Загальні властивостi будiвельних матеріалів

35. Випробуванню на стиранність підлягали зразки-куби розміром 7,07´7,07´7,07 см із граніту, вапняку, шлакоситалу. Якою стала маса зразків після випробувань, якщо стираність (Ст) граніту 0,04; вапняку - 0,8; шлакоситалу - 0,02 г/см3? Середня густина граніту 2700 кг/м3, вапняку 1800 кг/м3, шлакоситалу 2650 кг/м3?

Масу зразків після випробувань m1=m-Ст×S,

де m - маса зразка до стирання, г; S - площа стирання.

Маса зразків до стирання, г: граніту - m=2,7×353,5=954,5; вапняку - m=1,8×353,5=636,3; шлакоситалу - m=2,65×353,5=936,8.

Площа стирання S=7,07×7,07=50 см2.

Маса зразків після випробувань, г: граніту - m1=954,5-2=952,5; вапняку - m1=636,3-40=596,3; шлакоситалу - m1=936,8-1=935,8.

36. Визначити твердість по Бринеллю підшипникового сплаву, якщо при стандартному випробуванні глибина відбитку стальної кульки діаметром d=5 мм становила h=0,1 мм.

Число твердості по Бринеллю НВ визначається як тиск, який припадає на одиницю площі сферичної поверхні відбитку.

Площу сферичної поверхні відбитку знаходимо за формулою

S=p×d×h=3,14×5×0,1×10-6=1,57×10-6 м2.

Між навантаженням F, H і діаметром шарика, мм, існує певна залежність. Так, як для чорних металів F=300×d2, для міді, бронзи і латуні F=100×d2 , алюмінію і підшипникових сплавів F=25×d2 .

Навантаження на шарик F=25×25=625 Н;

Число твердості НВ=F/S=625×106/1,57=398 МПа.

37. Зразок природного каменя у вигляді циліндра діаметром D=40 мм і висотою h=65 мм випробовується на удар під лабораторним копром. Вага падаючої баби F=20 Н.Руйнування каменя відбулося при 12-м ударі баби. Розрахувати міцність каменя при ударі.

Міцність матеріалу при ударі розцінюється роботою руйнування, віднесеною до одиниці об’єму зразка.

Об’єм циліндра:

Робота руйнування дорівнює добутку ваги баби на шлях при падінні. При цьому останній удар до уваги не береться:

А=20(1+2+3+…+11)=13,2 Н×м.

Міцність природного каменя при ударі:

Ry =А/v=13,2×106/81=0,163 МПа.

1.5. Деформативні властивості

38. Зразки-призми перерізом 40´40 мм і довжиною lo=160 мм із цементного тіста, містить 45 і 75% заповнювача, по мірі тверднення відбулася усадка. Вона склала при видаленні 10, 20 і 30% води для зразків із цементного тіста відповідно 1×10-3, 2×10-3 і 2,8×10-3; зразків із вмістом 45% заповнювача: 0,3×10-3, 0,55×10-3 і 1×10-3; зразків з вмістом 75% заповнювача: 0,05×10-3, 0,07×10-3 і 0,15×10-3. Знайти зміну довжини зразків, мкм, по мірі висихання.

Для розрахунку зміни довжини зразків Dl по мірі висихання використовуємо розрахункову формулу для визначення лінійної деформації eус. При усадці:

Dl=l1-lo=eус×lo.

При видаленні 10, 20 і 30% води Dl зразків із цементного тіста повинно відповідно скласти: Dl1=160×103×1×10-3=160 мкм; Dl2=160×103×2× ×10-3=320 мкм; Dl3=160×103×2,8×10-3 = 448 мкм.

Аналогічно отримаємо для зразків із вмістом 45% заповнювача: Dl1=480 мкм, Dl2=93,5 мкм, Dl3=160 мкм; для зразків із вмістом 75% заповнювача: Dl1=8 мкм, Dl2=11,2 мкм, Dl3=24 мкм.

39. Який діаметр повинен мати стальний стержень довжиною lo.=2,5 м, якщо потрібно утримувати вантаж m=6 т (F=60 кН). Розрахувати абсолютне граничне видовження стержня Dl. Допустима напруга на розтяг для сталі s =160 МПа, модуль пружності Е=2×105 МПа.

Із виразу для напруги знайдемо площу перерізу S, а потім і діаметр стержня d:

;

.

Подовження стального стержня можна знайти із закону Гука

Е=s/e, де s =F/S, а e =Dl/l.

Абсолютне видовження стального стержня

.

40. Порівняти значення початкового модуля пружності важкого і легкого бетонів з межею міцності при стиску Rст.=25 МПа. Середня густина легкого бетону rо=1200 кг/м3 .

Початковий (миттєвий) модуль пружності бетону Еб відповідає навантаженню бетону до таких напруг, при яких виникають тільки пружні деформації.

Його можна вирахувати з достатньою точністю по емпіричним формулам:

для важкого бетону ;

для бетону на пористому заповнювачі .

Можна застосувати до умов задачі:

для важкого бетону  МПа;

для легкого бетону  МПа.

41. Розрахувати модуль пружності листового скла наступного хімічного складу,

 %: SiO2 - 71,8, Na2O - 14,9, CaO - 7, MgO - 4,1, Al2O3 -2,2.

При розрахунку застосувати правило адитивності. Коефіцієнти для розрахунку модуля пружності:

SiO2 - 700, Na2O - 610, CaO - 700, MgO - 400, Al2 O3 -1800.

У відповідності з правилом адитивності модуль пружності скла може бути розрахований по емпіричним формулам

Е=700×71,8+1800´ ´2,2+700×7+400×4,1+61×14,9=61669 МПа.

42. Зразки-призми із литого бетону розміром 7´7´21 см ізолювали парафіном і при напрузі s = 2,5 МПа визначали повні деформації eп. Паралельно встановлювали на ненавантажених зразках до заданого строку тверднення усадочні деформації eус.. Визначити деформації повзучості бетону у віці 2, 6, 12 і 18 місяців, якщо повні деформації бетону у вказаному віці складали відповідно 0,1;0,5;0,7 і 0,8 мм/м, а усадочні деформації 0,1;0,28;0,35 і 0,36 мм/м. Результати вишукувань показати графічно.

Деформації повзучості визначають за виразами eпз = eп - eус.

Графіки за результатами дослідів і вишукувань приведені на рис.1.4.

43. Розрахувати міру повзучості бетонів з межею міцності на стиск Rст у 28 добовий вік 40,23 і 25 МПа і витратою води В відповідно 245,225 і 160 кг/м3 (бетони№1,2 і 3).

Для орієнтованого розрахунку міри повзучості бетону Сm,   МПа-1, застосовують різні емпіричні формули. У даному випадку зручніше було б використати формулу:

Сm×106=16В/Rст.

Міра повзучості бетону №1 Сm×106 =16·245/40=98 МПа-1;

бетону №2 Сm×106=16·225/23=150 МПа-1;

бетону №3 Сm×106=16·160/25=80 МПа-1;

44. Визначити кінцевий показ на манометрі преса, якщо після

розвантаженні зразка деформація залишалась незмінною, початкова напруга складала s =30 МПа і пройшов час, що відповідав часу релаксації (часу, протягом якого напруга знижується в е разів, тобто в 2,72 рази). Кінцевий показ манометра після розвантаження зразка склав s1=s/е=30/2,72=11,02 МПа.

45. Для збільшення довжини зразка полімерної плівки з 100 до 250 мм було прикладена напруга sо=5,5 МПа. Після витримки плівки в цьому положенні протягом t =30 діб напруга знизилась до s =3,1 МПа. Визначити постійну часу релаксації і діючу напругу після витримки протягом t1 =80 діб.

Релаксація напруг слідує експоненціальному закону:

де s - напруга через час t; sо - початкова напруга; lр - постійна часу релаксації.

Постійну lр можна знайти із виразу:

lns/sо=-t/lр.

ln(3,1/5,5)=-30/lр, звідки lр=52,6 діб.

Напруга після витримування протягом 80 діб повинна бути:

s80=5,5·е-80/52,6=5,5·е-1,52=1,20 МПа.

2. Природні кам’яні і керамічні матеріали

46. Для визначення придатності вапняку при отриманні стінового каменя були визначені середня густина, водопоглинання, морозостійкість і коефіцієнт розм'якшення зразків. Отримані наступні усереднені дані.

Шматок каменя масою m = 207 г виштовхнув із об’ємоміру vв=111 г води. Після витримки каменя у воді об’ємне водопоглинання склало wо=50%. Межа міцності на стиск в сухому стані Rс=27 МПа, після насиченні у воді Rн=21 МПа, після заморожування і відтавання Rмрз=18 МПа. Чи відповідає фізично - механічним умовам випробувана гірська порода ГОСТ 4001-84 “Камни стеновые из горных пород”?

Можна вважати, що об’єм вапняку дорівнює об’єму витісненої ним води. Тоді середня густина вапняку:

rо=m/vв=207/111=1,86 г/см3=1860 кг/м3.

(У тому випадку, якщо припустити, що вапняк поглинув деяку кількість води, середня густина його повинна бути трохи менше).

Знаючи величину об’ємного водопоглинання, можна знайти водопоглинання вапняку по масі : w=wо/rо=50/1,86=26,88%

Коефіцієнт розм'якшення каменя kр=Rн/Rс=21/27=0,78.

Втрата міцності на стиск після випробування на морозостійкість

DRмрз=Rн-Rмрз/Rн=21-18/21·100=14,2%.

Порівнюючи отримані дані з вимогами ГОСТ 4001-84 “Камни стеновые из горных пород”, можна заключити, що по всім фізико-механічним показникам досліджувана порода задовільняє необхідним вимогам.

47. Осадові гірські породи мають наступний хімічний склад, %:

Яка хімічна стійкість порід до кислот і лугів?

Для приближеного висновку про хімічну стійкість гірських порід в кислих і лужних середовищах використаємо оцінку модуля основності Мо:

.

Гірські породи мають наступні значення Мо: №1 - 0,07; №2 - 0,25; №3 - 15,3. Можна припустити, що породи №1 і №2 стійкі до кислот, але взаємодіють із основними оксидами. Гірська порода №3 повинна легко руйнуватися кислотами, але бути стійкою до лугів.

48. При випробуванні на копрі Педжа шляхом послідовних ударів гирею масою mг=2 кг з інтервалами по висоті Dh=1 см при початковій висоті hн=1 см був доведений до руйнування через n=15 ударів зразок граніту у вигляді паралелепіпеда розміром 2´2´5 см.

Яка питома робота при ударному розколюванні зразка граніту?

Питому робота при ударному розколюванні гірських порід знаходимо за формулою:

,

де Fг - зусилля створене гирею (Fг=20 Н); S - площа розколу (S=4 см3).

.

49. Хімічний аналіз карбонатної гірської породи показав, що в ній присутні 40% СаО, 12% MgO. Визначити вміст в породі доломіту, кальциту.

Встановити її назву, використавши класифікацію наведену в табл. 2.1.

Таблиця 2.1

Припустимо, що вся кількість MgO в карбонатній породі зв’язано в доломіт - СаMg(СаО3)2. Із молекулярної маси доломіту

М СаMg(СО3)2=184 можна підрахувати, що на долю MgO приходиться 21,7%. В породі міститься 12% MgO, тобто доломіту повинно бути 55,3%. Не важко підрахувати, що в 100% доломіту зв’язується 30,4% СаО, відповідно, в 55,3% повинно зв’язуватись 16,8% СаО. Залишкова кількість СаО, тобто 23,2%, зв’язано в кальциті СаСО3. Із формули кальциту слідує, що в 100% СаСО3 знаходиться 56% СаО. 23,2% СаО повинно йти на утворення 41,4 % СаСО3. Таким чином, в дослідженій гірській породі знаходиться 41,4% СаСО3 і 55,3% СаMg(СО3)2. По табл. 2.1 її можна віднести до вапнякового доломіту.

50. Визначити по масі і об’єму витрату глини, що необхідна для виготовлення 10000 шт. потовщеної цегли із середньою густиною rок=1400 кг/м3, об’ємом порожнин vп=30%, якщо середня густина сирої глини rог=1600 кг/м3, вологість w=15%. При випалі сирцю в печі втрати при прокалюванні (в.п.п.)складають 10% від маси сухої глини.

Об’єм одної цегли:

без врахування порожнин (брутто) v`к=0,25×0,12×0,088=0,00264 м3;

з урахуванням порожнин (нетто) vк=v`к-vп/100=0,00264-0,00264× ·0,3=0,0018 м3.

Об’єм 10000 шт. цеглин vп=vк×n=0,0018×10000=18 м3.

Маса 10000 шт. потовщеної цегли mп=vп×rок=18×1400=25200 кг.

Маса сухої непрокаленої глини, що необхідна на 10000 шт. цегли,

.

Маса сирої глини, необхідної на 10000 шт. цегли,

Об’єм необхідної глини vг=mг/rог=31878:1600=19,92 м3.

51. Скільки штук керамічних каменів розміром 250´120´138 мм з порожнинністю П=33% можна виготовити із 15 т глини з вологістю w=12%, втратами при прокалюванні в.п.п.=8,5%. Середня густина звичайної цегли з цієї глини rо=1750 кг/м3.

З 15 т глини з вологістю 12% можна отримати прокалену спечену керамічну масу:

Об’єм прокаленої спеченої керамічної маси

vп.г=mп.г/rо=12078:1750=6,9 м3.

Об’єм одного керамічного каменя без врахування пустот

v`к=0,25×0,12×0,138=0,0041 м3.

Об’єм одного керамічного каменя з врахуванням пустот:

vк=v`к-` (v`к П)/100=0,0041-0,0013=0,0028 м3.

Можлива кількість керамічних каменів із 15 т глини

n=vп.г./vк=6,9:0,0028=2464 шт.

52. Визначити витрату деревних стружок для отримання n=1000 шт. пористої цегли із середньою густиною rо=1210 кг/м3 , якщо середня густина звичайної цегли rо=1740 кг/м3 . середня густина стружки rо=610 кг/м3.

Маса 1000 шт. звичайної цегли

mз.ц=1000×0,25×0,12×0,065×1740=3393 кг.

Маса 1000 шт. пористої цегли

mп.ц.=1000×0,25×0,12×0,065×1210=2359 кг.

Об’єм пустот, що створені стружкою в керамічній масі:

vп=(mз.ц-mп.ц.)/rо=(3393-2359)/1740=0,59 м3.

Необхідна витрата стружки по масі

mо.п=vп×rоп=0,59×610=360 кг.

53. При випробуванні п’яти зразків повнотілої цегли пластичного формування були отримані наступні результати:

До якої марки можна віднести випробувану цеглу?

Знаходимо середнє і найменше значення межі міцності на стиск

(,min) і згин (,  min,)

випробуваної цегли:

=15,04 МПа;  мін=12,6 МПа; =2,8 МПа;  мін=1,7 МПа.

У відповідності з ДСТУ БВ.2.7-61-97 цегла має марку 150. По ГОСТу для цегли марки 150 середня для 5 зразків значення межі міцності на стиск і згин повнотілої цегли пластичного формування повинна бути не менше відповідно 15 і 2,8 МПа.

Найменше для окремого зразка значення Rст. мін і Rзг. мін повинно бути не менше відповідно 12,5 МПа і 1,4 МПа.

54. При виробництві керамзиту використана глина, що має середню густину rог=2550 кг/м3 при вологості w=13,5%.

Керамзитовий гравій має середню насипну густину rн.к.=450 кг/м3, міжзернову пустотність П=44%. Розрахувати, в скільки раз збільшиться об’єм глини при спученні, якщо маса глини і керамзиту однакова.

Середня густина сухої глини:

r’о.г.=rо.г/(1+w/100)=2550/(1+0,135)=2246 кг/ м3.

Середня густина керамзиту в грудці:

rо.к.=rн.к./(1-П/100)=450/(1-0,44)=804 кг/ м3.

Збільшення об'єму глини при вспученні еквівалентно зменшенню її середньої густини:

.

3. Мінеральні в’яжучі речовини

55. Визначити вихід будівельного гіпсу і ангідритового в’яжучого із 1 т гіпсового каменя 3-го сорту, вологістю 7%, що містить 80% СаSO4×2H2O. В склад домішок входять 7% глини, 9% піску, 4% органічних включень.

Маса сухого гіпсового каменя mг.к.=1000×0,93=930 кг.

В хімічному процесі отримання в’яжучих буде приймати участь маса двоводного гіпсу: mг.=930-0,2×930=744 кг.

Реакції отримання будівельного гіпсу і ангідритового в’яжучого:

СаSO4×2H2O=СаSO4×0,5H2O+1,5H2O;

СаSO4×2H2O=СаSO4+2H2O.

Кількість напівгідрату і ангідриту в будівельному в’яжучому, отриманому із 744 кг гіпсу, знайдемо із пропорцій:

172 кг         СаSO4×2H2O        -        145 кг         СаSO4 × 0,5H2O

744 кг         СаSO4×2H2O        -        Х кг  СаSO4 × 0,5H2O

ХСаSO4×0,5H2O=(744×145)/172=627 кг;

172 кг         СаSO4×2H2O        -        136 кг         СаSO4

744 кг         СаSO4×2H2O        -        Х кг  СаSO4

ХСаSO4=(744×136)/172=588 кг

У в’яжуче перейдуть домішки у кількості 16% від маси сухого гіпсового каменя (органічні домішки повинні вигоріти), тобто 158 кг.

Таким чином, із 1 т гіпсового каменя повинно вийти: будівельного гіпсу - mб.г.=627+158=785 кг або ангідритового в’яжучого mа.в.=88+158=746 кг.

56. Для отримання 1 моля напівводного гіпсу із двогідрату теоретично потрібно затратити q=84 кДж теплоти, а 1 моля вапна із карбонату кальцію q1=190 кДж. Яка витрата умовного палива необхідна для отримання 1 т СаSO4×0,5H2O і СаО?

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6