Богатина А.Ю. Материаловедение и технология конструкц. матер. Для самостоят. раб. 2017

УДК 620.22(07) + 06

Рецензент – кандидат технических наук, профессор И.В. Кашина (ДГТУ)

Богатина, А.Ю.

Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебнометодическое пособие для самостоятельной работы / А.Ю. Богатина, А.В. Долгова; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2017. – 46 с. – Библиогр.: с. 39.

Приведены указания для выполнения самостоятельной работы. Предназначено для студентов специальности «Строительство железных

дорог, мостов и транспортных тоннелей» очной и заочной форм обучения. Одобрено к изданию кафедрой «Изыскания, проектирование и строитель-

ство железных дорог».

© Богатина А.Ю., Долгова А.В., 2017 © ФГБОУ ВО РГУПС, 2017

2

2.1Классификация строительных материалов. Композиты.

Общие свойства строительных материалов ………………………... 8

2.2Природные каменные материалы. Минеральные

2.4Керамические материалы. Материалы из древесины …………….. 19

2.5Органические вяжущие и материалы на их основе. Полимеры

иматериалы из пластмасс. Лакокрасочные материалы ………….. 20

2.6Металлы. Чугуны, стали и цветные металлы………………………. 22

2.7Технология обработки металлов. Производство неразъемных

соединений. Сварочное производство ……………………………… 23

Библиографический список …………………………………………………… 39

Приложение 1 ……..…………………………………………………………….. 40 Приложение 2 …………………………………………………………………… 45

3

ВВЕДЕНИЕ

Индустрия строительных материалов является одной из ведущих в промышленной отрасли страны.

Во введении студент знакомится со значением строительных материалов в индустрии страны и постановлениями правительства об основных направлениях развития промышленности строительных материалов. Кроме того, студент должен усвоить краткие исторические сведения о развитии теории и практики производства и применения строительных материалов, а также ознакомиться с новейшими достижениями науки и техники в этой области.

Строительные материалы – это природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений. Различают строительные материалы общего (цемент, бетон, древесина) и специального назначения (акустические, теплоизоляционные, огнеупорные материалы).

На каждый строительный материал имеется ГОСТ или ТУ, в которых даются определение материала, важнейшие требования, предъявляемые к нему, методы испытаний, правила транспортирования, приемки и хранения. Стандарт имеет силу закона, и соблюдение его обязательно.

Основными направлениями экономического и социального развития РФ в XXI веке являются: улучшение качества и развития производства эффективных строительных материалов, более широкое использование материалов попутной добычи, вторичного сырья и отходов других отраслей для производства строительных материалов; последовательный переход на поставку изделий высокой строительной готовности; расширение ассортимента и объема поставки высококачественной продукции для нужд населения, в том числе местных строительных материалов.

Студент изучает строительные материалы по технологическому признаку, положенному в основу классификации. К основным группам (классам) строительных материалов относятся:

1Природные каменные материалы.

2Неорганические вяжущие материалы.

3Строительные растворы.

4Бетоны и изделия из них.

5Железобетонные изделия.

6Керамические изделия.

7Органические вяжущие материалы и изделия на их основе.

8Лесные материалы.

9Силикатные материалы.

10Тепло- и звукоизоляционные материалы.

11Стеклянные и другие плавленые материалы и изделия.

12Строительные материалы из пластических масс.

13Асбестоцементные изделия.

14Материалы для окраски и других видов отделки.

15Металлические изделия.

4

Для сравнения различных видов материалов друг с другом основным критерием служат их технические свойства. Анализируя показатели технических свойств, можно сравнивать металл и древесину, бетон и кирпич, цемент и известь и др.

1 ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Программа предмета «Материаловедение и технология конструкционных материалов» для строительных специальностей заочной формы обучения в высших учебных заведениях железнодорожного транспорта предусматривает изучение свойств строительных материалов, изделий и деталей, применяемых в транспортном строительстве, определение их качества и области их применения.

Строительные материалы служат основой строительства. Затраты на материалы составляют более половины общей стоимости строительно-монтажных работ и около одной трети капитальных вложений в народное хозяйство страны. Для успешноrо выполнения намеченных планов в области строительства большое значение имеет увеличение объема производства, ассортимента строительных материалов и требований к рациональному применению.

Глубокое знание свойств строительных материалов позволяет правильно выбрать необходимый материал с учетом его качественных показателей, конкретных условий применения и стоимости. Кроме того, изучение свойств строительных материалов является фундаментом для дальнейшего усвоения студентом таких дисциплин, как «Проектирование и строительство железных дорог», «Строительные конструкции», «Проектирование и строительство мостов» и других специальных дисциплин.

Программа предусматривает изучение студентом-заочником теоретической части курса, с которой студенты самостоятельно знакомятся пo учебникам. При изучении предмета кроме основного учебника студенты должны пользоваться дополнительной литературой, указанной ниже, а также использовать специальную техническую литературу, в том числе периодическую печать (журналы «Строительные материалы», «Бетон и железобетон», «Транспортное строительство») и нормативную литературу (ГОСТ, СНиП, ВСН, ТУ и др.).

С целью практического ознакомления со строительными материалами, деталями и изделиями рекомендуется проводить экскурсии на передовые предприятия промышленности строительных материалов, на выставки и строительные площадки.

Для облегчения усвоения теоретической части курса студентамзаочникам читаются установочные и тематические лекции как в период лабораторно-экзаменационной сессии, так и в течение всего года. В таких лекциях излагаются наиболее сложные вопросы отдельных разделов курса, а также последние данные о современных достижениях в области строительных материалов и изделий.

5

Для закрепления теоретических знаний и приобретения практических навыков программой предусмотрено выполнение самостоятельных работ и курса лабораторных работ.

Номера контрольных вопросов принимаются по четырем блокам, в блоке номера вопросов выбираются по начальной букве фамилии и по последней цифре шифра студента (по табл. 1.1 и 1.3).

Номера вариантов задач принимаются пo начальной букве фамилии и пo последней цифре шифра студента (по табл. 1.2 и 1.4).

Таблица 1.1

Вопросы к контрольной работе № 1

6

Таблица 1.3

Вопросы к контрольной работе № 2

Пример. Фамилия студента Иванов А.И., шифр оканчивается на цифру 5 – следовательно, студент в контрольной работе № 1 должен дать ответы на вопросы № 5, 19, 34, 57, 79, 97, 115 и решить задачи № 5, 22. В контрольной работе № 2 студент должен дать ответы на вопросы № 129, 143, 163, 180, составить технологическую схему № 5 и решить задачи № 47, 70.

При выполнении контрольных работ студентам рекомендуется пользоваться письменными и устными консультациями.

После рецензирования преподавателем контрольных работ студент сдает зачеты по этим работам.

Лабораторные работы студенты выполняют под руководством преподавателей и лаборантов кафедры. Студент обязан выполнить все лабораторные работы и сдать по ним зачеты. Для записей всех результатов испытаний студентузаочнику выдается специальная тетрадь.

Студент, получивший зачеты по контрольной и лабораторным работам, допускается к экзамену.

7

2 ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАЗДЕЛАМ КУРСА

Блок А

2.1 Классификация строительных материалов. Композиты. Общие свойства строительных материалов

Значение свойств материалов. Зависимость свойств от строения материала. Взаимосвязь различных свойств. Физические свойства: плотность вещества и плотностъ материала, относительная плотность. Методы их определения. Пористость – общая, интегральная, замкнутая – и методы ее определения. Классификация пористости. Гигроскопичность материала, методы ее оценки.

Водопоглощение и методы его определения. Водостойкость материалов и факторы, ее определяющие. Причины возможного снижения прочности материала при насыщении водой. Коэффициент размягчения.

Водонепроницаемость материала, методы определения. Морозостойкость материала и факторы, ее определяющие. Методы определения морозостойкости.

Теплопроводность и теплоемкостъ строительных материалов и факторы, их определяющие. Термическая стойкость, огнестойкость и огнеупорность строительных материалов.

Механические свойства: прочность, упругость и деформативность. Физическая природа прочности. Понятие о теоретической и реальной прочности материалов.

Основные виды диаграмм деформаций. Хрупкие и пластичные матери-

алы.

Физическая природа хрупкого разрушения. Теория Гриффитса. Физическая природа пластичного разрушения материала под действием возрастающей нагрузки. Понятие о дислокациях. Виды дислокаций. Показатели механических свойств хрупких и пластичных материалов и методы их определения. Динамическая прочность материалов. Твердость материалов и методы ее определения.

Абсолютная плотность (г/см3, кг/м3) – масса единицы объема абсолютно плотного материала:

где m – масса материала, г;

Va – объем в плотном состоянии, см3.

Средняя плотность ρо (г/см3, кг/м3) – есть масса единицы объема материала в естественном состоянии (объем определяется вместе с порами):

8

Пористость П – есть степень заполнения объема материала порами:

Пористость выражают в долях объема материала, принимаемого за 1, или в % от объема. Для вычисления пористости в %, используют формулу:

Влажность материала W(%) определяется содержанием в нем влаги, отнесенным к массе материала в сухом состоянии:

где m2 – масса влажного образца, г; m1 – масса сухого образца, г.

Водопоглощением называют способность материала поглощать и удерживать воду.

Количество поглощенной материалом воды, отнесенное к массе сухого материала, называется водопоглощением по массе Wm(%):

где m2 – масса образца, насыщенного водой, г; m1 – масса сухого образца, г.

Объем поглощенной материалом воды (численно равный ее массе), отнесенный к объему материала, называется объемным водопоглощением Wo (%):

Степень снижения прочности материла при предельном его водонасыщении называется водостойкостью. Водостойкость численно характеризуется коэффициентом размягчения Кразм:

где – предел прочности при сжатии материалов в насыщенном водой состоянии, кгс/см2;

Rсух – предел прочности при сжатии сухого материала, кгс/см2.

Прочность – свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами.

Предел прочности при осевом сжатии Rсж (МПа) определяется по формуле:

9