Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Лабораторный практикум

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИЗУЧЕНИЕ МАКРО И МИКРОСТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ И МИНЕРАЛОВ

Продолжительность 2 ч

Краткие теоретические сведения

Свойства строительных материалов определяются их структурой и составом. Макроструктура – строение материала видимое невооруженным гла-

зом. Структура конгломератная гранит, бетон; Ячеистая – (макропоры) – газобетон, пенобетон; Мелкопористая – керамические материалы; Волокнистая – древесина, асбест, минеральная вата; Рыхлозернистая – песок, гравий, щебень; Порошкообразная – цемент, гипс, известь.

Микроструктура – строение, видимое через микроскоп расположение и взаимосвязь атомов и молекул.

Кристаллическая форма (форма расположения микрочастиц в пространстве), аморфная форма.

Цель работы

Визуально и с помощью микроскопа изучить строение материалов разной структуры. Дать определение каждой структуре.

Экспериментальные приспособления

Микроскоп учебный МУ 20.

Порядок выполнения

1.Подготовит микроскоп к работе, включить подсветку.

2.Подготовить фрагменты исследуемых строительных материалов: гипса, дерева, слюды, кварцевого песка.

3.Рассмотреть в микроскоп каждый фрагмент, сделать зарисовки структуры фрагментов каждого исследуемого материала.

4.Дать определение каждой структуре по классификации.

Журнал

Выводы

14

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИЗУЧЕНИЕ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

Продолжительность 2 ч

Краткие теоретические сведения

Основным сырьем для получения искусственных строительных материалов являются горные породы. Во многих случаях горные породы являются

исамостоятельными строительными материалами (песок, щебень и другие). Горная порода – это природный минеральный агрегат определенного состава

истроения; является продуктом геологических процессов в земной коре. В зависимости от условий формирования они горные породы делятся на генетические группы, в соответствии с этими группами имеют различные свойства. Свойства горных пород, как исходного сырья, и свойства строительных материалов взаимосвязаны.

Цель работы

Изучить образцы горных пород, используемых в строительстве и в производстве искусственных строительных материалов (цемента, извести, гипса, асфальтобетонов).

Порядок выполнения

1.Изучение образцов: известняк, гипс, слюда, природный асфальт, каолинитовые глины из коллекции кафедры.

2.Записать их химический состав.

3.Описать их внешний вид и строение.

4.Записать в выводах область применения и краткие сведения из технологии производства искусственных строительных материалов – цемента, извести, гипса, асфальтобетона, с использованием в качестве сырья изученных горных пород.

Журнал

Выводы

15

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРОКОВ СХВАТЫВАНИЯ ГИПСОВОГО ТЕСТА

Продолжительность 4 ч

Краткие теоретические сведения

Строительный гипс – воздушное вяжущее, получаемое обжигом гипсо-

вой горной породы – двуводного природного гипса CaSo4 ·2H2O при температуре 110…1800С до превращения его в полуводный гипс CaSo4 ·0,5H2O с последующим помолом в тонкий порошок (иногда помол производят до обжига). При нагревании происходит реакция:

CaSo4 ·2H2O → CaSo4 ·0,5H2O + 1,5 H2O

Порошок CaSo4 ·0,5H2O – строительный гипс.

Твердение гипсового вяжущего происходит в результате превращения пластичного теста из гипсового порошка и воды в камневидное состояние по обратной реакции: CaSo4 ·0,5H2O + 1,5 H2O → CaSo4 ·0,5H2O + 1,5 H2O

Определяющими характеристиками вяжущих материалов, в том числе гипса, являются:

прочность при сжатии – 12 марок (МПа): Г-2…Г25;

сроки схватывания;

скорость твердения.

По срокам схватывания строительный гипс делят на три группы: А – быстро твердеющий (2…15 мин); Б – нормально твердеющий (6…30 мин); В - медленно твердеющий (не ранее 20 мин.

Использование: элементы стен, сборные перегородки, стеновые камни

Цель работы

Изучить стандартные методы определения технических характеристик гипсового вяжущего. Освоить лабораторного способа определения основной технической характеристики – сроков схватывания гипсового теста.

Экспериментальные приспособления

Для определения сроков схватывания гипсового теста используется стандартный «прибор Вика». В приборе Вика шток свободно перемещается в гнезде станины. В шток снизу ввинчивается оправка со сменной иглой Вика или пестик Тетмайера; на штоке крепится указатель, а на станине - шкала с делениями от 0 до 40 мм.

В крайнем нижнем положении штока нить указателя совпадает с нулевым делением шкалы. Регулировка положения указателя осуществляется винтом.

С помощью пружинной защѐлки шток удерживается в крайнем верхнем положении.

При определении сроков схватывания в нижнюю часть стержня вставляется специальная игла.

16

Масса стержня с иглой в приборе равна 120 г, сечение иглы 1-2 мм. Указательная стрелка прибора при опускании иглы в крайнее нижнее положение (до упора), должна совпадать с нижним делением шкалы, а стержень прибора должен свободно перемещаться.

Порядок выполнения

1.Отвешивается 200 г. гипса и отмеряется вода в количестве, необходимом для получения теста нормальной густоты.

2.Постепенно и равномерно гипс засыпается в воду (в течение 30 сек) и масса тщательно перемешивается (так же, в течение 30 сек).

3.Указательную стрелку прибора при опускании иглы привести в крайнее положение (до упора), до совпадения с нижним делением шкалы. Стержень прибора должен свободно перемещаться.

4.После перемешивания тесто выливается в кольцо прибора, установленное на стекле. Избыток теста срезается ножом и поверхность тщательно заглаживается.

5.Кольцо гипсовым тестом на стекле помешается под иглу прибора.

6.Игла опускается в тесто каждые 30 секунд (каждый раз в новое место). При работе с прибором Вика опускание иглы должно производиться осторожно, слегка задерживая, пальцами подвижной металлический стержень.

После каждого погружения игла должна тщательно обтираться. Показания прибора записываются в журнал.

Начало схватывания – промежуток времени от начала затворения гипса водой до того момента, когда игла при опускании первый раз не дошла до стекла.

Конец схватывания – промежуток времени от начала затворения до момента, когда игла погружается в гипсовое тесто не более чем на 0,5 мм.

Для обычного гипса начало схватывания начинается не ранее не менее 4 минут с момента затворения; конец – не позднее 30 минут.

Журнал

1

п

Выводы

17

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДВИЖНОСТИ РАСТВОРНОЙ СМЕСИ

Продолжительность 2 ч

Краткие теоретические сведения

Строительными растворами называются смеси вяжущего, мелкого заполнителя (песка) и воды, приобретающие после отвердевания камнеподобную конгломератную структуру. Растворы относятся к искусственным строительным конгломератам (ИСК). До затвердевания растворы называются растворными смесями. По виду вяжущего различают растворы: цементные, из- вестково-цементные, цементно-глинистые. Прочность затвердевшего раствора зависит не только от вида вяжущего, но и от его структуры. Структура зависит от количественного состава раствора т.е. от его удобоукладываемости характеризующейся подвижностью. Подвижность характеризуется погружением (в см) металлического стандартного конуса и нормируется марками подвижности в зависимости от назначения. К примеру: подвижность раствора для кирпичной кладки характеризуется 6…10 см, для бутовой кладки – 4…6 см, штукатурные растворы – 8…10 см.

В лабораторных условиях определить подвижность растворной смеси, назначить марку по удобоукладываемости (см).

Экспериментальные приспособления

Подвижность растворной смеси определяют при помощи прибора «Конус СтройЦНИЛ», состоящий из штанги, конуса на скользящем стержне, циферблата для отсчета глубины погружения конуса hк (см) в растворную смесь.

Порядок выполнения

1.Готовят цементное тесто из расчета ЗОО г цемента и 100 г воды. Тесто перемешивают стальной лопаткой во взаимно перпендикулярных направлениях;

2.Через 5 минут после замешивания цементное тесто помещают в кольцо;

3.Устанавливают кольцо на стеклянной пластинке, внутреннюю поверхность кольца смазывают машинным маслом, заполняют цементным тестом и для уплотнения массы, 5-6 раз встряхивают постукиванием пластинки об стол; Избыток цемента срезают ножом, а поверхность заглаживают.

4.Кольцо, наполненное цементом, вместе со стеклянной пластинкой помещают под конус прибора, при этом необходимо, чтобы конус прибора находился над центром кольца;

18

5.Прибор приводят в рабочее положение, т.е. конус вместе со стержнем поднимают и закрепляют в верхней точке держателя;

6.Освобождают стержень, путем нажатия на пружинную кнопку, предоставляя конусу свободно погружаться в растворную смесь;

7.Через 10 секунд опускают штангу до соприкосновения со стержнем конуса и производят отсчет с точностью до 0.2 см;

8.После освобождения стержня с конусом производят снятие данных со шкалы прибора;

9.Величину подвижности (в см) принимают как среднее арифметическое из результатов двух испытаний;

10.Результаты записывают в журнал

Журнал

По результатам эксперимента строится диаграмма зависимости изменения густоты от количества воды в %.

hк

вода, %

Выводы

19

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАЛЬНОЙ ГУСТОТЫ РАСТВОРНОЙ СМЕСИ

Продолжительность 2 ч

Краткие теоретические сведения

Качественный раствор должен иметь стандартные характеристики, одной из которых является нормальная густота. Известно, что свойства цеметного камня зависят от его структуры.

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

ное отношение (соотношение фаз), 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. Для получения оптимальной структуры густоту растворной смеси контролируют.

Нормальной густотой цементного раствора называется его стандартная консистенция (5…7 мм погружения пестика).

Цель работы

В лабораторных условиях определить густоту цементного раствора. Получить цементный раствор нормальной густоты.

Экспериментальные приспособления

Для определения нормальной густоты используется прибор Вика. В приборе Вика шток свободно перемещается в гнезде станины. В шток снизу ввинчивается оправка металлический цилиндр-пестик Тетмайера; на штоке крепится указатель, а на станине – шкала с делениями от 0 до 40 мм.

В крайнем нижнем положении штока нить указателя совпадает с нулевым делением шкалы. Регулировка положения указателя осуществляется винтом. С помощью пружинной защѐлки шток удерживается в крайнем верхнем положении.

Порядок выполнения

1.Изучение ГОСТ 5802-86 «Растворы строительные. Методы испытаний».

2.Перед испытанием проверить свободно ли опускается стержень прибора Вика, а для проверки нулевого показания прибора пестик необходимо привести в соприкосновение с пластинкой, на которой расположено кольцо. В случае отклонения от нуля шкалу прибора соответствующим образом передвигают;

3.Готовят раствор - цементное тесто из расчета ЗОО г цемента примерно 100 г воды (тесто перемешивают стальной лопаткой во взаимно

20

перпендикулярных направлениях). Можно использовать раствор лабораторной работы № 8;

4.Через 5 минут после замешивания цементное тесто помещают в специальное кольцо прибора Вика;

5.Устанавливают кольцо на стеклянной пластинке, внутреннюю поверхность кольца смазывают машинным маслом, заполняют цементным тестом и для уплотнения массы, 5-6 раз встряхивают постукиванием пластинки об стол;

6.Избыток цемента срезают ножом, а поверхность заглаживают.

7.Кольцо, наполненное цементом, вместе со стеклянной пластинкой помещают под пестик прибора так, чтобы пестик находился над центром кольца;

8.Прибор приводят в рабочее положение, т.е. пестик приводится в соприкосновение с поверхностью теста и зажимной винт быстро отвинчивается. Пестик под действием собственной, массы погружается в цементное тесто;

9.Через 30 секунд с момента освобождения стержня производится отсчет погружения пестика по шкале прибора.

Цементным тестом нормальной густоты считается такое, когда погруженный в него пестик, за 30 секунд с момента освобождения стержня не доходит до стеклянной пластины, на которую установлено кольцо, на 5-7мм.

Если конус не доходит или переходит эту величину, опыт повторяется с уменьшением или увеличением количества воды, до получения теста нормальной густоты.

Данные о подборе количества воды, необходимой для получения цементного теста нормальной густоты, сводятся в журнал.

Журнал

По результатам экспериментов строится диаграмма зависимости изменения густоты от количества воды в %.

Выводы

21

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

ИСПЫТАНИЕ БЕТОНА НА ПРОЧНОСТЬ НЕРАЗРУШЮЩИМ МЕТОДОМ

Продолжительность 6 ч

Краткие теоретические сведения

В настоящее время широко используют неразрушающие методы контроля прочности бетона. Один из таких способов основан на оценке прочности бетона по скорости прохождения через него ультразвука.

Цель работы

Путем замера времени прохождения ультразвука через стандартные бетонные образцы определить их прочность на сжатие R.

После последующего определения прочности этих образцов на гидравлическом прессе (отдельное занятие), построить графическую зависимость R=f (Vуз), (R – прочность образца в кг/см2 или в МПа, Vуз – скорость прохождения ультразвука через образец, см/мк.сек).

Экспериментальные приспособления

Ультразвуковой прибор УФ-55МЦ представляет собой измеритель времени прохождения ультразвуковых колебаний через толщину материала. Принцип работы основан на измерении временного интервала между моментами излучения УЗ импульса в исследуемый объект и моментом приема импульса, прошедшего по материалу контролируемого объекта. Измерение времени t ведется при сквозном прозвучивании контролируемого объекта – образца.

Конструктивно прибор выполнен в виде двух полностью автономных электронных блоков: измерительного и ретранслирующего. Каждый из электронных блоков имеет встроенных ультразвуковой преобразователь, отсек для батареи из 4-х элементов, разъем для подключения внешнего источника питания G-кнопочным выключателем. Измерительных блок имеет цифровое табло времени, выполненное на низкокристаллических индикаторах. Цифровое табло показывает время t распространения ультразвуковых колебаний через толщину исследуемого образца.

Порядок выполнения

Первая часть работы:

1.Изучение ГОСТ 18105-86 Бетоны. Правила контроля прочности. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. ГОСТ 28013-98 Методы определения прочности бетона. ГОСТ 17624-87 Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности;

2.Ознакомление с прибором и его характеристиками;

3.Уточнение размеров испытываемых бетонных образцов (5 или 6 образцов). Замер размеров ребер «а», их занесение в столбец 2 журнала;

22

4.Определение прибором времени t, (мк.сек) прохождения ультразвука через образцы (5 опытов в каждом направлении х, Y, z). Результаты записываются в столбец 5 журнала;

5.Определение среднего времени tcp (мк.сек) для каждого образца: tcp =D ti / 15 Результаты заносятся в столбец 6 журнала;

6.Подсчет средней скорости Vycp прохождения ультразвука через каж-

дый образец (столбец 7 таблицы I). Vycp = а / tcp см/(мк.сек).

Вторая часть работы:

1.На гидравлическом прессе определяется прочность R (кгс/см2) каждого образца. Результаты последовательно заносятся в столбцы 8, 9, 10, 11, 12.

2.По значениям столбцов 7 и 12 строится график зависимости скорости

ультразвука от прочности R = f (Vy). График вычерчивается на миллиметровой бумаге строго по масштабу.

23