воды, г

Vв - объем воды, см³

Vгип - объем гипса, см³

Тогда,

Побщ = mв /(Vв + Vгип),

2) Определим  объем воды:

Vв = mв/ρв ,

Так как ρв = 1 г/см³, то:

Vв = mв,

3) Определим  объем камня:

Vгип= mгип/ρгип,

где mгип - масса камня, г

ρгип - плотность камня (2,2 г / см³)

4) По условию  задачи

mв = 0,08 mгип

Тогда,

Побщ = 0,08 mгип / (0,08 mгип +1,01* (mгип / 2,2))

Побщ = 0, 08 mгип / 0,49 mгип = 0,16 или 16 (%)

5. Определим среднюю плотность гипсового камня:

 г/см³

Ответ: Пористость равна 16 %,  среднюю плотность гипсового камня 1,73 г/см³

 

Вопросы:

1. Водостойкость материалов и их значение. Примеры водостойких материалов.

Водостойкость – способность материала сохранять прочность при насыщении водой. У одних материалов (например, у цементного бетона) прочность при насыщении водой увеличивается, у других (например, у гипсовых материалов) – резко снижается.

Показателем водостойкости является коэффициент размягчения К_разм, который определяется как отношение предела прочности (при сжатии) материала в насыщенном водой состоянии R_cx к пределу прочности сухого материала R_сж: К_разм = R‘_сж / R_сж

Значения коэффициента размягчения для различных материалов находятся в интервале от 0 (необожженные глиняные материалы) до 1 (стекло, металлы, битум, фарфор). Материалы с коэффициентом размягчения не менее 0,8 относят к водостойким.

Количественно влажность оценивают обычно по массе  воды (в %), поглощенной образцом (т.н. водопоглощению), или по относительному изменению количественных показателей (чаще всего линейных размеров, электрических или механических свойств) после определенного времени пребывания в воде. Как правило, влажность характеризуют коэффициентом разупрочнения Кр (отношение величины прочности при растяжении, сжатии или изгибе насыщенного водой материала к соответствующему показателю его в сухом состоянии). Водостойкими считают материалы, у которых Кр больше 0,8. К ним относят, например, многие металлы, спеченную керамику, стекло, фторопласты, полиолефины. Влажность пористых материалов зависит как от их природы, так и от величины пор и их распределения в объеме материала. При насыщении водой у таких материалов практически не меняются линейные размеры, но прочность снижается. В. полимерных материалов связана с наличием гидрофильных функциональных групп в макромолекуле (например, группа ОН в поливиниловом спирте, CONH – в белках и полиамидах), а также гидрофильных низкомолекулярных компонентов-наполнителей (древесная мука, асбест и т. п.). Снижение прочностных свойств у неорганических материалов обусловлено химическим взаимодействием с водой отдельных компонентов, входящих в их состав (например, СаО и MgO в керамике), или действием воды как адсорбционно-активной среды (увеличивает возможные трещины в материале). У термопластичных полимеров снижение прочности обусловлено изменением межмолекулярного взаимодействия или надмолекулярной структуры, а также гидролизом связей в макромолекулах. Влажность материалов на основе термореактивных смол зависит главным образом от типа наполнителя и его количества, характера отвердителя и степени отверждения, влажность резин – в основном от способа и степени вулканизации, количества и природы наполнителя. В некоторых случаях при воздействии воды прочность материала может увеличиваться, например цементного бетона при твердении, что обусловлено химическим взаимодействием компонентов цемента с водой с образованием прочного цементного камня. Влажность -важный показатель, особенно для материалов, которые эксплуатируются в постоянном контакте с водой (опоры мостов, плотины, трубы, облицовка реакторов и др.). Водостойкими, например являются кварцит, гранит, мрамор и др.

2. Классификация материалов по их теплотехническим характеристикам

В наиболее распространенном смысле под теплоизоляцией понимают технико-экономические мероприятия  по уменьшению потерь тепла во внешнюю  среду зданиями и сооружениями, а  также тепловыми установками  и трубопроводами. При относительно небольших материальных вложениях, применение теплоизоляционных материалов в строительстве позволяет:

• Создать оптимальные температурно-климатические условия в помещении, что способствует хорошему самочувствию и повышению работоспособности людей.
• Повысить степень индустриализации строительных работ путем заводского изготовления деталей и конструкций для сборного строительства.
• Уменьшить во многих случаях потребность в основных строительных материалах: бетоне, кирпиче, древесине и др.
• Снизить вес ограждающих строительных конструкций (стен, перекрытий), облегчить несущие строительные конструкции (фундаменты, колонны).
• Сократить расход топлива на отопление зданий.

В промышленности тепловая изоляция зданий, сооружений и конструкций является одним  из основных факторов сокращения потерь тепла и экономии топлива. Ее широко применяют в металлургии, машиностроении, энергетической, нефтяной, химической и других отраслях промышленности, при изоляции трубопроводов различного назначения.

По типу изготовляемых  изделий теплоизоляционные материалы классифицируются на:

- Штучные (плиты,  блоки, маты, цилиндры, полуцилиндры, скорлупы, шнуры и пр.).

- Сыпучие и  рыхлые материалы.

- Сыпучую и  рыхлую теплоизоляцию в настоящее  время применяют достаточно редко,  поскольку она выделяет пыль  и требует больших трудозатрат при монтаже. Основная область ее применения – утепление чердачных и подвальных помещений. Цилиндры, полуцилиндры и скорлупы применяются для теплоизоляции трубопроводов. Шнуры используются для утепления труб небольших диаметров, стыков, криволинейной арматуры и т.д.

По типу применяемого исходного сырья, теплоизоляционные  материалы делятся на:

- неорганические (минеральная вата, ячеистые бетоны, теплоизоляционная керамика, материалы  на основе перлита и вермикулита).

- органические (утеплители на основе целлюлозы – т.н. «эковата», древесно-волокнистые плиты, газонаполненные пластмассы).

Основными теплоизоляционными материалами, применяемыми сегодня  в строительстве являются:

• минеральные теплоизоляционные материалы (минеральная вата, ячеистые бетоны, ячеистое стекло и другие);
• материалы на основе пенопластов (экструдированный пенополистирол (XPS) и пенополистирол (EPS), пенопласт, пенополеуретан и другие);

Теплоизоляционные материалы в зависимости от назначения подразделяют на изоляционно-строительные, которые применяют для утепления строительных ограждений, и изоляционно-монтажные —для утепления трубопроводов и промышленного оборудования. Деление это условно, так как некоторые материалы используют как для изоляции строительных конструкций, так для изоляции промышленных объектов.

Теплоизоляционные материалы классифицируют по следующим  признакам:

1.  Структуре:

•   волокнистые (минераловатные, стекловолокнистые и др.);

•   зернистые (перлитовые, вермикулитовые);

•   ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пеностекло, пенопласты, совелитовые и др.).

2.   Средней плотности:

•   на группы и марки; материалы, которые имеют промежуточные значения плотности, не совпадающие с указанными выше, относятся к ближайшей большей марке.

3.   Жесткости:

•   мягкие (М) — сжимаемость свыше 30 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (минеральная и стеклянная вата, вата из каолинового и базальтового волокна, вата из супертонкого стекловолокна, маты и плиты из штапельного стекловолокна); 

•   полужесткие (П) — сжимаемость от 6 до 30 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты минераловатные и из штапельного стекловолокна на синтетическом связующем);

•   жесткие (Ж) — сжимаемость до 6 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты из минеральной ваты на синтетическом или битумном связующем);

•    повышенной жесткости (ПЖ) — сжимаемость до 10 % при удельной нагрузке 0,04 МПа (плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующем);

•   твердые (Т) — сжимаемость до 10 % при удельной нагрузке 0,1 МПа.

4.   Теплопроводности:

•    класс А — низкой теплопроводности — теплопроводность при средней температуре 298 К (25 °С) до 0,06 Вт/(м • К);

•   класс Б — средней теплопроводности—теплопроводность при средней температуре 298 К от 0,06 до 0,115 Вт/(м • К);

•    класс В — повышенной теплопроводности — теплопроводность от 0,115 до 0,175Вт/(м-К);

5.    Горючести (СНиП 21-01-97):

•    негорючие (НГ);

•     слабогорючие (П);

•     умеренногорючие (Г2);

•      нормальногорючие (ГЗ);

•      сильногорючие (Г4).

3. Способы изготовления и свойства керамических облицовочных плиток.

Производство керамической плитки мало чем отличается от технологии изготовления прочих изделий из керамики. Независимо от типа керамической плитки, процесс изготовления состоит из следующих этапов : 

1. приготовления смеси (порошка или тестообразной массы); 
              2. формовки; 
              3. сушки; 
              4. обжига; 
              5. сортировки.

Производство глазурованной  плитки предполагает ещё один этап, предшествующий обжигу, нанесение глазури. В зависимости от метода формовки керамические плитки делятся на:  -прессованные; - экструдированные.  

Прессованные керамические плитки изготавливают из глиняной порошкообразной  смеси с низким содержанием влаги (4-7 %), которая под высоким давлением  порядка 200-400 кг/кв.см. сдавливается одновременно в двух направлениях. При этом используется специальный штамп, позволяющий получать плитки с одинаковой плотностью. Под давлением происходит частичная деформация гранул исходного сырья, благодаря которой керамическая плитка приобретает заданные свойства. В настоящий момент 95% керамической плитки формируется именно способом прессования. Прессованная плитка имеет низкопористую структуру и используется в основном для настилки полов. При работе с прессованной плиткой можно выполнять достаточно узкие разбежки. 

Экструдированные керамические плитки получают из тестообразной массы (с  содержанием воды 15-20%), которая принимает  необходимую форму при прохождении  через отверстия экструдера - агрегата, устроенного по принципу мясорубки. Экструдер вытягивает глиняную в ленту, которую потом нарезают на плитки требуемой толщины. Часто экструдированная плитка имеет простоватый, несколько деревенский внешний вид, что только добавляет ей обаяния. При этом по точности размеров и сложности формы такая плитка многократно превосходит прессованную, так как форма отверстий экструдера может быть самой причудливой. Плитки, полученные данным способом, по внешнему виду мало отличаются друг от друга и требуемых стандартов. Сегодня экструдирование - наиболее прогрессивная технология изготовления керамической плитки, за которой многие специалисты признают большое будущее. Существуют ещё литые керамические плитки. Для их производства используют глиняную массу сметанообразной консистенции, которую разливают по формам и высушивают. При таком способе формировании плитки получаются неодинаковыми по размеру и толщине.