Контрольная работа по "Строительству"

Контрольная работа N1.

Вариант 8.

 

Вопросы.

Вопрос N1:

   Свойства материалов: релаксация, твердость, истираемость.

    На долговечность и надежность строительных конструкций существенное влияние оказывают свойства материалов, из которых они изготовлены. ”Свойствами материала называют его объективные особенности (признаки), которые проявляются в условиях производства, применения и работы в конструкции.” ([2], стр. 3) Основные свойства строительных материалов можно разделить на группы: физические, механические, химические и технологические.

    Релаксация, твердость и истираемость являются характеристиками механических (прочностных) свойств материалов для строительных конструкций, работающих под нагрузкой. Они характеризуют сопротивление материалов механическому разрушению при эксплуатации.

    “Релаксация – свойство материала самопроизвольно снижать напряжения при условии, что начальная величина деформации зафиксирована жесткими связями и остается неизменной. При релаксации напряжений может изменяться характер начальной деформации, например из упругой постепенно перейти в необратимую (пластическую), при этом изменения размеров не происходит. Такое исчезновение напряжений возможно за счет межмолекулярных перемещений и переориентации внутримолекулярной структуры.

   Время, в течение  которого первоначальная величина  напряжений снижается в е-2,718 раза (е – основание натуральных  логарифмов), называют ”период релаксации”. Период релаксации меняется от с у материалов жидкой консистенции до 2 · с (десятки лет и более) – у твердых материалов(чем меньше, тем более деформативен материал).” ([4], стр. 33 – 34)

    “Релаксацию напряжений в предварительно-напряженной арматуре надо учитывать при проектировании сборных железобетонных изделий.” ([2], стр. 32)

   “Твердость – свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого материала. Для определения твердости материалов в зависимости от их вида и назначения существует ряд методов.” ([4], стр. 39)

   Так, при испытании  природных каменных материалов  пользуются шкалой Мооса, составленной из 10 минералов, расположенных в ряд, с условным показателем твердости от 1 до 10, когда более твердый материал, имеющий более высокий порядковый номер, царапает предыдущий. Минералы расположены в следующем порядке: тальк или мел, гипс или каменная соль, кальцит или ангидрит, плавиковый шпат, кварцит, топаз, корунд, алмаз.

   ”Твердость ряда строительных материалов (бетона, древесины, металлов, строительного раствора) определяют специальным прибором, вдавливая в них закаленный стальной шарик, алмазный конус или пирамиду. В результате испытания вычисляют число твердости. Оно равно отношению силы вдавливания к площади поверхности отпечатка.” ([14], стр. 75)

   Показатели твердости, полученные разными способами, нельзя сравнить друг с другом. Высокая прочность материала не всегда говорит о его твердости (например, древесина по прочности при сжатии равнозначна бетону, а её твердость значительно меньше, чем у бетона). Для некоторых материалов (например, для металлов) существует определенная связь между твердостью и прочностью, для других материалов (однородные каменные материалы) – между твердостью и истираемостью.

   ”Истираемость – свойство материала уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих усилий.

   Сопротивление материала  истиранию определяют на круге  истирания с подсыпанием абразивных  порошков – наждака или кварцевого  песка. Истираемость зависит от прочности и твердости материала и важна для оценки эксплуатационных свойств материалов полов, ступеней лестниц, дорожных покрытий.” ([14], стр. 75)

   “Истираемость материала (И, г/см2) можно рассчитать по формуле:

 

где m и m1 – масса испытуемого образца до и после истирания” ([10], стр. 7) ,А – площадь поверхности образца, см2.

   Допустимые показатели  истираемости нормируются в соответствующих стандартах.

 

Вопрос N2:

   Природные  каменные материалы для балластного  слоя железных дорог.

    ”Балластные материалы по происхождению, размерам частиц, их форме и способам обработки разделяются на щебеночные, асбестовые, гравийные и песчано-гравийные. Ранее применялись также песчаные и ракушечные балласты.

    Балластные материалы, удовлетворяющие установленным техническим требованиям и нормам, используются для укладки в путь либо непосредственно из карьеров (гравийные и песчано-гравийные) или отвалов (асбестовый балласт), либо после обработки на специализированных заводов, которая заключается в дроблении скальных пород или валунов до установленных размеров, отсеивании мелких и загрязненных частиц, промывке и дроблении дробленых частиц (щебеночный балласт).” ([15], стр. 52)

    Основание для  рельсовых опор (балластный слой) имеет следующее назначение:

- равномерно передавать  нагрузку от рельсовых опор  на основную площадку земляного  полотна;

- обеспечивать устойчивое  положение рельсо-шпальной решетки при воздействии поездной нагрузки;

- смягчать за счет  упругости удары колес подвижного  состава о рельсы;

- отводить поверхностные  воды от верхнего строения  пути;

- обеспечивать возможность  исправления положения рельсо-шпальной решетки в плане и профиле.

    Чтобы в полной  мере удволетворять этому назначению, балластные материалы должны отвечать следующим требованиям:

- хорошо пропускать воду  и предохранять основную площадку  от переувлажнения;

- быть прочными и устойчивыми  под нагрузкой;

- не дробиться и не  крошиться при уплотнении механизмами  и машинами;

- быть атмосфероустойчивыми (не ухудшать своих качеств при многократном замораживании и оттаивании);

- не пылить при проходе  подвижного состава и не выдуваться  ветром, не размываться дождями,  не прорастать травой;

- обладать хорошими диэлектрическими  свойствами;

- быть дешевыми и удобными  в эксплуатации.

    Щебень является лучшим балластным материалом. ”Щебень из природного камня получают дроблением горных пород. В зависимости от вида исходной горной породы щебень может изготовляться: из скальных пород (100% дробленых частиц); из валунов и гравия (дробленых зерен не менее 50% по массе).” ([15], стр. 53)

    В зависимости  от крупности зерен щебень  подразделяется на фракции по  ГОСТ 7392-2002: от 5 до 25 мм; от 25 до 60 мм; 5 – 40 мм. Первые две фракции предназначены для балластировки главных путей, а фракция 5 – 40 мм – для станционных или малодеятельных главных и подъездных путей.

    Чтобы у щебня  угол внутреннего трения φ=45 - 47◦ и сила зацепления зерен С=0,02 МПа не снижались, в нем не должно быть комков глины, почвы, растительного слоя и других примесей. По этой же причине ограничиваются и содержанием зерен слабых пород – не более 10% массы (зерна с пределом прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии <20 МПа).

    Прочность щебня  является одним из основных  его качественных показателей  – от нее зависит износ щебня  и устойчивость пути. Она характеризуется  истераемостью щебня при испытании в полочном барабане и сопротивлению удару при испытании на копре ПМ. Испытание в полочном барабане более объективно определяет прочность щебня.

    Марки щебня  по истираемости, %: Фр. 5 – 40, 25 – 60: И20 (до 20); И40 (20 – 40); И50 (40 – 50); Фр. 5 – 25: И20м (до 25); И40м (25 – 50); И50м (50 – 65); по сопротивлению ударным воздействиям: У75 (>75); У50 (50 – 75); У40 (40 – 50).

    “Щебеночный балласт, приготовленный из прочных магматических пород [граниты, габбро, диориты, сиениты (глубинные породы), диабазы, базальты (излившиеся породы)] является лучшим из современных балластных материалов благодаря долговечности, высокой сопротивляемости осадкам шпал и их смещениям в горизонтальной плоскости, хорошим дренирующим, упругим и электроизоляционным свойствам щебеночной призмы. В то же время применение на ряде участков эксплуатируемых линий щебня низкого качества из слабых осадочных пород (известняки, доломиты, песчаники), особенно при железобетонных шпалах, неэффективно из-за быстрого износа и измельчения такого щебня, потери им дренирующих свойств, образования выплесков.” ([15], стр. 53 - 54)

    Асбестовый балласт представляет собой отходы асбестового производства, удовлетворяющие специальным техническим условиям ТУ-32 ЦП-782-92. По крупности асбестовый балласт соответствует гравелистым крупнозернистым пескам. Свободных волокон асбеста в асбестовом балласте должно быть не менее 0,8 % массы по отношению к общему составу и не менее 1,6 % по отношению к частицам менее 1 мм.

    Несмотря на  то, что асбестовый балласт имеет  высокую несущую способность,  его ”нельзя считать перспективным материалом для балластировки главных путей по следующим причинам:

1. Очистка и его повторное использование в пути (в отличии от щебня) невозможны, необходимы трудоемкие вырезка и вывозка загрязненной смеси.
2. При большом количестве пылеватых частиц (менее 0,16 мм более 10 %), а также при недостаточном содержании волокон асбеста (менее 1 %) и толщине под шпалой менее 20 см асбестовый балласт работает неудовлетворительно;
3. Необходимость захоронения огромных объемов загрязненного асбестового балласта, отслужившего свой срок и вырезаемого из пути при капитальном ремонте с заменой щебнем, представляет серьезную экологическую проблему.
4. Санитарные нормы требуют, чтобы все виды работ с асбестовым балластом (погрузка-выгрузка, укладка в путь, подбивка) производились с обязательными мероприятиями, направленными на снижение его пыления, которые трудно и редко осуществимы на практике (между тем вдыхание мелких волокон асбеста опасно для здоровья людей). ” ([15], стр. 54 - 55)

    В связи с изложенным, а также благодаря тому, что после увлажнения и уплотнения асбестовый балласт хорошо сцепляется с боковыми поверхностями шпал, а на поверхности призмы образуется прочная корка толщиной 0,5 – 1 см (что препятствует проникновению засорителей в глубь), его использование ограничивается применением на участках пути с интенсивным засорением сыпучими грузами.

    Также асбестовый  балласт обладает незначительной  теплопроводностью и может применяться как теплоизоляция; при промерзании он не пучится. К особенностям асбестового балласта относятся: его сильное уплотнение, а также то, что при плохой планировке поверхности балластной призмы и отсутствии водоотвода из мест скопления воды, возможны его размывы ливневыми дождями.

    Гравийный и гравийно-песчаный балласты являются галечно-гравийно-песчаной смесью, образующейся в результате естественного разрушения горных пород. Несущая способность гравийного и гравийно-песчаного балластов значительно ниже, чем щебеночного и асбестового балластов. Они применяются для балластировки малодеятельных главных, станционных, подъездных и соединительных путях, а также в качестве подушки под все виды балластов (щебеночный, асбестовый) в соответствии с ГОСТ 7394-85.

 

Вопрос N3:

   Быстротвердеющие  портландцементы. Состав, свойства и применение в строительстве.

   “Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество – продукт тонкого измельчения цементного клинкера, получаемого путем обжига до спекания природного сырья или искусственной сырьевой смеси определенного минералогического состава.” ([1], стр. 42) “Для более полного удовлетворения специфических требований отдельных видов строительства промышленность выпускает особые виды портландцемента.”  ([4], стр. 157) Одним из таких является быстротвердеющий портландцемент (БТЦ).

   “БТЦ характеризуется более интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения, чем обычный портландцемент. В более поздние сроки нарастание прочности замедляется и к 28 сут твердения прочность быстротвердеющего цемента и прочность обычного цемента одной и той же марки становятся одинаковыми.” ([1], стр. 72)

   Получить его можно либо путем более тонкого помола обычного клинкера, либо применением клинкера определенного минералогического состава. Однако повышать тонкость помола цемента невыгодно, так как это снижает производительность помольного оборудования и увеличивает расход электроэнергии. Поэтому более выгодный путь получения БТЦ – регулирование минералогического состава клинкера.

   Цементы с высоким суммарным содержанием трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината (не < 60%) – быстротвердеющие. При этом содержание С3S должно быть не < 50 – 52%, а C3A – 8 – 10%. Ускорению твердения цемента в начальный период способствует также уменьшение содержания в нем активных минеральных добавок. Тонкость помола БТЦ выше, чем у обычного портландцемента (2500 – 3000 см/г2), и составляет 3500 – 4000 см/г2.

   В отличие от  гидрофобных портландцементов, БТЦ  плохо пригодны к долгим перевозкам и хранению. Они очень чувствительны к повышенной влажности окружающей среды. И после 25 суток хранения их нужно повторно испытывать.

   С другой стороны,  при самой обычной технологии  приготовления из БТЦ получают  исключительно бетоны повышенных  марок, отличающихся низкой себестоимостью  изготовления и экономным расходом  цемента для их производства (экономится 15 % цемента).

    “В отличие от ПЦ прочность БТЦ нормируется в возрасте 3 и 28 сут. В возрасте 3 сут БТЦ должен иметь не менее половины (обычно 60…70 %) марочной (28-суточной) прочности. Стандарт предусматривает две марки БТЦ: 400 и 500.” ([3], стр. 186)

   “БТЦ марок 400 и 500 целесообразно применять при изготовлении сборных высокопрочных обычных и предварительно напряженных железобетонных изделий и конструкций. Применение БТЦ при возведении сооружений из монолитного бетона позволяет значительно сократить сроки выдержки конструкций в опалубке… .

   …В ряде случаев  применять БТЦ нельзя. Из-за высокого  содержания в клинкере C3S и C3A при гидратации образуется большое количество Ca(OH)2 и гидроалюминатов кальция, что делает цементный камень не стойким к химической коррозии. Поэтому БТЦ применяют лишь для конструкций, работающих в неагрессивной среде.

    Из бетона, изготовленного  на БТЦ, не выполняют массивные  конструкции. Чрезмерное тепловыделение  вызывает сильный разогрев ядра  таких конструкций, в то время  как внешние поверхности охлаждаются.  Из-за большого перепада температур  в теле бетона могут возникать  термические напряжения, что приводит  к растрескиванию конструкции.