Загальні властивостi будiвельних матеріалів

Рефераты по строительству » Загальні властивостi будiвельних матеріалів

1. Загальні властивостi будiвельних матерiалiв

Розрахунки по визначенню загальних властивостей будiвельних матерiалiв дозволяють оцiнити їх вiдповiднiсть технiчним вимогам можливiсть застосування в конкретних умовах експлуатації. Знання загальних властивостей матерiалiв необхiдно для рiзноманiтних iнженерних розрахункiв. Наприклад для розрахунку навантажень визначення маси споруд транспортних розрахункiв вибору місткості складських примiщень необхiдно знати щiльнiсть матерiалiв. Для оцiнки мiцностi i стiйкостi споруд прогнозу їх довговiчностi важливo врахування мiцностi матерiалiв вiдношення їх до вологи температури i т.п.

При розрахунках що враховують властивості матеріалів необхідно добре орієнтуватись в їх розмірностях що відображають зв’язок з основними величинами системи одиниць виміру.

В табл. 1.1 і 1.2 наведені розрахункові формули основних фізичних та механічних властивостей різних матеріалів.

В Міжнародній системі одиниць (СІ) в якості основних прийняті наступні одиниці: метр (м) – одиниця довжини; кілограм (кг) – одиниця маси; секунда (с) – одиниця часу; ампер (А) – одиниця сили струму; градус Кельвіна (°К) – одиниця термодинамічної температури; кандела (кд) – сила світла і моль – кількість речовини. Іноді зручніше застосовувати одиниці більші (кратні) або дрібні (часткові). Їх утворюють множенням початкових одиниць на число 10 взяте у відповідному ступені. Назва одиниць при цьому набуває відповідної приставки (табл. 1.3).

Температуру прийнято виражати як в градусах Кельвіна (°К) так і в градусах Цельсія (°С).

Вибрати приставки рекомендується таким чином щоб числові значення величини знаходились в діапазоні 0 1…1000.


Таблиця 1.1

Властивість Розмірність

Розрахункова

формула

Пояснення

до формули

Дійсна густина кг/м3 m – маса сухого матеріалу; V – об’єм в ущільненому стані
Середня густина кг/м3 V1 – об’єм матеріалу з урахуванням пор та порожнин
Властивість Розмірність

Розрахункова

формула

Пояснення

до формули

Насипна густина кг/м3 Vн – об’єм матеріалу в пухкому стані
Пористість %
Вологість % mв – маса вологого матеріалу
Гігроскопічність % mг – маса матеріалу після досягнення рівноважної вологості при перебуванні у повітряному середовищі із 100 %–ю вологістю
Водопоглинання за масою % mн – маса насиченого водою матеріалу
по об’єму %
Сорбційна вологість % mсорб – маса матеріалу після досягнення рівноважної вологості
Коефіцієнт фільтрації м/год Vв – об’єм води, яка просочилась; d – товщина стінки; S – площа стінки; Dр – різниця гідростатичного тиску на границях стінки, мм вод. ст.; t – час
Коефіцієнт паропроникності г/(м. год. Па) Vп – об’єм пари (густиною r), яка пройшла через стінку; Dрп – різниця тисків пари на границях стінки, Па
Коефіцієнт розм’якшення Rнас – міцність насиченого в воді матеріалу; Rс – міцність сухого матеріалу
Теплопровідність Вт/(м. °С) Q – кількість теплоти, Дж; t1 – температура поверхні гарячої сторони зразка, °С; t2 – температура поверхні холодної сторони зразка, °С
Властивість Розмірність

Розрахункова

формула

Пояснення

до формули

Термічний опір м2. °С/Вт
Питома теплоємність кДж/(кг. °С)
Температуропровідність м2 /год
Коефіцієнт лінійного теплового розширення l0 – початкова довжина зразка; l1 – довжина зразка після нагріву

Таблиця 1.2

Властивість Розмірність

Розрахункова

формула

Пояснення до формули
Межа міцності МПа F – руйнівне навантаження; S – розрахункова площа перерізу зразка
Твердість за Брінеллем МПа D – діаметр кульки; d – діаметр відбитку
Стираність г/см2 m – маса зразка до стирання; m1 – маса зразка після стирання; S – площа стирання
Ударна міцність МПа Fк – вага баби копра; n – порядковий номер удару, який руйнує зразок
Усадка мм/м l0 – початкова довжина зразка; l1 – кінцева довжина зразка
Повзучість мм/м eп – повна деформація; eу – пружна деформація
Модуль пружності МПа sн – номінальна напруга
Межа текучості МПа Fт – навантаження, яке відповідає межі текучості

Таблиця 1.3

Приставка Позначення Множник на який множать основну одиницю Приставка Позначення Множник на який множать основну одиницю
Тера Т 1012 Санти с 10–2
Гіга Г 109 Мілі м 10–3
Мега М 106 Мікро мк 10–6
Кіло к 103 Нано н 10–9
Гекто г 102 Піко п 10–12
Дека да 101 Фемто ф 10–15
Деци д 10–1 Ато а 10–18

1.1. Густина і пористість

1. Визначити мінімально необхідну корисну площу штабелів для розміщення m=10 т сипучого матеріалу з насипною густиною rн =1300 кг/м якщо висота шару матеріалу в штабелях не повинна перевищувати h=1 5 м.

Знаходимо об’єм матеріалу в штабелях:

v=m/ r н =10000:1300=7 69 м3 .

Площа штабелів повинна складати:

S=v/h=7 69:1 5=5 13 м2 .

2. Визначити ємність довжину штабельного складу щебеню необхідного для 10 – добової роботи бетонного заводу із добовою витратою mдоб. =600 т. Висота штабеля h=4 м. Кут насипу щебеню b=35°. Насипна густина щебеню rн =1450 кг/м3 .

При розрахунку ємності складу заповнювачів використовують формулу:

vз =vдоб. × t збер. × 1 2 × 1 02

де vдоб – добова витрата матеріалів м3 ; . tзбер. – нормативний запас збереження матеріалів;

1 2 – коефіцієнт розрихлення; 1 02 – коефіцієнт що враховує втрати при транспортуванні.

vдоб. =mдоб. / r н =600:1 45=413 7 м3 ;

v=413 7 × 10 × 1 2 × 1 02=5063 7 м3 .

Довжину штабельного складу знаходять за формулою:

де b – кут природного ухилу матеріалу а штабелі:

Площа складу визначають за формулою:

;


3. Розрахувати об’єм бункерів закритого складу заповнювачів що забезпечують загальний нормативний запас на t=10 діб роботи бетонного заводу із добовим випуском бетонної суміші vдоб. =500 м3 . Витрата піску і гравію на 1 м3 бетонної суміші (з врахуванням виробничих витрат) складає відповідно П=712 кг/м3 і Г=1320 кг/м3 . Коефіцієнт заповнення бункерів 0 9. Насипна густина піску rн.г =1500 кг/м3 і гравію rн.г. =1400 кг/м3 .

Нормативний запас заповнювачів:

Піску по масі – Пн =vдоб. ×t×П=500×10×0 712=3560 т;

Гравію по масі – Гн =vдоб. ×t×Г=500×10×1 32=6600 т;

Піску за об’ємом – vп.н.н /rн.п. =3560:1 5=2380 м3 ;

Гравію за об’ємом – vг.н.н /rн.г. =6600:1 4=4360 м3 .

З поправкою на коефіцієнт заповнення 0 9 необхідні об’єми бункерів складів піску (vб.п. ) і гравію (vб.г. ) буде відповідно vб.п =2650 м3 і vб.г =4840 м3 .

4. Насипна густина сухого піску rн =1500 кг/м3 . При 5% – й вологості (wп. =5%) вона зменшилась до rн w =1150 кг/м3 . Визначити приріст об’єму піску за рахунок зволоження.

Перший спосіб рішення: 1 т сухого піску займає об’єм vc =1:1 5=0 66 м3 вологого піску vв =1:1 15=0 87 м3 .

Приріст об’єму піску складає:

.

Другий спосіб рішення: Маса піску після зволоження :

.

Об’єм вологого піску: vw =m/rн w =1575:1150=1 37м3 .


Dv=vw –vc =1 37–1=0 37 або 37%.

5. Визначити середню густину кам’яного зразка неправильної форми якщо при його зважуванні на повітрі маса була mс =100 г а у воді mw =55 г. До зважування у воді зразок парафінували. Маса парафінованого зразка mп.з. =101 1 г. Густина парафіну rп. =0 93 г/см3 .

Об’єм парафінованого зразка по закону Архімеда дорівнює втраті його маси при зважуванні у воді тобто при густині води rв. =1 г/см3 .

.

Маса парафіну mп =mп.з. –mс =101 1–100=1 1 г а об’єм його vп =mп /rп =1 1:0 93=1 18 см3 .

Об’єм непарафінованого зразку v0 =vп.з. –vп. =46–1 18=44 82 см3 .

Середня густина матеріалу rо =mс /vо =100:44 82=2 23 г/см3 .

6. При визначенні дійсної густини будівельного гіпсу була взята наважка mо =85 г. В колбу Ле–Шательє була внесена частина цієї наважки залишок склав m1 =15 5 г. При цьому рівень керосину у колбі підвищився від нульової відмітки до 25 см3 . Розрахувати дійсну густину будівельного гіпсу.

Маса гіпсу що поміщена у колбу Ле–Шател’є

mг =mо –m1 =85–15 5=69 5 г

Об’єм гіпсу в абсолютно щільному стані дорівнює об’єму витисненого керосину тобто vг =25 см3 .

Таким чином дійсна густина гіпсу r=mг /vг =69 5:25=2 7 г/см3 .

7. Яке навантаження на кожну з двох опор здійснює залізобетонна балка прямокутного перерізу розміром 60´14 см і довжиною l=6 5 м при середній густині залізобетону r=2500 кг/м3 ?

Об’єм балки vб =0 60×0 14×6 5=0 55 м3 ;

Маса балки mб =vб ×rо =0 55×2500=1380 кг.

Чисельне значення маси тіла в кілограмах (кг) рівне чисельному значенню його ваги тобто сили тяжіння в кілограмах (кгс). В СІ сила вимірюється в ньютонах. 1 Н – сила що повідомляє тілу масою 1 кг прискорення 1 м/с2 в напрямку дії сили. 1 кгс»10 Н.

Таким чином сила або навантаження що здійснює залізобетонна балка на дві опори складе Fб =1380 . 10=13 8 кН;

Навантаження що діє на кожну опору Fo =13 8:2=6 9 кН.

8. Зовнішня стінова панель із газобетону має розміри 3 1´2 9´0 3 м і масу mп =2160 кг. Визначити пористість газобетону приймаючи значення дійсної густини r=2 81 г/см.

Об’єм панелі vп =3 1×2 9×0 3=2 7 м3 ;

Середня густина газобетону rо =mп /vп =2160:2 7=800 кг/м3 .

Пористість газобетону

9. Зразок із газобетону з розміром ребер а=20 см занурений у воду і плаває. Висота над рівнем води в перший момент складала h=6 5 см. Визначити густину газобетону приймаючи його дійсну густину r=2 79 г/см3 . Поглинанням води при цьому можна знехтувати.

Маса (об’єм) води що був витиснений зразком газобетону рівна масі зразка. Оскільки висота зразка над рівнем води 6 5 см значить він занурився на h1 =20–6 5=13 5 см і витиснув при цьому vв =20´20´13 5=5400 см3 води. Таким чином маса зразка mо =5400 г або 5 4 кг.

Об’єм зразка – куба з а=20 см vо =20´20´20=8000 см3 .

Середня густина газобетону rо =mо /vо =5400:8000=0 68 г/см2 або 680 кг/м3 .

10. Кузов автомашини розміром 2 8´1 8´0 6 м заповнений на 2/3 своєї висоти щебенем маса автомашини без щебеню mа =3 т із щебенем m' а =5 86 т. Розрахувати насипну густину щебеню і його порожнистість. Дійсна густина щебеню rщ =2 700 г/см3 .

Об’єм щебеню vщ =2 8×1 8(0 6×2/3)=2 м3 .

Маса щебеню mщ =m' а –mа =5 86–3=2 86 т.

Насипна густина щебеню rн.щ. =mщ /vщ =2860:2=1430 кг/м3 .

Порожнистість щебеню П=(1–rн.щ /rщ ). 100=(1–1430/2700). 100=47 %

1.2. Гідрофізичні властивості

11. Маса сухого матеріалу m=90 9 кг. При зволоженні матеріалу до деякої початкової вологості маса його зросла до mв =100 кг. Якою повинна бути маса матеріалу при зволоженні його до w=20%?

Знаходимо початкову вологість матеріалу:

.

Масу матеріалу mw при w=20% знайдемо з виразу вологості:

.

12. Сорбційна вологість ніздрюватого бетону змінюється зі зміною відносної вологи повітря. При середній густині ніздрюватого бетону в сухому стані rо.с. =500 кг/м3 сорбційна волога бетону по об’єму при відносній вологості повітря 40% складає wo =1 4%; 80% – 2 9 і 100% – 9 4%. Знайти середню густину ніздрюватого бетону при різній відносній вологості повітря.

Для переводу вологості матеріалів по об’єму (wo ) до вологості по масі (wm ) використовують формулу:

.

При відносній вологості повітря 40 % –

; 80% – ; 100% – .

Середня густина ніздрюватого бетону при відносній вологості повітря:

40% – ;

80% – ;

100% – .

13. Повітряно–суха деревина при вологості w = 20% має середню густину rо.w. =670 кг/м3 . При насиченні її під тиском середня густина збільшилась до rо.w. =1300 кг/м3 . Визначити відкриту пористість деревини.

Маса 1 м3 абсолютно сухої деревини:

.

Кількість поглинутої води mв =rо.w. –rо =1300–536=764 кг або vв =0 764 м3 .

Об’єм води поглинутої під тиском відповідає об’єму відкритих пор в деревині.

Відкрита пористість деревини П=vв ×100=0 764×100=76%.

14. Водопоглинання бетону по масі і об’єму дорівнює відповідно wm =4 2%; wo =9 5%. Знайти загальну пористість бетону при його дійсній густині r=2 7 г/см3 .

Середня густина бетону rо =wo /wm =9 5/4 2=2 26 г/см3 або rо =2260 кг/м3 .

Загальна пористість бетону:

.

15. Маса зразка каменю з дійною густиною r=2 5 г/см3 в сухому стані m=100 г. Після водонасичення маса склала mн =110 г і об’ємне водопоглинання – wo =20%. Визначити пористість каменя.

Водопоглинання по масі:

.

Середня густина каменя rо =wo /wm =20/10=2 що відповідає rо =2 г/см3 або rо =2000 кг/м3 .

Пористість каменя П=(1–ro /r). 100=(1–2/2.5). 100=20%.

16. Визначити коефіцієнт насичення пор цегли розмірами 250´120´65 мм з дійсною густиною r=2 6 г/см3 і масою в сухому стані m=3 5 кг якщо після витримування у воді маса цегли стала рівною mв =4 кг.

Коефіцієнт насичення kн рівний відношенню водопоглинання по об’єму до пористості матеріалу.

Водопоглинання цегли по масі:

.

Об’єм цегли vц =25´12´0 65=1950 см3 .

Середня густина цегли rо =m/vк =3500/1950=1 8 г/см3 або 1800 кг/м3 .

Водопоглинання цегли по об’єму wo = wm ×rо =14 3×1 8=25 7%/

Загальна пористість цегли П=(1–ro /r). 100=(1–1 8/2 6). 100=30 8%.

Коефіцієнт насичення kн =wo /П=25 7/30 8=0 83.

17. Керамічна каналізаційна труба зовнішнім діаметром Dз =460 мм внутрішнім діаметром Dв =400 мм і довжиною l=800 мм знаходиться на випробуванні під гідравлічним тиском Р=0 3 МПа. За добу крізь стінки труби просочилось vв =37 см3 води. Розрахувати коефіцієнт фільтрації керамічної труби.

Площа внутрішньої поверхні труби S=p×Dв×l =3 14×40×80= =10000 см3 .

Товщина труби:

або d=3 см.

Коефіцієнт фільтрації

або 1 54×10–5 м/год.

Примітка: При розрахунках коефіцієнта фільтрації гідравлічний тиск Р виражається в метрах водяного стовпчика (Р=0 3 МПа=30 м вод. ст.).

18. У повітряно–сухому стані межа міцності вапняку Rс =9 5 МПа а коефіцієнт його розм'якшення kp =0 65. Визначити міцність вапняку в насиченому водою стані.

Міцність вапняку в насиченому водою стані Rн =k×Rc =0 65×9 5= =6 18 МПа.

19. Різниця тисків водяних парів в середині і ззовні приміщення DPп =50 Па. Визначити коефіцієнт паропроникності стіни загальною площею S=30 м2 і товщиною d=51 см через яку за t=24 год. проходить mп =54 г пари.

Коефіцієнт паропроникності знаходимо за формулою:

.

1.3. Теплофізичні властивості

20. Кубічний зразок кам’яного матеріалу з розміром а=10 см має у повітряно–сухому стані масу m=2 2 кг. Визначити орієнтовно теплопровідність і можливу назву матеріалу.

Для орієнтовного визначення теплопровідності по величині середньої густини можна використати формулу В.П.Некрасова:

де rо – середня густина г/см3 .

Середня густина кубічного зразка матеріалу:

rо=m/а3 =2200/1000=2 2 г/см3 .

Орієнтовано теплопровідність матеріалу

Вт/(м×°С).

По довідковим даним встановлюємо що можливий вид матеріалу – важкий бетон.

21. Через зовнішню стіну із цегли площиною S=25 5 м2 проходить за t=24 год. Q=76000 кДж теплоти. Товщина стінки d=51 см температура теплої поверхні стіни t1 =15°С холодної – t2 =–12°С. Розрахувати теплопровідність цегляної кладки.

Теплопровідність цегляної стіни

кДж/(м×год×°С)

або 0 65 Вт/(м×°С).

22. Теплопровідність фіброліту із середньою густиною rо =500 кг/м3 в сухому стані при t=25°С становить lt =0 1 Вт/(м×°С). Знайти розрахункове значення теплопровідності: а) при t=0°С; б) при t=25°С і вологості w=20%.

Для перерахунку теплопровідності до нульової температури використовуємо формулу:

l t = l o . (1+0 0025. t)

де lo – теплопровідність при 0°С.

Теплопровідність фіброліту при 0°С

Вт/(м×°С).

Для врахування впливу вологості на теплопровідність можна використати спрощену формулу:

l w = l + D l . wо

де lw – теплопровідність вологого матеріалу; Dl – приріст теплопровідності на 1% об’ємної вологості яке складає для неорганічних матеріалів при додатній температурі 0 0023 при від’ємній – 0 0046; для органічних відповідно 0 0035 і 0 0046; wo – об’ємна вологість.

Об’ємна вологість фіброліту wo =w×rо =20×0 5=10%

Теплопровідність фіброліту lw =0 1+0 0035×10=0 13 Вт/(м×°С).

23. Необхідно замінити теплоізоляцію із пінобетонних виробів із середньою густиною rо =500 кг/м3 і товщиною d=100 мм на теплоізоляцію із мінеральної вати (в набивку під сітку) марки 100. Температура поверхні що ізолюється t1 =300°С а поверхні ізоляції t2 =25°С. Визначити товщину теплоізоляційного шару із мінеральної вати.

Середня температура теплоізоляційного шару

tсер. =(t1 +t2 )/2=(300+25)/2=167 5 ° С

Теплопровідність виробів із пінобетону при rо =500 кг/м3 по довідковим даним

l п.б. =0 13+0 0003 × tсер. =0 13+0 0003 × 167 5=0 18 Вт/(м × ° С).

Теплопровідність мінеральної вати марки 100 по довідковим даним

lм.в. =0 047+0 00023×tсер =0 047+0 00023×167 5=0 0855 Вт/(м×°С).

Страницы: 1 2 3 4 5 6