Шпаргалка по "Материаловедению"

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

 «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

1. Классификация строительных материалов. Макроструктура, микроструктура, внутреннее строение. Состав и свойства строительных материалов.

В процессе строительства, эксплуатации и ремонта зданий и сооружений строительные изделия и конструкции из которых они возводятся подвергаются различным физико-механическим, физическим и технологическим воздействиям. От инженера-строителя требуется со знанием дела правильно выбрать материал, изделия или конструкцию которая обладает достаточной стойкостью, надёжностью и долговечностью для конкретных условий.

Строительные  материалы и изделия, в соответствии с теорией ИСК, делятся на:^[1]

• Природные (естественные) — без изменения состава и внутреннего строения:
• неорганические (каменные материалы и изделия);
• органические (древесные материалы, солома, костра, камыш, лузга, шерсть, коллаген).
• Искусственные:
• Безобжиговые (твердение при нормальных условиях) и автоклавные (твердение при температуре 175—200 °C и давлении водяного пара 0,9-1,6 МПа):
• неорганические (клинкерные и клинкеросодержащие цементы, гипсовые, магнезиальные и др.);
• органические (битумные и дектевые вяжущие вещества, эмульсии, пасты);
• полимерные (термопластичные и термореактивные);
• комплексные:
• смешанные (смешения нескольких видов минеральных веществ);
• компаундированные (смеси и сплавы органических материалов);
• комбинированные (объединение минерального с органическим или полимерным).
• Обжиговые — твердение из огненных расплавов:
• шлаковые (по химической основности шлака);
• керамические (по характеру и разновидности глины и др. компонентов);
• стекломассовых (по показателю щелочности шихты);
• каменное литье (по виду горной породы);
• комплексное (по виду соединяемых компонентов, например: шлакокерамические, стеклошлаковые).

По применению классифицируются на две основные категории. К первой категории относят —  конструкционные: кирпич, бетон, цемент, лесоматериалы и др. Их применяют при возведении различных элементов зданий (стен, перекрытий, покрытий, полов). Ко второй категории — специального назначения: гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические, отделочные и др.

Не меньшее влияние на свойства материала оказывают его макро- и микроструктура и внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне.

Макроструктура материала — строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении. Микроструктура материала — строение, видимое под микроскопом. Внутреннее строение вешаете изучают методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и т. д.

 

Состав. Для прогнозирования свойств строительных материалов прежде всего необходимо знать их химический, минеральный состав и структуру. 
 
Химический состав строительных материалов позволяет судить о прочности, огнестойкости, биостойкости и других свойствах материалов. Химический состав неорганических вяжущих материалов (гипса, извести, цемента и др.) и естественных каменных материалов, как правило, выражают содержанием (в %) в них оксидов. Основные и кислотные оксиды химически связаны и образуют минералы, которые характеризуют многие свойства материала. 
 
Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в природном каменном материале или минеральном вяжущем. Например, известняк состоит из одного минерала - кальцита, а гранит — из нескольких минералов. 
 
Фазовый состав и фазовые переходы воды, находящиейся в порах материала, влияют на его свойства. В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки пор, т. е. "каркас", и поры, наполненные воздухом или водой. Изменение содержания воды и ее состояния меняет свойства материала. Так, вода, замерзая в порах материала и увеличиваясь в объеме, вызывает в материале внутренние напряжения, которые могут привести к его разрушению.

Свойство — характеристика материала, проявляющаяся в процессе его обработки, применении или эксплуатации

Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на четыре основные группы: физические, механические, химические, технологические  и др.

К химическим относят  способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной  среды, вызывающие в них обменные реакции приводящие к разрушению материалов, изменению своих первоначальных свойств: растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение.

Физические свойства: средняя, насыпная, истинная и относительная  плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

Механические свойства: пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость.

Технологические свойства: удобоукладываемость, теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания  и высыхания.

 

 

 

2. Стандартизация, унификация и индустриализация в области строительных материалов.

 

 

Стандартизация - это  мероприятия связанные с установлением  и применением правил с целью  упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии  всех заинтересованных сторон и, в частности, для достижения всеобщей оптимальной  экономии при соблюдении условий  эксплуатации и требований безопасности. Стандартизация применяется для  установления единиц измерений, терминов и обозначений, требований к продукции  и производственным процессам, требований, обеспечивающих безопасность людей  и сохранность материальных ценностей.

Стандарт - это документ, результат конкретной работы по стандартизации, выполненной на основе достижений науки, техники и практического опыта, а также принятый и утвержденный компетентной организацией. Основными  задачами стандартизации являются:

• установление требований к качеству готовой продукции на основе комплексной стандартизации качественных характеристик данной продукции, а также сырья, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий, необходимых для ее изготовления с высокими показателями качества и эффективной эксплуатации;
• определение единой системы показателей качества продукции, методов и средств ее испытания и контроля, а также необходимого уровня надежности и долговечности в зависимости от назначения изделий и условий их эксплуатации;
• установление норм, требований и методов в области проектирования и производства продукции с целью обеспечения оптимального качества и исключения нерационального многообразия видов, марок и типоразмеров продукции, расширение и улучшение ассортимента, повышение качества товаров широкого потребления;
• развитие унификации и агрегирования промышленной и строительной продукции, оборудования и приборов как важнейшего условия специализации производства, комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.

 

 

Стандартизация, как правило, должна сопровождаться максимальной унификацией. Унификация — рациональное сокращение числа общих параметров зданий и  сооружений, типоразмеров конструкций, деталей и оборудования. Унификация обеспечивает приведение к единообразию и сокращение числа основных объемно-планировочных  размеров здания (высот этажей, пролетов перекрытий, размеров оконных и дверных  проемов и пр.) и, следовательно, к  единообразию размеров и форм конструктивных элементов заводского изготовления.

• Унификация позволяет при массовом серийном изготовлении однотипных изделий и деталей снизить их стоимость и упростить монтаж. Обеспечивается также взаимозаменяемость элементов частей зданий, т. е. создается возможность замены одного элемента другим без изменения принятых по проекту размеров частей здания. Достигается возможность при использовании одного и того же проекта применять в зависимости от местных условий различные варианты конструктивных решений.

 

. Цель И. с. — повышение производительности труда, замена ручного труда машинным, ускорение темпов строительства и ввода в действие объектов, снижение их стоимости и повышение качества. И. с. — главное направление научно-технического прогресса в строительстве. Повышение уровня И. с. основано на широком применении сборных крупноразмерных элементов с высокой степенью заводской готовности, при котором строительное производство превращается в механизированный, поточный процесс сборки и монтажа зданий и сооружений из конструкций и деталей, изготовленных на заводах.

 

 

3. Истинная, средняя и насыпная плотности. Пористость и пустотность строительных материалов. Расчетные формулы, методика определения и влияние этих показателей на другие свойства строительных материалов.

 

1. Истинная плотность ρ — масса единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии. ρ =m/Va, где Va объём в плотном состоянии. [ρ] = г/см³; кг/м³; т/м³. Например, гранит, стекло и другие силикаты практически абсолютно плотные материалы. Определение истинной плотности: предварительно высушенную пробу измельчают в порошок, объём определяют в пикнометре (он равен объёму вытесненной жидкости).
2. Средняя плотность ρm=m/Ve — масса единицы объёма в естественном состоянии. Средняя плотность зависит от температуры и влажности: ρm=ρв/(1+W), где W — относительная влажность, а ρв — плотность во влажном состоянии.
3. Насыпная плотность (для сыпучих материалов) — масса единицы объёма рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов.
4. Пористость П — степень заполнения объёма материала порами. П=Vп/Ve, где Vп — объём пор, Ve — объём материала. Пористость бывает открытая и закрытая.

Открытая  пористость По — поры сообщаются с  окружающей средой и между собой, заполняются водой при обычных  условиях насыщения (погружении в ванну  с водой). Открытые поры увеличивают  проницаемость и водопоглощение материала, снижают морозостойкость.

Закрытая  пористость Пз=П-По. Увеличение закрытой пористости повышает долговечность  материала, снижает звукопоглощение.

Пористый  материал содержит и открытые, и  закрытые поры

От  пористости материалов зависят средняя  плотность, водопоглощение, прочность, теплопроводность, морозостойкость  и другие свойства.  
Сыпучие и рыхлые материалы (песок, молотый мел, цемент, шлак) кроме пор имеют пустоты. Пустоты — это заполненное воздухом пространство между частицами материала, находящегося в насыпном состоянии.  
Пустотность — отношение суммарного объема пустот в рыхлом материале ко всему объему, занимаемому этим материалом. Для численного выражения пустотности необходимо знать плотность и насыпную плотность материала

 

 

 

 

 

 

4. Влажность, водопоглощение, водонепроницаемость строительных материалов. Расчетные формулы, методика определения и влияние этих показателей на другие свойства строительных материалов.

 

Гидрофизические свойства

1. Водопоглощение пористых материалов определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде при температуре 20±2 °C. При этом вода не проникает в закрытые поры, то есть водопоглощение характеризует только открытую пористость. При извлечении образцов из ванны вода частично вытекает из крупных пор, поэтому водопоглощение всегда меньше пористости. Водопоглощение по объёму Wo (%) — степень заполнения объёма материала водой: Wo=(mв-mc)/Ve*100, где mв — масса образца материала, насыщенного водой; mc — масса образца в сухом состоянии. Водопоглощение по массе Wм (%) определяют по отношению к массе сухого материала Wм=(mв-mc)/mc*100. Wo=Wм*γ, γ — объемная масса сухого материала, выраженная по отношению к плотности воды (безразмерная величина). Водопоглощение используют для оценки структуры материала с помощью коэффициента насыщения: kн = Wo/П. Он может меняться от 0 (все поры в материале замкнутые) до 1 (все поры открытые). Уменьшение kн говорит о повышении морозостойкости.
2. Водопроницаемость — это свойство материала пропускать воду под давлением. Коэффициент фильтрации kф (м/ч — размерность скорости) характеризует водопроницаемость: kф=Vв*а/[S(p1-p2)t], где kф=Vв — количество воды, м³, проходящей через стенку площадью S = 1 м², толщиной а = 1 м за время t = 1ч при разности гидростатического давления на границах стенки p1 — p2 = 1 м вод. ст.
3. Водонепроницаемость материала характеризуется маркой W2; W4; W8; W10; W12, обозначающей одностороннее гидростатическое давление в кгс/см², при котором бетонный образец-цилиндр не пропускает воду в условиях стандартного испытания. Чем ниже kф, тем выше марка по водонепроницаемости.
4. Водостойкость характеризуется коэффициентом размягчения kp = Rв/Rс, где Rв — прочность материала насыщенного водой, а Rс — прочность сухого материала. kp меняется от 0 (размокающие глины) до 1 (металлы). Если kp меньше 0,8, то такой материал не используют в строительных конструкциях, находящихся в воде.
5. Влажностные деформации. Пористые материалы при изменении влажности меняют свой объём и размеры. Усадка — уменьшение размеров материала при его высыхании. Набухание происходит при насыщении материала водой.