Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Лабораторный практикум

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………………………………………………………………... 4 Лабораторная работа № 1. Определение естественной плотности тяжелого и легкого бетонов …………………………………………………………………... 5 Лабораторная работа № 2. Определение насыпной плотности цементного и гипсового вяжущих ………………………………………………………………. 6 Лабораторная работа № 3. Взаимосвязь структуры конгломерата и его фазового состава …………………………………………………………………………. 7 Лабораторная работа № 4. Влияние структуры конгломерата на его физические свойства ……………………………………………………………………... 9 Лабораторная работа № 5. Изучение макро и микроструктуры материалов и горных пород ……………………………………………………………………. 11 Лабораторная работа № 6. Изучение образцов горных пород ………………. 12 Лабораторная работа № 7. Определение сроков схватывания гипсового теста ……………………………………………………………………………… 13 Лабораторная работа № 8. Определение подвижности растворной смеси …. 15 Лабораторная работа № 9. Определение нормальной густоты растворной смеси …………………………………………………………………………………. 17 Лабораторная работа № 10. Испытание бетона на прочность неразрушающим методом ………………………………………………………………………….. 19 Лабораторная работа № 11. Определение прочности цемента ………………. 22 Список литературы ……………………………………………………………... 23

6

ВВЕДЕНИЕ

Роль и значение строительных материалов неразрывно связаны с их работой и поведением в конструкциях и сооружениях за длительный период эксплуатации в конкретных условиях. При проектировании и строительстве сооружений определяющим фактором является правильный выбор строительных материалов, которые должны обладать определенными свойствами и обеспечивать заданную надежность сооружений. Взаимосвязь материалов конструкции и срока службы представляет основу для оптимизации структуры и свойств материалов в целях повышения их качества.

Качество строительных материалов оценивают по совокупности показателей свойств, которые получают при их испытаниях. Имеются государственные стандарты (ГОСТы) на качественные характеристики каждого материала, выпускаемого в массовых количествах. В государственных стандартах приводятся все основные сведения для качественной характеристики конкретного материала, указываются числовые значения показателей свойств с соответствующей маркировкой.

Заданные свойства контролируются испытаниями по стандартной методике. Стандартные образцы испытываются на специальных стандартных установках в стандартной последовательности.

Цель лабораторного практикума – изучить и освоить стандартные методы определения основных физико-механических свойств материалов, уметь оценивать показатели их качества.

В методических указаниях «Лабораторный практикум» изложена методика лабораторных испытаний основных строительных материалов, приведены краткие теоретические сведения по темам, даны определения основных свойств испытываемых материалов, приведены описания инструментов и лабораторных установок, представлены журналы записей результатов.

Ориентировочный порядок проведения лабораторных работ:

Информация преподавателя:

Содержание и цель лабораторной работы, ее продолжительность;

Изучение методических приемов по выполнению лабораторной работы;

Изучение, проверка и установка приборов, используемых в работе;

Работа студентов:

Выполнение лабораторной работы в той последовательности, которая обусловлена методическими указаниями и пояснениями преподавателя;

Выполнение подсчетов и заполнение журналов;

Формулировка и запись выводов;

Оформление законченной работы.

После окончания занятия студенты приводят приборы и принадлежности в порядок.

Работы считаются выполненными при положительной оценке преподавателя, что подтверждается его подписью.

Студенты, не выполнившие запланированные семестровые лабораторные работы, к экзаменам не допускаются.

7

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ ПЛОТНОСТИ ТЯЖЕЛОГО И ЛЕГКОГО БЕТОНОВ

Продолжительность 2 ч

Краткие теоретические сведения

Естественная или средняя плотность 0 – масса единицы объема ма-

териала в естественном состоянии (вместе с порами):

0 = m / V0 (г/см3, кг/м3, кг/дм3) (1) m – масса материала (г, кг);

V0 – объем материала в естественном состоянии (см3, м3, дм3).

Значение средней плотности определяет свойства материала, определяет массу строительных конструкций, их размеры, используется при расчете транспорта и подъемного оборудования, подсчете силовых нагрузок.

Цель работы

Путем визуального изучения, точного обмера и взвешивания стандартных образцов – кубов тяжелого и легкого (ячеистого) бетона определить их естественную плотность 0.

Экспериментальные приспособления

Линейки и весы.

Порядок выполнения

1.С помощью линейки выполнить замеры ребер «а» образцов-кубов, записать в журнал;

2.Вычислить объемы V0т и V0л образцов, записать в журнал;

3.Взвесить образцы, записать их массы mт mл в журнал;

4.По формуле (1) вычислить естественную плотность образцов 0т и0л, записать в журнал;

5.Сделать сравнения и выводы.

Журнал

Выводы

8

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ ЦЕМЕНТНОГО И ГИПСОВОГО ВЯЖУЩИХ

Продолжительность 4 ч

Краткие теоретические сведения

Насыпная плотность pн – масса единицы объема рыхло насыпанных

зернистых или волокнистых материалов (цемента, песка, гипса, гравия и других). pн = m / v, кг/м3 , г/см3 (2) m – масса рыхло-насыпного материала, г;

v – объем рыхло-насыпного материала, см3.

Цель работы

Определение в лабораторных условиях насыпную плотность строительных материалов – порошка цемента и гипса.

Экспериментальные приспособления

Алюминиевые бюксы и весы.

Порядок выполнения

1.Приготовить две одинаковые по объему и весу бюксы №1 и №2;

2.Взвесить бюксы и записать их массы: m1 и m2;

3.Замерить и записать объем бюкс v1 и v2;

4.Заполнить бюксу № 1 сухим цементным порошком, бюксу № 2 – сухим гипсовым порошком;

5.Встряхиванием уплотнить порошок в бюксах так, чтобы бюксы были заполнены вровень с краями;

6.Взвесить заполненные бюксы и записать массы: m1ци m2г;

7.Вычислить массу порошков mц и mг путем вычитания из масс запол-

ненных бюкс m1ци m2г масс собственно бюкс m1 и m2соответственно;

8.Определить по формуле (2) насыпную плотность цемента ρн.ц и гипса ρн.г, записать в журнал.

Журнал

9

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ КОНГЛОМЕРАТА И ЕГО ФАЗОВОГО СОСТАВА

Продолжительность 4 ч

Краткие теоретические сведения

Конгломератами называют композиционные материалы, представляющие собой гетерофазные системы, получаемые из нескольких компонентов с сохранением индивидуальности каждого из них

К искусственным строительным конгломератам (ИСК) относятся: це- ментно-песчаные растворы, стеклопластики, бетоны, асбестоцемент и многие другие. Их получают по специальной технологии, они состоят, как правило, из матрицы и упрочняющих компонентов.

Долговечность и эффективность работы, к примеру, бетонных и железобетонных сооружений тесно связаны со структурой бетона. В бетоне, как конгломерате, различают три типа структур:

структуру цементного камня (микроструктура),

структуру двухкомпонентного цементно-песчаного раствора (мезоструктура),

макроструктуру системы из крупного заполнителя и цементно-

песчаного раствора.

Пористость цементного камня относится к параметрам состояния материала (к физическим свойствам). Пористость обычно характеризуется следующими группами пор:

микропоры (2,5-5,0 нм);

переходные поры (от 2,5-5,0 до 50,0-100,0 нм) – капиллярная пористость;

макропоры (50,0-100,0 нм);

полости – поры-пустоты с радиусом более 10000 нм. Здесь находится влага в свободном состоянии.

Для качественного цементного камня 80-90 % пористости составляют микропоры и переходные группы пор.

На структурообразование цементного (и гипсового) камня влияют многие факторы, главными из которых являются: тонкость помола, водоцемент-

ное (водогипсовое) отношение, время и температура твердения.

Чтобы связать твердые частицы вяжущего вещества между собой, вся их удельная поверхность равномерно должна быть смочена водой. Избыток воды создает излишнюю пористость затвердевшего камня.

Цель работы

Путем изменения водоцементного (В/Ц) и водогипсового (В/Г) соотношения получить образцы испытываемого искусственного конгломерата (ИСК) – цементного и гипсового камня разной структурой;

Проследить влияние количества воды, вводимой в цементную или гипсовую смесь на структуру цементного и гипсового камня

10

Сделать выводы о влиянии воды на структуру цементного и гипсового камня;

(Сохранить образцы для их использования в работах № 4 и № 11).

Порядок выполнения

1.Приготовить и взвесить три одинаковые навески цемента и три одинаковые навески гипса. Всего шесть навесок m1 ….. m6;

2.Поместить каждую из навесок в емкости, массы которых m1е … m6е заранее известны;

3.Добавить в каждую из навесок воды из расчета 1/4, 1/3 и 1/2 от массы вяжущего, тщательно перемешать. Залить в стандартные одинаковые формы;

4.Выдержать некоторое время до затвердевания смесей;

5.Изучить визуально и под микроскопом структуру каждого образца, зарисовать фрагменты структуры;

6.Сделать выводы по влиянию количества воды на структуру цементного и гипсового камня.

Журнал

№ Цемент, mцi, г Вода, mвi, г Структура Гипс, mгi, г Вода,mвi, г Структура п/п

Выводы

11

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ КОНГЛОМЕРАТА НА ЕГО ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Продолжительность 4 ч

Краткие теоретические сведения

Свойствами называют способность материалов определенным образом реагировать на воздействие внешних факторов. Строительные материалы обладают комплексом свойств.

К физическим свойствам относятся свойства, выражающие способность материалов реагировать на воздействия физических факторов – гравитационных, тепловых, водной среды и других. Физические свойства характеризуются параметрами состояния материалов. Важнейшими физическими параметрами состояния материалов является плотность и пористость.

Пористость конгломератов обычно характеризуется следующими группами пор:

микропоры (2,5-5,0 нм);

переходные поры (от 2,5-5,0 до 50,0-100,0 нм) – капиллярная пористость;

макропоры (50,0-100,0 нм);

полости – поры-пустоты с радиусом более 10000 нм. Здесь находится влага в свободном состоянии.

Цель работы

Определение структурных характеристик искусственных конгломератов (ИСК), выраженных пористостью «П» цементного и гипсового камня.

Порядок выполнения

1.Приготовленные и исследованные в лабораторной работе № 3 образцы цементного и гипсового камня тщательно измеряются, определяются их объемы v0i;

2.Каждый из образцов взвешивается, определяется mi;

3.По формуле p0 = m/ v0 определяется естественная плотность p0iкаждого образца;

4.Определяется истинная плотность цемента p: Цемент засыпается в колбу – объемометр, помещенную на лабораторные весы. При заливке определенного объема воды по делениям на колбе определяется объем вытесненной воды, что соответствует объему v материала в абсолютно плотном состоянии;

5.Истинная плотность определяется по формуле p = (v0 / v) 100,%;

6.Пористость П каждого образца – по формуле П = (1 - p0 / p) 100,% или П = vп / v (vп – объем пор); Результаты записываются в журнал;

7.Изучается под микроскопом структура каждого из образцов;

8.Делаются выводы о влиянии жидкой фазы - воды на плотность и пористость конгломератов.

12

Журнал

9.Строятся диаграммы влияния количества воды В на плотность p0i и пористость Пц цементного и гипсового Пг камня: p0i = f (В), Пi = f (В);

10.Записываются выводы.

Выводы

13