СТРОИТЕЛЬНОЕ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Сборник задач и заданий для студентов направлений «Строительство», «Транспортное строительство»

и «Природообустройство» всех форм обучения

Йошкар-Ола Марийский государственный технический университет

2009

УДК 691.(07) ББК 38.3

С 86

Составители: М. З. Вайнштейн, О. В. Кононова, И. И. Магомедэминов, М. Л. Бойкова

Рецензент:

доктор технических наук, профессор кафедры автомобильных дорог МарГТУ М. Г. Салихов

Печатается по решению редакционно-издательского совета МарГТУ

С 86 Строительное материаловедение: сборник задач и заданий для студентов направлений «Строительство», «Транспортное строительство» и «Природообустройство» всех форм обучения / сост. М. З. Вайнштейн, О. В. Кононова, И. И. Магомедэминов, М. Л. Бойкова. – Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2009. – 40 с.

Приведены задачи для закрепления знаний по основным свойствам строительных материалов, а также задания, связанные с расчетом составов композиционных материалов: легкого керамзитобетона, ячеистого бетона, пористого арболита, тяжелого бетона, минеральной части асфальтового бетона.

Для студентов, изучающих дисциплины «Строительные материалы», «Материаловедение» и «Технология конструкционных материалов».

УДК 691.(07) ББК 38.3

Марийский государственный технический университет, 2009

2

ПРЕДИСЛОВИЕ

Сборник задач и заданий «Строительное материаловедение» включает задачи и задания, необходимые для успешного освоения дисциплин «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов», «Строительные материалы».

В первом разделе приводятся задачи для закрепления знаний по основным свойствам строительных материалов, во втором разделе – задания по расчету состава строительных композитов и методы их выполнения.

Опыт показывает, что самостоятельная работа по изучению дисциплин наиболее эффективна в процессе решения задач и выполнения заданий. Решая приведенные в пособии задачи и выполняя предложенные задания, студент приобретает навыки оценки свойств строительных материалов, их выбора для различных областей строительства, а также учета влияния различных технологических приемов их производства на формирование требуемых свойств.

Данный сборник полезен при организации деловых игр, предметных олимпиад, контроле усвоения теоретических знаний. Он также может быть рекомендован инженерно-техническим работникам промышленности строительных материалов и предприятий стройиндустрии.

3

ВВЕДЕНИЕ

Глубокое знание свойств строительных материалов, основных закономерностей их формирования способствует правильному выбору материалов для возведения зданий и сооружений и в итоге определяет их надежность и долговечность. Поэтому изучению строительных материалов в подготовке инженера и бакалавра отводится важное место.

Номенклатура строительных материалов широка и многообразна. Изучать строительные материалы целесообразно по группам, в соответствии с принятой классификацией. Материалы классифицируют по виду сырья, что обоснованно с точки зрения сходства технологий их производства, по назначению материалов (материалы объединяются по комплексу физико-технических и эксплуатационных свойств).

Существует группа свойств строительных материалов, определяющая их строение и в силу своей универсальности важная для любых материалов. К таким основным свойствам относят среднюю и истинную плотность, пористость, характер пористости. Другие свойства специфичны и имеют значение только для материалов отдельных классификационных групп. Например, для теплоизоляционных материалов важным показателем является коэффициент теплопроводности, для гидроизоляционных – водонепроницаемость, для конструкционных – прочность и деформативность. Определение показателей свойств строительных материалов требует владения навыками лабораторных и расчетных методов их оценки.

Особую группу составляют строительные композиционные материалы. К ним, в частности, относят тяжелые и легкие бетоны на основе минеральных и органических вяжущих. Ознакомление с основополагающими принципами и методами оптимизации их состава дает ключ к пониманию закономерностей формирования их свойств.

В данном сборнике содержатся задачи по определению как общих, так и специфических свойств строительных материалов, приводятся методы расчета состава тяжелого бетона, керамзитобетона, арболита, ячеистого бетона, асфальтового бетона и варианты индивидуальных заданий для успешного усвоения этих методов.

4

1.ЗАДАЧИ

1.1.Порошкообразный материал массой 25 г вытесняет 12 см3 жид-

кости. Определить истинную плотность ρ и среднюю плотность ρ0 материала, если известно, что отношение ρ0/ ρ составляет 0,85.

1.2.Образец горной породы размером 5х5х5 см в сухом состоянии имеет массу 300 г. После насыщения в воде его масса достигла 315 г. Определить среднюю плотность породы и ее водопоглощение по массе

иобъему.

1.3. Порошкообразный материал из гранита массой 46 г вытесняет 15 см3 жидкости. Масса образца кубической формы со стороной ребра 5 см в сухом состоянии составляет 350 г, а после полного насыщения в воде – 356 г. Определить кажущуюся и истинную пористость гранита.

1.4.Определить истинную пористость материала, если известно, что

образец из горной породы имел водопоглощение по массе 2 %, а по объему 5 %. Средняя плотность материала 2,7 г/см3.

1.5.Определить потребность в складских помещениях для хранения

15000 т щебня и 10000 т песка, если известно, что их средняя плотность соответственно равна 1450 и 1520 кг/м3.

1.6. Определить нагрузку на 1 м2 перекрытия, которую создает слой

теплоизоляционного материала: а) 20 см керамзитового гравия с насыпной плотностью 300 кг/м3; б) 10 см жесткой минераловатной плиты со средней плотностью 200 кг/м3; в) 5 см пенополистирола со средней плотностью 35 кг/м3.

1.7. Определить истинную и среднюю плотность, а также кажущуюся пористость материала, если известно, что масса образца размером 100х100х100 мм в сухом состоянии равна 1250 г, водонасыщенном – 1260 г, а общая пористость составляет 40 %.

1.8. Определить, насколько увеличится средняя плотность материала при водонасыщении, если масса образца размером 5х5х5 см в сухом состоянии составляет 190 г, а его водопоглощение по массе равно 10%.

1.9. Определить среднюю плотность и объем закрытой пористости материала, если известно, что масса образца размером 10х10х10 см в

сухом состоянии равна 2500 г, а через 24 часа водонасыщения она увеличилась до 2550 г. Истинная плотность материала 2,63 г/см3.

1.10.Определить пористость материала, если известно, что отноше-

ние водопоглощения по массе к водопоглощению по объему равно 0,54. Истинная плотность материала равна 2,35 г/см3.

5

1.11. Масса сухого образца – 65 г. После водонасыщения она увеличилась до 70 г. Определить объемное водопоглощение и пористость, если известно, что средняя плотность материала равна 1270 кг/м3, а плотность 2,62 г/см3.

1.12. Образец природного камня в сухом состоянии имеет массу 60 г. Определить массу образца после насыщения его водой и его истинную плотность, если известно, что объемное водопоглощение равно 18 %, пористость природного камня составляет 25 %, а средняя плотность 1,8 г/см3.

1.13. Определить среднюю плотность природного камня, если известно, что его истинная плотность 2,53 г/см3, объемное водопоглощение 18 %, что в 2 раза меньше его истинной пористости.

1.14. Определить массу стены высотой 5 м, длиной 15 м, толщиной 0,64 м, выложенной из:

а) керамического кирпича со средней плотностью 1700 кг/м3; б) силикатного кирпича со средней плотностью 1900 кг/м3;

в) керамзитобетонных блоков со средней плотностью 1100 кг/м3; г) блоков крупнопористого бетона со средней плотностью 1650 кг/м3.

Стены выложены на цементно-песчаном растворе со средней плотностью 2000 кг/м3, а его расход составляет 12 % от объема кирпичной кладки и 6 % от объема блочной кладки.

1.15. Определить водостойкость материала, если предел прочности при сжатии образца в сухом состоянии равен 10 МПа, а в насыщенном водой состоянии – 3,5 МПа.

1.16. Определить приблизительно коэффициент теплопроводности материала, если известно, что образец размером 150х150х150 мм имеет массу 1600 г.

1.17. Длина бетонной балки при 15 оС составляла 2000 мм. Определить коэффициент линейного расширения бетона если известно, что при нагревании до 20 оС ее размер увеличился на 0,00011 мм.

1.18. Определить предел прочности при сжатии образца материала в виде куба с ребром 100 мм, если разрушающая нагрузка равна 196120 Н.

1.19. Определить, какую нагрузку может выдержать образец материала размером 200х200х200 мм, если его предел прочности при сжатии равен 40 МПа.

1.20. Определить, какое напряжение возникает в основании гидравлического пресса массой 200 т, если площадь основания 2000х1000 мм.

1.21. Образец материала размером 150х150х150 мм при испытании на сжатие разрушился при показании манометра 15 МПа. Определить

6

его предел прочности при сжатии, если известно, что площадь поршня пресса равна 1000 см2.

1.22. Определить, какую нагрузку должен создавать пресс при разрушении образцов с пределом прочности при сжатии 30 МПа в зависимости от их размеров: а) 100х100х100 мм; б) 150х150х150 мм;

в) 200х200х200 мм.

1.23. Определить предел прочности при изгибе призмы размером 40х40х160 мм, если известно, что к ней приложена одна сосредоточенная нагрузка в центре, а расстояние между опорами при испытании составляет 100 мм. В момент разрушения манометр пресса показал 0,9 МПа. Площадь поршня пресса 100 см2.

1.24. Определить относительную продольную и поперечную деформацию и модуль упругости мелкозернистого бетона, если известно, что образец размером 40х40х160 мм при осевом сжатии под нагрузкой 9,8 кН показывает продольную абсолютную деформацию 20 мкм и абсолютную поперечную деформацию 2 мкм.

1.25. Определить относительную продольную деформацию бетона, если первоначальная длина образца уменьшилась на 50 мкм. База измерения 10 см.

1.26. Вычислить и сравнить между собой коэффициент конструктивного качества теплоизоляционных материалов: крупнопористого керамзитобетона марки 600 и ячеистого бетона марки 400 по плотности, если их прочность при сжатии равна соответственно 0,8 МПа и 0,7 МПа.

1.27. Определить истираемость материала, если известно, что масса образца до истирания равна 715 г, а после истирания – 702 г. Площадь истирания равна 50 см2.

1.28. Определить, будет ли материал стоек к коррозии в щелочной среде, если его химический состав характеризуется следующими дан-

ными: 50 % СаО, 15 % МgO, 10 % SiO2, 10 % Al2O3, 12 % Fe2O3, 3 % K2O.

1.29. В какой среде будет стоек материал, состоящий из 30 % СаО,

5 % МgO, 40 % SiO2 и 20 % Al2O3?

1.30. Необходимо получить 25 т негашеной комовой извести. Определить, какое количество известняка необходимо обжечь, если известно, что его влажность равна 7 %.

1.31. Исследованиями установлено, что месторождение имеет запасы 23 млн. тонн известняка, содержащего 7 % примесей. Определить, на сколько лет хватит указанных запасов, если предполагается построить завод для производства извести производительностью 100 тыс. тонн в

7

год. Влажность известняка 16 %. Производственными потерями пренебречь.

1.32.Определить активность и сорт полученной извести-кипелки, если известняк содержит 9 % примесей песка, 4 % глины. Активность извести определить по содержанию СаО.

1.33.На сколько лет хватит запасов месторождения чистых известняков в 24 млн. тонн для эксплуатации завода производительностью 150 тыс. тонн в год? Влажность известняков 5 %.

1.34.Определить суточную производительность шахтной печи объемом 20 м3 при производстве извести из известняка со средней плотностью 160 кг/м3. Обжиг длится 2 суток. Топливо занимает 20 % общего объема.

1.35.Определить, к какому сорту по содержанию активных СаО и МgO относится известь, если при титровании 1 г извести-кипелки израсходовано 33,2 мл однонормального раствора соляной кислоты.

1.36.Определить количество сухой гидратной извести, которую получили при гашении 3,5 т негашеной извести активностью 75 %.

1.37.Определить расход гидратной извести для приготовления 1 м3 известкового теста со средней плотностью 1350 кг/м3. Истинная плотность гидратной извести 2 г/см3.

1.38.При гашении 8 кг извести получено 20 литров известкового теста, в котором осталось 0,9 кг непогасившихся зерен. Определить выход теста и сорт извести по содержанию непогасившихся зерен.

1.39.Определить содержание двуводного сульфата кальция в при-

родном гипсовом камне, если после прокаливания в муфельной печи при Т= 400оС масса гипсового камня уменьшилась со 110 до 105 г.

1.40.Определить пористость затвердевшего строительного гипса, если известно, что В/Г=0,65, истинная плотность затвердевшего строительного гипса равна 2,5, а на гидратацию строительного гипса затрачивается 22 % воды от его массы.

1.41.Образцы из бетона размером 150х150х150 мм в сухом состоянии имеют массу соответственно 6, 9, 1,3 и 7,4 кг. Определить их среднюю плотность и группу по средней плотности.

1.42.Определить рабочий состав бетона, если его номинальный со-

став характеризуется соотношением между компонентами 1:2,2:4,1, В/Ц=0,6. Расход цемента составляет 300 кг/м3, влажность песка и щебня соответственно 3 и 4 %.

1.43.Какую марку цемента рекомендуется использовать для изготовления бетона класса В 22,5, если имеются заполнители рядового качества, а водоцементное отношение не должно превышать 0,55?

8

1.44. Какой предел прочности при сжатии будет иметь бетон, приготовленный на заполнителях низкого качества и цементе марки 400 при водоцементном отношении: 0,4; 0,5 и 0,6? Изобразить графически зависимость прочности при сжатии бетона от водоцементного отношения.

1.45. Определить расход материалов на 1 м3 бетона при номинальном составе 1:2,5:3,2 и В/Ц=0,6. Средняя плотность отформованной смеси 2430 кг/м3. Карьерная влажность песка 3 %, щебня – 2 %.

1.46.Определить номинальный состав бетона и водоцементное отношение, если для изготовления 1 м3 бетона израсходовано 320 кг цемента, 560 кг песка, 1430 кг щебня и 120 л воды. Влажность песка – 4 %, щебня – 2 %.

1.47.Подобран расход материалов на 1 м3 бетона: цемента – 390 кг, песка – 640 кг, щебня – 1350 кг, воды – 150 л. Определить коэффици-

ент выхода бетона и расход материалов на замес бетоносмесителя емкостью 1200 л, если средняя плотность цемента равна 1100 кг/м3, песка – 1600 кг/м3, щебня – 1450 кг/м3.

1.48.Прочность бетона через 7 суток твердения составляет 15 МПа. Какую прочность он может набрать через 28 дней твердения?

1.49.Какова пористость бетона номинального состава 1:2:3,3 при

водоцементном отношении 0,6 и средней плотности отформованной бетонной смеси 2330 кг/м3? Истинная плотность цемента 3,0 г/см3, песка

–2,65 г/см3, щебня – 2,76 г/см3. Количество химически связанной воды в бетоне составляет 15 % от массы цемента.

1.50.Определить величину пористости бетона, если известно, что

средняя плотность отформованной бетонной смеси составляет 2300 кг/м3, расход цемента 280 кг, водоцементное отношение 0,5, а количество химически связанной воды составляет 15 % от массы цемента. Начальной пористостью бетонной смеси пренебречь.

1.51. Определить расход материалов на 1 м3 мелкозернистого бетона состава 1:3 при водоцементном отношении 0,5, если средняя плотность уплотненной бетонной смеси равна 2280 кг/м3.

1.52.Вычислить коэффициент выхода крупнопористого бетона со-

става 1:11 по объему, если известно, что расход цемента составил 110 кг/м3, а насыпная средняя плотность цемента 1200 кг/м3.

1.53.Определить коэффициент выхода раствора состава 1:4 по объему при пустотности песка 38 %.

1.54.Рассчитать расход сухих материалов на 80-литровый замес це-

ментно-известково-песчаного раствора состава 1:0,9:10 по объему. Средняя плотность цемента равна 1200 кг/м3, известкового теста –

9

1400 кг/м3, песка 1550 кг/м3. Уточнить расход материалов для условия использования песка с карьерной влажностью 3 %.

1.55. Определить, на сколько может быть уменьшен расход цемента марки ПЦ400 для изготовления бетона с пределом прочности при сжатии 20 МПа, если заменить низкокачественные заполнители высококачественными при расходе воды 160 л.

1.56. Определить потребность в крупном заполнителе и песке для изготовления 50 м3 бетона при расходе цемента 300 кг/м3 и воды 160 л/м3 бетона. Средняя насыпная плотность щебня 1550 кг/м3, средняя плотность зерен щебня 2570 кг/м3, песка – 2630 кг/м3, плотность цемента 3,0 г/см3. Коэффициент раздвижки зерен 1,29.

1.57. Определить номинальный состав бетона и водоцементное отношение, если на изготовление 1 м3 бетона израсходовано 300 кг цемента, 690 кг песка влажностью 3 %, 1370 кг щебня с влажностью 4 % и 120 л воды.

1.58. Необходимо, чтобы через 7 суток в естественных условиях твердения, без применения ускорителей твердения, бетон на основе портландцемента и заполнителей высокого качества набрал прочность при сжатии 15 МПа. Какую активность должен иметь портландцемент для изготовления бетона?

1.59.Определить марку полужесткой минераловатной плиты, если образец объемом 400 см3 в естественном состоянии весит 65 г.

1.60.Определить коэффициент уплотнения полужесткой минераловатной плиты, если начальная толщина образца равна 60 мм, а толщина под стандартной нагрузкой 51 мм.

1.61.Определить предел прочности при изгибе жесткой минераловатной плиты, если образец размером 250х50х50 мм разрушился при усилии 100 Н, приложенном в середине пролета величиной 100 мм.

1.62.Определить термическое сопротивление жесткой минераловатной плиты на битумной связке и фибролитовой плиты, если их коэффициент теплопроводности равен соответственно 0,060 и 0,100 Вт/мК. Толщина изделий – 50 мм.

1.63.Как изменится толщина теплоизоляционного слоя, если тепло-

изоляционный материал с коэффициентом теплопроводности 0,047 Вт/мК заменить материалом с коэффициентом теплопроводности 0,12 Вт/мК при требуемом сопротивлении теплопередачи 3,0 м2 К/Вт?

10