Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.»


НазваниеМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.»
страница1/3
Дата публикации17.02.2014
Размер0.52 Mb.
ТипМетодические указания
vb2.userdocs.ru > Право > Методические указания
  1   2   3


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«сЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ государственный технический

университет»



Методические указания

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине

«Материаловедение. Технология конструкционных материалов.»


для студентов специальностей

270102.62 «Промышленное и гражданское строительство»,

270105.62 «Городское строительство и хозяйство»

270109.62 «Теплогазоснабжение и вентиляция»

270115.62 «Экспертиза и управление недвижимости»

Направления 270100.62 «Строительство»
Часть 1

Ставрополь, 2012


Методические указания составлены в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальностям 270102.62 «Промышленное и гражданское строительство», 270105.62 «Городское строительство и хозяйство», 270109.62 «Теплогазоснабжение и вентиляция», 270115.62 «Экспертиза и управление недвижимостью», с требованиями государственного стандарта 550100 «Строительство» для направления 270100.62 «Строительство» и программами дисциплин.

В данном издании представлены методики определения основных свойств строительных материалов, испытаний керамических материалов, гидравлических вяжущих веществ, методы физико-механических испытаний металлов и сплавов.

Составители: Данильян Е. А., канд.техн. наук., доцент,

Рожков П. В., канд.техн. наук, доцент.
Рецензент: Скориков С. В., канд. техн. наук, доцент.

Основная задача лабораторного практикума «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» – дать студентам знания для правильной оценки свойств строительных материалов при выборе их для конструкций, работающих в различных сооружениях. В методических указаниях приведены основы строительного материаловедения (сырье, основы производства, виды, свойства, области применения). Дана взаимосвязь структуры, свойств, особенностей технологических процессов получения строительных материалов.

Лабораторный практикум состоит из двух частей и включает 10 лабораторных работ, рассчитанных на 2 часовое занятие, по определению основных свойств строительных материалов, испытаниям керамических изделий, гидравлических вяжущих, определению прочностных характеристик металлов и сплавов с учетом особенностей их строения и структуры. В данном издании материал изложен в следующей последовательности: теоретические сведения об изучаемом материале (не являются дубликатом лекционного материала); методика выполнения работы, форма записей и выводы. Результаты расчетов и испытаний, полученные каждым звеном, обобщаются в виде графика или таблицы, анализируются всей подгруппой и заносятся в письменные отчеты. Студенты защищают каждый отчет индивидуально. Методические указания предусматривают самостоятельное выполнение студентами лабораторных работ. В начале каждой работы проводится инструктаж студентов по технике безопасности. Лабораторные работы выполняются подгруппой, состоящей из 12 – 14 студентов, которая разбивается на звенья из 3 – 4 человек. Каждое звено получает отдельное задание, результаты выполнения которого анализируются всей подгруппой.
^

Лабораторная работа 1


Основные свойства строительных материалов.

Физические свойства (2 ч)
1 Цель и содержание

Определение структурных свойств строительных материалов: истинной плотности, средней плотности образцов правильной геометрической формы; определение пористости; насыпной плотности сыпучих материалов, определение гидрофизических свойств строительных материалов: определение водопоглощения, влажности, морозостойкости образцов бетона, кирпича керамического, цементно-песчаного раствора, древесины.

^ 2 Теоретическое обоснование

Основные свойства строительных материалов (физические, тепловые и механические) характеризуют их физическое состояние и способность сопротивляться внешним воздействиям (влажностным, температурным, механическим). Чаще всего они определяют следующие свойства материалов:

1) структурные: плотность, среднюю и насыпную плотность, пористость, пустотность;

2) гидрофизические: водопоглощение, влажность, водостойкость и коэффициент размягчения, морозостойкость;

3) тепловые: теплопроводность, теплоемкость, огнеупорность, огнестойкость;

4) механические: прочность при сжатии, изгибе и растяжении, сопротивление истиранию, удару, износу [2].

Испытание каждого вида материалов необходимо выполнять в строгом соответствии с нормативными документами, в которых указаны основные требования к строительным материалам, методы определения их свойств, требования к отбору проб и образцов для испытаний, приборы для проведения испытаний, сроки и частота контрольных испытаний, методы оценки полученных результатов [1, 2].

Строительные материалы в процессе их эксплуатации и хранения могут поглощать влагу. При этом их свойства существенно изменяются. Так, при увлажнении материала повышается его теплопроводность, уменьшается прочность, нарушается внутренняя структура материала [1].

Водопоглощение – это способность материала впитывать и удерживать в себе воду. Объемное водопоглощение (W), характеризует степень заполнения объема материала водой. Водопоглощение показывает увеличение массы материала.

Влажность материала – это количество воды, содержащейся в его порах и на их поверхности. Выражается в процентах по отношению к массе.

Морозостойкость – это способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание в воздушной среде и оттаивание в воде без признаков разрушения. От морозостойкости материала в значительной мере зависит долговечность сооружений. Вода при замораживании, превращаясь в лед, увеличивается в объеме на 9%. При этом резко повышается давление на стенки пор, достигая в некоторых случаях сотен и даже тысяч ньютонов на квадратный сантиметр. В материале возникают большие напряжения, превышающие иногда предел прочности, которые приводят к разрушению материала [1].

^ 3 Аппаратура, оборудование и материалы

3.1 Аппаратура, оборудование и материалы для определения

истинной плотности

Лабораторные технические весы, объемомер, эксикатор, ртутный лабораторный термометр с ценой деления не более 2оС; шкаф сушильный, посуда лабораторная стеклянная и фарфоровая, сито с размером ячеек 0,2 мм.

3.2 Аппаратура, оборудование и материалы для определения средней плотности образцов правильной геометрической формы

Весы технические лабораторные, весы технические гиревые, штангенциркуль, линейка измерительная металлическая.
3.3 Аппаратура, оборудование и материалы для определения насыпной плотности сыпучих материалов

Стандартная воронка, весы технические лабораторные, весы технические гиревые, линейка металлическая.

3.4 Аппаратура, оборудование и материалы для определения

водопоглощения

Сушильный шкаф, весы лабораторные технические, ванна с гидравлическим затвором, решетка, ваккуум-аппарат.

3.5 Аппаратура, оборудование и материалы для определения

влажности

Весы технические лабораторные, шкаф сушильный.

3.6 Аппаратура, оборудование и материалы для определения

морозостойкости

Аммиачная холодильная установка, камера с гидравлическим затвором, весы технические лабораторные, термометр ртутный со школой деления 1оС.

^ 4 Указания по технике безопасности

При использовании лабораторного электрооборудования необходимо удостовериться в заземлении приборов. Запрещается эксплуатация гидравлических и механических прессов при давлении, превышающем указанное в формуляре. Обслуживание приборов должно производиться согласно соответствующим инструкциям.

^ 5 Методика и порядок выполнения работы

5.1 Определение истинной плотности

Истинная плотность материала – это масса единицы его объема в абсолютно плотном состоянии (без учета пор; пустот и включений):

(1)

где m – масса навески порошка, г;

vа– объем материала в абсолютно плотном состоянии, г/см3.

Так как большинство строительных материалов находятся не в абсолютно плотном состоянии, перед испытанием их необходимо тонко измельчать, чтобы разрушить поры. При этом массу определяют взвешиванием на весах, а объем – пикнометрическим способом, т.е. погружением порошка в жидкость и измерением приращения ее объема. Плотность строительных материалов измеряют объемомером, представляющим собой стеклянный мерный цилиндр объемом 50 см3 с ценой деления 0,1 см3.

Для определения плотности из отобранной и тщательно перемешанной средней пробы отвешивают 200 г материала, который сушат в сушильном шкафу при температуре 115 °С до постоянной массы. Высушенный материал тонко измельчают в фарфоровой ступке таким образом, чтобы он проходил через сито с сеткой № 02 (размер ячейки 0,2 х 0,2 мм). После этого порошок снова просушивают при температуре 115 °С, а затем охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе.

Объемомер наполняют до отметки 30 см3 жидкостью, инертной по отношению к порошку испытуемого материала и помещают его в стеклянный сосуд с водой, закрепляют на штативе так, чтобы вся градуированная часть шейки была покрыта водой (рисунок 1).

Объемомер находится в воде все время, пока идет испытание. Температура воды в сосуде 202 °С. От находящейся в эксикаторе пробы отвешивают 80 г материала с точностью до 0,01 г и насыпают его через воронку в прибор до тех пор, пока уровень жидкости в объемомере не поднимется до отметки 40 см3. Это значит, что в объемомер всыпано 10 см3 порошка испытуемого материала. Остаток порошка взвешивают с точностью до 0,01 г. Масса порошка материала, всыпанного в объемомер, равна разности между первоначальной массой и массой остатка. Плотность вычисляют с точностью до 0,01 г/см3 как среднее арифметическое двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см3.



Рисунок 1 – Объемомер (прибор Ле-Шателье)



Рисунок 2 – Определение истинной плотности

5.2 Определение средней плотности образцов

правильной геометрической формы

Средняя плотность – это масса единицы объема материала в естественное состоянии (с учетом пор и пустот);

(2)

где m масса материала, г;

Vест – объем материала в естественном состоянии, см3.

Для определения средней плотности образцы изготовляют в форме куба, параллелепипеда или цилиндра с минимальными размерами (длина, ширина, высота, диаметр) не менее 5 см. Образцы сушат в сушильном шкафу при 115 °С до постоянной массы, охлаждают в эксикаторе и хранят в нем до начала испытаний.

Массу образцов определяют взвешиванием на технических весах. Образцы массой менее 500 г взвешивают с точностью до 0,1 г, более 500 г – с точностью до 1 г.

Объем образцов определяют измерением их размеров штангенциркулем. Стороны размером до 10 см измеряют с точностью до 0,1 мм, более 10 см – с точностью до 1 мм.

Размеры образца в форме куба или параллелепипеда измеряют по схеме, показанной на рисунке 3, т.е. по длине, ширине и высоте. За истинный размер принимают среднее арифметическое трех измерений.

В этом случае объем вычисляют по формуле:

(3)



Рисунок 3 – Схема измерения размеров образца кубической формы

Размеры образца цилиндрической формы измеряют по схеме, изображенной на рисунке 4, т.е. по диаметру и высоте. За истинный размер принимают среднее арифметическое этих измерений.



Рисунок 4 – Схема измерения размеров образца цилиндрической формы

В этом случае объем вычисляют по формуле:

. (4)

По известным массе и объему образца вычисляют среднюю плотность материала как среднее арифметическое результатов испытания трех образцов одного и того же материала.

5.3 Определение пористости

Пористость материала – это степень заполнения его объема порами, вычисляемая в процентах по формуле:

, (5)

где ρ – истинная плотность материала, г/см3;

ρо– средняя плотность материала, г/см3.

5.4 Определение насыпной плотности сыпучих материалов

Для определения насыпной плотности применяют стандартную воронку в виде усеченного конуса, переходящего в нижней части в трубку диаметром 20 мм с задвижкой. Под трубкой устанавливают заранее взвешенный мерный сосуд объемом V= 1 л = 1000 см3. В воронку насыпают высушенный до постоянной массы исследуемый материал, открывают задвижку и с избытком заполняют мерный цилиндр материалом. После этого закрывают задвижку и линейкой срезают излишек материала вровень с краями цилиндра. Сосуд с материалом взвешивают и определяют его массу с точностью до 1 г.

Насыпную плотность вычисляют по формуле:

(6)

где m1 – масса пустого цилиндра, г;

m2 – масса цилиндра с материалом, г [3, 4].

5.5 Определение водопоглощения

Для определения водопоглощения образцы высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при 115 °С. Затем охлаждают на воздухе до комнатной температуры и взвешивают на технических весах, определяя их массу. После этого образцы насыщают водой одним из нижеприведенных способов.

Водопоглощение по массе и объему вычисляют по формулам:

а) по массе (7)

б) по объему (8)

где mсух, mнас масса соответственно сухого и насыщенного водой образца, г.

Метод насыщения при нормальных условиях

Образцы укладывают в один ряд на решетку в сосуд с водой так, чтобы слой воды над ними был не менее 2 см, и оставляют на 48 часов при комнатной температуре. По истечении двух суток образцы вынимают из воды, обтирают мягкой влажной тканью и взвешивают. Затем их снова погружают в воду на 2 часа, извлекают и взвешивают. И так до тех пор, пока образцы не будут иметь постоянную массу, что свидетельствует об их полном водонасыщении. Постоянной масса считается тогда, когда разность при двух последовательных взвешиваниях отличается не более чем на 1%.

^ Метод насыщения вакуумом

Высушенные до постоянной массы и взвешенные образцы помещают в сосуды вакуум-аппарата, наполненные дистиллированной водой. Включают вакуум-насос, доводят разрежение до 20 мм рт.ст. и поддерживают его в течение 3 часов, пока не прекратится выделение пузырьков воздуха из образцов. Выключают вакуум-насос и устанавливают в сосудах нормальное давление, при котором образцы оставляют в воде еще на 2 часа. Затем образцы вынимают, обтирают влажной тканью, взвешивают и вычисляют водопоглощение.

^ Метод насыщения кипячением

Высушенные до постоянной массы и взвешенные образцы помещают на решетку в сосуд с водой так, чтобы слой воды над ними был не менее 2 см, и нагревают воду до кипения. Кипение поддерживают в течение 4 часов, после чего воду охлаждают до комнатной температуры, образцы извлекают, обтирают влажной тканью и взвешивают. По формулам (7) и (8) вычисляют водопоглощение как среднее арифметическое трех испытаний для однородных материалов и пяти испытаний – для неоднородных. Результаты испытания заносят в таблицу 5.

5.6 Определение влажности

Массовая влажность (Вm) или объемная влажность (Во) образца материала вычисляется по формуле:

(9)

где m1 – масса образца влажного материала, г

m – масса образца сухого материала, г.

Для нахождения влажности образцы материала в естественном состоянии взвешивают, определяя m1, а затем высушивают до постоянной массы при 115 °С, после чего снова взвешивают с точностью до 0,1 г, определяя m.

5.7 Определение морозостойкости

5.7.1 Метод попеременного замораживания и оттаивания

Испытания материалов на морозостойкость проводят методом попеременного замораживания и оттаивания образцов. Температура замораживания должна быть (-20± 2) °С. Оттаивание следует проводить в воде при температуре 15 – 20 °С. Для определения морозостойкости обычно применяют аммиачные холодильные установки.

Образцы-кубики или цилиндры размерами не менее 5 см (для однородных материалов 3 и неоднородных 5 штук) маркируют и с помощью лупы и стальной иглы проверяют, нет ли на их поверхности трещин, повреждений и т.д. Образцы насыщают водой до постоянной массы и взвешивают, затем помещают в холодильную камеру и выдерживают в ней при (-20 2)°С в течение 4 часов. По истечении этого времени их извлекают из холодильника и опускают для оттаивания в ванну с водой комнатной температуры на 4 часа. После оттаивания образцы осматривают для обнаружения повреждений. В случае появления трещин или отколов испытание прекращают. Если дефектов не наблюдается, испытание продолжают, вновь помещая образцы в холодильную камеру на 4 часа.

Последовательному замораживанию, оттаиванию и осмотру образцы подвергают столько раз, сколько предусмотрено нормативным документом для испытываемого материала.

После окончания испытаний образцы протирают влажной тканью и взвешивают. Потерю массы вычисляют по формуле, %:

, (10)

где m – масса образца, высушенного до испытания, г;

m1 – то же, после испытания, г.

Материал считается выдержавшим испытание, если после установлен­ного нормативным документом числа циклов замораживания и оттаивания он не имеет видимых признаков разрушения и теряет не более 5 % массы. Этот метод требует специального оборудования и больших затрат времени. Если необходимо быстро оценить морозостойкость материала, применяют ускоренный метод, используя раствор сернокислого натрия.

^ Ускоренный метод

Подготовленные образцы сушат до постоянной массы, взвешивают, маркируют и на 20 часов погружают в насыщенный раствор сернокислого натрия при комнатной температуре. Затем их помещают на 4 часа в сушильный шкаф, в котором поддерживается температура 115 °С. После этого образцы охлаждают до нормальной температуры, снова на 4 часа погружают в раствор сернокислого натрия и опять помещают в сушильный шкаф на 4 часа. Такое попеременное выдерживание образцов в растворе сернокислого натрия и высушивание повторяют 3, 5, 10 и 15 раз, что соответствует 15, 25, 50 – 100 и 150 – 300 циклам замораживания и оттаивания. Этот метод основан на том, что насыщенный раствор сернокислого калия проникая в поры материала при высушивании, переходит в пересыщенный и кристаллизуется, увеличиваясь в объеме. При этом возникают напряжения, значительно превышающие напряжения, вызываемые замерзающей водой. Поэтому 1 цикл ускоренных испытаний приравнивается к 5 – 20 циклам обычных [1,2].
  1   2   3

Похожие:

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине...
«Химическая технология монокристаллов, материалов и изделий электронной техники»
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине...
Защита в чрезвычайных ситуациях, 260202 (270300) Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий, 260301 (270900) Технология...
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.» iconМетодические указания к выполнению курсовых работ по дисциплине «макроэкономика»
Методические указания к выполнению курсовых работ по дисциплине «Макроэкономика» 1-е изд. / Под ред. Ю. В. Матвеева и О. В. Трубецкой....
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.» iconМетодические указания к выполнению практических работ по дисциплине...
Методические указания к выполнению практических работ по дисциплине “Коммерческое обслуживание транспортных систем” (для студентов...
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.» iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Инженерная геодезия»
Инженеру-строителю в процессе строительства зданий и сооружений приходится решать целый ряд инженерно-геодезических задач, производить...
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.» iconМетодические указания по выполнению курсовых работ по дисциплине «курортология»
Методические указания предназначены для студентов специальности 100103 «Социально-культурный сервис и туризм»
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.» iconМетодические указания по выполнению курсовых работ по дисциплине...
Методические указания предназначены для студентов специальности 100103 «Социально-культурный сервис и туризм»
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.» iconМетодические указания по выполнению лабораторных работ для студентов...
Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.» iconМетодические указания и задания к выполнению курсовой и расчетнографической...
«Технология и организация строительных и монтажнозаготовительных процессов» для студентов направлений 653500 (специальность 290700...
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов.» iconМетодические указания по выполнению курсовой работы технология и организация сопровождения
Методические указания обсуждены на заседании кафедры международного сервиса и туризма, протокол №6 от «25» января 2013г
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
vb2.userdocs.ru
Главная страница