Материаловедение (куча курсачей) / Вордовские папки / 146EB~1

Продолжение билета №21 Для различных м-лов:

22 Прочность материалов – св-во м-лов сопротивляться разрушению под действием внутрен напряжений, вызванных внешн силами или др факторами. Прочность оценивают:

- пределом прочности R (временное сопротивление), опред-ом при данном виде деф;

- классом прочности – показатель с заданным обеспечением прочности;

- коэф вариаций прочности, он определяет однородность прочности.

Прочность может быть: а) нормативная, б) расчетная. Эти параметры устанавливаются документами по проектированию конструкций.

Динамическая прочность – способность сопротивляться разрушению при динамических нагрузках. Теоретическая прочность – напряжение, необходимое для отделения 2-х смежных атомов.

23. Твердость, истираемость, износ.

Твердость – свойство материала сопротивляться местной пластической деформации, при внедрении в него более твердого тела.

Истираемость – это потеря первоначальной массы, отнесенная к площади поверхности истирания. к_ист = (m₁ – m₂)/S, [г/см²], где m₁ – масса до истирания, m₂ – масса после истирания, S – площадь.

Износ – это способность сопротивляться одновременному воздействию истирания и удара. к_изн = ∆m₁/m₁ · 100% [%], где ∆m₁= m₁ – m₂

24. Реологические свойства

Позволяют оценить поведение материалов под нагрузкой во времени. Поведение материалов во времени в реологии (это наука о деформациях и текучести вещества) характеризуется процессом течения.

Течение – это непрерывное и необратимое увеличение деформации во времени.

Различают:

- пластическое течение – возникает, когда напряжения превышают предел текучести или пластичности

- вязкое – происходит под действием любых напряжений, как бы малы они ни были.

25. Реологические модели

Их применяют для изучения течения материалов. На практике используют 3 простых реологических тела, определяющих 3 фундаментальных свойства:

- упругость

- пластичность

- вязкость

1. Упругая модель Рисунок

Подчиняется закону Гука.

Это спиральная пружина

(идеальная, несжимаемая).

Деформация ε пружины

прямопропорциональна

напряжению σ и

не зависит от времени.

2. Пластическая (Сен-Венана) Рисунок

Рассматривается груз, покоящийся на

плоскости (элемент сухого трения).

Груз начинает перемещаться,

когда σ достигнет предела текучести.

Продолжение билета №25

3. Вязкая (Ньютоновские жидкости) Рисунок

Вязкая модель подчиняется

уравнению вязкого течения.

ε_вяз =

τ – напряжение сдвига

t – время, η – вязкость 1 – жидкость, 2 - поршень, 3 - цилиндр

ε_вяз при постоянном напряжении сдвига возрастает пропорционально трению

На практике свойства реальных материалов испытываются сложными реологическими моделями. Покажем одну из них: вязко-пластическую модель Шведова-Бингама:

3 реологических параметра: E, σ_т, η

Возрастающее напряжение вызывает

упругие деформации пружины,

при σ_т смещается элемент сухого

трения, который подчиняет ε_вяз.

Вывод: сложные реологические модели….

26. основные методы испытания материалов

Сжатие

Испытуемые материалы:

1) бетон, природный камень – образец в виде куба; 2) бетон, природный камень – образец в виде цилиндра; 3) бетон, древесина – образец в виде призмы; 4) кирпич – составной элемент; 5) цемент – половина призмы; 6) крупный заполнитель бетона – проба щебня (гравия) в цилиндре.

Изгиб рисунки

испытуемый материал:

цемент (4х4х16 см);

кирпич, бетон.

Форма образца – балочка или стержень

Растяжение

бетон, сталь

Динамическая прочность материалов находится в результате испытания образцов в маятниковых копрах. Твердость – определяется по результатам вдавливания инденторов в виде шарика или наконечника в испытуемый материал. Истираемость – устанавливается при испытаниях образцов на кругах истирания с абразивами. Износ – измеряют после совместного перемешивания образцов со стальными шарами во вращающихся барабанах.

Испытание реологических св-в изучает раздел реологии, кот. называется р е о м е т р и я (это способы измерения количественных параметров течения материалов). Определение количественных значений реологических параметров выполняют с использованием приборов – реометров. К ним относится: вискозиметры и испытательные машины.

27. Разрушение материалов

- это разрыв связи между составляющими частицами, атомами, молекулами.

Различают 2 вида разрушения: хрупкое и вязкое. Хрупкое разрушение – происходит в рез-те быстрого роста одной или нескольких трещин. Трещина вызывает концентрацию напряжений около ее вершины в 200-700 раз больше чем номинальное напряжение (т.е. среднее по сечению материала).

При вязком разрушении впереди трещина образуется пластическая зона, отсюда трещина затупляется у своей вершины. Образование пластической зоны объясняется наличием дислокаций. Дислокации яв-тся причиной единичных сдвигов в различных направлениях. Сдвиги усредняясь по объему кристалла приводят к пластической деформации.

Особенности разрушения материалов из горных пород.

Здесь выделяют 3 уровня развития процессов разрушения (3 масштаба разрушения).

I. Мегаскопический процесс разрушения характерен для взрывания массивов горных пород. Наиболее сильно на разрушение влияют крупные трещины, поры и пустоты.

II. Макроскопический масштаб или процесс разрушения, характерен для воздействия бурового инструмента и выемочных агрегатов. На разрушение влияет: микротрещины, микропоры, хар-р контактов между агрегатами зерен материалов.

III. Микроскопический – характерен при измельчении горных пород в мельницах. процесс разрушения сопровождается разрывом связей в кристаллах и зернах.

28. Качество материалов - это хар-ка отражающая совокупность физико-химических, механических, технологических и потребительских св-в. Выделяют понятие «Интегральное качество». Оно объединяет 2 категории: 1) качество;

2) экономичность – складывается из показателей, учитывающих затраты на производство, монтаж и эксплуатацию в течение заданного срока службы.

Количественная оценка каечства материала производится с использованием

к в а л и м е т р и и. Квалиметрический анализ включает:

- определение цели применения материалов

- изучение условий реализации

- оценку качества по группам св-в методом экспертизы

Экспертиза включает:

- получение оценок качества по каждому св-ву по сравнению с эталонным показателем

- нахождение взвешенной суммы на основе оценок качества и весовой оценки того или иного св-ва

Качество конструкционных материалов принято оценивать коэф-м конструктивного качества (ККК). ККК = R/ρ_отн

равен отношению показателя прочности………………..

29. Понятие о стандартизации

Стандарт на материал или изделие – это совокупность нармативно-технических требований, норм и правил, утвержденных в качестве обязательных условий для изготовителей и потребителей данной продукции.

Стандартизация – это процесс установления и применения обязательных норм и правил, которым должны удовлетворять виды, размеры и качественные хар-ки изделий. В РФ различают следующие стандарты: ГОСТ, ОСТ, РСТ, СТП, ТУ. На ряду со стандартами в РФ действует система нормативных док-тов: СНиП, ТСН, ВСН. СНиП представляет собой свод документов по проектированию, строительству, производству и приемке работ. ТСН и ВСН – отражают специфику местных условий, не учтенных в СНип. ГОСТ и СНиП – обязательны в исполнении, их нарушение карается законом.

30. Категории стандартизации.

Унификация – это устранение излишнего многообразия типа размеров и марок продукции. Типизация – это разработка материалов и изделий на основе общих тех. характеристик. Сертификация – это составление документа, удостоверяющего кач-во материала или изделия, и его соответствие требованиям заказчика. Маркировка – нанесение на материал или изделие:

- товарного знака предприятия-изготовителя

- клейма отдела тех. контроля

- опознавательной марки

- клейма представителя заказчика

Лицензирование – это получение разрешения гос.органов на право производства материалов, их испытания и деятельности, связанной с использованием материала.

31. Выбор материала

Выбор материалов осуществляется на основе системного анализа.

Входят:

Природные условия: (климатические, ветровая нагрузка, гидрогеологический режим и физ-механические свойства грунтов).

Технические условия:

- статические и динамические нагрузки

- воздействие производственной среды

- социально-экономические условия:

• освоенность

• ремонт

• наличие квалифицированных кадров

• бездефицитность и доступность материалов

• риск вероятности возникновения аварийной ситуации

32. Природные каменные материалы, их классификация и качество

ПКМ – это материалы и изделия, получаемые из горных пород без изменения их свойств

Для изготовления используют:

- изверженные ГП (образуются в результате охлаждения и затвердевания магмы). Пример: гранит, диабаз, базальт и др.

- метаморфические породы (они являются продуктом перекристаллизации и приспособления ГП к изменившимся в земной коре физико-хим. условиям). Пример: мрамор, кварцит и др.

- осадочные ГП – возникающие из продуктов выветривания и разрушения горных пород в поверхностных слоях земной коры. Примеры: известняк, песчаник, гипсовый камень и другие.

Классификация:

1. По назначению:

- конструкционные материалы

- материалы для дорожного и гидротехнического строительства

- заполнители для бетонов и растворов

- материалы для закладки горных выработок и пустот

- сырье для вяжущих

- сырье для керамических материалов и для материалов из минеральных сплавов.

продолжение билета №32

2. По способу изготовления: (пиленные, колотые, дробленые, отходы горного производства и обогащения, естественные дисперсные материалы)

3. По виду обработки: (грубообработанные, офактуренные, фасонные или профилированные)

Качество ПКМ

1. Плотность: 1) легкие ρ ≤ 1800 кг/м³; 2) тяжелые ρ >1800 кг/м³

2. Прочность оценивается пределом прочности при сжатии образцов воздушно-сухом состоянии, МПа. ГОСТом установлены марки материалов по прочности R от 0,4 до 100

3. Истираемость и износ, зависят от твердости материалов

4. Морозостойкость. Она оценивается по числу циклов и переменного замораживания и оттаивания образцов… МРЗ 10 … МРЗ 500.

5. Водостойкость характеризуется коэф-том размягчения – это отношение прочности водонасыпного материала к прочности сухого материала.

6. Огнестойкость характеризуется негативной реакцией к воздействию высоких температур.

Для дисперсных материалов важными характеристиками являются: зерновой состав, уровень загрязненности, процент примесей.

33. Основной сортамент ПКМ

1. Бутовый камень (БУТ) – это куски камня неправильной формы размером 150-500 мм. Бывает рваный (неправильной формы) и постелистый (плетняк)

2. Штучный камень – это пиленные и колотые камни правильной геом. формы.

3. Блок – это крупный штучный камень массой до 5 тонн.

4. Дорожные каменные материалы

а) бортовые камни

- прямые

- лекальные

- для оформления съездов дорог

б) брусчатый камень используют для мощения дорог, имеет форму бруска слегка суживающего книзу.

в) колотый булыжный камень

г) Тротуарные плиты

5. Щебень – угловатые обломки камня различной конфигурации, размером 5 – 150 мм.

Получают дроблением БУТа, но встречается и природный щебень, называемый дресвой.

6. Гравий состоит из окатанных зерен, что и зерна щебня т.е. тех же размеров. Получают просеиванием рыхлых осадочных пород

7. Песок состоит из зерен различных ГП размерами от 0,14 – 5 мм. Применяют природные искусственные пески.

8. Отсев – отходы дробления, содержащие тонкодисперсные частицы, с размером зерен менее 0,14 мм.

34 Использование п.к.м. В качестве:

- сырья для приготовления вяжущих;

- заполнителей бетонов и растворов;

- закладочных м-лов; - балластов ж/д путей;

- дорожных покрытий; - обратных засыпок;

- отделочных м-лов; - фундаментов стен, опор;

- облицовочных м-лов для внутр и наружных отделок; - бортовых камней и покрытий;

-дренажей; -каптажей(удаление газа); -фильтров

В общем весе сооружаемых объектов вес м-лов и изделий, полученных из прир камня, может быть до 70 – 90 %.

35 Особенности хранения. М-л, поступающий на хранение должен иметь сертификат качества. При хранении следует предотвращать дополнит увлажнение м-лов, загрязнение, попадание посторонних примесей и др. воздействия, которые снижают показатели качества. В зимнее время следует принимать меры, исключающие смерзаемость м-лов.

Испытание п.к.м. Проводится в соответствии с ГОСТом. Включают: - опред зернового состава и модуля крупности песка; - опред –//- щебня (гравия); - опред содержания в песке, щебне (гравии) пылевидных и глинистых частиц;

- опред насыпной плотности песка;

- опред насыпной плотности и пустотности щебня (гравия); - опред влажности песка;

- опред дробимости щебня (гравия)

- опред морозостойкости щебня (гравия);

- опред мех свойств г/п.

36 Вяжущие м-лы - минеральные и органические в-ва, примен-ые для изготовления бетонов и растворов, омоноличивания (скрепления) строительных конструкций, гидроизоляции и др. Минеральные вяжущие м-лы – порошкообразные в-ва, обладающие способностью при смешивании с водой образовывать пластичную массу, затвердевшую в прочное камневидное тело. Подразделяются:

1 гидравлические – м-лы, кот после смешивания с водой и начального затвердения на воздухе продолжают сохранять и наращивать свою прочность в воде. Осн вид для горного произ-ва – цемент.

2 воздушные – м-лы, кот затвердевают и длительно сохраняют свою прочность только на воздухе. Например, гипс.

3 автоклавного твердения – м-лы, эффективно твердеющие лишь при обработке в автоклавах в течение 8–16 ч при повышенном давлении пара. Напр: известково-кремнеземистые вяжущие.

Органические вяжущие м-лы – исп-ся обычно без добавления воды; в исходном состоянии они образуют в смеси с наполн-ми и заполнителями пластичное тесто, способное под влиянием физ и химич воздействий переходить в твердое состояние. Напр: битум, деготь, полимерные м.

37 Цемент – гидравлическое вяжущее, полученное в рез-те тонкого помола клинкера (спекшаяся сырьевая масса из известняка, глины, и др компонентов в виде зерен размерами до 40 мм). Цемент способен при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, приобретающее затем камневидное состояние, т.е. превращающееся в цементный камень. В ходе твердения ц-та происходят реакции гидратации (присоед воды) и гидролиза (распада осн-го в-ва и образов-я нов хим соед).

Цем-й камень после твердения представляет собой микроскопически неоднородную систему, состоящую из крист-х сростков, гелеобразных масс, зерен цемента, не полностью прореагировавших с водой, и пор.

Осн. характеристики. Зависят от вида ц-та и спец добавок. 1)тонкость помола – определяется в рез-те рассева проб на ситах или с пом прибора «поверхностномер». Чем выше тонкость помола, тем качество цемента лучше.

2)плотность – зависит от уплотнения.

3)водопотребность – опред-ся количеством воды, необх для получения цем-го теста нормальной густоты. 4)сроки схватывания – харак-ся началом и концом схватывания. Колеблются в значительных пределах: начало схв-я от 4 до 45 мин, конец от 7-10 до 600 часов. Сроки схв-ия регулир-ся добавками ускорителей и замедлителей схватывания.

5)прочность – харак-ся пределами прочности на сжатие и изгиб. Предел прочности на сжатие цементно-песчаного раствора состава 1:3 (цемент : песок) в возрасте 28 суток называется активностью цемента. 6)активность, выраженная стандартом наз-ся маркой цемента (М 300,400,500, 600).

38 Основные виды цемента. Существует более 30 разновидностей. Для горно-строит произ-ва наиб часто исп-ся: 1)портландцемент ПЦ – гидравлическое вяжущее в-во, получаемое при тонком измельчении клинкера с добавкой гипса (3-5 %). Предназначен для изготовления бетонных, набрызгбетонных и сборных конструкций. 2)быстро твердеющий ПЦ – это ПЦ с минеральными добавками, отличающийся повышенной прочностью через 3 суток твердения. Примен-ся в условиях высокого роста нагрузок. 3)пластифицированный ПЦ – изготовляют, вводя при помоле поверхностно-активные в-ва (гидрофобные и гидрофильные добавки). Это обеспечивает повышение подвижности бетон. смеси и уменьшает водоцементное отношение. 4) шлакоПЦ – совместный продукт помола клинкера, доменного гранулированного шлака (уменьш. стоимости на 15-20%) и гипса. Добавление шлака вызыв замедление нарастания прочности. 5)сульфатостойкий ПЦ –это ПЦ с нормативным минералогическим составом. 6)глиноземистый ПЦ –высококачественное вяжущее, получ-ся помолом клинкера из смеси известняка и боксита (большая стоимость, быстрое твердение, высок. прочность, водонепрониц-ть, морозост-ть, коррозионная ст-ть).

39 Производство ц-та включает 5 операций: добыча сырья, подготовка сырья и корректирующих м-лов, приготовление шихты (смесь сырьевых м-лов), получение клинкера, измельчение клинкера совместно с добавками. Применяют 3 способа произ-ва цемента: мокрый (приготовление с присутствием воды), сухой, комбинированный. Хранение осуществляется по ГОСТу. Гарантийный срок с момента отгрузки - 1 месяц. Длительное хранение влечет к потере активности, которая ч/з 3 месяца = 20%, ч/з год = 40%. Осн испытания проводятся по ГОСТу и включают: - определение тонкости помола цемента; - опред нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема; - опред предела прочности при изгибе и сжатии.

40 Бетоны и растворы. Бетон – искусст камен м-л, получаемый в рез-те формования и затвердевания правильно подобранной бетонной смеси, состоящей из: вяжущего в-ва, воды, заполнителей (щебень, песок), спец песок.

Заполнители – инертные природн или искусст м-лы, вводимые в бетонную смесь для сокращения расхода ц-та и обеспечения прочности бетона. Добавки – в-ва, регулир-щие св-ва бетон смесей. Виды: пластифицирующие, гидрофильные, гидрофобные, ускорители/ замедлители тверд-я, кислото-, щелочестойкие, пено-, газообразователи. Состав бетона хар-ся весовым соотношением компонентов (вода В : цемент Ц : щебень Щ : песок П : добавки). Структуру и пластичность бетонной смеси хар-т водоцементное отношение В : Ц – это водопотребность бетона для обеспечения заданной удобоукдадываемости (в%).Раствор – мелкозернистый бетон, приготовляемый из вяжущего, воды, мелкого заполнителя. Однако при использовании р-ров учитывают 2 особенности: 1)р-ры укладывают более тонким слоем (1-2см), чем бетоны; 2) не применяют при этом спец механич уплотнение; 3)р-ры часто наносят на пористые основания, кот способны сильно отсасывать воду.

Достоинства бетонов: - обладают высокой прочностью; - долговечностью; - невысокая стоимость; - прим как строит м-л в различных регионах. Недостатки: - хрупкость при ударе; - низкая сопротивляемость изгибающим и растягивающим усилиям. Этот недостаток может устранен армированием.