Контрольная работа по дисциплине "Материаловедение"

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Февраля 2014 в 09:01, контрольная работа

Описание работы

Вопрос 2
Как влияет состав строительного материала на его свойства (с примера-ми)?
Вопрос 12
Какие схемы испытаний используются для определения прочности мате-риалов при сжатии, изгибе, растяжении?
Вопрос 22
Как образовались глины в природе, и каковы их основные минеральные компоненты?

Содержание работы

Вопрос 2 3
Вопрос 12 4
Вопрос 22 6
Вопрос 32 9
Вопрос 42 10
Задача 2 12
Задача 22 12
Задача 32 13
Список литературы: 14

Файлы: 1 файл

Вариант 2 Вопросы № 2, 12, 22, 32, 42 Задачи 2, 22, 32.doc

— 181.50 Кб (Скачать файл)

Материаловедение и ТКМ

Контрольная работа

Вариант 2

Вопросы № 2, 12, 22, 32, 42 Задачи 2, 22, 32

Содержание

 

Вопрос 2

 

Как влияет состав строительного материала на его свойства (с примерами)?

 

Свойства материалов зависят от их состава и строения. Различают химический, минеральный и фазовый состав.

Химический состав, выражаемый процентным содержанием различных оксидов, влияет на химическую стойкость, огнестойкость, механические свойства материала.

Минеральный состав показывает, какие именно минералы и в каких соотношениях находятся в материале. Так, состав гранита определяется содержанием породообразующих минералов — полевого шпата, кварца, слюды и роговой обманки. Точно так же используют характеристики минерального состава клинкера для оценки свойств цементов. Если материал обладает полиминеральным составом, его свойства зависят от количественного соотношения между минералами, поскольку индивидуальные характеристики минералов неодинаковы. Следовательно, при создании искусственных строительных материалов можно сознательно управлять их свойствами.

Фазовый состав материала также оказывает большое влияние на свойства. В твердой фазе выделяют кристаллическую и аморфную составляющие. Кристаллическая форма состояния вещества более устойчива. Аморфная форма по сравнению с кристаллической характеризуется большим запасом потенциальной энергии, и поэтому аморфные вещества в химическом отношении активнее. Например, кварц (кристаллическая форма оксида кремния) способен вступать во взаимодействие с известью лишь при температурах выше 170°С, а опал (аморфная форма оксида кремния), входящий в состав диатомита, трепела, реагирует с известью уже при нормальной температуре. Высокую химическую активность аморфной формы используют при изготовлении клинкера портландцемента, создавая в его составе некоторое количество (6...15%) стекловидной фазы. Это позволяет повышать прочность цемента. В структуре пористого материала, например бетона или строительного раствора, выделяют твердую фазу, образующую его каркас, и поры, которые могут быть заполнены воздухом и водой. При замерзании насыщенного водой материала вода переходит в лед, увеличиваясь в объеме. В результате в каркасе, т.е. в стенках пор, возникают большие растягивающие напряжения, которые приводят к разрушению материала.

Вопрос 12

 

Какие схемы испытаний используются для определения прочности материалов при сжатии, изгибе, растяжении?

 

Прочность свойство материала в определенных условиях и пределах воспринимать нагрузки или другие воздействия, вызывающие в нем внутренние напряжения, без разрушения.

Частицы, из которых состоит твердый материал, удерживаются в равновесии силами взаимного сцепления. Если к какому-либо образцу материала приложить внешнюю силу F, например растягивающую (рис. 1), то ее действие равномерно распределится на все частицы материала: материал окажется в напряженном состоянии. Напряжение вызовет изменение расстояний между частицами — материал начнет деформироваться.

 

Рисунок 1 - Схема определения напряжений при растяжении

При увеличении действующей силы напряжения в материале возрастают и могут превысить силу сцепления частиц и материал разрушится.

На практике разрушение материала начинается значительно раньше того момента, когда напряжения в нем достигнут теоретического предельного значения. Это объясняется тем, что в реальных материалах много дефектов самого различного уровня (начиная от молекулярного и кончая макродефектами — например, трещинами). Напряжение, при котором происходит разрушение материала при испытании, называют пределом прочности.

В зависимости от характера приложения нагрузки F и вида возникающих напряжений различают прочность при сжатии, растяжении, изгибе, скалывании (срезе) (рис. 2).

Прочность определяют на образцах материала, форму и размеры которых устанавливает стандарт на этот материал. Так, для оценки прочности бетона приняты образцы-кубы размером 150 х 150 х 150 мм.

Предел прочности бетона при сжатии обычно 10…50 МПа. Чтобы разрушить бетонный куб размером 150х150х150 мм, надо приложить усилие 0,225 МН. Поэтому для испытания материалов применяют специальные машины, снабженные механизмом для силового воздействия на образец и измерительными устройствами. Так, предел прочности при сжатии определяют с помощью гидравлических прессов, развивающих усилия до 106 Н и более (рис. 3).

 

Рисунок 2 - Схема определения пределов прочности материалов на сжатие (а), растяжение (б), изгиб (в) и срез (г)

 

Аналогично определяют прочность при растяжении, изгибе, скалывании. Однако расчетные формулы при изгибе и скалывании имеют другой вид.

Прочность при сжатии, растяжении и изгибе у одного и того же материала может сильно различаться. У всех каменных материалов прочность при сжатии в 5… 15 раз выше, чем при изгибе и растяжении. У древесины, наоборот, прочность при изгибе немного выше прочности при сжатии. Интересно отметить, что прочность древесины при сжатии вдоль волокон близка к прочности бетона, а при изгибе она прочнее бетона более чем в 10 раз.

 

Рисунок 3 - Схема гидравлического пресса для испытания на сжатие: 1 — станина, 2 — поршень, 3, 5 — нижняя и верхняя опорные плиты, 4 — испытуемый образец. 6 — маховик для ручного подъема и опускания верхней плиты, 7 — манометр, 8 — масляный насос

 

Вопрос 22

 

Как образовались глины в природе, и каковы их основные минеральные компоненты?

 

Глинистые породы представляет собой  продукт разложения и выветривания полевошпатовых и некоторых других горных пород. В результате многолетних изменений температуры, действия солнечных лучей, мороза, дождей, ветра кристаллические горные породы растрескивались и разрушались. При химическом взаимодействии горных пород с углекислым газом воздуха, водой породы постепенно превращались в глинистые минералы, карбонаты и кварц.

Глины включают глинистое вещество и примеси.

Глинистое вещество представляет собой комплекс глинообразующих  минералов, главнейшие из которых - каолинит, монтмориллонит и гидрослюда. Все глинообразующие минералы являются водными алюмосиликатами, им свойственно слоистое (пакетное) строение кристаллической решетки, при затворении водой они образуют тесто, способное формоваться.

Каолиниты (каолинит, диккит, накрит) имеют частицы размером 1-3 мкм, они не способны присоединять и прочно удерживать большое количество воды, при сушке сравнительно сво­бодно отдают присоединенную воду. Глинистые породы, в которых преобладают каолинитовые минералы, называют каолинами. Каолины с небольшим количеством примесей огнеупорны, умеренно или малопластичны, мало чувствительны к сушке и обжигу, имеют белую окраску иногда с кремовым, розоватым или сероватым оттенком.

Монтмориллониты (монтмориллониты, нотронит, бейделлит) интенсивно поглощают довольно большое количество воды, прочно ее удерживают и трудно отдают при сушке. При увлажнении они сильно набухают и могут увеличиваться в объеме в 16 раз. Размеры частиц монтмориллонита меньше 1 мкм. Глинистые породы, в которых преобладают монтмориллонитовые минералы, называются бентонитами. Такие глины высопластичны, дают значительную воздушную усадку, имеют повышенную склонность к трещинообразованию в процессе сушки и вспучиванию в процессе обжига. Бентониты используют в качестве добавок в массы для повышения их пластичности и связующей способности.

Гидрослюды (иллит, гидромусковит) имеют в своем  составе значительное количество оксидов щелочных и щелочноземельных металлов. Размеры частиц гидрослюды 1 мкм. Гидрослюдистые глины по степени связи с полон и по своим свойствам занимают среднее положение между каолинитом и монтмориллонитом. Они умеренно или среднепластичны.

В зависимости  от количественного преобладания того или иного глинистого минерала различают глины каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые, гидрослюдисто-каолинитовые, монтмориллонито-гидрослюдистые и полиминеральные, которые содержат три и более глинистых минералов.

Примесями являются все составные части глинистой  породы, не обладающие свойствами глинистых минералов.

Включения кварца и обломков горных пород встречаются в глинах в виде кварца, кварцитов, гранитов, сланцев и других пород. Они отощают глину, ухудшают ее технологические свой­ства — усложняют формование, обжиг, понижают прочность, а иногда и морозостойкость обожженных изделий.

Карбонатные включения (кальцит, доломит) встречаются в глинах в виде тонкодисперсных  равномерно распределенных пылеватых  частиц, рыхлых примазок и скоплений, в виде плотных каменистых включений. Тонкодисперсные карбонатные примеси разлагаются при обжиге и обусловливают повышенную пористость керамического черепка и некоторое понижение его прочности, усложняют обжиг изделий. Рыхлые примазки и скопления при механической обработке глины легко разрушаются и превращаются в равномерно распределенную тонкодисперсную примесь, их количество обычно невелико и поэтому они существенно не влияют на свойства глин.

Каменистые карбонатные включения  вредны; они вызывают постепенное  разрушение обожженных изделий (дутик) в процессе их хранения и эксплуатации.

Включения железистых минералов встречаются  в виде тонкодисперсных, равномерно распределенных частиц {минерала лимонита, оксидов или гидроксидов железа) или твердых включении пирита или сидерита. Тонкодисперсные железистые примеси придают обожженному керамическому черепку различную окраску от белого до красного цвета. При содержании в глине до 1 % оксидов железа и до 0,5 % оксидов титана образуется после об­жига белый черепок; глины, содержащие до 2 % оксидов железа и до 1 % оксидов титана, образуют черепок светлых тонов (желтоватый, сероватый). При большем количестве красящих оксидов интенсивность окраски черепка увеличивается.

Наличие тонкодисперсных железистых примесей способствует одновременно уменьшению огнеупорности глин и снижению температуры обжига изделий, а их повышенное содержание увеличивает склонность глины к вспучиванию в процессе обжига. Включения пирита Ре5 или сидерита РеС03 вызывают на обожженных изделиях появление железистых выплавок или точечных черных пятен, мушек.

Щелочные оксиды (калия и натрия) содержатся в примесях глин (в виде растворимых солей) и в полевошпатовом песке.

Растворимые соли при сушке изделия  выступают на его поверхности, а  при обжиге оплавляются, образуя  на поверхности изделия налеты различных цветов, ухудшая внешний вид, а в ряде случаев и эксплуатационные свойства изделий. Сернокислая соль натрия — вредная примесь, так как она кристаллизуется в порах обожженного изделия с резким увеличением объема и может вызвать разрушение изделия.

Органические примеси (остатки  растительного происхождения) обычно содержатся в глинах от 1 до 10 %. При  обжиге изделия они сгорают, выделяя  газы, что может привести к образованию  черной сердцевины в черепке изделия, а в ряде случаев — к вспучиванию черепка.

Вопрос 32

 

Как предохранить каменные материалы в сооружениях от разрушения?

 

Разрушение каменных материалов может происходить под действием воды как растворителя. Особенно активно действует на карбонатные породы  вода, содержащая углекислоту, зернистые и другие кислотные соединения. Каменные материалы разрушаются также при переменном действии воды и мороза. Если горная порода состоит из нескольких минералов, то разрушение ее может происходить от изменения температуры вследствие того, что коэффициент линейного расширения разных минералов не одинаков.

Горные породы разрушаются также от воздействия органических кислот. Частицы пыли неорганического и органического происхождения, являющиеся бытовыми или промышленными отходами города, оседают на поверхности и в порах камня; при смачивании их водой возникают бактериологические процессы с зарождением микроорганизмов, которые разрушают камень за счет образования органических кислот. Скорость разрушения горной породы зависит также от качества и структуры ее, выражающихся в наличии микротрещин, микрослоистости и размокающих и растворимых веществ.

Для защиты каменных материалов от разрушения необходимо прежде всего предотвратить проникновение воды и ее растворов в глубину материала, для этого применяют так называемое флюатирование. При обработке известняка флюатами (например, кремнефтористым магнием) образуются нерастворимые в воде соли, которые закрывают поры в камне и тем самым повышают его водонепроницаемость и атмосферостойкость.

От воздействия углекислоты и образования сульфатов облицовочные камни предохраняют путем пропитки их на глубину до 1 см горячим льняным маслом. Для предохранения от проникновения воды поверхность камня покрывают слоем раствора воска в скипидаре, парафина в легком нефтяном дистилляте или каменноугольном дегте.

Защищают каменные материалы от разрушения также конструктивными мерами, например путем образования хорошего стока воды с поверхности камня, придания камню гладкой поверхности и т. д.

Вопрос 42

 

В чем особенности структуры ситаллов и их свойств?

 

Ситаллы — стеклокристаллические материалы, получающиеся путем направленной кристаллизации стекла, т. е. структура ситаллов — вид кристаллов, их размер и количество — регулируются в процессе производства. Особенность структуры ситаллов характеризуется тем, что между весьма мелкими кристаллами (несколько мкм) равномерно распределена стекловидная фаза (прослойкой около 1 мкм), количество которой в хорошо закристаллизованных материалах составляет 5... 10 %. Структура ситаллов, обеспечивая сохранение положительных свойств стекла, придает им повышенную механическую прочность, термическую и химическую стойкость, диэлектрические свойства, уменьшает хрупкость.

Информация о работе Контрольная работа по дисциплине "Материаловедение"