Загальні властивостi будiвельних матеріалів

81. Розрахувати витрату матеріалів на заміс дрібнозернистого шлаколужного бетону. Вологість суміші w=13%, маса одного замісу mз=350 кг (прийнята із урахуванням коефіцієнта виходу із бетонозмішувача 0,6). Місткість бетонозмішувача vб.м=250 л, середня густина бетону rо.б=2300 кг/м3. Склад суміші, %: заповнювача - 75, шлаку - 25. Суміш замішується 15%-м розчином соди (rс=1,15 кг/л). Необхідна кількість води В=mз·w/(100+w)=350·13/110=40,26 кг. Для визначення кількості соди складаємо пропорцію:

0,085 кг      води  -        0,015 кг      соди

40,26 кг      води  -        x кг             соди

x=40,26·0,015/0,085=7,1 кг.

Загальна кількість шлаку і заповнювача

Ш+З=mз-В-x=350-40,26-7,1=303 кг.

Кількість заповнювача З=303·75/100=227 кг.

Кількість шлаку Ш=303-227=76 кг.

Об’єм розчину соди vс=(В+х)/rс=(40,26+7,1)/1,15=41,18 л.

82. Розрахувати потребу гіпсу, шлаку і води для приготування S=300 м2 перегородочних гіпсошлакових плит. Визначити середню густину гіпсошлакової суміші і висушеного гіпсошлакобетону. Співвідношення гіпсу і шлаку 1:2 (за об’ємом); дійсна густина шлаку rш=2,5 г/см3, насипна густина шлаку rн.ш=1250 кг/м3, насипна густина гіпсу rн.г=800 кг/м3, водогіпсове відношення В/Г=0,56, товщина плити b=8 см, кількість хімічно зв’язної води в гіпсошлакобетоні - 20% маси гіпсу. Об’єм бетону, який витрачається на 300 м2 плит,

v=S·b=300·0,08=24 м3.

Коефіцієнт виходу гіпсошлакобетону

,

де пористість ;

.

Витрата гіпсу на 24 м3 гіпсошлакобетону: за об’ємом:

;

за масою:

Г=vг·rн.г=12·800=9600 кг

Витрата шлаку за об’ємом: vш=12·2=24 м3;

за масою Ш=vш·rн.ш=24·1250=30000 кг.

Витрата води В=Г·В/Г=9600·0,56=5376 кг.

Середня густина гіпсошлакобетонної суміші

rг.б=(9600+30000+5376)/24=1874 кг/м3.

Середня густина сухого гіпсошлакобетону

rс.г.б=(9600+30000+9600·0,2)/24=1730 кг/м3.

6. Деревинні матеріали

83. Соснові дошки тривалий час зберігались на повітрі при t=20ºC і відносній вологості wвідн=80%. Визначити вологість дощок і їх середню густину, якщо при стандартній 12%-й вологості густина деревини сосни r12=500 кг/м3.

Рівноважну вологість деревини визначаємо по діаграмі Н.Н.Чулицького (рис. 6.1.). При заданих умовах зберігання w=18%.

Середню густину деревини при визначенні вологості легко знайти, знаючи середню густину при стандартній вологості r12 і коефіцієнт об’ємної усушки (для сосни k=0,44):

84. Сосновий брусок має розміри 25х30х400 мм (aхbхc) при вологості w=21%. Як зміняться розміри бруска після повного висушування, а потім зволоження до межі насичення? Коефіцієнт усушки сосни kу=0,44.

Величину усушки при висушуванні бруска знаходимо із умови

У=kу·w=0,44·21=9,24%.

Нехай розмір зразка при вологості 0 дорівнює a0, а при вологості w - a, тоді

,

Звідки

a0=a·(100-У)/100=25·(100-9,24)/100=22,7 мм.

Аналогічно знайдемо інші розміри бруска. Вони становлять: b0=27,2 мм і с0=363 мм. Таким чином, після висушування брусок буде мати розміри: 22,7х27,2х363 мм.

При зволоженні сухого бруска його лінійні розміри збільшуються за рахунок розбухання деревини, що відповідає межі насичення, wм.н=30%. При цій вологості характерне максимальне розбухання деревини Pmax:

,

де kр - коефіцієнт розбухання.

Коефіцієнт розбухання kр пов’язаний із коефіцієнтом усушки залежністю kр=100·kу·(100-30·kу).

Для сосни kр=100·0,044/(1000-30·0,44)=0,5.

.

Аналогічно знайдемо інші розміри бруска після зволоження до межі насичення. Розміри соснового бруска 26,1х31,3х417,4 мм.

85. Середня густина дуба у абсолютно сухому стані rо.д=650 кг/м3, а граба rо.г=760 кг/м3. Знайти пористість і максимальне водопоглинання деревини дуба і граба.

Дійсна густина деревини, чи так званий показник густини деревної речовини rд.р, у середньому для всіх порід становить 1,53 г/см3. Тоді пористість дуба і граба:

;

.

Вологість, яка характеризує максимальне водопоглинання деревини, знаходять за формулою

,

де wп.н - вологість межі насичення кліткових стінок (wп.н=30%); rв - густина води.

Для дуба .

Для граба .

86. Зразки деревини у вигляді прямокутних призм розрізом 20х20 мм і висотою 30 мм при вологості w=20% зруйнувалися при випробуванні на стиск вдовж волокон при максимальному навантаженні Fст=0,0147 МН. Інші зразки із цієї ж породи деревини у вигляді прямокутних призм розрізом 20х20 мм і висотою 300 мм при w=20% зруйнувались при випробуванні на статичний згин за одноточковою схемою при максимальному навантаженні Fзг=0,0014 МН.

Визначити породу деревини, з якої виготовлені зразки.

Межа міцності зразків при стиску при w=20%:

Rст=Fсж/S=0,0147/(0,02·0,02)=36,75 МПа.

Межа міцності зразків при статичному згині при w=20% (l=0,24 м):

.

Перерахуємо отримані значення межі міцності на стандартну вологість деревини:

Rст12=Rw·[1+0,04·(w-12)]=36,75·[1+0,04·(20-12)]=48,5 МПа;

Rзг12=Rw·[1+0,04·(w-12)]=63·[1+0.04·(20-12)]=83,16 МПа.

Можна зробити висновок, що випробуванні зразки виготовлені із деревини сосни, для якої за довідковими даними Rст12=48,5 МПа, Rзг12=86 МПа.

87. Визначити орієнтовно межу міцності при стиску повздовж волокон і при статичному згині зразків деревини сосни і дуба, якщо відомо, що кількість m пізньої деревини у них становить відповідно 20 і 80%.

Кількість пізньої деревини, %, підраховується на торцевих зрізах деревини вимірюванням пізньої зони річних шарів із точністю до 0,1 мм на відстані 15-20 мм.

Для розв’язку використовуємо емпіричні формули.

Для деревини сосни

Rст12=0,6·m+30=0,6·20+30=42 МПа;

Rзг12=1,4·m+56=1,4·20+56=84 МПа.

Для деревини дуба

Rст12=0,32·m+29,5=0,32·80+29,5=55,1 МПа;

Rзг12=0,43·m+47,5=0,43·80+47,5=81,9 МПа.

88. Порівняти для модрини і липи при стандартній вологості межу міцності при стиску вздовж волокон і поперек волокон у радіальному і тангенціальному напрямках.

Руйнівне навантаження при стиску вздовж волокон Fст виявилось для модрини 0,026 МН, липи - 0,018 МН; поперек волокон Fст у радіальному напрямку для модрини - 0,0027 МН, для липи - 0,0034 МН; у тангенціальному напрямку - для модрини - 0,0037 МН, для липи - 0,0031 МН. Для випробування межі міцності деревини при стиску застосовують зразки-призми з розмірами a=20 мм і h=30 мм. Межу міцності при стиску вздовж волокон визначаємо за формулою Rст12=Fст/(a·b). А при стиску поперек волокон R’сж12=F’ст/(a·h)

Для модрини

Rст12=0,026/(0,02·0,02)=65 МПа;

R'ст12=0,0027/(0,02·0,03)=4,5 МПа (в радіальному напрямку);

R’’ст12=0,0037/(0,02·0,03)=6,17 МПа (в тангенціальному напрямку).

Для липи

R ст12=0,018/(0,02·0,02)=45 МПа;

R’ст12=0,0034/(0,02·0,03)=5,67 МПа (в радіальному напрямку);

R’’ст12=0,0031/(0,02·0,03)=5,17 МПа (в тангенціальному напрямку).

Таким чином, міцність при стиску вздовж волокон більше міцності при стиску поперек волокон для модрини в 10,5-14,4 рази, для липи - в 7,9-8,8 рази.

7. Метали

89. Розшифрувати марки вуглецевої сталі загального призначення: Ст. 1кп, Ст. 3Гпс3, БСт. 2сп2, ВСт. 4пс6; Якісної конструкційної вуглецевої сталі: 05кп, 10кп, 60Г, А12; легованої сталі: 09Г2СД, 12Х2Н4А, Г13, 30ГС.

Вуглецеві сталі загального призначення:

Ст. 1кп - сталь групи А (постачається за механічними властивостями) першої категорії з умовним номером 1, який залежить від хімічного складу і механічних властивостей, кипляча; Ст. 3Гпс3 - сталь групи А третьої категорії з умовним номером 3 із підвищеним вмістом марганцю (Г), напівспокійна; БСт. 2сп2 - сталь групи Б (яка постачається за хімічним складом) другої категорії з умовним номером 2, спокійна; ВСт. 4пс6 - сталь групи В (яка постачається за механічними якостями і хімічному складу) шостої категорії з умовним номером 4, напівспокійна.

Якісні конструкційні вуглецеві сталі: 05кп - сталь із середнім вмістом вуглецю 0,05%, кипляча; 10 кп - сталь із середнім вмістом вуглецю 0,1%, кипляча; 60Г - сталь із середнім вмістом вуглецю 0,6% і підвищеним вмістом марганцю; А12 - автоматна сталь із середнім вмістом вуглецю 0,12%.

Леговані сталі:

09Г2СД - сталь із вмістом вуглецю 0,09%, марганцю до 2%,кремнію до 1%,, міді до 1%; 12Х2Н4А - сталь із вмістом вуглецю 0,12%, хрому 2%, нікелю 4%, високоякісна; Г13 - сталь із вмістом вуглецю 1% і більше, марганцю 13%; 30ГС - сталь із вмістом вуглецю 0,3%,марганцю і кремнію до 1%.

90. Механічні властивості конструкційної сталі визначаємо на циліндричних зразках з початковим діаметром d0=10 мм, площею поперечного перерізу S0=78,5 мм2 і довжиною l0=100 мм. Допустиме навантаження, пропорційне відносному видовженню зразка, Fп.п=34 кН. Навантаження, при якому досягається кінцеве видовження, рівне 0,05% початкової (розрахункової) довжини зразка, F0,05=37,36 кН. Навантаження, при якому кінцеве видовження складає 0,02% початкової довжини, F0,2=41,5 кН. Найбільше навантаження, яке передує руйнуванню, F=68 кН. Довжина робочої частини зразка після розриву l1=110 мм. Діаметр шийки зразка після розриву d1=8,4 мм.

Визначити межу пропорційності, умовну межу текучості, тимчасовий опір сталі, відносне видовження і звуження.

Межа пропорційності σп.п=Fп.п/S0=0,034·106/78,5=433 МПа.

Межа пружності σ0,05=F0,05/S0=0,03736·106/78,5=475 МПа.

Умовна межа текучості σ0,2=F0,2/S0=0,0415·106/78,5=529 МПа.

Тимчасовий опір (межа міцності при розтягу)

σв=F/S0=0,068·106/78,5=866 МПа.

Відносне видовження

.

Відносне звуження

.

За довідковими даними можна знайти, що марка конструкційної сталі 70.

91. При визначенні модуля пружності сталі використали зразок з початковим діаметром d=10 мм (початкова площа поперечного перерізу S0=78,5 мм2) і розрахунковою довжиною l =100 мм. Вимірювачем деформації служить тензометр з ціною поділки 0,002 мм. Навантаження проводили ступенями DF=5400 Н до навантаження F, яке відповідає 70% очікуваної межі пропорційності (F=37800 Н). При даному навантаженні за шкалою тензометра зафіксовано показник 105 поділок. Розрахувати модуль пружності сталі.

Модуль пружності Е, МПа, вираховують за формулою

,

де Dlсер - середня величина приросту видовження зразка, мм, на ступінь навантаження:

;

.

92. При випробовуванні твердості сталі по Брінеллю за допомогою кульки з діаметром D=10 мм при навантаженні F=30 кН отриманий діаметр відтиску d=5,05 мм. При випробовуванні твердості цієї ж сталі методом Роквела при вимірюванні за шкалою В різниця h-h0 глибини занурення стальної кульки під дією загального навантаження 981 Н і попереднього навантаження 98 Н складає 0,108 мм. Яку твердість має сталь і до якої марки її можна віднести?

Твердість за Брінеллем виражають числом твердості НВ і визначають за формулою

Для орієнтовного визначення тимчасового опору sв сталі використовуємо емпіричну формулу

sв»0,34·НВ»0,34·1430=486 МПа.

Твердість сталі при вимірюванні методом Роквела виражають в умовних одиницях. При вимірюванні за шкалою В її визначають за формулою

HR=130-l

де l=(h-h0)/0,002; l=0,108/0,002=54.

HR=130-54=76.

За результатами визначення твердості методами Брінелля і Роквела випробувану сталь можна віднести до марки Ст.3.

93. Для випробування на ударну в’язкість сталі до і після термічної обробки використовували стандартні квадратні зразки перерізом 1´1 см і довжиною 5,5 см з надрізом глибиною 0,2 см. Запас енергії маятника до удару складав А1=85 Дж. Невикористана енергія маятника після злому зразка сталі до термообробки А2=15 Дж, після термообробки А2=21 Дж. Знайти ударну в’язкість сталі.

Ударна в’язкість сталі Rуд характеризує роботу, яка витрачається для ударного злому зразка металу з надрізом Ан, віднесену до площі поперечного перерізу зразка S у місці надрізу: S=1·(1-0,2)=0,8 cм2.

Робота, затрачена на злом зразка сталі, до термообробки

Ан=А1-А2=85-15=70 Дж;

після термообробки

Ан=А1-А2=85-21=64 Дж.

Ударна в’язкість сталі до термообробки Rуд=70/0,8=87,5 Дж/см2; після термообробки R'уд=64/0,8=80 Дж/см2. 94. Визначити усереднену економію металу, %, і економію затрат, грн., на 1 т металу при заміні у виробництві залізобетонних виробів 1 т арматурної сталі А-ІІІ на А-V.Коефіцієнти приведення для сталей А-ІІІ і А-V відповідно 1,43 і 2,2. Гуртова вартість арматурних сталей А-І, А-ІІІ, А-V відповідно 146; 163; 216 грн. за 1 т. Арматурна сталь різних класів і видів може бути у відомих межах взаємозамінною. Із цього випливає, що кількість сталі будь-якого класу Т може бути виражена в умовно еквівалентній за міцністю приведеній кількості сталі класу А-І - Т-1:

Т=Т1/kпр,

де kпр - коефіцієнт приведення сталі даного класу до сталі класу А-І (підраховується як відношення похідної розрахункового опору арматури на коефіцієнти її конструктивного використання і використання металу для сталі даного класу до значень цих характеристик для сталі класу А-І). Усереднена економія металу визначається із виразу

Ем=(1-1/kпр)·100.

Економія витрат в вартісному виразі Эс від використання 1 т арматурної сталі даного класу визначається за формулою

Ес=kпр·Ц1-Ц2,

де Ц1 - вартість сталі класу А-І; Ц2 - вартість сталі більш високого класу.

Економія металу при заміні арматури класу А-І на клас А-ІІІ:

Эм=(1-1/1,43)·100=30,1%;

А-V на А-І:

Э'м=(1-1/2,2)·100=54,7%.

Економія затрат при заміні А-І на А-ІІІ:

Эс=1,43·146-163=45,78 грн. на 1 т;

А-І на А-V:

Э'с=2,2146-216=105,2 грн. на 1 т.

При заміні арматури класу А-ІІІ на А-V досягається, таким чином, економія металу DЭм=Э'м-Эм=54,7-30,1=24,6%; економія затрат DЭc=Э'с-Эс=105,2-45,78=59,42 грн. на 1 т.

8. Матеріали на основі органічних в’яжучих

95. В якому процентному відношенні потрібно змішати бітуми нафтові покрівельні БНК 45/180 і БНК 90/30 при отриманні покрівельних гарячих мастик МБК-Г-55 і МБК-Г-75?

У відповідності з ДСТУ 4044-2001 температура розм’якшення бітумного в’яжучого t за методом «кільця і кульки» повинна бути для мастик МБК-Г-55 - 41…50°С, МБК-Г-75 - 61…70°С.

Бітум БНК 45/180 має середню температуру розм’якшення не нижче tм=45°С, БНК 90/30 - tт=90°С, де tм і tт - температура «м¢якого» і «твердого» бітумів. Кількість тугоплавкого бітуму Бт, %, який вводиться в розплавлений бітум, можна знайти за формулою

.

Для мастики МБК-Г-55 .

Для мастики МБК-Г-75 .

Таким чином, у склад бітумного в’яжучого мастики МБК-Г-55 повинно входити 11,1% бітуму БНК 90/30 і 88,9% бітуму БНК 45/180, мастики МБК-Г-75 - 55,5% БНК 90/30 і 44,5% БНК 45/180.

96. Розрахувати склад дрібнозернистої гарячої асфальтобетонної суміші типу Б.

Зерновий склад вихідних мінеральних матеріалів і результати розрахунку приведені в табл. 8.1.

Розрахунок складу асфальтобетонних сумішей на першому етапі передбачає визначення складу мінеральної частини, яка забезпечує максимальну густину мінерального остова.

Виходячи із рекомендацій ГОСТ 9128-84 визначають часткову участь кожного компоненту. Часткову участь щебеню Dо.щ назначаємо так, щоб отримати повний залишок на ситі з розміром отворів 10 мм, який не перевищує 30% (Dо.щ=30:55=0,54).

У мінеральному порошку міститься 20% зерен крупністю 0,071мм, звідси величина повного проходу скрізь сито складатиме 100-20=80%. У відповідності із рекомендованими межами повний прохід на ситі № 0071 повинен бути в межах 6-12% або в середньому 9%. Частковий вміст мінерального порошку: Dо.м=9:80=0,11. Вміст піску 1-0,54-0,11=0,35. Знайдені співвідношення між фракціями є об¢ємними. При використанні матеріалів, які суттєво відрізняються за густиною, частковий вміст кожного компонента множиться на поправочний коефіцієнт

kx=r2/r1,

де r1 - дійсна густина матеріалу, кількість якого переважає в суміші; r2 - дійсна густина непереважаючого матеріалу.

Таблиця 8.1

Потрібна кількість бітуму визначають за формулою

,

де Пм.ч - порожнистість мінеральної частини випробуваних зразків, %; П0 - задана остаточна пористість асфальтобетону, %; rб - дійсна густина бітуму при 20˚С, г/см3;r0 - середня густина мінеральної частини асфальтобетону.

Наприклад, якщо мінеральна частина зразків має середню густину r0=1750 кг/м3 і порожнистість Пм.ц=18%, то при заданій остаточній пористості П0=3,5% і rб=0,99;

.

Розрахунковий склад асфальтобетонної суміші уточняють за експериментальними даними. Для виробництва вибирається склад, який забезпечує необхідні властивості асфальтобетону при мінімальній витраті бітуму.

97. Визначити витрату матеріалів для виготовлення асфальтового бетону, який призначається для влаштування покриття підвищеної шорсткості.

Вихідні матеріали: дорожній бітум, вапняковий мінеральний порошок (наповнювач), пісок із середньою густиною в ущільненому стані ρо.п=1650 кг/м3, гранітний щебінь із середньою густиною в ущільненому стані ρо.щ=1600 кг/м3, порожнистістю Пщ=40%. Необхідне експериментально установлене співвідношення бітум : порошок(Б/Н) 0,96.

Для доріг із підвищеною шорсткістю покриття необхідно, щоб міжщебеневий простір був заповнений асфальтовим розчином без розсуву зерен щебеню. У відповідності з цією умовою витрата щебеню повинна бути

,

де rр - густина асфальтового розчину, орієнтовно рівна 2,3 г/см3;

.

Витрата піску знайдемо із співвідношення

,

звідси

Вміст асфальтового в’яжучого (бітум + мінеральний порошок) Б+Н=100-63-26=11%.

Необхідну витрату бітуму і мінерального порошку знайдемо із рівняння: (Б/Н)·Н+Н=11; 1,96·Н=11%; Н=5,61%; Б=11-5,61=5,39%.

98. Визначити склад полімерного розчину в процентах. Середня густина піску ρо.п=1440 кг/м3, порожнистість піску Пп=40%, співвідношення полімерного в’яжучого і наповнювача П/Н=0,4, дійсна густина наповнювача ρн=2,67 кг/м3. Коефіцієнт зручновкладальності розчину kу=0,5.

Одна частина за масою полімерної мастики може заповнити порожнини піску в наступній кількості:

.

Таким чином, полімерна мастика і пісок у розчині повинні знаходитись в частках за масою - 1 : 1,24 або в % - 44,65 і 55,35. Враховуючи співвідношення полімеру і наповнювача в складі мастики, склад розчину можна виразити наступним чином, %: полімер - 12,75; наповнювач - 31,9; пісок - 55,35.

99. Визначити вид білил, які використовуються для виготовлення масляної фарби, що містить 45% оліфи (Ол), якщо на фарбування скляної пластинки площею S=200 см2 витрачено mк=4 г фарби. При визначенні олифомісткості білил на mб=5 г сухого пігменту витрачено mм=0,7 г лляного масла.

Відомо, що покривність, тобто витрата пігменту, г на 1 м2 фарбованої поверхні, для свинцевих білил - 160…200, літопонових - 110…140, титанових - 35…54, цинкових - 100…120. Олифомісткість свинцевих білил - 9…12, літопонових - 11…15, титанових - 20…25, цинкових - 12…16 на 100 г пігменту.

Покривність, г/м2, для фарб малярної консистенції Ук=mк/S; для сухих пігментів: Уп=mк·(100-Ол)/(100·S).

Для використаних сухих білил

Уп=4·(100-45)/(100·0,02)=110 г/м2.

Олифомісткість сухих білил, г, на 100 г:

М=100·mм/mб=100·0,7/5=14.

Білила, які використовуються для отримання фарби, являються цинковими білилами.

100. Визначити кількість полімеру густиною 1,13 г/см3 для виготовлення плити утеплювача розміром 100´50´5 см заливним способом і тиск, який створюється у формі, якщо при вільному спіненні рідкого полімеру об’ємом vр.п=11 см3 утворюється vп=166 см3 пінопласту.

Визначаємо кратність спінення К:К=vп/vр.п=166:11=15,1.

Необхідна кількість полімеру

mп=1,2·vф·rп/К,

де 1,2 - коефіцієнт запасу; vф - об’єм форми (vф=100´50´5=25000 см3);

mп=1,2·25000·1,13/15,1=2245 г, або 2,24 кг.

Потрібний об’єм рідкого полімеру для заповнення форми v¢р.п=2245:1,13=1987 см3.

Тиск, яке розвивається в формі буде більше , ніж при вільному спіненні, у n раз:

n=К·vр.п/vф=15,1·1987/25000=1,2.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6