Контрольная работа по "Материаловедению"

Легкими- в качестве заполнителя  керамзит или алгопорит(алгопорит- искусственный пористый заполнитель для легких бетонов - продукт дробления шихты, изготовленной методом агломерации (спекания) из глинистых пород или глиносодержащих отходов добывающей промышленности. Алгопорит применяется для производства аглопоритобетона);

• Ячеистый.

Кроме того, силикатный бетон может быть мелкозернистым с размером зерен заполнителя до 5 мм и крупнозернистым с размером зерен более 5 мм. Более широкое применение получил тяжелый мелкозернистый силикатный бетон. Предел прочности при сжатии подобного силикатного бетона варьируется от 15 до 50МПа. Однако, возможно  получение высококачественного силикатного бетона с более высоким пределом прочности до 8МПа и более.

 

Для приготовления силикатного  бетона применяются следующие материалы: вяжущее, заполнители, добавки и  вода. 
Вяжущее. В силикатном бетоне вяжущим материалом является продукт совместного тонкого измельчения негашеной воздушной кальциевой или гидравлической извести с кремнеземистыми материалами, которые вступают между собой в химическое взаимодействие в процессе автоклавной обработки. В состав вяжущих вводят также добавки для регулирования сроков схватывания, повышения размолоспособности компонентов вяжущего.

В качестве вяжущих применяют: 
— известково-зольные, состоящие из тонкомолотых извести и топливных зол; 
— шлаковые, состоящие из металлургического, фосфорного или топливного шлака и извести; 
— известково-белитовые, состоящие из тонкомолотых продуктов низкотемпературного обжига известково-кремнеземистой шихты и песка или белитового (нефелинового) шлама и песка. 
— известково-аглопоритовые и др., состоящие из извести и отходов производства искусственных пористых заполнителей. 
Состав силикатного бетона рассчитывают двумя способами. Если известна активность известково-кремнеземистого вяжущего, определенная по стандартной методике, но с применением автоклавной обработки, то можно использовать расчетно-экспериментальный метод для цементного тяжелого бетона, вводя в него необходимые поправки, учитывающие особенности свойств и технологии силикатного бетона.

При определении водоцементного отношения  по формулам учитывают активность известково-кремнеземитого вяжущего.

Rб = а· Rц (Ц/В-b), где Rб- прочность бетона, Rц – активность вяжущего, Ц -расход цемента, а и b – коэффициенты, зависящие от качества материалов, режима автоклавной обработки и других технологических факторов? коэффициент А в формуле принимают равным 0,5.

Прочность силикатного бетона устанавливают  по результатам испытания после  автоклавной обработки. Расход воды в силикатных бетонах устанавливают  по результатам предварительных  испытаний бетонной смеси состава 1:1:2 и уточняют по результатам пробных замесов.

При определении состава мелкозернистого  силикатного бетона коэффициент  А в формуле принимают равным 0,5. Ориентировочный расход воды, требуемый  для получения заданной подвижности, устанавливают предварительными испытаниями  бетонной смеси

Окончательный расход материалов уточняют по результатам пробных замесов.

Если активность известково-кремнеземистого  вяжущего неизвестна, то состав можно  рассчитать на основе опытных зависимостей, предложенных ВНИИстромом, связывающих  прочность силикатного бетона с  его плотностью, качеством извести, водоцементным отношением, тонкостью помола песка, соотношением между известью и тонкомолотым песком и другими факторами.

 

Силикатный бетон имеет высокую  морозостойкость. Возможность замораживания  и оттаивания силикатного бетона без разрушений структуры составляет 300 циклов.  Силикатный бетон может быть армирован, в связи с чем, нашел широкое применение в промышленном и гражданском строительстве наравне с обычными цветными бетонами.

Плотный силикатный бетон применяют  в изготовлении несущих конструкций: панелей, перекрытий, лестничных пролетов, балок, колонн и плит. Из особо прочного силикатного бетона изготавливают напряженно-армированные железнодорожные шпалы, (железнодорожные шпалы – это брусья, которые изготавливаются из древесины или железобетона, служат опорой для рельс и обеспечивают равенство ширины рельсовой колеи.), шифер без содержания асбеста и другие изделия. Также силикатный бетон применяют в тюбингах для шахтного строительства и метро, для строительства оснований дорог общего пользования.

Прочность силикатного бетона в  значительной степени зависит: от дисперсности и равномерности распределения  извести в смеси. Чем меньше размер частиц извести и чем равномернее  они распределены по поверхности  зерен заполнителя, тем полнее протекает при автоклавной обработке процесс взаимодействия гидрата окиси, кальция с кремнеземом тонких фракций заполнителя, тем больше возникает и цементирующих новообразований, соединяющих все зерна заполнителя в единый монолит.

На прочность, долговечность и другие свойства силикатного бетона большое влияние оказывает вид, количество и тонкость помола дисперсной кремнеземистой добавки. С этой целью обычно применяют тонкомолотый кварцевый песок, количество которого устанавливают с учетом активности силикатной смеси и гранулометрического состава заполнителя.

Существенно влияет на свойства силикатного  бетона водовяжущее отношение. Минимально допустимое количество воды в смеси  определяется расходом ее на гашение  извести и количеством воды, которое  требуется для обеспечения заданной подвижности смеси. Так же как и в легких бетонах, каждому виду и расходу извести, зерновому составу заполнителей и методу уплотнения соответствует оптимальный расход воды, при котором силикатный бетон будет иметь наибольшую прочность.

На свойства силикатного бетона существенно влияет также режим  автоклавной обработки, определяющей степень и полноту завершения процесса образования в цементирующем  веществе гидросиликатов кальция и  их фазовый состав.

 

 

 

 

 

 

 

Решение задач

 

1. Масса образца камня в сухом состоянии равна 3,5 кг. Определить массу образца после насыщения водой, а также истинную плотность, если средняя плотность составляет 1900 кг/м3, пористость 24%, а водопоглощение по объему 19%.

 

1. Находим относительную плотность из равенства:

 

d = Pm ,              d=1900  = 1,9

      Pв                     1000

 

      где Pm – средняя плотность материала, кг/м³;

      Pв – плотность воды, равна 1000 кг/м³.

 

2. Определим водопоглощение по массе из равенства:

 

       Wo = d;                           Wm= Wo =   19 = 10%

        Wm                                             d       1,9

 

3. Найдем массу образца после насыщения из равенства:

 

 

m_н = (Wm+1)·mc = (0,1+1)·3,5= 3,85

 

4. Определим истинную плотность камня из следующего равенства:

 

                                 Pm = 1900  = 2500кг/м³

                                                                     1-0.24

 

 

 

Ответ: m_н =3,85 кг, р = 2500кг/м³

 

 

2. Нормальная густота гипсового теста равна 59%. Сколько необходимо взять гипса и воды для получения 10 кг гипсового теста нормальной густоты. 
    
    
   2. Если обозначить через «Х» необходимое количество гипса, то количество воды составит 0,59 х. В сумме должно быть 10 кг, т.е. х+0,59 х = 10 
    
    
   х = 10/1,59 = 6,3 кг 
    
    
   Воды необходимо взять 10 кг – 6,3 кг = 3,7 л

 

Ответ: Воды необходимо взять 10 кг – 6,3 кг = 3,7 л

Второе контрольное  задание

Вариант № 1

Ответы на вопросы:

 

1. Что служит сырьем для производства керамических изделий? Свойства глин как сырья для керамики.

Сырьем для изготовления керамических материалов служат различные глинистые  горные породы. Для улучшения технологических  свойств глин, а также придания изделиям определенных и более высоких физико-механических свойств к глинам добавляют кварцевый песок, шамот (дробленая обожженная при температуре 1000… 1400°С огнеупорная или тугоплавкая глина), шлак, древесные опилки, угольную пыль.

Глиняные материалы образовались в результате выветривания изверженных полевошпатовых горных пород. Процесс выветривания горной породы заключается в механическом разрушении и химическом разложении. Механическое разрушение происходит в результате воздействия переменной температуры и воды. Химическое разложение происходит, например, при воздействии на полевой шпат воды и углекислоты, в результате чего образуется минерал каолинит.

• Глиной называют землистые минеральные  массы или обломочные горные породы, способные с водой образовывать пластичное тесто, по высыхании сохраняющее приданную ему форму, а ,после обжига приобретающее твердость камня. Наиболее чистые глины состоят преимущественно из каолинита и называются каолинами. В состав глин входят различные оксиды (А1₂О₃, SiО₂, Fe₂0₃, CaO, Na₂0, MgO и КгО), свободная и химически связанная вода и органические примеси.

Большое влияние на свойства глины  оказывают примеси. Так, при повышенном содержании SiО₂, не связанного с А1₂О₃, в глинистых минералах уменьшается связующая способность глин, повышается пористость обожженных изделий и снижается их прочность. Соединения железа, являясь сильными плавнями, понижают огнеупорность глины. Углекислый кальций уменьшает огнеупорность и интервал спекания, увеличивает усадку при обжиге и пористость, что уменьшает прочность и морозостойкость. Оксиды Na₂О и КгО понижают температуру спекания глин.

Глины характеризуются пластичностью, связностью и связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

• Пластичностью глины называют ее свойство образовывать при затворении водой тесто, которое под действием внешних усилий способно принимать заданную форму без образования разрывов и трещин и сохранять эту форму при последующей сушке и обжиге.

На   многих   керамических   заводах   отсутствует   сырье,   пригодное в естественном виде для изготовления соответствующих изделий. Такое сырье требует введения добавок. Так, добавляя к пластичным глинам отощающие добавки до 6... 10% (песок, шлак, шамот и др.), можно уменьшить усадку глины при сушке й обжиге. Большое влияние на связующую способность глин и йх усадку оказывают фракции меньше 0,001 мм.

Чем больше содержание глинистых частиц, тем выше пластичность. Пластичность можно повысить добавлением высокопластичных глин, а также введением поверхностно-активных веществ — сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ) и др. Понизить пластичность можно добавлением непластичных материалов, называемых отощителями, — кварцевого песка, шамота, шлака, древесных опилок, крошки угля.

•          Глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций, обладают более высокой связностью, и, наоборот, глины с небольшим содержанием глинистых частиц имеют малую связность. С увеличением содержания песчаных и пылевидных фракций понижается связующая способность глины. Это свойство глины имеет большое значение при формовании изделий. Связующая способность глины характеризуется возможностью связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие заданной формы.

•          Усадкой называют уменьшение линейных размеров и объема при сушке образца (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Воздушная усадка происходит при испарении воды из сырца в процессе его сушки. Для различных глин линейная воздушная усадка колеблется от 2...3 до 10...12% в зависимости от содержания тонких фракций. Огневая усадка происходит из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка в зависимости от состава глин бывает 2...8%. Полная усадка равна алгебраической сумме воздушной и огневой усадок, она колеблется в пределах 5...18%. Это свойство глин учитывают при изготовлении изделий необходимых размеров.

Характерным свойством глин является их способность превращаться при  обжиге в камневидную массу. В начальный период повышения температуры начинает испаряться механически примешанная вода, затем выгорают органические примеси, а при нагревании до 550...800°С происходит дегидратация глинистых минералов и глина утрачивает свою пластичность.

•          При дальнейшем повышении температуры осуществляется обжиг — начинает расплавляться некоторая легкоплавкая составная часть глины, которая, растекаясь, обволакивает нерасплавившиеся частицы глины, при охлаждении затвердевает и цементирует их. Так происходит процесс превращения глины в камневидное состояние. Частичное плавление глины и действие сил поверхностного натяжения расплавленной массы вызывают сближение ее частиц, происходит сокращение объема — огневая усадка.

• Совокупность процессов усадки, уплотнения и упрочнения глины при обжиге называют спеканием глины. При дальнейшем повышении температуры масса размягчается — наступает плавление глины.

На цвет обожженных глин оказывает  влияние главным образом содержание оксидов железа, которые окрашивают керамические изделия в красный цвет при наличии избытка в печи кислорода или в темно-коричневый и даже черный при недостатке кислорода. Оксиды титана вызывают синеватую окраску черепка. Для получения белого кирпича обжиг ведут в восстановительной среде при определенных температурах, чтобы оксид железа перевести в закись.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. В каких сечениях изучается макроструктура древесины? Охарактеризуйте основные элементы торцевого сечения древесины.

 

Древесиной называют освобожденную  от коры ткань волокон, которая содержится в стволе дерева. Ствол дерева состоит из клеток, имеющих разное назначение в растущем дереве, а, следовательно, разную форму и величину. Макроструктуру ствола (видимую невооруженным глазом или через лупу) можно рассмотреть на трех основных разрезах: торцевом срезе, тангенциальном и радиальном срезе.