21

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Кафедра строительных материалов

691(07)

У912

СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Учебное пособие

для выполнения исследовательских лабораторных работ

Издание шестое,

Переработанное и дополненное

Челябинск

Издательство ЮУрГУ

2007

УДК 691(075.8) + 620.22(075.8)

Строительное материаловедение: учебное пособие для выполнения исследовательских лабораторных работ / Г.С. Семеняк, В.В. Спасибожко, Б.Я. Трофимов, М.Д. Бутакова и др.; отв. ред. Г.С. Семеняк. − 6-е изд., перераб. и доп. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2007. − 248 с.

Рассмотрены общие сведения по научно-техническим основам производства, формированию структуры строительных материалов и представлен учебный материал по каждому их изучаемых разделов.

Сформулированы цели и задачи экспериментальных лабораторных испытаний основных строительных материалов и приведены методики их поведения, указан порядок выполнения работ и рекомендации по составлению выводов. В конце каждой темы приведены тестовые вопросы для контроля подготовки студентов.

Учебное пособие содержит лабораторные работы по следующим темам:

− природные каменные материалы;

− строительная древесина;

− керамические материалы;

− минеральные вяжущие вещества и материалы на их основе;

− строительные растворы;

− органические вяжущие вещества;

− металлы и сплавы на их основе;

− лакокрасочные материалы.

Учебное пособие не претендует на замену учебников по данной дисциплине и является дополнением к ним.

Предназначено для студентов вузов, обучающихся по строительным специальностям.

Ил. 62, табл. 61, библиогр. − 47 назв.

Одобрено учебно-методической комиссией архитектурно-строитель­ного факультета.

Рецензенты:

Издательство ЧПИ, 1977

Издательство ЧПИ, 1980

Издательство ЧПИ, 1985

Издательство ЧГТУ, 1990

Издательство ЧГТУ, 1995

Издательство ЮУрГУ, 2007

Принятые сокращения и аббревиатуры

ГПУ – гексагональная плотноупакованная кристаллическая решетка

ГСИ – государственная система измерений

ГЦК – гранецентрированный куб

Др – дробимость

ЖБИ – железобетонные изделия

ЖБК – железобетонные конструкции

ККК – коэффициент конструктивного качества

КЛТР – коэффициент линейного температурного расширения

Минералы портландцементного клинкера:

− C₃S (алит) − 3CaO·SiO₂

− С₂S (белит) − 2CaO·SiO₂

− С₃А − 3CaO·AL₂О₃

− C₄АF − 4CaO·AL₂О₃ ·Fe₂О₃

МК – модуль крупности

ОЦК – объемно центрированный куб

НГ – нормальная густота

НВ – твердость по Бринеллю

ПВАД – поливинилацетатная дисперсия

ПЦ – портландцемент

ППЦ – пуццолановый портландцемент

СИ – средство измерений

Сроки схватывания вяжущего вещества:

− Н _схв – начало схватывания

− К _схв – конец схватывания

ССПЦ – сульфатостойкий портландцемент

ССШПЦ – сульфатостойкий шлакопортландцемент

ТВО – тепловлажностная обработка

ФВ – физическая величина

ШПЦ – шлакопортландцемент

ЮУрГУ – Южно-Уральский государственный университет

Предисловие

Учебное пособие написано в соответствии с учебным планом общего курса «Материаловедение» для студентов, обучающихся по строительным специальностям. По своему содержанию и направлению учебное пособие должно обеспечить углубленные знания по испытанию строительных материалов.

На кафедре «Строительные материалы» ЮУрГУ накоплен большой опыт организации и проведения учебно-исследовательских лабораторных работ по строительным материалам. Их цель – привить студентам навыки постановки, планирования и решения экспериментально-исследовательских задач. При этом реализуется принцип проблемного обучения, который дает возможность научить студентов не только методам квалификации качества основных строительных материалов по стандартным методикам их испытания, но и дать молодым специалистам практические навыки пот регулированию основных свойств материалов технологическими приемами и способами.

Учебные пособия по проведению исследовательских лабораторных работ выдержали пять изданий (1977, 1980, 1985, 1990 и 1995 г. г.). Необходимость нового издания вызвана отсутствием учебных пособий прежних лет издания, появлением новых строительных материалов и совершенствованию правил оценки качества строительных материалов.

В учебном пособии приведены научные основы строительного материаловедения во взаимосвязи со сведениями прикладного характера, касающимися материалов, изделий и конструкций.

Качество, долговечность и стоимость сооружений в большой мере зависят от правильного выбора и применения материалов. Для рационального использования строительных материалов, инженер-строитель должен знать свойства материалов и назначение каждого из них. Это дает возможность строителю: выбрать материал с соответствующими свойствами для каждой части сооружения с учетом эксплуатационной среды; правильно применить наилучшие приемы его обработки и укладки в сооружение; при необходимости заменить один материал на другой без ухудшения качества сооружения; организовать правильное транспортирование и хранение материала без снижения их качества.

Учебное пособие содержит темы лабораторных работ, соответствующие основным разделам Государственного образовательного стандарта по направлению «Строительство» и рабочим учебным программам по дисциплине «Материаловедение». В подготовке различных разделов учебного пособия участвовали преподаватели кафедры «Строительные материалы» ЮУрГУ: доц. Г.С. Семеняк (работы №№ 1, 2, 7, 12, 13, 15, 16, предисловие, введение, глоссарий), проф. В.В. Спасибожко (работы №№ 2, 5, 8, 17), проф. Б.Я. Трофимов (работа № 11), проф. И.Я. Чернявский (работа № 19), доц. М.Д. Бутакова (работы №№ 9, 10, 18, глоссарий), доц. В.М. Жестков (работа № 3), доц. А.С. Королев (работа № 14), доц. В.С. Малютин (работа № 3, 4), доц. М.И. Муштаков (работа № 6), доц. С.Н. Погорелов (работа № 20, глоссарий).

ВВЕДЕНИЕ

Производство строительных материалов и изделий отличается большим многообразием видов и широким ассортиментом продукции. Инженер-строитель должен уметь хорошо разбираться в обширной номенклатуре этой продукции, выбирать для конкретных условий применения наиболее эффективные и подходящие ее виды с учетом качественных показателей, владеть знаниями в области технологии строительных материалов, представлять физико-химическую сущность процессов переработки исходного сырья в готовый продукт.

Научиться оценивать качество материалов, находить возможные пути регулирования и управления этим качеством и уметь определить области рационального применения материалов в практике современного строительства можно только на основе глубокого изучения связи между составом, строением и свойствами материала. Наиболее полно и конкретно эта связь выявляется в ходе научно-исследовательских экспериментов, проводимых в лабораторных условиях, когда искусственно моделируются изменения составов сырьевых смесей, технологических параметров получения, показателей состояния материалов, имитируя их работу в различных условиях эксплуатации.

В ходе таких экспериментов получают зависимости типов: «состав-свойство», «состав-строение», «строение-свойство», «состояние-свойство», «технологический параметр-свойство» и др. Анализируя эти зависимости, проводят оптимизацию составов и режимов, выбор вида и количества добавок, прогнозируют изменение свойств материалов в зависимости от условий их работы и рекомендуют области применения этих материалов.

Для проведения лабораторных исследований необходима тщательная теоретическая и методическая подготовка студентов. Поэтому учебно-исследователь-ские лабораторные работы по основным темам и разделам дисциплины «Материаловедение» позволяют расширить, углубить и закрепить знания, полученные на лекционных и практических занятиях, и активизируют самостоятельную работу студентов.

Учебное пособие составлено таким образом, что в описании лабораторных работ по каждой теме содержатся:

− общие сведения об изучаемом материале с формулировкой задач исследования;

− цель исследовательской лабораторной работы;

− порядок выполнения лабораторной работы;

− описание методов испытаний материалов;

− указания по составлению выводов и рекомендаций, которые могут быть получены в результате исследования;

− тестовые контрольные вопросы для проверки подготовки студентов к лабораторным работам.

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ

Лабораторные занятия продолжительностью 2…4 часа проводятся с подгруппой студентов, состоящей из 8…16 человек, которые получают общее задание на исследовательскую работу. Части общего задания выполняют 4 звена по 2…4 человека в каждом.

Выполнению лабораторных работ предшествует собеседование по теоретическим и методическим вопросам, которые изучаются студентами самостоятельно. Для контроля подготовки студентов к работе используются контрольные вопросы в виде тестов, которые составлены по принципу многовариантного ответа. На каждый контрольный вопрос имеется 4 ответа и только один − правильный.

При выполнении работ назначается дежурное звено студентов, которое несет ответственность за сохранение и исправность приборов, оборудования и инструментов. По окончании работ каждому звену необходимо привести в порядок свое рабочее место, сдать дежурным, которые, в свою очередь, сдают приведенную в порядок лабораторию лаборанту.

ОТБОР ПРОБ

Для определения качества материалов в лабораторных условиях испытывают, как правило, не весь материал, а лишь некоторую ее часть (средняя проба). Средней пробой называется небольшая часть материала, отбираемая определенным образом от его общей массы, материал при этом называется опробуемым. Свойства средней пробы должны полностью соответствовать свойствам испытываемого материала той партии, от которой она была отобрана.

Партией считается определенное количество материала (по массе, по объему, в штуках), которое определено соответствующими нормативными документами. В этих же документах регламентированы правила отбора и величина средней пробы для определения качества материала.

Пробы штучных материалов (кирпич, камни, блоки и т.п.) отбирают по не­скольку штук из разным мест партии. Пробы сыпучих рыхлых материалов (песок, щебень, гравий, цемент, гипс) отбирают специальными щупами-пробоотборни­ками из каждого вида тары из разных мест по площади и глубине слоя. Это коли­чество материала называется первичной средней пробой. В дальнейшем из нее от­бирают среднюю лабораторную пробу путем сокращения ее объема до количе­ства, достаточного для выполнения испытаний двукратной повторности. Чаще всего это делается путем квартования: тщательно перемешанную пробу насыпают на ровную площадку в виде правильного усеченного конуса, который делят на 4 равные части двумя взаимно пересекающимися плоскостями. Две противополож­ные части отбрасывают, а оставшиеся соединяют вместе. Перемешивают и, если это необходимо, опять подвергают квартованию до получения двойного количества лабораторной пробы. Одну половину пробы подвергают лабораторным испытаниям. А вторую половину пробы хранят как арбитражную.

ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТЫ

Для определения физико-механических свойств изучаемых материалов применяют различное оборудование и инструменты.

Для определения линейных размеров применяют:

− металлические линейки с погрешностью измерения 1 мм;

− штангенциркули с погрешностью измерения 0,05 мм; (на рисунке 1 приведены примеры снятия показаний);

− микрометры с погрешностью измерения 0,01 мм (рисунок 2);

− микроскопы с погрешностью измерения 0,001 мм.

Рисунок 1 − Штангенциркуль

Рисунок 2 − Микрометр