Богатина А.Ю. Материаловедение и технология конструкц. матер. Для самостоят. раб. 2017
.pdf
где Р – разрушающее усилие:
|
|
|
|
|
|
|
Р = А ∙ Fпорш. |
|
|
||||
Площадь поршня пресса |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Fпорш= |
d 2 |
|
3,14 92 |
63, 6 |
см2, |
|
||
|
|
|
|
|
4 |
4 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
отсюда А = |
P |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
порш |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р находим из формулы предела прочности на изгиб: |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
изг |
2 b h2 |
35, 3 2 12, 5 62 |
|
|
||||
|
|
|
Р = |
|
|
|
|
|
|
529, 5 |
кгс. |
||
|
|
|
|
|
3 l |
|
3 20 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тогда А = |
529, 5 |
8, 3 атм. 9 атм. |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
63, 6 |
|
|
|
|
|||||||||
Задача 3. Для производства извести берется известняк 1 т, содержащий 5 % глинистых и кварцевых примесей и 3 % влаги. Определить, к какому сорту (по активности) будет относитЬся полученная известь.
Дано: |
Решение: |
m CaCO3 = 1 т =1000 кг |
Уравнение получения извести: |
m прим = 5 % |
CaCO3 = СаО+СО2↑ |
W = 3 % |
Определим молярные массы: |
Опр. АСаО – ? |
– известняка CaCO3 = 40 + 12 + 16 ∙ 3=100 |
г |
; |
||
|
|||||
моль |
|||||
|
|
г |
|
|
|
|
– извести СаО = 40 + 16 = 56 |
|
. |
|
|
|
моль |
|
|
||
Определим выход негашеной извести из известняка по формуле:
m CaO= m чист CaCO3 ∙ |
М СаО |
|
, |
М СаСО |
3 |
||
|
|
|
где m чист CaCO3 = m CaCO3 – m прим – W = 1000 – 5 % – 3 % = 920 кг.
Тогда mCaO = 920 ∙ 10056 515,2 кг.
Общее количество извести:
mCaO общ= m CaO + mприм = 515,2 + 50 = 565,2 кг.
Определим, к какому сорту (по активности) будет относиться полученная известь:
АCaO= |
mСаО |
100 % |
515, 2 |
100 % 91 % . |
|
m |
565, 2 |
||||
|
|
|
СаОобщ
Следовательно, известь по активности относится к 1-му сорту (более
90 %).
41
Задача 4. Определить количество химически связанной воды в цементном камне, после реакции цемента с водой, если цемент содержит,%: алит – 60, белит – 20, трехкальциевый алюминат – 8, четырехкальциевый алюмоферрит –
12.
Дано: |
|
|
Решение: |
3СаO∙SiO2 |
= 60 % |
|
Реакции этих соединений с водой: |
2СаO∙SiO2 |
= 20% |
|
1) 3СаO ∙ SiO2 + 5Н2О=2СаO∙SiO2+4Н2О+Са(ОН)2 |
3СаO∙Al2O3 = 8 % |
|
Определяем молярные массы компонентов: |
|
4СаO∙Al2O3∙Fe2O3 = 12 % |
3 ∙ (40+16) + 28 + 16∙2+ 5∙(1 ∙ 2 + 16) = 228 + 5 ∙ 18; |
||
|
|
2) 2СаO∙SiO2 + 4Н2О = 2СаO ∙ SiO2 ∙ 4Н2О |
|
Опр: Вх.св.–? |
|
2 ∙ (40+16) + 28 + 32 + 4 ∙ (1 ∙ 2 + 16) =172 + 4 ∙ 18; |
|
3) 3СаO ∙ Al2O3 + 6Н2О = 3СаO ∙ Al2O3 ∙ 6Н2О 3 ∙ (40+16) + 54 + 48 = 270 + 6 ∙ 18;
4) 4СаO ∙ Al2O3 ∙ Fe2O3 + 7Н2О =3СаO ∙ Al2O3 ∙ 6Н2О + СаO ∙ Fe2O3 ∙ Н2О
4∙(40 + 16) + 54 + 48 + 112 + 48 = 486 + 7 ∙ 18.
Определяем количество химически связанной воды в цементном камне по формуле:
МН О |
|
|
MH O |
|
|
|
|
MH O |
|
|
|
MH O |
|||||
Вх.св.=0,6∙ М3СaO SiO2 |
0, 2 M2CaO SiO2 |
0, 08 M3CaO Al2O3 0,12 |
M4CaO Al2O3 Fe2O3 |
||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
18 5 |
0, 2 |
18 4 |
|
0, 08 |
18 6 |
0,12 |
18 7 |
0, 4 40 %. |
||||||||
Вх.св.= 0,6 ∙ |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
228 |
172 |
|
27 |
486 |
|||||||||||||
Задача 5. Взята навеска высушенного щебня 3 кг и всыпана в металлический сосуд. Сосуд с щебнем заполняется доверху водой, общий вес сосуда, щебня и воды равен 7,8 кг. Вес пустого сосуда, заполненного водой, равен 5,91 кг. Вычислить плотность щебня, если вес металлического сосуда 1 кг.
Дано: |
|
|
|
|
|
Решение: |
||
|
|
|
|
|
||||
mщ =3 кг |
|
Вес воды, дополняющей объем щебня до полного |
||||||
m1 |
=7,8 кг |
|
объема сосуда: |
|
|
|||
m2 |
=5,91 кг |
|
mв1 = m1 – mщ – m3 =7,8 – 3 – 1 = 3,8 кг. |
|||||
m3 |
=1 кг |
|
Вес воды в сосуде: |
|||||
|
|
|
mв2 = m2 – m3 = 5,91 – 1 = 4,91 кг. |
|||||
|
|
|
||||||
Опр: ρщ – ? |
|
Вес воды, соответствующий объему щебня: |
||||||
|
|
|
mв3 = mв2 – mв1 =4,91 – 3,8 =1,11 кг. |
|||||
|
Находим объем этой воды по формуле: |
|||||||
|
|
|
VB= |
mB3 |
|
1,11 |
0,001 м3. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
B |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
42 |
|
Объем воды равняется объему щебня:
VB = Vщ = 0,001 м3.
Тогда плотность гранитного щебня будет:
ρщ = |
Щ |
|
3 |
|
3000 кг/м3 |
V |
0, 001 |
||||
|
щ |
|
|
|
|
Задача 6. Определить номинальный состав (по объему) и расход материалов на 1 м 3 бетона, если номинальный состав его по массе 1:2,2:5,1 при В/Ц = 0,7. Принять при расчетах следующие плотности материалов в насыпном состоянии: песок 1600, щебень 1450 и цемент 1300 кг/м 3 . Коэффициент выхода бетона принять 0,7.
Дано:
Ц : П : Щ = 1:2,2:5,1 В/Ц = 0,7
ρн.п = 1600 кг/м3
ρн.щ=1450 кг/м3 ρн.ц=1300 кг/м3
Опр: Vц : Vп : Vщ – ?
На 1 м3 Ц, П, Щ, В – ?
Решение:
Коэффициент выхода бетона определяется по формуле:
β =
1
Ц + П + Щ
ρн.ц. ρн.п. ρн.щ.
Составим уравнение, выразив массы песка и щебня из цемента, по соотношению их по массе:
0, 7 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ц |
|
2, 2 Ц |
|
5,1 Ц |
|
|
|
|
|
|||||
|
1300 |
1600 |
1450 |
|
|||
|
|
|
|
||||
Решая уравнение относительно неизвестной Ц, находим Ц = 252 кг.
Находим расход материалов на 1 м3 бетона:
П = 2,2 Ц = 2,2 ∙ 252 = 554,4 кг;
Щ = 5,1 Ц = 5,1 ∙ 252 = 1285,2 кг; |
|||||||||||||
В = В/Ц × Ц = 0,7 ∙ 252 = 176,4 кг. |
|||||||||||||
Находим объемы материалов: |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Vц= |
|
Ц |
|
252 |
|
0,19 м3 ; |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
ρн.ц. |
1300 |
|
|
|
|||||
Vп= |
|
|
П |
|
554, 4 |
0, 35 м3 ; |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
ρн.п. |
1600 |
|
|
|
|||||||
Vщ= |
|
Щ |
|
1285, 2 |
0,89 м3 . |
||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
ρ |
н.щ. |
1450 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
43 |
|
|
|
||
Тогда номинальный состав бетона (по объему) будет:
Vц : VП : VЩ ; Vц Vц Vц
0,190,19 : 0,350,19 : 0,890,19 ; 1:1,84:4,68.
44
Приложение 2
Пример ответа на теоретический вопрос
Вопрос. Перечислите основные свойства глин и расскажите о примесях, встречающихся в глинах.
К основным свойствам глин относятся: пластичность и связность глиняного теста, способность отвердевать при высыхании и переходить в необратимое камневидное состояние при обжиге.
Пластичность глин обеспечивается содержанием в них глинистых частиц пластичной формы размером 0,005 мм и менее. Наличие между этими частицами тонких слоев воды за счет действия молекулярных и капиллярных сил обеспечивает связность частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности.
При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается в объеме. Этот процесс называется воздушной усадкой (2–12 % по объему). При этом глина затвердевает, но при добавлении воды вновь переходит в пластичное состояние. При обжиге при температуре 1000 ºС керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства и за счет образования новых минералов приобретает камневидное состояние, водостойкость и прочность. Одновременно с этим происходит дальнейшее уплотнение и усадка материала, которая называется огневой усадкой (2–8 %).
Способность глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок называется спекаемостью глин. В зависимости от температуры обжига получают пористый (около 100 ºС) или спекшийся (1100 ºС) черепок.
Примеси, встречающиеся в глинах: кварцевый песок и шлуф, входят в состав Кремнезема; слюдистые примеси входят в состав глинозема; карбонатные примеси (CaCO3 и MgCO3) присутствуют в окислах щелочных металлов. В состав примесей входят оксиды железа (FeO), оксиды щелочноземельных металлов (Na2O, K2O), а также органические вещества – в виде остатков растений и гумусных веществ.
45
Учебное издание
Богатина Алла Юрьевна Долгова Анна Владимировна
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Печатается в авторской редакции Технический редактор Т.И. Исаева
Подписано в печать 29.12.17. Формат 60×84/16. Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. л. 2,79.
Тираж экз. Изд. № 901505. Заказ .
Редакционно-издательский центр ФГБОУ ВО РГУПС.
____________________________________________________________________
Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2.
46