Пример №1.

ВВЕДЕНИЕ.

В практической работе техника-строителя важно уметь решать конкретные практические задачи, связанные с оценкой качества строительных материалов, рациональным выбором их с учётом особенностей конструкций и условий эксплуатации.

В данных методических указаниях рассматриваются характерные задачи, связанные с расчётной оценкой физико-механических свойств материалов, проектированием их состава, определение их эффективности в конструкциях. Особое внимание отводится задачам, в которых рассматриваются вопросы снижения материалоёмкости и экономии ресурсов.

Назначением методических указаний, является оказание помощи учащимся специальности «Промышленное и гражданское строительство» в овладении методами оценки качества материалов и соответствия их требованиям ГОСТ, способами расчёта составов бетона, установления качества материалов, необходимого объёма материалов и другими практическими навыками. Здесь содержатся задачи и примеры их решения, охватывающие область применения природных и искусственных каменных материалов, неорганических и органических вяжущих, и бетонов на их основе, строительных растворов, лакокрасочных материалов, древесины.

Примеры решения материаловедческих задач.

Решение задач – одна из наиболее активных форм обучения и самостоятельной работы учащихся – способствует развитию творческого технического мышления, закреплению теоретических знаний.

Знание общих свойств материалов необходимо для инженерных расчётов, позволяющих оценить общие свойства материалов, их соответствие техническим требованиям, возможность применения в конкретных условиях эксплуатации.

В таблице 1 приведены расчётные формулы основных физических и механических свойств различных материалов.

Таблица 1.

Свойство	Ед. величины	Расчётная формула	Пояснение к формуле
Истинная плотность	кг/м3		m – масса сухого материала; Va - объём в плотном состоянии.
Средняя плотность	кг/м3		m – масса сухого материала; V1 - объём материала с учётом пор и пустот.
Насыщенная плотность	кг/м3		Vн – объём материала в рыхлонасыпанном состоянии.
Пористость	%
Влажность	%		mв – масса влажносного материала.
Гигроскопичность	%	.	mв – масса материала после достижения равновесной влажности при пребывании в воздушной среде со 100% влажностью.
Водопоглощение: по массе по объёму	%		mн – масса насыщенного водой материала.
Свойство	Ед. величины	Расчётная формула	Пояснение к формуле
Сорбционная влажность	%		mсорб – масса материала после достижения равновесной влажности.
Коэффициент фильтрации	м / ч		Vв – объём просочившейся воды; - соответственно толщина и площадь поверхности стенки; - разность гидростатического давления на границах стенок 1 вод.ст. - время
Коэффициент размягчения	м / ч		- прочность насыщенного в воде материала; - прочность сухого материала.
Теплопроводность	Вт / (м* 0С)		Q – количество теплоты, Дж,; t1, t2 – температура поверхности соответственно горячей и холодной стороны образца.
Термическое сопротивление	м2, 0С/ Вт)
Удельная теплоёмкость	кДж / (кг* 0С)
Теплопроводность	м2/ ч		- первоначальная длина образца; - длина образца после нагрева.
Предел прочности при сжатии	МПа		F – разрушающая нагрузка; А – расчётная площадь сечения образца.
Предел прочности при изгибе	МПа		- расстояние между осями опор, м; b, h – ширина и высота образца, м.
Твёрдость стали по Бринеллю	МПа		Fmв – нагрузка на стандартный шарик; D – диаметр шарика; d – диаметр отпечатка.
Истираемость	г/ см 2		m, m1 – масса образца соответственно до и после истирания; S – площадь истирания.
Свойство	Ед. величины	Расчётная формула	Пояснение к формуле
Ударная прочность	МПа		Fк – вес бабы копра; n – порядковый номер удара разрушающего образца; V – объём образца.
Усадка	мм/м		- первоначальная и конечная длина образца.
Ползучесть	мм/м		- полная деформация; - упругая деформация
Модель упругости	МПа		- нормальная напряжение
Предел текучести	МПа		F – нагрузка, соответствующая пределу текучести.

Характерные задачи, учитывающие основные свойства материалов, позволяют найти их качественные показатели, рассчитать параметры складских помещений и т.д.

При решении задач, связанных с расчётом вместимости V₃, длины L_c и площади S штабельного склада сыпучих материалов, необходимо использовать следующие формулы:

, где V _сут - суточный расход материалов, м^3;

- нормальный запас хранения материалов, сут;

1, 2 – коэффициент разрыхления;

1, 02 - коэффициент, учитывающий потери при транспортировке.

- угол естественного откоса материалов в штабеле;

h - нормируемая высота склада, м.

При решении задач, связанных с расчётом теплофизических свойств материалов, для ориентировочного определения теплопроводности по средней плотности можно использовать формулу В.П.Некрасова:

, где - средняя плотность, г/см³.

Для учёта влияния влажности на теплопроводность можно использовать упрощенную формулу:

- теплопроводность влажного материала;

- приращение теплопроводности на 1% объёмной влажности, которое составляет для неорганических материалов при положительной температуре 0, 0023, при отрицательной 0, 0046; для неорганических - соответственно 0, 0035 и 0, 0046;

- объёмная влажность.

Коэффициент конструктивного качества материалов (ККК) находится как отношение предела прочности при сжатии R к средней плотности .

При определении твёрдости материалов по Бринеллю необходимо учитывать, что между нагрузкой F в ньютонах и диаметром шарика в мм существует определённая зависимость. Так, для чёрных материалов F=300*D², для меди, бронзы и латуни F=100*D², для алюминия, цинковых сплавов F=25*D².

При решении задач, связанных с расчётами деформативных свойств материалов, нужно знать, что начальный (мгновенный) модуль упругости бетона Е_б соответствует погружению бетона до таких напряжений, при которых возникают только упругие деформации. Его можно вычислить с достаточной точностью по эмпирическим формулам:

для тяжёлого бетона:

,

для бетона на пористом заполнителе:

.

В качестве примера рассмотрим решение таковых задач:

Пример №1.

Определить расход щебня на 1м³ бетона, если в заполненных бункерах склада завода с суточным выпуском бетонной смеси V_б = 300 м³ хранится V_щ = 1800 м³ щебня, расчитанного на = 7 сут. работы, насыпной плотностью = 1450 кг/м³. Коэффициент производственных потерь щебня при транспортировке 1, 02.

Суточный расход щебня m_щ на заводе составляет:

Для выпуска 1 м³ бетонной смеси расходуется 372857: 300=1243 кг щебня. Расход щебня на 1 м³ бетона без учёта производственных потерь при транспортировании составляет 1243: 1, 02=1219 кг.

Пример №2. Высушенная до постоянной массы керамическая черепица имеет объём V = 1, 4 дм³ и массу m _с = 2, 4 кг. В насыщеном водой состоянии её масса m _в = 2, 67 кг. Истинная плотность черепицы . Рассчитать абсолютную и относительную влажность черепицы, её открытую (кажущуюся) и закрытую влажность.

Абсолютная влажность:

Относительная влажность:

Средняя плотность:

Общая пористость:

Открытая пористость соответствует объёму поглощённой воды:

,

а закрытая пористость составляет 35, 8 - 19, 3 = 16, 5%.