Строительные материалы

логичен приведенному в задании 2. Расчет производится по форму-

лам (13.4), (13.5) и (13.6), а также по формуле (13.8).

где сw удельная влажность материала, определяемая с учетом теплоемкости сухого материала (см. задание 2) и весовой влажности W, % (см. задание 1), определяется по формуле

аw коэффициент нестандартной влагопроводности для исследуемых образцов во влажном состоянии, определяется по формуле

где ? – коэффициент паропроницаемости, определяется по СНиП 11-3-79; для пенопласта, газосиликата (пеногипса) и керамзитобетона соответственно равен 0,05; 0,23 и 0,26 (мг/(м ч, Па) при весовой влажности W = 0,6 долей единицы;

ρw – средняя плотность образцов материала в кг/м3 во влажном состоянии (см. задание 1).

Результаты испытаний

Опытные данные и результаты вычислений заносятся в табл. 13.4. Сопоставляют результаты испытаний (влажность, плотность, пористость) образцов, проводят анализ полученных данных и делают вывод о влиянии влажности на теплопроводность ТИМ.

301

Т а б л и ц а 13.4

Результаты измерений и теплофизические характеристики ТИМ во влажном состоянии

1Влажность образца в момент испытания W, %

2Температура среды испытания в начальный момент времени Rо в условных единицах

3Температура среды испытания Ri в фиксированный отсчет времени τi, соответственно при: τ0= 0 мин τ1= 2 мин τ2= 2,5 мин τ3= 3 мин τ4= 4 мин τ5= 5 мин τ6= 6 мин

4Фиксированные измерения температуры в условных единицах

(1/3 ∑ ∆ Ri 1000)

5Теплопроводность

λ, Вт/(м С)

6Среднее значение теплопроводности λ, Вт/(м С)

Заключение

Сделать заключение по результатам испытаний.

302

Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы

1.Как влияет пористость на теплопроводность строительных материалов?

2.Как изменяется теплопроводность теплоизоляционных материалов в зависимости от их влажности?

3.Как определить влажность ТИМ?

4.По какой формуле рассчитывают пористость строительных материалов?

5.Какой принцип положен в основу определения теплопроводности прибором ИТ-1?

6.В каких единицах измеряется теплопроводность?

7.Где целесообразно использовать ТИМ, и в чем их преимуще-

ства?

Ли т е р а т у р а

1.Д о м о к е е в А.Г. Строительные материалы. М.: Высш.

школа, 1989.

2.Г о р л о в Ю.П., М е р к и н А.П., У с т е н к о А.А. Технология теплоизоляционных материалов. – М.: Стройиздат, 1980.

3.Г о р ч а к о в Г.И., Б а ж е н о в Ю.М. Строительные материалы. – М.: Стройиздат, 1998.

4.СНиП БНБ 2.01.01-93. Строительная теплотехника.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1 4

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Цель работы

1.Изучить влияние термической обработки и пластической деформации на механические и деформативные характеристики арматурной стали.

2.Определить твердость металлов.

3.Выполнить технологические испытания (на изгиб) стержневой арматуры.

303

14.1. Вопросы для подготовки к выполнению лабораторной работы

1.Какие металлы относятся к черным?

2.В чем основное отличие чугуна от стали?

3.Где применяются в строительстве черные металлы?

4.Какие металлы относятся к цветным?

5.Какие сплавы на основе цветных металлов широко применяются в строительной практике?

6.Какие механические показатели определяются для строительных металлов?

7.Как разделяют стали по составу (количеству углерода)?

8.Как разделяют арматуру по технологии изготовления?

9.Каким образом получают легированные стали?

10.Какие напряжения возникают в рабочей арматуре железобетонных изгибаемых конструкций?

14.2. Задания к лабораторной работе

Задание 1. Определение влияния термической обработки на механические свойства арматурной стали.

Задание 2. Определение влияния пластической деформации на деформативные свойства арматурной стали.

Задание 3. Определение твердости металлов.

Задание 4. Проведение технологических испытаний арматурной стали.

14.3. Общие сведения о строительных металлах

Металлы – это вещества, которые обладают высокой прочностью, пластичностью, упругостью, электро- и теплопроводностью, ковкостью, свариваемостью, а также металлическим блеском.

Металлы разделяют на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе – стали, содержащие до 2,14 % углерода, и чугуны с содержанием углерода более 2,14 %. К цветным относятся алюминий, медь, цинк, свинец, магний и титан, которые в чистом виде в строительной практике применяются редко, а широко используются сплавы на их основе. Изделия из стали имеют наибольшую степень применения в строительстве: стальные профили

304

для металлических конструкций, стальная арматура и проволока для армирования железобетонных конструкций, стальные трубы, заклепки, болты, гвозди и другие изделия.

По составу стали делят на углеродистые (из них низкоуглеродистые содержат углерода менее 0,25 %, среднеуглеродистые 0,25…0,65 %, высокоуглеродистые 0,65…2,14 % и небольшое количество примесей кремния, марганца, серы, фосфора и др.) и легированные (содержат определенное количество легирующих добавок, улучшающих их эксплуатационные свойства).

Арматуру для железобетонных конструкций по технологии изготовления разделяют на горячекатаную стержневую арматуру(сталь любого диаметраи профиля)и холоднотянутую проволочнуюарматуру.

По профилю поверхности различают арматуру периодического профиля и гладкую.

По условиям применения различают арматуру для армирования обычных железобетонных конструкций и арматуру для армирования предварительно напряженных конструкций.

Стержневая арматурная сталь выпускается диаметром от 6

до 80 мм. Она делится на горячекатаную гладкую класса А-1 и горячекатаную периодического профиля классов А-II, А-III, А-IV, A-V, A-VI. В табл. 14.1 приведены механические характеристики указанной арматуры.

Т а б л и ц а 14.1

Механические характеристики стержневой арматурной стали

305

Окончание табл. 14.1

Сортамент стержневой арматуры построен по номинальным диаметрам стержней dн. Для стержней гладкого профиля он равен фактическому диаметру dф, для стержней периодического профиля диаметру одинакового с ним по площади поперечного сечения гладкого стержня.

Холоднотянутая проволочная арматура по форме сечения выпускается круглой гладкой классов В-1 и В-II и периодического профиля – холодносплющенная Вр-1 и Вр-II. Буква «р» в обозначении указывает, что проволока рифленая. В табл. 14.2 приведены механические характеристики проволочной арматуры.

Т а б л и ц а 14.2

Механические характеристики стальной арматурной проволоки

306

Окончание табл. 14.2

В железобетонных конструкциях арматура работает на растяжение. Кроме того, ее приходится загибать в холодном состоянии при изготовлении арматурных каркасов этих конструкций.

Стержневую и проволочную арматуру испытывают на растяжение для определения предела текучести, временного сопротивления, относительного удлинения при разрыве, а также на загиб в холодном состоянии.

Задания

Задание 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АРМАТУРНОЙ СТАЛИ

Известно, что в процессе термической обработки железоуглеродистого сплава изменяются его структура и механические свойства. Этот процесс состоит из нагрева до определенной температуры, выдержки при этой температуре и охлаждении с заданной скоростью. При этом происходят фазовые превращения стали, изменяются ее структура и физико-механические свойства.

За счет улучшения структуры металла при термической обработке повышаются его механические характеристики. Это позволяет увеличить расчетные сопротивления (допускаемые напряжения), повысить надежность и долговечность железобетонной конструкции.

Взависимости от требований к изделиям из стали применяют 4 вида термической обработки: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск, которые отличаются температурой нагрева, длительностью выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения по окончании выдержки.

Встроительной практике для улучшения механических характеристик арматурной стали чаще всего применяют закалку. Закалкой

307

называется процесс нагрева стали на 30…50 C выше критических точек Ас3 доэвтектоидной стали и Ас1 заэвтектоидной стали при данной температуре и последующее быстрое охлаждение. Этот метод будет использован при выполнении данной задачи.

На рис. 14.1 приведен температурный интервал закалки и отпуска стали.

Рис. 14.1. Температурный интервал закалки и отпуска стали: I - закалка полная; II - закалка неполная; III – высокий отпуск

Доэвтектоидные стали, содержащие 0,02…0,8 % углерода, при нагревании на 30…50 С выше критических точек Ас3 приобретают структуру аустенита. Затем при непрерывном быстром охлаждении аустенит превращается в мартенсит, который имеет более высокую твердость и прочность. Высокая твердость мартенсита достигается за счет атомов углерода, которые внедряются в решетку-железа.

При закалке заэвтектоидных сталей, содержащих 0,8…2,14 % углерода, их нагревают на 30…50 С выше критических точек Ас1, соответствующих температуре 727 С. В этом случае образуется аустенит и в стали остается некоторое количество вторичного цементита. Охлажденная сталь состоит из мартенсита и частиц карбидов, которые имеют высокую твердость. В итоге закаленная заэвтектоидная сталь имеет высокую твердость.

308

Приборы и материалы

1.Электрическая муфельная печь с нагревом до температуры 900…1000 С с регулятором температуры.

2.Ванна с водой (Т = 18…20 С) для охлаждения образцов.

3.Штангенциркуль.

4.Разрывная испытательная машина марки Р-10.

5.Индикаторный деформометр.

6.Образцы низкоуглеродистой арматурной стали диаметром 10 мм

идлиной 200 мм.

Методика испытаний

По диаграмме рис. 14.1 в зависимости от содержания в стали углерода определяют максимальную заданную температуру нагрева опытных образцов. Она должна быть на 30…50 С выше критической Ас3 для сталей, содержащих 0,02…0,8 % углерода, и на столько же выше Ас1 для сталей, содержащих 0,8…2,14 % углерода.

Образцы арматурной стали помещают в муфельную печь, нагревают до максимальной температуры и выдерживают при этой температуре в течение 5, 10 и 15 минут (по одному образцу на каждое время выдержки). Затем их извлекают из печи и помещают на 30 мин в ванну с водой. В последующем их медленно охлаждают на воздухе до температуры 20…25 С.

Затем на образцы, подвергнутые нагреванию, и контрольные, не подвергнутые действию температуры, с помощью кернов наносят риски. Разметку делают на длине, несколько большей расчетной, равной 100 мм (рис. 14.2).

Рис. 14.2. Общий вид образцов до испытания (а) и после испытания (б)

309

На образце закрепляют индикаторный деформометр на базе измерения 100 мм. Образец устанавливают в испытательную машину и закрепляют в зажимах.

Дают предварительную нагрузку, равную по шкале силоизмерителя 1000 Н, снимают отсчет по шкале индикатора, и затем увеличивают нагрузку этапами, равными приблизительно 0,1 от предполагаемой разрушающей. Отсчеты снимают на каждом этапе до нагрузки, соответствующей пределу текучести испытываемой стали. Физический предел текучести фиксируется по интенсивному увеличению деформаций образца при практически не возрастающей нагрузке. Затем нагрузку увеличивают до разрыва образца.

После испытания части образца тщательно складывают вместе, располагая их по прямой линии. От места разрыва в одну сторону откладывают п / 2 интервалов и ставят точку а. Участок от места разрыва до первой метки при этом считается как целый интервал. Затем от отметки а откладывают в сторону места разрыва п интервалов и ставят точку b (рис. 14.2 б). Отрезок аb и будет конечной расчетной длиной ℓк, полученной после разрыва образца.

Физический предел текучести вычисляют с погрешностью не более 5 МПа по формуле

где F – осевая растягивающая нагрузка в Н, соответствующая началу интенсивного деформирования образца;

Αо – площадь поперечного сечения образца до его испытания, мм2.

Временное сопротивление (предел прочности) вычисляют с погрешностью не более 5 МПа по формуле

где Fmax – максимальная нагрузка на образец в Н.

Величину относительного удлинения после разрыва вычисляют с округлением до 0,5 % по формуле

310