из электронной библиотеки / 700613052584231.pdf

Текст задания 18. Установите соответствие

Пример записи ответа (1А,2Б,3В)

Текст задания 19. Установите соответствие

Текст задания 20. Установите соответствие

Пример записи ответа (1А,2Б,3В)

Ключи к тестам

Блок 1

22

К каждому заданию в блоке 1 даны несколько ответов. Выберите из предложенных ответов один правильный, пометьте номер правильного ответа в бланке ответов.

1.3

2.4

31

42

52

61

73

82

Каждый правильный ответ – 5 баллов

Всего за блок 1 – 40 баллов

Блок 2

К каждому заданию части 1 блока 2 даны несколько ответов. Пометьте в бланке ответов ВСЕ правильные ответы из предложенных

91,3,4

101,4

113,4

121

131,4

Каждый правильный ответ – 5 – баллов

Всего за часть 1 – 25 баллов

23

Ответом к заданиям части 2 блока 2 является число, последовательность цифр и/или букв, которые следует записатьзаглавными печатными буквами в бланк ответов

141,3,2,4,5

152,1,3,4

161б,2а,3в

171а,2б,3в

181в,2б,3а

191а,2б,3в

201Б,2А, 3Д, 4В, 5Г

Каждый правильный ответ – 5 – баллов

Всего за часть 2 – 35 баллов

Всего за блок 2 – 60 баллов

1. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

2.1. Лекции

Модуль1.

Общие сведения о материалах и изделиях

Свойство – это качественная, отличительная характеристика вещества, материала или изделия. В материаловедении эта характеристика является заключительным звеном во взаимосвязи “состав – химическая связь – структура – свойство”, а при разработке технологии и создания нового материала – основным, определяющим параметром или условием его получения.

Совокупность различных свойств предопределяет назначение материала и граничные условия его эксплуатации.

Качество материалов оценивают совокупностью показателей (как правило, числовых) технических свойств, которые были получены при испытаниях соответствующих образцов.

24

Основные требования к качеству материалов, изделий и готовых конструкций массового применения устанавливаются Государственными стандартами Республики Беларусь (СТБ), Государственными стандартами СССР и межгосударственными (ГОСТ) и техническими условиями (ТУ).

ВГОСТах, СТБ и ТУ содержатся краткое описание материала и способы его изготовления, указаны марки материалов и требования к их качеству, форма, размеры и допускаемые отклонения от них, а также правила транспортирования, приемки, упаковки и хранения, обеспечивающие сохранность материала, и методы испытаний. ГОСТы, СТБ и ТУ - это документы, устанавливающие, что данный материал или изделие одобрено для производства и применения при его определенном качестве.

Вчасти 2 СНиП «Нормы проектирования» содержатся сведения, в каких конструкциях и как следует применять строительные материалы, с указанием необходимых требований к их свойствам.

Большинство строительных материалов, применяемых для несущих конструкций и работающих под влиянием статических или динамических нагрузок, маркируют с учетом их реальных прочностных показателей. Для теплоизоляционных, гидроизоляционных, акустических и некоторых других материалов принимают для маркировки не прочностные, а другие физические свойства - теплопроводность, водонепроницаемость, морозостойкость, среднюю плотность и т. п. В стандартах, СНБ и СНиПах требования к свойствам материалов выражены в виде марок или классов на эти материалы. Марка строительных материалов - это условный показатель, устанавливаемый по главнейшим эксплуатационным характеристикам или комплексу главнейших свойств материала.

Один и тот же материал может иметь несколько марок по различным свойствам. Так, кирпич маркируют по прочности и морозостойкости, но основной считается марка по прочности -главнейшему эксплуатационному показателю. По прочности для всех природных и искусственных каменных материалов СНиП П-22-81 установлены следующие марки: 4; 7; 10; 15; 25; 35; 50; 75; 100; 125; 150; 200; 250, 300, 400, 500, 600, 800 и 1000. Цифра указывает минимально допустимый предел прочности материала, выраженный в кгс/см2 (например, кирпич марки 100 должен иметь прочность 10... 12,5 МПа).

Теплоизоляционные материалы делят на марки по плотности. Это объясняется тем, что теплопроводность находится в прямой зависимости от плотности, но контролировать последнюю значительно проще. Например, минеральную вату выпускают марок 80, 90, 100 (в этом случае размерность марки в кг/м3).

В СНБ 5.03.01-02 требования к бетону и арматуре выражены не только в виде марок, но и в виде классов. Класс бетона по прочности - это количественная величина, характеризующая качество бетона, соответствующая ее гарантированной прочности на осевое сжатие, обозначаемая буквой С и числами, выражающими значения нормативного сопротивления и гарантированной прочности в Н/мм (МПа); например, С— (в числителе - значение нормативного сопротивления /ск, Н/мм2, в знаменателе - гарантированная прочность бетона, Н/мм2).

25

Удовлетворение всех необходимых технических требований, указанных в стандарте, является обязательным условием выхода строительного материала хорошего качества. Однако этого условия недостаточно для выхода материала высшего качества. В последнем случае требуется, чтобы все числовые показатели свойств были равны их экстремальным значениям при оптимальных структурах. Высшее качество выпускаемой продукции служит основным критерием прогрессивности технологии в строительном материаловедении.

Основные положения строительного проектирования и производства строительных работ регламентируются Строительными нормами Беларуси (СНБ) и Строительными нормами и правилами (СНиП) СССР. СНиПы и СНБ разработаны с учетом развития строительной индустрии, внедрения передовой техники в строительство, максимального использования в строительстве изделий и конструкций заводского изготовления.

Строительные материалы разделяют на природные (естественные) и искусственные. К первой группе относят: лесные (круглый лес, пиломатериалы); каменные плотные и рыхлые горные породы (естественный камень, гравий, песок, глина) и др. Ко второй группе — искусственным материалам — относят: вяжущие вещества (цемент, известь), искусственные камни (кирпич, блоки); бетоны; растворы; металлические, тепло- и гидроизоляционные материалы; керамические плитки; синтетические краски, лаки и Другие материалы, производство которых связано с химической обработкой.

Строительные материалы классифицируют по назначению и области применения, например кровельные — рубероид, астбестоцемент и др.; стеновые — кирпич, блоки; отделочные — растворы, краски, лаки; облицовочные, гидроизоляционные и др., а также по технологическому признаку их изготовления, например керамические, синтетические и др. Особую группу составляют теплоизоляционные строительные материалы — их изготовляют из различного сырья, применяют в различных конструкциях, но объединяются они общим свойством — малой объемной массой и низкой теплопроводностью, что и определяет постоянно возрастающий объем их производства и широкое применение в строительстве.

Строительные материалы, которые добывают или изготовляют в районе строящегося объекта, принято называть местными строительными материалами. К ним прежде всего относятся: песок, гравий, щебень, кирпич, известь и др. При строительстве зданий и сооружений необходимо в первую очередь использовать местные строительные материалы, что сокращает транспортные расходы, составляющие значительную часть стоимости материалов.

На строительные материалы, изготовляемые предприятиями, существуют Государственные общесоюзные стандарты — ГОСТы и технические условия — ТУ. В стандартах приведены основные сведения о строительном материале, дано его определение, указаны сырье, области применения, классификация, деление на сорта и марки, методы испытания, условия транспортирования и хранения. ГОСТ имеет силу закона, и соблюдение его является обязательным для всех предприятий, изготовляющих строительные материалы.

26

Номенклатура и технические требования к строительным материалам и деталям, их качеству, указания по выбору и применению в зависимости от условий эксплуатации возводимого здания или сооружения изложены в «Строительных нормах и правилах» — СНиП I-B.2-69, утвержденных Госстроем СССР в 1962—1969 гг. с изменениями, внесенными в 1972 г. Для каждого материала и изделия разработаны Государственные общесоюзные стандарты (ГОСТы).

Для правильного применения того или иного материала в строительстве необходимо знать физические, включая отношение материалов к действию воды и температур, и механические свойства.

Жилые, общественные и производственные здания представляют собой сооружения, предназначенные для размещения людей и различного оборудования и защиты их от воздействия окружающей среды. Все здания состоят из одинаковых по назначению частей: – фундамента, служащего основанием здания и передающего нагрузку от всего здания на землю; – каркаса — несущей конструкции, на которой устанавливаются ограждающие элементы здания; каркас воспринимает и перераспределяет нагрузки и передает их на фундамент; – ограждающих конструкций, изолирующих внутренний объем здания от воздействия внешней среды или разделяющих отдельные части внутреннего объема между собой; к ограждающим конструкциям относятся стены, перекрытия и кровли, причем в малоэтажных зданиях стены и перекрытия часто выполняют функцию каркаса.

Сглубокой древности жилые и культовые сооружения возводили из природных материалов — камня и дерева, причем из них выполняли все части здания: фундамент, стены, кровлю. Такая универсальность материала имела существенные недостатки. Строительство каменных зданий было трудоемко; каменные стены для поддержания в здании нормального теплового режима приходилось делать очень толстыми (до 1 м и более), так как природный камень — хороший проводник теплоты. Для устройства перекрытий и кровли ставили много колонн или делали тяжелые каменные своды, так как прочности камня недостаточно для перекрытия больших пролетов. У каменных зданий, правда, было одно положительное качество—долговечность. Менее трудоемкие, но недолговечные деревянные здания часто уничтожались пожарами.

Сразвитием промышленности появились новые, разные по назначению строительные материалы: для кровли — листовое железо, позже — рулонные материалы и асбестоцемент; для несущих конструкций — стальной прокат и высокопрочный бетон; для тепловой изоляции — фибролит, минеральная вата и др.

Специализация и промышленное изготовление строительных материалов, полуфабрикатов и изделий коренным образом изменили характер строительства. На стройку материалы, а затем и изделия из них стали поступать практически в готовом виде, строительные конструкции стали легче и эффективнее (например, лучше предохраняли от потерь теплоты, от воздействия влаги и т.п.). В начале XX в. началось заводское изготовление строительных конструкций (металлических ферм, железобетонных колонн), но только с 50-х годов впервые в мире в нашей стране стали строить полносборные здания из готовых элементов.

27

Современная промышленность строительных материалов и изделий производит большое количество готовых строительных деталей и материалов различного назначения, например: керамические плитки для полов, для внутренней облицовки, фасадные, ковровую мозаику; рубероид и пергамин для устройства кровли, изол и гидро-изол — для гидроизоляции. Чтобы было легче ориентироваться в этом многообразии строительных материалов и изделий, их классифицируют. Наибольшее распространение получили классификации по назначению и технологическому признаку.

По назначению материалы делят на следующие группы: – конструкционные, которые воспринимают и передают нагрузки в строительных конструкциях; – теплоизоляционные, основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим помещения при минимальных затратах энергии; – акустические (звукопоглощающие и звукоизоляционные)— для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения; – гидроизоляционные и кровельные — для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров; – герметизирующие — для заделки стыков в сборных конструкциях; – отделочные — для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий; – специального назначения (например, огнеупорные или кислотоупорные), применяемые при возведении специальных сооружений.

Ряд материалов (например, цемент, известь, древесина) нельзя отнести к какой-либо одной группе, так как их используют и в чистом виде, и как сырье для получения других строительных материалов и изделий — это так называемые материалы общего назначения. Трудность классификации строительных материалов по назначению состоит в том, что одни и те же материалы могут быть отнесены к разным группам. Например, бетон в основном применяют как конструкционный материал, но некоторые его виды имеют совсем иное назначение: особо легкие бетоны — теплоизоляционные материалы; особо тяжелые бетоны — материалы специального назначения, используемые для защиты от радиоактивного излучения.

Воснову классификации по технологическому признаку положены вид сырья, из которого получают материал, и способ изготовления. Эти два фактора во многом определяют свойства материала и соответственно область его применения. По способу изготовления различают материалы, получаемые спеканием (керамика, цемент), плавлением (стекло, металлы), омоноличиванием с помощью вяжущих веществ (бетоны, растворы) и механической обработкой природного сырья (природный камень, древесные материалы). Для более глубокого понимания свойств материалов, зависящих главным образом от вида сырья и способа его переработки, в основу курса «Материаловедение» положена классификация по технологическому признаку и лишь в отдельных случаях рассматриваются группы материалов по назначению.

Взависимости от химического состава принято выделять органические и неорганические вещества.

28

Органические вещества представляют собой соединения углерода с другими элементами (преимущественно водородом, кислородом и азотом). Можно считать, что все органические вещества ведут свое начало от продуктов фотосинтеза растений (глюкозы, крахмала и т- Д-)> т. е. все органические вещества представляют собой не окисленные как минеральные (каменные) вещества, а восстановленные вещества, аккумулировавшие энергию солнца и отдающие ее при окислении (горении, гниении).

Среди строительных материалов из органических веществ чаще всего применяется древесина и битум. В XX в. появились и быстро завоевали прочные позиции полимерные материалы, синтезируемые из продуктов переработки нефти, угля и т. п. С точки зрения строителя органические вещества имеют серьезные недостатки.

При нагреве или под действием ультрафиолетовых лучей они способны окисляться кислородом воздуха, а при температурах выше 200…300 °С большинство органических соединений горит (горение — это тот же процесс окисления, но протекающий очень быстро и сопровождающийся концентрированным выделением теплоты, провоцирующим продолжение горения).

Органические вещества (за исключением большинства синтетических полимеров) могут служить питательной средой для живых организмов. При развитии на органических материалах грибов или микроорганизмов происходит гниение — ферментативное окисление этих материалов.

Принципиально сущность процесса горения и гниения одна и та же — это окисление, но протекающее с разной скоростью и при разных температурах.

Из сказанного можно заключить, что долговечность органических материалов невелика. Однако многие положительные свойства органических материалов (невысокая плотность, относительно высокая прочность, легкость обработки и др.) с давних пор привлекали и привлекают до сих пор к ним внимание строителей.

Неорганические (минеральные) вещества, применяемые в строительстве (керамика, природный камень и др.), представляют собой соединения уже окисленных химических элементов — в основном оксидов кремния и алюминия с оксидами металлов. Например, песок — оксид кремния Si02; глина — водный алюмосиликат — А1203 * nSi02 * wH20; стекло — вещество, состоящее из оксида кремния, оксида натрия, оксида кальция и некоторых других оксидов. Будучи уже в окисленном состоянии, они не способны окисляться, т. е. гнить и гореть. В этом отношении они устойчивее (долговечнее) органических веществ. Однако их переработка в изделия, как правило, более трудоемка и энергоемка, чем переработка органических материалов.

Кристаллические и аморфные тела. Все вещества состоят из мельчайших частиц — атомов и молекул. В зависимости от степени упорядоченности расположения атомов (или молекул) твердых веществ различают кристаллические и аморфные (стеклообразные) тела.

Кристаллическими называют тела, в которых атомы (или молекулы) расположены в правильном геометрическом порядке, причем этот общий порядок соблюдается как для

29

атомов, расположенных в непосредственной близости друг от друга (ближний порядок), так и на значительном расстоянии (дальний порядок).

Аморфными называют тела, в которых только ближайшие друг к другу атомы находятся в более или менее упорядоченном расположении; дальний же порядок отсутствует.

Процесс кристаллизации можно представить следующим образом. При переходе вещества из жидкого состояния в твердое (например, при застывании расплава металла) или при выпадании твердого вещества в осадок из насыщенного раствора (например, при твердении гипса) атомы и молекулы вещества стремятся занять такое положение относительно друг друга, чтобы силы их взаимодействия оказались максимально уравновешены. Поэтому их положение относительно друг друга оказывается вполне определенным, фиксированным.

Такой геометрически правильный и повторяющийся в пространстве порядок расположения атомов (молекул) называют кристаллической решеткой (рис. 2.1).

Процесс кристаллизации требует определенного времени. В некоторых случаях (например, при быстром охлаждении расплавленного кварца) затвердевание происходит без кристаллизации с сохранением хаотического расположения атомов и некоторого запаса внутренней энергии. Так образуется аморфное вещество — в нашем случае кварцевое стекло.

Микро- и макроструктура материалов. Под структурой материала подразумевают взаимное расположение, форму и размер частиц материала, наличие пор, их размер и характер. Структура материала не в меньшей степени, чем состав, влияет на его свойства.

Различают микроструктуру — строение материала, видимое только под микроскопом, и макроструктуру — строение, видимое невооруженным глазом или при небольшом увеличении.

Поры — один из важнейших элементов структуры большинства строительных материалов

— представляют собой воздушные ячейки в материале размером от долей микрона до сантиметра. Количество, размер и характер пор (замкнутые или сообщающиеся) во многом определяют свойства материала. Например, пористое стекло (пеностекло) в отличие от обычного непрозрачное, легкое (плавает в воде) и может распиливаться обычной пилой.

Крупные поры размером более 5 мм и полости между частицами зернистых материалов (песка, гравия и др.) называют пустотами.

Форма и размер частиц твердого вещества, из которого состоит материал, также влияют на свойства материала. Так, из хрупкого стекла можно получить тончайшие гибкие волокна, из которых изготовляют стеклянную ткань.

В зависимости от формы и размера частиц и их строения различают: зернистые, волокнистые и слоистые материалы.

30