Контрольная работа по Материаловедению строительные материалы

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Кафедра инженерных наук и технологий

Контрольная работа

по дисциплине: «Материаловедение

(строительные материалы)»

Выполнил: __ _ ________

(Фамилия И.О.

студент _ _ курса _____ специальность_____________________

(срок обучения)

группа________ № заченой книжки________________________________

Номер варианта контрольной работы__ № 15___________________

Подпись: _____________________ Дата:____________________________

Преподаватель: _________________________________________________

(Фамилия И.О.)

Оценка: _____________Дата: _______________________________________

Подпись: ________________________________________________________

Санкт-Петербург

20_

Содержание:

Задача 1 Вариант 1

Определение основных физических и технологических свойств строительных материалов.

Задача 2 Вариант 4

Определение основных механических свойств естественных каменных материалов и неорганических вяжущих веществ

Задача 3 Вариант 2

Определение основных физических и механических свойств бетонных смесей.

Задача 4 Вариант 15А, 15В

Подбор состава смеси тяжелого бетона.

Задача 5 Вариант 1

Определение физических механических свойств каменных материалов.

Задача 6 Вариант 4

Выбор и расчет свойств балки-швеллера и балки двутавра.

Задача 7 Вариант 4

Определение физических и механических свойств древесины.

Задача 1 Вариант 1

Определение основных физических и технологических свойств строительных материалов.

1.1.1

Дано: m =15000 кг, ρ =2800 кг/м3, ρs=1400

Определить: среднюю плотность ρm, пористость n, и пустотность ns образца материала заданного размера и массы :

1м

2м

3м

Решение:

ρm= m/Vnat= 15000/6 = 2500 кг/м3, где Vnat=a*b*c = 2*3*1=6м3

n=1-(ρm/ρ) = 1-(2500/2800)=1 - 0,893=0,107*100%=10,7% - пористость

ns =1-(ρs/ρm ) = 1-(1400/2500)= 1 - 0,56=0,44*100%=44% - пустотность

1.1.2

Дано: масса сухого образца md =20 кг, масса образца, насыщенного водой mw=22 кг

Определить: водопоглощение Wm материала, зная массы образца в сухом и насыщенном водой состоянии.

Решение:

Wm= (mw - md) / md =(22-20)/20 = 0,1*100%=10% - водопоглощение

1.1.3

Сравнить по эффективности материалы с известными значениями средней плотности ρm и предела прочности R:

Дано:

сталь ρm = 7850 кг/м3 , алюминиевый сплав ρm=2700 кг/м3

Rизг.= 2160 кгс/см2 Rизг=500 кгс/см2

К=Rизг/ ρm= 2160/7850= 0,275 К=Rизг/ ρm=500/2700=0,185

Ответ: Сталь эффективнее алюминиевого сплава.

Чем выше значение коэффициента, тем более эффективным является материал.

Задача 2 Вариант 4

Определение основных механических свойств естественных каменных материалов и неорганических вяжущих веществ

2.4.1

Дано: Гранит, Fmax=120000 кгс

Определить: предел прочности при сжатии Rc заданного образца естественного каменного материала с известными размерами и максимально-допустимой нагрузкой:

10см Решение: Rc= Fmax /А = (120000/100)=1200 МПа ,

Где А- площадь поперечного сечения образца до испыт.

10см Fmax- разрушающая сила (нагрузка)

10см

2.4.2

Дано: Fmaxгипс=1000 кгс, Fmaxцем=7500 кгс

Определить предел прочности при сжатии Rc и марку заданных образцов, изготовленных из гипса и цемента:

Решение:

Rc= Fmaxгипс /А =(1000/100)=10МПа

Rc= Fmaxцем/А=(7500/100)=75МПа

2.4.3

Дано: mгранита=2650 г

6,25 см

mгипса=200 г

4 см

mцемента = 240 г

4 см

Зная массы и размеры определить среднюю плотность ρm всех образцов:

Решение:

ρm=m/Vnat , где Vnat=a*b*c=100 см3

ρm гранит=2650/100=26,5*1000=26500 кг/м3

ρm гипс=200/100=2*1000=2000 кг/м3

ρm цемент=240/100=2,4*1000=2400 кг/ м3

2.4.4

Сравнить по эффективности рассмотренные материалы.

К= Rc / ρm

Гранит Гипс Цемент

Rc = 1200 МПа Rc=10МПа Rc=75МПа

ρm = 26500 кг/м3 ρm= 2000 кг/м3 ρm=2400 м3

К=1200/26500=0,0453 К=10/2000=0,005 К=75/2400=0,0313

Ответ: Гранит эффективнее цемента и гипса.

Задача 3 Вариант 2

Определение основных физических и механических свойств бетонных смесей.

15 см

15 см

15 см

15см

3.2.1

Дано: Тяжелый бетон, Fmax=45000 кгс

Определить: Rc предел прочности при сжатии, марку и класс бетона.

Решение: Rc= Fmax/А=(45000/225)=200 МПа

3.2.2

Дано: Керамзитобетон, Fmax=22500 кгс

Определить: Rc предел прочности при сжатии, марку и класс бетона.

Решение: Rc= Fmax/А=(22500/225)=100 МПа

3.2.3

Дано: Пенобетон, Fmax=7000 кгс

Определить: Rc предел прочности при сжатии, марку и класс бетона.

10см

10см

10см

10см

Решение: Rc= Fmax/А=(7000/100)=70 МПа

3.2.4

Дано: mтяж.бетона=7762,5 г; mкерамзитобетона=5737,5 г; mпенобетона=900 г.

Определить: среднюю плотность ρm

Решение: ρm= m/Vnat , где Vnat=a*b*с

ρm тяж.бет.= 7762,5/3375=2,3*1000=2300 кг/м3

ρm керамзитобет.= 5737,5/3375=1,7*1000=1700 кг/м3

ρm пенобет.= 900/1000=0,9*1000=900 кг/м3

3.2.5 Сравнить по эффективности тяжелый бетон, керамзитобетон, пенобетон, используя полученные данные.

К= Rc / ρm

Тяжелый бетон Керамзитобетон Пенобетон

Rc = 20 МПа Rc =10 МПа Rc=7 МПа

ρm = 2300кг/м3 ρm = 1700 кг/м3 ρm=900 кг/м3

К=200/2300=0,0869 К=100/1700=0,0588 К=70/900=0,078

Ответ: Эффективнее тяжелый бетон.

Задача 4 Вариант 15А, 15В

Подбор состава смеси тяжелого бетона.

Дано: а) Прочность бетона на осевое сжатие и растяжение Rc =600 кгс/см2 ; Прочность бетона Rb =500 кгс/м2 ; Осадка конуса hq=9,5 см ; Расчетное значение водоцементное соотношение Mw/Mc =0,6

б) Прочность бетона на осевое сжатие и растяжение Rc =500 кгс/см2 ; Прочность бетона Rb =300 кгс/м2 ; Осадка конуса hq =12 см ; Расчетное значение водоцементное соотношение Mw/Mc =0,56

Определить состав бетонной смеси (расход воды, цемента, щебня, песка, фракционный состав щебня). Проверить точность расчета и выполнить корректировку состава, если разница между полученным и расчетным значениями водоцементного соотношения составит более 10%.

Задача 5 Вариант 1

Определение физических механических свойств каменных материалов.

6,5 см

12 см

25 см

5.1.1

Дано: Керамический кирпич, Fmax=90000 кгс

Определить Rc , предел прочности при сжатии, марку кирпича.

Решение: Rc= Fmax/А=(90000/78)=1153,84 МПа

5.1.2

Дано: Силикатный кирпич, Fmax=75000 кгс

Определить Rc , предел прочности при сжатии, марку кирпича.

Решение: Rc= Fmax/А=(75000/78)=961,53 МПа

5.1.3

Дано: Шамотный кирпич, Fmax=60000 кгс

Определить Rc , предел прочности при сжатии, марку кирпича.

Решение: Rc= Fmax/А=(60000/78)=769,23 МПа

5.1.4

Дано: mкерам.=3120 г; mсиликатн.=4095 г; mшамотн.=3510 г.

Определить: среднюю плотность ρm

Решение: ρm= m/Vnat , где Vnat=a*b*с

ρm керам.=3120/1950=1,6*1000=1600 кг/м3

ρm силикат.=4095/1950=2,1*1000=2100 кг/м3

ρm шамотн.=3510/1950=1,8*1000=1800 кг/м3

5.1.5 Сравнить по эффективности керамический, силикатный, шамотный кирпичи.

К= Rc / ρm

Керамический Силикатный

Rc =1153,84 МПа Rc =961,53 МПа

ρm керам =1600 кг/м3 ρm силикат =2100 кг/м3

К=1153,84/1600=0,7212 К=961,53/2100=0,4579

Шамотный

Rc =769,23 МПа

ρm шамотн.= 1800 кг/м3

К=769,23/1800=0,4274

Ответ: Керамический кирпич эффективнее.

Задача 6 Вариант 4

Выбор и расчет свойств балки-швеллера и балки двутавра.

q

L [R]=2160 кгс/см2

6.4.1

Дано: погонная нагрузка q=10 кгс/смп, длина l=220 см.

Определить: мах момент посередине балки Мmax

Решение: Мmax= (q*l2)/8, где 8- γ коэффициент надежности по нагрузке.

Мmax=(10*2202)/8=60500 кгс/см

6.4.2

Определить момент сопротивления Wx и выбрать по сортаменту (прилож. 4,5 методических указаний) № швеллера и № двутавра, их моменты инерции Ix и вес 1 м.п.

Решение: Wx= Мmax/R=60500/2160=28,01см3

По прилож. 4 № балки-швеллера – 10, Ix=174 см4, вес 1 п.м.- 8,59 кг

По прилож. 5 № двутавра – 10, Ix=198 см4, вес 1 п.м. – 9,46 кг

6.4.3

Определить прогиб швеллера ƒx и сравнить с допустимым, если Е=2100000 кгс/см2 .

5 ql4 10 * 2204

Решение: ƒx= 384 ЕIx=0,013* 2100000*174=0,8334 см

6.4.4

Определить прогиб двутавра ƒx и сравнить с допустимым, если Е=2100000 кгс/см2.

5 ql4 10 * 2204

Решение: ƒx= 384 ЕIx=0,013* 2100000*198=0,7324 см

6.4.5

Определить вес швеллера и двутавра. Сравнить вес и сделать вывод.

2,20 (м)*8,59(кг/мп) = 18,898 кг вес балки-швеллера

2,20 (м)*9,46(кг/мп) = 20,812 кг вес двутавра

Вывод: При одинаковой длине вес двутавра больше балки-швеллера. При необходимости облегчить строительную конструкцию, если возможно заменить двутавр на балку-швеллер, то лучше использовать второе.

Задача 7 Вариант 4

Определение физических и механических свойств древесины.

Два образца пород дерева: Лиственница и Осина.

Fmax

2 см

2 см

L=24см 30 см

7.4.1

Дано: Коэффициент усушки лиственницы Kу лист = 0,56

Разрушающая нагрузка Fmax лист = 249,50 кгс;

Коэффициент усушки осины Kу осины=0,43

Разрушающая нагрузка Fmax осины=170,05 кгс.

Определить: предел прочности при изгибе Rƒ

3 * Fmax * l0

Решение: Rƒ = 2* b * h2 , где l0 – расстояние м/у опорами = 24 см, b – ширина поперечного сечения = 2 см , h2 – высота поперечного сечения = 2 см.

Rƒ лист=(3*249,50*(24*0,56))/(2*2*22)=10059,84/16=628,74 кгс/см2

Rƒ осина=(3*170,05*(24*0,43))/(2*2*22)=5263,20/16=328,95 кгс/см2

7.4.2

Дано: Масса образца лиственницы mлист =75,02 г.; масса образца осины mосины =60,03 г.

Определить: среднюю плотность ρm.

Решение: ρm= m/Vnat , где Vnat=a*b*с

ρm лист= 75,02/120= 0,6252 г/см3

ρm осины=60,03/120= 0,5 г/см3