
- •Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
- •Материаловедение
- •Содержание
- •Аннотация
- •Рабочая программа
- •1 Цели и задачи дисциплины
- •Требования к уровню освоения содержания
- •Объем дисциплины и виды учебной работы
- •4 Содержание дисциплины
- •4.1 Разделы (темы) дисциплины и виды занятий (в часах)
- •4.2 Содержание разделов дисциплины
- •Раздел 1. Введение. Роль строительного материала на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации сооружений. Основные свойства и оценка качества строительных материалов
- •Раздел 2. Природные каменные материалы
- •Раздел 3. Керамические материалы и изделия
- •Раздел 4. Стекло и стеклянные изделия
- •Раздел 5. Материалы на основе неорганических вяжущих веществ
- •Раздел 6. Бетон и железобетон
- •Раздел 7. Материалы на основе органических вяжущих веществ
- •Раздел 8. Металлы и сплавы в строительстве.
- •5 Перечень практических занятий
- •Лабораторный практикум
- •7 Самостоятельная работа студентов (срс)
- •Информация об авторе
- •Лекционный курс введение
- •Раздел 1. Роль строительного материала на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации сооружений. Основные свойства строительных материалов
- •Основные свойства строительных материалов
- •Раздел 2. Природные каменные материалы
- •Раздел 3. Керамические материалы и изделия
- •Раздел 4. Стекло и стеклянные изделия
- •Раздел 5. Минеральные вяжущие вещества
- •Раздел 6. Бетон и железобетон
- •Раздел 7. Материалы на основе органических вяжущих веществ
- •Конструкционные полимерные материалы
- •2.Материалы для отделки фасадов
- •3.Полимерные материалы для потолков
- •4. Материалы для отделки стен
- •Материалы для полов
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •3. Физико-механические свойства
- •Раздел 8. Металлы и сплавы в строительстве
- •Механические испытания, определяемые при динамическом нагружении:
- •Практические работы
- •Расчет основных свойств строительных материалов
- •Определение свойств и области применения природных каменных материалов
- •3. Определение расхода материалов для получения воздушных вяжущих веществ
- •4. Определение количества воды гидратации для твердения цемента
- •5. Расчет показателей свойств бетона и железобетона
- •Определение расхода материалов для битумосодержащих веществ
- •Методические указания для самостоятельной работы студентов
- •Тема 1. Теплоизоляционные материалы и изделия
- •Тема 2. Акустические материалы
- •Тема 3. Отделочные материалы. Штукатурные растворы, лаки и краски
- •4. Древесина и строительные материалы из древесины
- •5. Примеры задач с решениями для выполнения расчетно-графических заданий
- •Глоссарий
- •Тестовые задания для самопроверки
- •Перечень контрольных вопросов к экзамену
- •Список литературы
- •Приложение а Перечень элементов электронного умк дисциплины “Технология конструкционных материалов”
Раздел 8. Металлы и сплавы в строительстве
Металлами называются простые вещества, имеющие в твердом состоянии кристаллическое строение и обладающие характерными свойствами: высокой плотностью, блеском, непрозрачностью, тепло - и электропроводностью и др. Сплавы металлов – это твердые или жидкие системы, полученные сплавлением нескольких металлов или металлов с неметаллами. Все металлы и металлические сплавы делятся на черные (к ним относятся железо и сплавы на его основе) и цветные (к ним относятся все нежелезные металлы и сплавы).
Физико-механические свойства металлов связаны с особенностями его кристаллического строения. В твердом состоянии атомы металлов располагаются в строгом порядке, образуя правильную кристаллическую решетку. Каждый атом в кристалле имеет одно и тоже число ближайших атомов-соседей. Находясь в узлах кристаллической решетки, атомы (положительно заряженные ионы) совершают колебания относительно своего среднего положения. Со своими ближайшими соседями атомы связаны при помощи валентных электронов. Эти электроны называют коллективизированными. Они могут свободно перемещаться, образуя электронный газ, благодаря которому металлы обладают высокой электро- и теплопроводностью. Металлы имеют кристаллические решетки различных типов. Чаще всего это кубическая объемно-центрированная, кубическая гранецентрированная и гексагональная решетки.
Свойства металлов и сплавов
Твердость. Твердость – это свойство материала противодействовать внед-
рению в него другого более твердого материала (индентора). Этот вид испытаний самый доступный и распространенный из-за простоты и достоверности результатов. Наибольшее распространение имеют методы Бринелля, Роквелла, Виккерса (см. раздел 1).
Прочностные и деформативные свойства:
Виды нагрузок. Напряжение. Внешние силы, воздействующие на металлы в процессе эксплуатации, различаются по величине, распределению по детали, времени действия, характеру приложения и т.д.
В зависимости от характера действия нагрузки могут быть растягивающие (а), сжимающие (б), изгибающие (в), скручивающие (г) и срезающие (д), представленные на рис. 16.
Рисунок 16 – Основные виды нагрузок
Механические свойства, определяемые при статическом нагружении. Во многих случаях металлические материалы в конструкциях работают под статическими нагрузками. Поэтому для оценки механических свойств широко используются статические испытания. К основным видам таких испытаний относят испытания на растяжение, сжатие, изгиб и кручение.
Испытание на растяжение. Для испытаний берут образцы с рабочей частью в виде цилиндра или стержня с прямоугольным сечением.
Испытания проводят на разрывной машине, диаграммный механизм которой регистрирует диаграмму растяжения в координатах нагрузка (Р) – абсолютное удлинение образца (Δ ℓ).
На рис. 17 представлены схемы цилиндрического образца на различных стадиях растяжения.
Рисунок 17- Цилиндрический образец на различных стадиях нагружения
а) образец до испытания;
б) образец во время испытания;
в) образец после разрыва.
После достижения максимальной нагрузки в наиболее слабом месте образец утончается. В этом месте, называемом шейкой, происходит окончательное разрушение образца с разделением его на две части.
На диаграмме растяжения (рис. 18) можно выделить два характерных участка: ОА – прямолинейный. Соответствующий упругой деформации, участок АВ – криволинейный, соответствующий пластической деформации. В точке С происходит окончательное разрушение образца. При переходе от упругой деформации к пластической для некоторых металлов имеется небольшой горизонтальный участок, называемый площадкой текучести. В точке В нагрузка достигает максимального значения и в этот момент у пластичных материалов образуется местное сужение поперечного сечения (шейка), где в дальнейшем и происходит разрушение.
В результате пластической деформации при сжатии образец укорачивается и уширяется, в результате приобретает характерную бочкообразную форму.
При испытании определяют относительное укорочение ε (32)
(32)
и относительное уширение φ (33)
(33)
где ho и hk начальная и конечная высота образца, Fo и Fk – начальная и конечная площади поперечного сечения.
Рисунок 18 – Диаграмма растяжения металлического образца
Испытания на изгиб. При испытаниях применяют две схемы нагружения образца, лежащего на неподвижных опорах:
нагрузка прикладывается к центру образца;
нагрузка прикладывается в двух точках опоры на одинаковом расстоянии от опор.
Образцы изготавливают в виде прямоугольных или цилиндрических стержней диаметром 30 мм и длиной 340 и 650 мм. Испытания можно проводить на любой машине, используемой для испытаний на растяжение.
Расчетные формулы для определения напряжений при изгибе (34, 35):
для образцов прямоугольного сечения
;
(34)
для цилиндрических образцов
;
(35)