Агентство образования Российской Федерации
Томский государственный архитектурно-строительный университет
ЗАДАЧИ
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине
«Строительное материаловедение»
Составители: Т.Е. Дизендорф, Н.О. Копаница
Томск - 2004
Задачи по курсу «Строительное материаловедение»: Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Строительное материаловедение»/ Сост. Т.Е. Дизендорф, Н.О. Копаница, Томск: Изд-во Томск. архит. – строит. ун-та, 2004. - с.
Резензент: к.т.н., доцент Л.А. Аниканова
Редактор Т.С. Володина
Методические указания к практическим занятиям предназначены для студентов II и III курсов общеобразовательного и строительного факультетов, изучающих дисциплину «Строительное материаловедение».
Печатается по решению методического семинара кафедры «Строительные материалы» протокол № от 2004 г.
Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе О.Г. Кумпяком
с 01.01.2005
до 01.01.2010
Изд. лиц. № 021253 от 31.10.97. Подписано в печать 03.06.04 Формат 60х90/16.
Бумага офсет. Гарнитура Таймс. Печать офсет.
Уч.-изд. л. Заказ № Тираж
Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
Отпечатано с оригинал – макета в ООП ТГАСУ
634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15
Программы специальных курсов «Строительные материалы» и «Основы Строительного материаловедения» предусматривают помимо лекционных и лабораторных занятий самостоятельную работу студентов. Данные методические указания содержат задачи по курсу строительных материалов, дающие возможность студентам практически ознакомиться с основными физическими, механическими и другими свойствами различных строительных материалов, правильно оценить эти свойства при выборе того или иного материала для эффективного использования в строительных конструкциях. Задачи в методических указаниях представлены в соответствии с основными разделами, изучаемыми в курсе «Строительные материалы». В методическом указании приведены примеры решения основных типов задач, а в приложениях представлен достаточный справочный материал.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
Задача 1.1
Масса образца из природного каменного материала в сухом состоянии равна 0,05 кг. Определить истинную плотность и массу образца после насыщения водой если известно, что водопоглощение образца по объему составляет 18 %, пористость 25 %, а средняя плотность 1800 кг/м3
.
Задача 1.2
Масса сухого образца из ракушечника равна 240 г. После насыщения его водой масса образца увеличилась до 270 г. Определить пористость и массовое водопоглощение ракушечника, если истинная плотность его равна 2400 кг/м3
, а объем образца составляет 150 см3
.
Задача 1.3
В сухом состоянии образец известняка в виде цилиндра высотой 5 см и диаметром 5 см имеет массу 225 г. После насыщения водой масса его увеличилась до 251 г. Определить среднюю плотность камня, объемное и массовое водопоглощение.
Задача 1.4
Масса высушенного образца горной породы равна 52 г, а после насыщения образца водой – 57,2 г. Определить общую, открытую и закрытую пористость породы, если известно, что объемное водопоглощение в 1,5 раза больше массового, а истинная плотность горной породы – 2500 кг/м3
.
Задача 1.5
Определить истинную плотность природного гипса, если при пикнометрическом анализе получены следующие данные:
1. Масса навески гипса – 10 г.
2. Масса пикнометра с водой и порошком – 129,2 г.
3. Масса пикнометра с водой – 123 г.
Задача 1.6
Масса сухого образца камня (неправильной формы) на воздухе равна 80 г. После нанесения на поверхность камня защитного слоя парафина масса его в воде стала 37 г. Определить среднюю плотность камня, если на парафинирование образца израсходовано 0,75 г парафина с истинной плотностью 900 кг/м3
, плотность воды принять 1000 кг/м3
.
Задача 1.7
Определить среднюю плотность каменного образца неправильной формы, если на воздухе он имеет массу 110 г, а масса образца, покрытого защитным слоем парафина, равна 110,98 г. Масса образца в воде после парафинирования составила 55 г. Плотность парафина – 0,9 г/см3
, воды – 1 г/см3
.
Задача 1.8
Масса образца древесины в естественном состоянии – 8,5 г, а после высушивания до постоянной массы – 5,7 г. Определить влажность древесины.
Задача 1.9
Каменный материал в виде образца кубической формы с ребром куба 3 см в воздушно-сухом состоянии имеет массу 23 г. Вычислить ориентировочную теплопроводность и определить возможное название материала.
Задача 1.10
Определить коэффициент теплопроводности материала (ориентировочный), имеющего среднюю плотность 1200 кг/м3
.
Задача 1.11
Каменный материал в виде образца кубической формы. Ребро которого равно 7 см в воздушно-сухом состоянии имеет массу 50 г. определить коэффициент теплопроводности и возможное наименование материала
Задача 1.12
Определить предел прочности при сжатии бетонного образца – куба с ребром 15 см, разрушившегося при усилии 56250 кг×с.
Задача 1.13
Определить во сколько раз коэффициент теплопроводности тяжелого бетона (ρб
= 2300 кг/м3
) больше, чем у кирпича (ρк
= 1800 кг/м3
).
Задача 1.14
Бетонный кубик с ребром 10 см, имеющий массу 2,3 кг, разрушился при показании манометра 2,65 МПа, площадь поршня пресса – 1000 см2
. Определить среднюю плотность бетона и его предел прочности при сжатии.
Задача 1.15
Сухой образец доломита при испытании на сжатие разрушился при показании манометра 50 МПа. Определить предел прочности образца в насыщенном водой состоянии, если известно, что коэффициент размягчения материала равен 0,85, а площадь сечения образца в 1,5 раза меньше площади поршня пресса.
Задача 1.16
Определить твердость пластической массы, если при испытании образца из нее методом вдавливания стальной шарик диаметром 0,5 см, вдавливаемый в образец с усилием 6280 Н, углубился на 2 мм.
Задача 1.17
Определить коэффициент размягчения камня, если при испытании образца в сухом состоянии на сжатие показание манометра пресса было равно 68,5 МПа, тогда как такой же образец в водонасыщенном состоянии разрушился при 54,0 МПа.
Задача 1.18
Разрушающая нагрузка при испытании на сжатие образца-кубика строительного гипса с ребром 7 см составила 45 Н в сухом состоянии, а после насыщения водой - 18 Н. Определить, является ли материал водостойким.
Задача 1.19
Кубометр древесины имеет массу 500 кг. Определить коэффициент конструктивного качества, если известно, что предел прочности древесины при сжатии равен 42,0 МПа.
Задача 1.20
Определить коэффициент конструктивного качества образца-кубика из природного каменного материала с ребром 5 см имеющим массу 56 г, если он разрушился при нагрузке 5000 Н.
Задача 1.21
Определить и сравнить коэффициенты конструктивного качества кирпича (Rсж
= 20 МПа, ρm
= 1800 кг/м3
), древесины (Rсж
= 51 МПа, ρm
= 530 кг/м3
) и тяжелого бетона (Rсж
= 30 МПа, ρm
= 2400 кг/м3
).
Задача 1.22
Предел прочности при сжатии известняка-ракушечника в сухом состоянии равен 8,4 МПа. А коэффициент размягчения – 0,84. Какой прочностью обладает ракушечник в насыщенном водой состоянии.
Задача 1.23
Кубик из мелкозернистого бетона с размерами ребра 7х7 см и весом 1070 г испытывается на истираемость. После 1000 оборотов круга вес кубика стал равным 1020 г. Определить показатель истираемости бетона.
СТЕНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Задача 2.1
Сколько штук кирпича стандартных размеров получится из 65 г глины влажностью 8,0 %, если потери при обжиге сырца составляют 6 % от массы сухой глины, а средняя плотность кирпича равна 1750 кг/м3
.
Задача 2.2
Масса кирпича керамического стандартных размеров в сухом состоянии равна 3,5 кг. Найти пористость кирпича, если истинная плотность его равна 2,5 г/см3
.
Задача 2.3
Определить (пользуясь прилож. 2) марку кирпича керамического стандартных размеров, если при испытании на изгиб (из 5 образцов), среднее значение разрушающей нагрузки составило 40,5 Н, а на сжатие половинок – кирпичей – 2635 Н.
Задача 2.4
Сколько потребуется глины для изготовления 2500 штук плиток для пола размером 15х15х1,3 см, если известно, что пористость плиток 4 %, плотность спекшийся массы равна 2,52 г/см3
, а потери при сушке и обжиге глины составили 13 % от массы глины.
Задача 2.5
Сколько получится керамического кирпича из 2,5 м3
глины, если известно, что средняя плотность кирпича составляет 1700 кг/м3
, а сырой глины при влажности 12 % - 1600 кг/м3
. При обжиге сырца в печи потери при прокаливании составляют 5 % от массы сухой глины.
Задача 2.6
Определить (пользуясь прилож. 2) марку кирпича керамического стандартных размеров, если при испытании на изгиб показание манометра (среднее для 5 образцов) было 8,36 кгс, площадь поршня пресса 55 см2
, а при испытании на сжатие показание манометра (среднее для 5 образцов – половинок) было 30,2 кгс, площадь поршня пресса 1000 см2
Задача 2.7
Одинарный силикатный кирпич размером 250х120х65 мм имеет массу 3.55 кг, а рядовой керамический кирпич размером 250х120х65 мм имеет массу 3.35 кг. Сравнить теплотехнические характеристики двух видов кирпича.
Задача 2.8
Предел прочности при сжатии силикатного кирпича в сухом состоянии – 13,2 МПа, а в насыщенном водой состоянии – 9,8 МПа. Пригоден ли этот кирпич для кладки фундамента зданий.
Задача 2.9
Определить (пользуясь прилож. 3) марку силикатного кирпича стандартных размеров, если при испытании на изгиб (из 5 образцов), среднее значение разрушающей нагрузки составило 375 кГс, а среднее значение разрушающей нагрузки на сжатие половинок – кирпичей составило – 2635 Н.
3. МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Современное строительное производство располагает большой номенклатурой вяжущих веществ с широким диапазоном их свойств. При изготовлении воздушных вяжущих веществ, являющихся большей частью местными материалами, вырабатывающимися в районах их потребления, часто возникает необходимость в выполнении технологических расчетов по их производству (расчет необходимого количества сырья, количества воды для гашения извести, воды для затворения гипса и др.).
При употреблении таких широко распространенных вяжущих, как портландцемент и его разновидности, но необходимо уметь правильно определить важнейшие строительные свойства вяжущего по минералогическому составу, водопотребности, экзотермии и др., а также выполнять расчеты по стандартному определению свойств вяжущих веществ (марка, активность, водопотребность и т.п.).
Цель настоящего раздела – развить практические навыки в решении такого рода задач.
3.1. Гипсовые вяжущие вещества
Определить, какое количество полуводного гипса может получиться в результате термической обработки 50 т гипсового камня?
Задача 3.2
Нормальная густота гипсового теста равна 59 %. Сколько необходимо взять гипса и воды для получения 10 кг гипсового теста нормальной густоты.
Задача 3.3
Определить количество связанной воды (в %) при полной гидратации 10 т полуводного гипса.
Задача 3.4
Сколько получится строительного гипса из 10 т гипсового камня, содержащего следующее количество примесей (по массе):
SiO2
– 2 %;
глинистых – 3 %;
CaCO3
– 10 %;
органических - 1 %;
влаги (помимо кристаллизационной) – 5 %
Задача 3.5
Установить марку строительного гипса, если при его испытании получены следующие результаты:
остаток на сите с сеткой №: 02 – 17 %;
предел прочности при сжатии шести половинок образцов - балочек в возрасте 1,5 часа после изготовления – 4,2; 4,4; 4,1; 4,0; 4,1; 4,4 МПа.
(При определении воспользоваться данными прил.4).
Задача 3.6
Установить марку строительного гипса, если при его испытании получены следующие результаты:
предел прочности при изгибе шести образцов-балочек 4х4х16 см в возрасте 1,5 часа – 1,9; 1,8; 2,1; 2,2; 2,1; 1,9 МПа;
остаток на сите с сеткой №: 02 – 12 %;
предел прочности при сжатии половинок образцов-балочек в возрасте 1,5 часа – 4,3; 4,4; 4,4, 4,5, 4,5% 4,2; 4,6: 4,1; 4,1; 4,7, 4,7; 4,6; 4,4 МПа.
(При определении воспользоваться данными прил.4)
Задача 3.7
Сколько сухой штукатурки толщиной 10,5 мм (без картона) можно получить из 10 т строительного гипса при затворении его 60 % воды, если средняя плотность сырого затвердевшего гипса равна 2100 кг/м3
.
Задача 3.8
Сколько получится гипса-полугидрата и сколько растворимого ангидрита из 10 т гипсового камня, не содержащего примесей?
Задача 3.9
Определить среднюю плотность и пористость гипсовых плит для перегородок с влажностью после сушки 10% (от массы сухого материала). При твердении гипса объем его увеличивается на 1%. Истинная плотность полуводного гипса – 2700 кг/м3
, а средняя плотность затвердевшего гипса – 2300 кг/м3
. Состав гипсового теста по массе: 1 часть полуводного гипса и 0,5 части воды.
Задача 3.10
В мерной цилиндр, содержащий 52 см3
керосина, всыпали 20,5 г измельченного строительного гипса. На какой отметке установится уровень керосина в цилиндре, если истинная плотность гипса составляет 2,7 г/см3
?
Задача 3.11
Определить абсолютную и относительную влажность гипсовый детали, масса которой в абсолютно сухом состоянии равна 352 г, а во влажном – 421 г.
Задача 3.12
На сколько уменьшится прочность гипсового блока при насыщении его водой, если в сухом состоянии его предел прочности при сжатии составляет 14 МПа, а водостойкость (коэффициент размягчения) – Кр
=0,68.
3.2. Известковые вяжущие
Задача 3.13
Определить количество негашеной извести, полученной при полном обжиге 50 т чистого известняка с влажностью 5% по массе.
Задача 3.14
Определить какое количество негашеной извести получится в результате обжига 25 т известняка с влажностью 5%, если в составе известняка содержится 10% глинистых и песчаных примесей?
Задача 3.15
Определить выход обожженной извести и ее активность (содержание CaO). Известь получена в результате обжига 25 т известняка, имеющего природную влажность 5 % и содержащего 8 % глинистых и 12 % песчаных примесей. К какому сорту будет относиться полученная комовая известь? (Воспользоваться данными прил. 5).
Задача 3.16
Сколько потребуется чистого известняка с влажностью 10 % для получения 50 т негашеной извести.
Задача 3.17
Определить, сколько получится негашеной и гидратной извести из 50 т известняка, если естественная влажность известняка составляет 5 %, а содержание в нем CaO – 85 %.
Задача 3.18
Определить, сколько можно получить сухой гидратной извести при гашении 50 т негашеной извести с активностью 85 %.
Задача 3.19
Определить, сколько воды и извести содержится в 1 м3
известкового теста, если средняя плотность теста равна 1400 кг/м3
, а истинная плотность гидратной извести – 2050 кг/м3
.
Задача 3.20
Определить, сколько можно получить известкового теста по массе и объему из 5 т негашеной извести активностью 80 %, если в тесте содержится 50 % воды (по массе), а его средняя плотность составляет 1400 кг/м3
.
Задача 3.21
На титрирование 1,1 г извести-кипелки израсходовано 35,3 мл 1 N HCl. К какому сорту относится известь по содержанию активных CaO+Mg.
Задача 3.22
Негашеная известь содержит 78 % активных CaO+Mg. Сколько мл 1 N HCl будет израсходовано на титрирование 1,5 г этой извести?
Задача 3.23
Сколько будет получено гидратной извести (пушонки) из 5 т кипелки с 88 % активной CaO, если влажность извести равна 3,5 %?
Задача 3.24
Сколько тепла выделяется при гашении 5 кг извести, содержащей 80% активной CaO, если каждый кг/моль CaO выделяет при гашении 65,1 кДж тепла?
Задача 3.25
Каким будет выход известкового теста по массе и объему из 10 т негашеной извести, если она имеет активность (содержание CaO) 70%, содержание воды в тесте 50% от общей массы, а средняя плотность известкового теста 1400 кг/м3
.
3.3. Магнезиальные вяжущие вещества
Задача 3.26
Сколько тонн каустического магнезита можно получить при обжиге 10 т магнезита, содержащего 12% (по массе) неразрушающихся примесей?
Задача 3.27
Сколько активной MgO будет содержаться в продукте обжига 20 т чистого доломита при 5000
С ? Диссоциацией CaCO3
при этой температуре можно пренебречь.
Задача 3.28
Рассчитать, сколько MgCl2
×6H2
O необходимо для затворения 20 кг MgO, если известно, что в процессе твердения 70% магнезита гидратируется до Mg(OH)2
и 30% магнезита расходуется на образование оксихлорида магния.
Задача 3.29
Сколько нужно взять каустического доломита вместо 1 кг каустического магнезита, чтобы получить вяжущее вещество одинаковой активности? Каустический доломит содержит 8% примесей по массе.
3.4. Гидравлические вяжущие
Задача 3.30
Установить марку цемента, если при испытании образцов-балочек 4х4х15 см, с целью определения предела прочности при изгибе в 28-суточном возрасте, получены следующие результаты: 5,5; 5,3; 5,3; 5,5; 5,4; 5,8 МПа. При испытании половинок этих образцов-балочек, с целью определения предела прочности при сжатии, получены следующие результаты: 45, 44, 42, 47, 46, 47, 43, 44, 45, 46, 43 МПа (при определении воспользоваться данными прилож. 6).
Задача 3.31
Определить содержание химически связанной воды при гидратации 3СaO×Al2
O3
.
Задача 3.32
Цемент, не содержащий добавок (кроме гипса), характеризуется минералогическим составом клинкера: С3
S=48%; C2
S=44%; C3
A=4%; C4
AF=11%. Можно ли этот цемент считать сульфатостойким.
Задача 3.33
Цементное тесто имеет З/Ц=0,45. За время его твердения химически связалось 18% воды, остальная вода затворения испарилась. Истинная плотность цемента rЦ
=3,1 г/см3
. Какой пористостью будет обладать цементный камень?
Задача 3.34
Определить содержание химически связанной воды при гидратации белита. Условно принимаем, что в результате реакции образуется 2СaO×SiO2
×4H2
O.
Задача 3.35
Определить пористость, затвердевшего цементного теста, изготовленного из шлакопортландцемента, если оно содержало 40% воды по массе, а для прохождения реакций при твердении требуется 18% воды. Истинная плотность шлакопортландцемента равна 2950 кг/м3
.
Задача 3.36
Рассчитать, сколько свободной Ca(OH)2
выделится при гидратации 10 кг портландцемента, содержащего 60% С3
S, если алит полностью гидратируется?
Задача 3.37
Сколько потребуется пластифицирующей добавки С-3 для получения 50 т пластифицированного цемента. Пластифицирующая добавка содержит 50% (по массе) твердого вещества и 50% воды. Кроме того, установлено, что С-3 следует вводить в количество 0,2% от массы цемента (считая С-3 на сухое вещество).
Задача 3.38
Какую полезную площадь должен иметь склад для хранения 1250 т цемента с насыпной средней плотностью 1,25 т/м3
. Толщина слоя цемента во избежание слеживания не должна превышать 1,5 м.
Задача 3.39
Рассчитать, в каком соотношении следует смешать портландцемент и гидравлическую добавку, содержащую 25% активного кремнезема, чтобы кремнезем соединился со свободной известью (выделяемой цементом при твердении) и образовался однокальциевый гидросиликат. Содержание трехкальциевого силиката в портландцементе составляет 50%.
4. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Задача 4.1
Через наружную стену из газозолобетона площадью 8,4 м2
в сутки проходит 2500 кДж тепла. Толщина стены – 0,25 м. Температура на холодной стороне стены минус 170
С, а на теплой – плюс 180
С. Рассчитать теплопроводность газозолобетона.
Задача 4.2
Три образца газобетона одинаковой средней плотность имеют средний диаметр пор: 1 – 3,3 мм; 2 – 0,4 мм; 3 – 1,1 мм. Дать сравнительную теплотехническую характеристику этим образцам.
Задача 4.3
При 350
С теплопроводность пенобетона равна 0,3 Вт/м 0
С. Зачислить теплопроводность пенобетона при 00
С и 15 0
С.
Задача 4.4
Определить интенсивность распространения температуры (температуропроводность) в бетонном массиве с размерами 7,5х7,5х7,5 м и массой 950 т, имеющем теплоемкость равную 0,92 кДж/кг 0
С и теплопроводность – 0,44 Вт/м 0
С.
Задача 4.5
Камневидный материал в виде кубической формы, ребро которого равно 6,5 см, в воздушно-сухом состоянии имеет массу 495 г. Определить коэффициент теплопроводности и возможное наименование материала.
5.
БЕТОНЫ И РАСТВОРЫ
Задача 5.1
Рассев песка на стандартном наборе сит показал следующее содержание частных остатков: сито № 2,5-124 г; № 1,25-136 г; № 0,53-199 г; № 0,315-500 г; № 0,16-31 г. Плотность песка – 2630 кг/м3
, насыпная средняя плотность – 1550 кг/м3
. Определить межзерновую пустотность песка, полные остатки, модуль крупности и дать характеристику крупности песка.
Задача 5.2
Зерновой состав щебня в виде частных остатках, в % следующий: сито № 40-3 %; № 10-52 %; № 5-17 %; № 3-5 %. Определить наибольшую и наименьшую крупность заполнителя.
Задача 5.3
Зерновой состав щебня при рассеве на стандартных ситах показал следующие остатки: сито № 40-0 г; сито № 20-500 г; № 10-3420 г; № 5-5380 г; № 3-510 г. Определить полные остатки, наибольшую и наименьшую крупность зерен заполнителя,
Задача 5.4
Насыпная средняя плотность щебня – 1450 кг/м3
; а истинная плотность 2500 кг/м3
. Определить межзерновую пустотность заполнителя.
Задача 5.5
Рассев песка на стандартном наборе сит показал следующее содержание частных остатков: сито № 2,5-5,5 %; № 1,25-25 %; № 0,63-50,5 %; № 0,315-3,1 %; № 0,15-1,9 %. Определить модуль крупности песка и дать его характеристику по зерновому составу.
Задача 5.6
Насыпная средняя плотность песка – 1500 кг/м3
, истинная плотность – 2500 кг/м3
. Определить межзерновую пустотность мелкого заполнителя.
Задача 5.7
Масса пробы сухого песка перед отмучиванием равнялась 1000 г, а после отмучивания высушенный песок весил 928 г. Пригоден ли этот песок для приготовления бетонных и растворных смесей.
Задача 5.8
Для приготовления тяжелого бетона марки 200 использовался портландцемент марки ПЦ400 и заполнители среднего качества. Рассчитать, чему должно быть равно В/Ц для данного бетона.
Задача 5.9
Номинальный состав тяжелого цементобетона по массе запроектирован в следующем соотношении: 1:2:4. при В/Ц =0,45. Определить расход составляющих материалов на 250 м3
бетонной смеси, если на 1 м3
ее расходуется 315 кг цемента, а влажность песка и щебня в момент приготовления бетонной смеси была соответственно 5 % и 3 %.
Задача 5.10
Вычислить расход материалов на 1 м3
бетонной смеси со средней плотностью ρб.см
= 2300 кг/м3
и водоцементным отношением В/Ц=0.42, если рабочий состав бетона выражен соотношением по массе Ц:П:Щ=1:2:4
Задача 5.11
Определить расход цемента и щебня на один замес крупнопористого бетона в бетоносмесителе емкостью 500 л, если рабочий состав бетона выражен соотношением (по массе) Ц: Щ=1:1,25. Расход цемента на 1 м3
бетонной смеси составляет 150 кг и насыпные средние плотности цемента и щебня соответственно равны 1250 кг/м3
и 1520 кг/м3
.
Задача 5.12
Определить коэффициент выхода и среднюю плотность бетонной смеси, если для получения 550 м3
ее израсходовано 160 м3
шлакопортландцемента, 206 м3
песка и 500 м3
гравия. В/Ц=0,55. Насыпная плотность шлакопортландцемента 1100 кг/м3
, песка 1600 кг/м3
, гравия 1540 кг/м3
.
Задача 5.13
Рассчитать расход материалов на 1 м3
абсолютно плотного цементно-песчаного раствора состава 1:8 (по объему) при водоцементном отношении 0,65. Пустотность песка равна 42 %, а цемент имеет истинную плотность 3100 кг/м3
и насыпную среднюю плотность 1300 кг/м3
.
Задача 5.14
Рассчитать рабочий состав тяжелого бетона, если его лабораторный состав на 1 м3
следующий:
цемент – Ц=312 кг
вода – В=178 л
щебень – Щ-1283 кг
песок – П=600 кг
Влажность песка и щебня равна соответственно 4 % и 2 %.
Задача 5.15
Подсчитать расход цемента на 1 м3
бетона марок 200 и 300. Активность цемента – 400 кг/см2
, водопотребность бетонных смесей № 196 л/м3
. Коэффициент в формуле прочности А=0,6.
Задача 5.16
Рассчитать при каких значениях водоцементного отношения марка бетона численно равна активности цемента, определенной для случаев использования высококачественных материалов и материалов пониженного качества (гравий, мелкий песок).
Задача 5.17
При расходе цемента 250 л и воды – 200 л на 1 м3
прочность бетона составила 14 МПа. Пользуясь формулой прочности бетона и правилом постоянства водопотребности, подсчитать прочность бетонов из равноподвижных смесей, если расход цемента увеличить до 350 кг до 400 кг на 1 м3
бетона.
Задача 5.18
Подсчитать расход цемента на 1 м3
бетона состава 1:2:4,5 по массе при В/Ц=0,5, если известно, что средняя плотность бетонной смеси равна 2400 кг/м3
.
Задача 5.19
Состав бетона по массе 1:2:4. Выразить этот состав по объему, принимая насыпные средние плотности цемента, песка и щебня соответственно 1200, 1600 и 1370 кг/м3
.
Задача 5.20
Состав бетона – 1:1,5:4 при В/Ц=0,5 и средней плотности бетонной смеси 2450 кг/м3
. Определить расход воды, песка и щебня на 1 м3
бетона.
Задача 5.21
При В/Ц=0,5 получен бетон марки 300. Рассчитать прочность бетона при В/Ц=0,4, используя формулу: Rб
=А×Rц
(Ц/В-0,5).
Задача 5.22
Определить среднюю прочность бетонов для следующих классов В5; В75; В10; В125; В15, пользуясь формулой: .
Задача 5.23
Пользуясь логарифмическим законом нарастания прочности бетона во времени, подсчитать увеличение прочности бетона в возрасте 90 и 180 суток в сравнение с 28-суточной.
Задача 5.24
Подсчитать прочность бетона при значениях водоцементного отношения: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 и 0,8, пользуясь формулой Rб
=А×Rц
(Ц/В-0,5). Активность цемента принята равной 400 кгс/см2
. Заполнитель рядового качества. По результатам подсчетов построить график зависимости прочности бетона от водоцементного отношения.
Задача 5.25
При В/Ц=0.6 марка бетона равна «200». При каком В/Ц марка будет 300.
Задача 5.26
Бетон на щебне среднего качества с 7 – дневным сроком твердения показал предел прочности при сжатии 29 МПа Определить активность цемента , если В/Ц=0,4
Задача 5.27
Определить коэффициент выхода известково-песчаного раствора состава 1:3 при пустотности песка 40 %.
6. МАТЕРИАЛЫ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ
Задача 6.1
При стандартном испытании древесины сосны с влажностью 16 % на изгиб показание манометра было 6 кгс/см2
. Найти предел прочности при изгибе сосны с 12 %-влажностью, если площадь поршня пресса 53 см2
. (Воспользоваться приложением 4).
Задача 6.2
Масса образца стандартных размеров древесины дуба – 6,1 г. При сжатии образца вдоль волокон предел прочности при сжатии оказался 43,3 МПа. Найти предел прочности при сжатии при влажности 12 %, если масса высушенного до постоянной массы образца была 4,75 г. (см. прилож. 4).
Задача 6.3
Образец древесины размером 2х2х3 см имеет влажность 10 %. После высушивания образца его размеры уменьшились и стали 1,7х1,7х2,85 см. Определить объемную усушку и коэффициент объемной усушки.
Задача 6.4
Масса 1 м3
сосны при 12 % влажности составляет 532 кг. Определить коэффициент конструктивного качества сосны, если при сжатии вдоль волокон образца стандартных размеров с влажностью 20 % разрушающая нагрузка равнялась 160 Н. (см. прилож. 4).
Задача 6.5
Масса образца стандартных размеров из сосны равна 9,45 г, при изгибе предел прочности был 86 МПа. Определить влажность, плотность и предел прочности сосны при изгибе с влажностью 12 %, если масса высушенного образца составила 7,5 г (см. прилож. 5).
Задача 6.
6
Определить среднюю плотность древесины сосны при влажности 25 %, если при влажности 10 % она составила 450 кг/м3
, а коэффициент объемной усушки равен 0,5
Задача 6.7
Масса 1 м3
сосны при 12 % влажности составляет 530 кг. Определить коэффициент конструктивного качества сосны, если при сжатии вдоль волокон образца стандартных размеров с влажностью 20 % разрушающаяся нагрузка равнялась 16000 Н.
Задача 6.8
Масса образца стандартных размеров, вырезанного из сосны, равна 7,5 г, при сжатии вдоль волокон предел прочности образца равен 35 МПа. Определить влажность, плотность, предел прочности сосны при сжатии с влажностью 12 %, если масса высушенного образца составила 6,0 г.
Задача 6.9
Определить среднюю плотность древесины сосны, если при влажности 40 % ее средняя плотность составила 580 кг/м3
. Коэффициент объемной усушки древесины 0,5.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Атомные массы элементов, входящих в состав строительных материалов
| Наименование элемента |
Символ элемента |
Атомные массы |
| Алюминий Водород Железо Калий Кальций Кислород Кремний Магний Натрий Сера Углерод Фосфор Фтор |
Al H Fe K Ca O Si Mg Na S C P F |
27 1 56 39 40 16 28 center;">24 23 32 14 31 19 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Технические свойства кирпича керамического
| Марка ирпича |
При сжатии |
При изгибе |
||||
| для всех видов ирпича и камней |
для полнотелого ирпича пластич. формов. |
для всех видов ирпичей |
||||
| средний для 5 образцов |
наименьший для отдельного образца |
средний для 5 образцов |
наименьший для отдельного образца |
средний для 5 образцов |
наименьший для отдельного образца |
|
| 300 250 200 175 150 125 100 75 |
30,0 (300) 25,0 (250) 20,0 (200) 17,5 (175) 15,0 (150) 12,5 (125) 10,0 (100) 7,5 (75) |
25,0 (250) 20,0 (200) 17,5 (175) 15,0 (150) 12,5 (125) 10,0 (125) 7,5 (75) 5,0 (50) |
4,4 (44) 3,9 (39) 3,4 (34) 3,1 (31) 2,8 (28) 2,5 (25) 2,2 (22) 1,8 (18) |
2,2 (22) 2,0 (20) 1,7 (17) 1,5 (15) 1,4 (14) 1,2 (12) 1,1 (11) 0,9 (9) |
3,4 (34) 2,9 (29) 2,5 (25) 2,3 (23) 2,1 (21) 1,9 (19) 1,6 (16) 1,4 (14) |
1,7 (17) 1,5 (15) 1,3 (13) 1,1 (11) 1,0 (10) 0,9 (9) 0,8 (8) 0,7 (7) |
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Технические свойства кирпича силикатного
В мегапаскалях (кгс/см2
)
| Марка изделия |
Предел прочности, не менее |
|||||
| при сжатии |
при изгибе |
|||||
| всех изделий |
одинарного и утолщенного полнотелого кирпича |
утолщенного пустотелого кирпича |
||||
| средний для пяти образцов |
наименьший из пяти значений |
средний для пяти образцов |
наименьший из пяти значений |
средний для пяти образцов |
наименьший из пяти значений |
|
| 300 250 200 175 150 125 100 75 |
30,0 (300) 25,0 (250) 20,0 (200) 17,5 (175) 15,0 (150) 12,5 (125) 10,0 (100) 7,5 (75) |
25,0 (250) 20,0 (200) 15,0 (150) 13,5 (135) 12,5 (125) 10,0 (100) 7,5 (75) 5,0 (50) |
4,0 (40) 3,5 (35) 3,2 (32) 3,0 (30) 2,7 (27) 2,4 (24) 2,0 (20) 1,6 (16) |
2,7 (27) 2,3 (23) 2,1 (21) 2,0 (20) 1,8 (18) 1,6 (16) 1,3 (13) 1,1 (11) |
2,4 (24) 2,0 (20) 1,8 (18) 1,6 (16) 1,5 (15) 1,2 (12) 1,0 (10) 0,8 (8) |
1,8 (18) 1,6 (16) 1,3 (13) 1,2 (12) 1,1 (11) 0,9 (9) 0,7 (7) 0,5 (5) |
| Примечания: Предел прочности при изгибе определяют по фактической площади изделия без вычета площади пустот. Марка по прочности лицевого кирпича должна быть не менее 125 лицевых камней – 100. |
||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Значения пересчетного коэффициента
| Влажность |
Коэффициент |
Влажность |
Коэффициент |
||
| для акации белой, березы, граба, лиственницы |
для остальных пород |
для акации белой, березы, граба, лиственницы |
для остальных пород |
||
| 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 |
0,980 0,983 0,986 0,989 0,992 0,995 0,997 1,000 1,002 1,005 1,007 1,009 1,011 |
0,872 0,977 0,981 0,985 0,989 0,993 0,996 1,000 1,004 1,007 1,010 1,014 1,017 |
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 |
1,013 1,014 1,016 1,018 1,019 1,020 1,021 1,022 1,023 1,024 1,025 1,025 1,026 |
1,020 1,023 1,026 1,029 1,031 1,034 1,036 1,039 1,041 1,043 1,046 1,048 1,050 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Свойства гипсовых вяжущих
Таблица 1
| Марка вяжущего |
Предел прочности образцов-балочек размерами 40х40х160 мм в возрасте 2 ч, не менее МПа (кг/см2
|
|
| при сжатии |
при изгибе |
|
| Г-2 Г-3 Г-4 Г-5 Г-6 Г-7 Г-10 Г-13 Г-16 Г-19 Г-22 Г-25 |
2(20) 3(30) 4(40) 5(50) 6(60) 7(70) 10(100) 13(130) 16(160) 19(190) 22(220) 25(250) |
1,2(12) 1,8(18) 2,0(20) 2,5(25) 3,0(30) 3,5(35) 4,5(45) 5,5(55) 6,0(60) 6,5(65) 7,0(70) 8,0(80) |
Таблица 2
| Вид вяжущего |
Индекс сроков твердения |
Сроки схватывания, мин. |
|
| начало, не ранее |
конец, не позднее |
||
| Быстротвердеющий Нормальнотвердеющий Медленнотвердеющий |
А Б В |
2 6 20 |
15 30 не нормируется |
Таблица 3
| Вид вяжущего |
Индекс степени помола |
Максимальный остаток на сите, с размерами ячеек в свету 0,2 мм, %, не более |
| Грубого помола Среднего помола Тонкого помола |
I II III |
23 14 2 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
6.1. Технические свойства силикатного кирпича
| Наименование показателей |
Норма для извести, % по массе |
|
| негашеной |
гидратной |
|
| кальциевой |
Сорт |
|
| Сорт |
||
| 1 2 3 |
1 2 |
|
| Активной (CaO×Mg) не менее Активная Mg не более Непогасившихся зерен, не более |
90 80 70 5 5 5 7 11 14 |
67 60 - - - - |
6.2. Строительная негашеная известь по времени гашения подразделяется на:
быстрогасящуюся – не более 8 мин;
среднегасящуюся – не более 25 мин;
медленногасящуюся – не менее 25 мин.
6.3. Степень дисперсности порошкообразной воздушной и гидратной извести должна быть такой, чтобы при просеивании пробы извести, через сито 02 и 008 проходило соответственно не менее 98,5 и 85% массы просеиваемой пробы (ГОСТ 9179-77).
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Технические свойства цементов
| Обозначение цемента |
Гарантированная марка |
Предел прочности , МПа (кгс/см2
|
|
| при изгибе в возрасте, сут. |
при сжатии в возрасте, сут. |
||
| 3 28 |
3 28 |
||
| ПЦ-ДО, ПЦ-Д5 ПЦ-Д20, ШПЦ |
300 400 500 550 600 |
- 4,4 (45) - 5,4 (55) - 5,9 (60) - 6,1 (62) - 6,4 (65) |
- 29,4 (300) - 39,2 (400) - 49,0 (500) - 53,9 (550) - 58,8 (600) |
| ПЦ-Д20-Б |
400 500 |
3,9 (40) 5,4 (55) 4,4 (45) 5,9 (60) |
24,5 (250) 39,2 (400) 27,5 (280) 49,0 (500) |
| ШПЦ-Б |
400 |
3,4 (35) 5,4 (55) |
19,6 (200) 39,2 (400) |
Решение основных типов задач.
Задача 1
Определить среднюю плотность и пористость камня, если водопоглощение его по объему составляет 21%, водопоглощение по массе – 15%, истинная плотность 2400 кг/м3
.
Решение:
Используя стандартные формулы определения водопоглощения по объему и массе, выполним следующие преобразования:
(1); (2),
Разделив первое выражение на второе получим W0
ρ в
=
Wm
ρ m,,
поскольку тс
/
V0
=
ρ m,
Далее, определяем среднюю плотность камня:
кг/м3
,
ρ m
-
средняя плотность камня;
ρ в -
средняя плотность воды;
W0
-
водопоглощение по объему;
Wm
-
водопоглощение по массе.
Определим пористость камня по формуле:
.
Задача 2
Определить коэффициент теплопроводности материала, имеющего среднюю плотность 1200 кг/м3
.
Решение:
Ориентировочно коэффициент теплопроводности - λ определяется по формуле В.П. Некрасова:
λ = 1,16 Вт/м 0
С,
d- относительная плотность материала, d= ρ m/
ρ в
;
ρ m
-
средняя плотность материала;
ρ в -
средняя плотность воды, равная 1000 кг/м3
.
Подставим в формулу исходные данные и получим:
d = 1200/1000 = 1,2;
λ = 1,16 Вт/м 0
С.
Задача 3
При стандартном испытании кирпича керамического на изгиб оказалось, что его предел прочности равен 4,2 МПа. Определить какое показание манометра пресса соответствовало этому напряжению, если площадь поршня пресса равен 50 см2
Решение:
Из формулы для расчета предела прочности при изгибе определяем значение показания манометра пресса:
= ; = МПа,
А
– показание манометра пресса, МПа;
l
– расстояние между опорами, см, l
=20 см при стандартном испытании кирпича;
b,
h
– стандартные размеры ширины и толщины кирпича, см;
R
– предел прочности при изгибе, МПа;
S
– площадь поршня пресса, см2
.
Задача 4
Определить какое количество глины по массе и по объему необходимо для получения 1000 шт. керамического кирпича со средней плотностью 1750 кг/м3
. Влажность глины 14 %, ее средняя плотность 1600 кг/м3,
а потери при обжиге составляют 8 % от массы сухой глины.
Решение:
Определяем массу 1000 шт кирпича:
Мк
= ρ m
Vк
1000=1750(0,25 х 0,12 х 0,065)1000 = 3412,5 кг,
ρ m
-
средняя плотность кирпича, кг/м3
;
Vк
– объем кирпича, м3
.
Учитывая потери при обжиге, вычислим массу сухой глины:
Мсг
= 3412,5(1+ 0,08) = 3685,5 кг.
Определяем массу сырой глины с влажностью 14 %:
М = 3685,5(1+ 0,14) = 4201,5 кг.
Определим объем сырой глины:
V == = 2,63 м3
.
Задача 5
Определить расход составляющих материалов на 1 м3
тяжелого бетона со средней плотностью 2300 кг/м3
при В/Ц = 0,52 и номинальном составе по массе 1:2:4, если в момент приготовления бетонной смеси влажность песка была 4 %, а щебня 3 %.
Решение:
Масса 1 м3
плотной бетонной смеси равна сумме масс всех составляющих и численно равна средней плотности бетона. Если расход цемента принять за 1 часть, расход песка за 2 части, а щебня за 4 части, то сумма частей составит:
1 + 2 + 4 + 0,52 = 7,52.
Масса одной части или расход цемента составит:
кг.
Зная номинальный состав бетона по массе, определим массу песка, щебня и воды на 1 м3
бетонной смеси:
П = 2 х 305,8 = 611,7 кг;
Щ = 4 х 305,8 = 1223,4 кг;
В = 0,52 х 305,8 = 159 л.
Требуемый состав бетонной смеси следующий:
Цемент – 305,8 кг
Песок – 611,6 кг
Щебень – 1223,2 кг
Вода – 159 л
На 1 м3
– 2300 кг
При использовании влажного песка и щебня для сохранения заданного В/Ц и расчетного количества песка необходимо дополнительно учесть воду, вводимую в смесь с песком и щебнем.
В 1 м3
бетонной смеси с песком поступит воды:
611,6 х 0,04 = 24,5 л;
с щебнем: 611,6 х 0,03 = 18,3 л,
т.е. больше расчетного на 18,3 + 24,5 = 42,8 л.
В то же время в 1 м3
бетонной смеси будет недоставать песка 24,5 кг и щебня 18,3 кг. Поэтому для получения бетона с заданными параметрами необходимо уменьшить расчетное количество воды на 42,8 л, а массу песка и щебня соответственно увеличить. Тогда рабочий состав бетонной смеси будет следующим:
Цемент – 305,8 кг
Песок – 611,6 + 24,5 =636,1кг
Щебень – 1223,2 + 18,3 = 1241,5 кг
Вода – 159 – 42,8 = 116,2 л
На 1 м3
– 2300 кг
Задача 6
Сколько можно получить извести-кипелки из 5 т известняка, содержащего в виде примеси 2% песка.
Решение:
Количество чистого известняка (без примесей) равно 5000х0,98=4900 кг; количество примесей 5000-4900=100 кг.
Образование извести происходит по реакции
CaCO3
=CaO+CO2
.
Молекулярный вес CaCO3
=100; CaO=56.
Следовательно, можно составить пропорцию:
100 – 56
4900 – х х = = 2740 кг
Так как примеси войдут в общий вес продукта, то количество полученной извести-кипелки (с примесями) будет
2740 кг + 100 кг = 2840 кг.
Задача 7
Для производства извести употребляется известняк, содержащий 3% песка, 2% глинистых веществ, 3% влаги.
Решение:
Общее содержание примесей составляет 3+2+3=8%; следовательно, чистого известняка будет 100-8=92%. Расчет ведем на 80 кг примесей и 920 кг CaCO3
.
Из уравнения задачи 7 следует:
100 – 56
920 – х Х = = 515 кг
Из примесей, остающихся в извести, учитываем только песок и глинистые вещества, так как влага испарится. Таким образом, состав полученного продукта будет: CaO – 515 кг; примеси – 50 кг; итого 565 кг. Содержание CaO в смеси:
565 – 100%
500 – Х1
Х1
= 89%.
Согласно ГОСТ 9179 59 известь относится по содержанию активной CaO к I сорту (более 85%). Химически связанная вода в глинистых примесях не учитывалась.
Задача 8
На титрирование 1,1 г извести-кипелки израсходовано 35,3 мл 1н HCl. К какому сорту относится известь по содержанию активных CaO+MgO?
Решение:
Расчет ведется по формуле:
% (CaO + MgO) = ,
где: n – количество мл 1н HCl, пошедших на титрирование навески извести;
g – навеска извести в г,
% (CaO + MgO) = = 90%
Согласно ГОСТ 9179-59 известь по содержанию активных CaO+MgO относится к I сорту.
Задача 9
Нормальная густота гипсового теста равна 59%. Сколько необходимо взять гипса и воды для получения 10 кг гипсового теста нормальной густоты.
Решение:
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 кг.
Задача 10
При просеивании 200 г строительного гипса остаток на сите № 02 составил 42 г. Какому сорту удовлетворяет гипс по тонкости помола.
Решение:
Остаток на сите № 02 в процентах к навеске составляет:
42/100 х 100 = 21%
Гипс относится ко II cорту, так как остаток на сите № 02 превышает 15%.
Задача 11
Сколько получится гипса-полугидрата и сколько растворимого ангидрита из 1 т гипсового камня, не содержащего примесей?
Решение
:
Превышение гипсового камня в полугидрат идет по уравнению:
CaSO4
×2H2
O = CaSO4
×0,5H2
O+1,5H2
O
172
Cоставляем пропорцию:
172 – 145
1000 – Х Х = 145 х 1000/ 172 = 850 кг
При образовании растворимого ангидрита из гипса удаляется вода вся, т.е.
CaSO4
×2H2
O = CaSO4
×+ 2H2
O
172 136
Отсюда пропорция:
172 – 136
1000 – Х Х = 136 х 1000/ 172 = 790 кг
Задача 12
Сколько квадратных метров сухой штукатурки толщиной 10,5 мм (без картона) можно получить из 10 т строительного гипса при затворении ею 60% воды, если средняя плотность сырого затвердевшего гипса равна 2100 кг/м3
.
Решение:
Вес гипсового теста составит:
10 т + 0,6 х 10 т = 16 т.
Объем этого количества гипсового теста
16 т : 2,1 т/м3
= 7,6 м3
.
При толщине 10,5 мм = 0,0105 м площадь сухой штукатурки, получаемой из этого объема гипсового теста, составит 7,6 м3
: 0,0105 м = 725 м2
.
Задача 13
Сколько тонн каустического магнезита можно получить при обжиге 15 т магнезита, содержащего 8% (по массе) неразлагающихся примесей?
Решение:
Содержание чистого магнезита равно 15 т х 0,92 = 13,8 т и примесей 1,2 т. При обжиге магнезита происходит следующая химическая реакция:
MgCO3
= MgO+CO2
,
84,3 40,3
где внизу проставлены молекулярные веса веществ, отсюда:
84,3 – 40,3
13,8 – Х Х = 6,6 т
Вместе с примесями вес каустического магнезита составит:
6,6 т + 1,2 т = 7,8 т.
Задача 14
Для получения магнезиального вяжущего расходуется (по массе) 65% чистого каустического магнезита (MgO) и 35% MgCl2
×6Н2
О в одном метре, чтобы получить 50 кг магнезиального вяжущего (в расчете на чистые компоненты).
Решение:
Определяем, сколько MgO и MgCl2
×6H2
O должно содержаться в 50 кг вяжущего:
50 – 100
Х – 65 Х = 50 х 65/ 100 = 32,5 кг
Количество
MgCl2
×6H2
O = 50 – 32,5 = 17,5 кг
Чтобы обеспечить это количество чистой MgO, необходимо взять 85% каустического магнезита:
32,5:0,85=38,2 кг
Раствора MgCl2
×6Н2
О необходимо взять:
17,5 кг : 0,410 = 37,8 литра.
Задача 15
Рассчитать, сколько MgCl2
×6Н2
О необходимо для затворения 10 кг MgO, если известно, что в процессе твердения 70% каустического магнезита гидратируется до Mg(OH)2
и 30% расходуется на образование оксихлорида магния 3MgO×MgCl2
×6Н2
О.
Решение:
На образование 3MgO×MgCl2
×6H2
O расходуется каустического магнезита 10 кг х 0,3 = 3 кг.
Расчет ведется по молекулярным весам: на три молекулы MgO (М=40,3) необходима одна молекула
MgCl2
×6H2
O (M=203,3).
Составляем пропорцию:
40,3 – 203,3
3 - Х Х = 15,2 кг