Файл: Курсовая работа по дисциплине Строительное материаловедение.docx
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 264
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНОБРНАУКИ РФФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Тульский государственный университет»Кафедра: «Строительство, строительные материалы и конструкции»Контрольно-курсовая работа по дисциплине: «Строительное материаловедение»Студент гр. ________________ Научный руководитель: __________________
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Тульский государственный университетКафедра «Строительство, строительные материалы и конструкции»ЗАДАНИЕна контрольно-курсовую работу по дисциплине: «Строительное материаловедение»студента гр. ИБ351021 Сатаров А.В.Теоретический вопрос: Стекло и его основные свойства (сырье, основы производства, основные свойства стеклоизделий).Задача 1: Рассчитать среднюю плотность в сухом и влажном состоянии керамзитобетонной панели размером 3,6 x 2,9 x 0,4 м массой 4,5 т при влажности 13%. Задача 2: Определить породу древесины, если при испытании образца размером 2 x 2 x 3 см массой 7,9 г., при влажности 11 %, на сжатие вдоль волокон разрушающая нагрузка составила 2584 кгс. Задача 3: Определить марку и активность цемента, если при испытании стандартных цементных образцов в возрасте 7 суток разрушающая нагрузка при изгибе составила 260 кгс, а при сжатии 10500 кгс.Задание выдал:___________________ ____________________(дата) (подпись)
Стекло и его основные свойства (сырье, основы производства, основные свойства стеклоизделий) 3
Список литературы 11
В стеклообразном состоянии могут быть получены многие вещества. Стекло способно образовывать называемые стеклообразующими оксиды Si02, P2O5 и В2О3 без каких-либо добавок. Однако в большинстве случаев сырьевой массой для производства стекол является многокомпонентная шихта, содержащая помимо стеклообразующего оксида различные добавки.В строительстве используют почти исключительно силикатное стекло, основным компонентом которого является диоксид кремния Si02.Стекло не является веществом с определенным химическим составом, который может быть выражен химической формулой, поэтому состав стекла условно выражают суммой оксидов. Состав строительных стекол в зависимости от вида и назначения содержит оксиды (в % по массе): Si02 — 64-73,4; Na20 — 10-15,5; К20 — 0-5; СаО — 2,5-26,5; MgO — 0-4,5; A1203 — 0-7,2; Fe203 — 0-0,4; S03 — 0-0,5; B203 — 0-5.Каждый из оксидов играет свою роль в процессе варки формирования свойств стекла. Оксид натрия ускоряет процесс варки, понижая температуру плавления, но уменьшает химическую стойкость стекла. Оксид калия придает блеск и улучшает светопропускание. Оксид кальция повышает химическую стойкость стекла. Оксид алюминия повышает прочность, термическую и химическую стойкость стекла. Оксид бора повышает скорость стекловарения.Для получения оптического стекла и хрусталя в шихту вводят оксид свинца, повышающий показатель светопреломления.Сырьевые материалы для производства стекла разделяются на основные и вспомогательные.Основным сырьем для изготовления стекла является чистый кварцевый песок (72 – 75 %), известняк (СаСО3), доломит (СаСО3; MgСО3), кальцинированная сода (Na2CO3), сульфат натрия и полевой шпат.Для придания специальных свойств – повышенной термостойкости, прочности, химической стойкости, светорассеивания, цвета – в состав вводят добавки.В последнее время стали широко использоваться отходы различных отраслей промышленности — доменные шлаки, кварцесодержащие материалы, тетраборит кальция, стеклобой и др.Минеральное сырье, как правило, имеет большое количество примесей и непостоянный состав.Примеси условно разделяются на две группы:
Примеси первой группы придают стеклу нежелательную окраску, а также могут привести к образованию пороков в стекле в виде включений. Примеси второй группы обычно учитываются при расчете рецепта шихты.Вспомогательные сырьевые материалы (осветлители, глушители, красители и др.) вводят в шихту для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств. Осветлители (сульфаты натрия и алюминия, калиевая селитра, мышьяковистый ангидрид) способствуют удалению из стекломассы газовых пузырьков.Глушители (криолит, плавиковый шпат, двойной суперфосфат) делают стекло непрозрачным.Красители придают стеклу заданный цвет — соединения: кобальта — синий, хрома — зеленый, марганца — фиолетовый, железа — коричневый и сине-зеленые тона и т.д.Производство строительного стекла состоит из следующих основных операций: обработка сырьевых материалов; приготовление шихты, варка стекла, формование изделий и их отжиг.Обработка включает дробление и помол материалов, поступающих на завод в виде кусков (доломит, известняк, уголь), сушку влажных материалов (песок, доломит, известняк), просеивание всех компонентов через сита заданного размера.Приготовление шихты включает операции усреднения, дозирования и смешения. Шихта считается качественной, если отклонение от заданного состава ее не превышает 1%.Стекловарение производится в специальных стеклоплавильных печах непрерывного (ванные печи) или периодического (горшковые печи) действия.При нагревании шихты до 1100-1150 °С происходит образование силикатов сначала в твердом виде, а затем в расплаве.При дальнейшем повышении температуры в этом расплаве полностью растворяются наиболее тугоплавкие компоненты Si02 и А120з— образуется стекломасса.Эта масса неоднородна по составу и настолько насыщена газовыми пузырьками, что ее называют варочной пеной.Для осветления и гомогенизации температуру стекломассы повышают до 1500-1600 °С. При этом вязкость расплава снижается, облегчается удаление газовых включений и получение однородного расплава.Стекловарение завершается охлаждением (студкой) стекломассы до температуры, при которой она приобретает вязкость, требуемую для выработки стеклоизделий.Формование изделий производится различными методами: вытягиванием, литьем, прокатом, прессованием и выдуванием. Формование листового стекла производится путем вертикального или горизонтального вытягивания ленты из расплава, прокатом или способом плавающей ленты (флоат-способ).
Метод вытягивания применяют для получения стекла толщиной 2-6 мм. Как правило лента вытягивается из стекломассы вращающимися валками машины через лодочку (огнеупорный брус с продольной прорезью).Флоат-способ является наиболее совершенным и высокопроизводительным из всех способов, известных в настоящее время. Он позволяет получать стекло с высоким качеством поверхности.При этом стекло получают из стекломассы вертикальным вытягиванием, горизонтальным прокатом между двумя вращающимися валиками и флоат-способом.Сущность флоат-способа в том, что струя стекломассы (1000 оС) непрерывно подается на поверхность расплавленного олова (232 оС), растекается по ней слоем определенной толщины и в результате охлаждения превращается в ленту стекла с полированной поверхностью.Поверхности листового стекла получаются ровными и гладкими и не требуют дальнейшей полировки. Отформованные изделия охлаждают в специальных печах и камерах. Если охлаждать медленно (отжиг), то возникающие при формовке остаточные напряжения ослабевают до нормы, что обеспечивает длительную и надежную эксплуатацию стеклянных изделий. Если повторно нагреть полученное изделие, а затем резко охладить, то можно получить равномерно распределенные остаточные напряжения сжатия во внешних слоях и растяжения во внутренних. Такой режим охлаждения называют закалкой. Его применение обеспечивает стеклу повышенную механическую прочность при ударе (в 5 – 7 раз) и изгибе, термостойкость (в 3 – 5 раз) и твердость (с 5 до 7 по шкале Мооса). При разрушении закаленного стекла образуются мелкие осколки с тупыми нережущими краями. Если в исходную шихту ввести некоторые добавки (оксиды металлов или соединения фтора), то при повторном нагревании полученных изделий в стекле начинается процесс кристаллизации.Добавки, представляющие собой кристаллические вещества, играют роль катализаторов. В результате образуется сложная структура, содержащая 90 – 95 % беспорядочно ориентированных микрокристаллов (размером менее 1 мк), остальное – стекловидная фаза.По свойствам стеклокристаллические материалы (ситаллы) занимают промежуточное положение между стеклом и керамикой. Они прочнее стекла, тверже высокоуглеродистой стали, легче алюминия, химически и термически устойчивы, обладают хорошими диэлектрическими свойствами, по коэффициенту расширения некоторые из ситаллов близки к кварцевому стеклу.
Если в качестве исходного сырья используют шлаки черной металлургии, то получают шлакоситаллы с аналогичными свойствами.Строительное стекло представляет собой биостойкий, негорючий твердый материал, обладающий высокой стойкостью к действию влаги, солнечной радиации и отрицательных температур.Свойства стекол зависят от химического состава. Так, их плотность изменяется в пределах 2200 – 8000 кг/м3, прочность при сжатии составляет 100 – 700 МПа, при растяжении 30 – 80 МПа.Стекло обладает низкой термической устойчивостью (перепад температуры составляет не более 80 оС) и прочностью на удар (хрупкое разрушение). С увеличением толщины изделия сопротивление удару, тепло- и звукозащитные свойства возрастают.По электрическим свойствам стекла относятся к диэлектрикам. Силикатные строительные стекла отличаются высокой химической стойкостью за исключением действия плавиковой и фосфорной кислот. Этот материал обладает уникальными оптическими свойствами: светопропусканием, которое достигает 92 %, светопреломлением, отражением и рассеиванием света.Задача 1. Рассчитать среднюю плотность в сухом и влажном состоянии керамзитобетонной панели размером 3,6 x 2,9 x 0,4 м массой 4,5 т при влажности 13%.РешениеРассчитаем объем панели V:V = 3.6x2.9x0.4=4.176 м3Средняя плотность в сухом состоянии:ρ= m/V = 4500/4.176=1077.6 кг/м3При условии влажности 13% рассчитаем среднюю плотность:13% = (m2 – m)x100/m = (m2 – 4500)x100/4500 => m2 = 5085ρ2= m2/V = 5085/4.176=1217.7 кг/м3Задача 2. Определить породу древесины, если при испытании образца размером 2 x 2 x 3 см массой 7,9 г., при влажности 11 %, на сжатие вдоль волокон разрушающая нагрузка составила 2584 кгс.
Тула 2023
МИНОБРНАУКИ РФФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Тульский государственный университетКафедра «Строительство, строительные материалы и конструкции»ЗАДАНИЕна контрольно-курсовую работу по дисциплине: «Строительное материаловедение»студента гр. ИБ351021 Сатаров А.В.Теоретический вопрос: Стекло и его основные свойства (сырье, основы производства, основные свойства стеклоизделий).Задача 1: Рассчитать среднюю плотность в сухом и влажном состоянии керамзитобетонной панели размером 3,6 x 2,9 x 0,4 м массой 4,5 т при влажности 13%. Задача 2: Определить породу древесины, если при испытании образца размером 2 x 2 x 3 см массой 7,9 г., при влажности 11 %, на сжатие вдоль волокон разрушающая нагрузка составила 2584 кгс. Задача 3: Определить марку и активность цемента, если при испытании стандартных цементных образцов в возрасте 7 суток разрушающая нагрузка при изгибе составила 260 кгс, а при сжатии 10500 кгс.Задание выдал:___________________ ____________________(дата) (подпись)
Оглавление
Стекло и его основные свойства (сырье, основы производства, основные свойства стеклоизделий) 3
Список литературы 11
Стекло и его основные свойства (сырье, основы производства, основные свойства стеклоизделий)
Стеклом называют все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплавов независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым. Признаками стеклообразного состояния вещества является отсутствие четко выраженной точки плавления, гомогенность и изотропность.В стеклообразном состоянии могут быть получены многие вещества. Стекло способно образовывать называемые стеклообразующими оксиды Si02, P2O5 и В2О3 без каких-либо добавок. Однако в большинстве случаев сырьевой массой для производства стекол является многокомпонентная шихта, содержащая помимо стеклообразующего оксида различные добавки.В строительстве используют почти исключительно силикатное стекло, основным компонентом которого является диоксид кремния Si02.Стекло не является веществом с определенным химическим составом, который может быть выражен химической формулой, поэтому состав стекла условно выражают суммой оксидов. Состав строительных стекол в зависимости от вида и назначения содержит оксиды (в % по массе): Si02 — 64-73,4; Na20 — 10-15,5; К20 — 0-5; СаО — 2,5-26,5; MgO — 0-4,5; A1203 — 0-7,2; Fe203 — 0-0,4; S03 — 0-0,5; B203 — 0-5.Каждый из оксидов играет свою роль в процессе варки формирования свойств стекла. Оксид натрия ускоряет процесс варки, понижая температуру плавления, но уменьшает химическую стойкость стекла. Оксид калия придает блеск и улучшает светопропускание. Оксид кальция повышает химическую стойкость стекла. Оксид алюминия повышает прочность, термическую и химическую стойкость стекла. Оксид бора повышает скорость стекловарения.Для получения оптического стекла и хрусталя в шихту вводят оксид свинца, повышающий показатель светопреломления.Сырьевые материалы для производства стекла разделяются на основные и вспомогательные.Основным сырьем для изготовления стекла является чистый кварцевый песок (72 – 75 %), известняк (СаСО3), доломит (СаСО3; MgСО3), кальцинированная сода (Na2CO3), сульфат натрия и полевой шпат.Для придания специальных свойств – повышенной термостойкости, прочности, химической стойкости, светорассеивания, цвета – в состав вводят добавки.В последнее время стали широко использоваться отходы различных отраслей промышленности — доменные шлаки, кварцесодержащие материалы, тетраборит кальция, стеклобой и др.Минеральное сырье, как правило, имеет большое количество примесей и непостоянный состав.Примеси условно разделяются на две группы:
-
ухудшающие качество стекломассы (оксиды железа, хрома, титана, марганца, ванадия); -
соответствующие основным компонентам состава стекла (оксиды алюминия, кальция, магния, калия, натрия).
Примеси первой группы придают стеклу нежелательную окраску, а также могут привести к образованию пороков в стекле в виде включений. Примеси второй группы обычно учитываются при расчете рецепта шихты.Вспомогательные сырьевые материалы (осветлители, глушители, красители и др.) вводят в шихту для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств. Осветлители (сульфаты натрия и алюминия, калиевая селитра, мышьяковистый ангидрид) способствуют удалению из стекломассы газовых пузырьков.Глушители (криолит, плавиковый шпат, двойной суперфосфат) делают стекло непрозрачным.Красители придают стеклу заданный цвет — соединения: кобальта — синий, хрома — зеленый, марганца — фиолетовый, железа — коричневый и сине-зеленые тона и т.д.Производство строительного стекла состоит из следующих основных операций: обработка сырьевых материалов; приготовление шихты, варка стекла, формование изделий и их отжиг.Обработка включает дробление и помол материалов, поступающих на завод в виде кусков (доломит, известняк, уголь), сушку влажных материалов (песок, доломит, известняк), просеивание всех компонентов через сита заданного размера.Приготовление шихты включает операции усреднения, дозирования и смешения. Шихта считается качественной, если отклонение от заданного состава ее не превышает 1%.Стекловарение производится в специальных стеклоплавильных печах непрерывного (ванные печи) или периодического (горшковые печи) действия.При нагревании шихты до 1100-1150 °С происходит образование силикатов сначала в твердом виде, а затем в расплаве.При дальнейшем повышении температуры в этом расплаве полностью растворяются наиболее тугоплавкие компоненты Si02 и А120з— образуется стекломасса.Эта масса неоднородна по составу и настолько насыщена газовыми пузырьками, что ее называют варочной пеной.Для осветления и гомогенизации температуру стекломассы повышают до 1500-1600 °С. При этом вязкость расплава снижается, облегчается удаление газовых включений и получение однородного расплава.Стекловарение завершается охлаждением (студкой) стекломассы до температуры, при которой она приобретает вязкость, требуемую для выработки стеклоизделий.Формование изделий производится различными методами: вытягиванием, литьем, прокатом, прессованием и выдуванием. Формование листового стекла производится путем вертикального или горизонтального вытягивания ленты из расплава, прокатом или способом плавающей ленты (флоат-способ).
Метод вытягивания применяют для получения стекла толщиной 2-6 мм. Как правило лента вытягивается из стекломассы вращающимися валками машины через лодочку (огнеупорный брус с продольной прорезью).Флоат-способ является наиболее совершенным и высокопроизводительным из всех способов, известных в настоящее время. Он позволяет получать стекло с высоким качеством поверхности.При этом стекло получают из стекломассы вертикальным вытягиванием, горизонтальным прокатом между двумя вращающимися валиками и флоат-способом.Сущность флоат-способа в том, что струя стекломассы (1000 оС) непрерывно подается на поверхность расплавленного олова (232 оС), растекается по ней слоем определенной толщины и в результате охлаждения превращается в ленту стекла с полированной поверхностью.Поверхности листового стекла получаются ровными и гладкими и не требуют дальнейшей полировки. Отформованные изделия охлаждают в специальных печах и камерах. Если охлаждать медленно (отжиг), то возникающие при формовке остаточные напряжения ослабевают до нормы, что обеспечивает длительную и надежную эксплуатацию стеклянных изделий. Если повторно нагреть полученное изделие, а затем резко охладить, то можно получить равномерно распределенные остаточные напряжения сжатия во внешних слоях и растяжения во внутренних. Такой режим охлаждения называют закалкой. Его применение обеспечивает стеклу повышенную механическую прочность при ударе (в 5 – 7 раз) и изгибе, термостойкость (в 3 – 5 раз) и твердость (с 5 до 7 по шкале Мооса). При разрушении закаленного стекла образуются мелкие осколки с тупыми нережущими краями. Если в исходную шихту ввести некоторые добавки (оксиды металлов или соединения фтора), то при повторном нагревании полученных изделий в стекле начинается процесс кристаллизации.Добавки, представляющие собой кристаллические вещества, играют роль катализаторов. В результате образуется сложная структура, содержащая 90 – 95 % беспорядочно ориентированных микрокристаллов (размером менее 1 мк), остальное – стекловидная фаза.По свойствам стеклокристаллические материалы (ситаллы) занимают промежуточное положение между стеклом и керамикой. Они прочнее стекла, тверже высокоуглеродистой стали, легче алюминия, химически и термически устойчивы, обладают хорошими диэлектрическими свойствами, по коэффициенту расширения некоторые из ситаллов близки к кварцевому стеклу.
Если в качестве исходного сырья используют шлаки черной металлургии, то получают шлакоситаллы с аналогичными свойствами.Строительное стекло представляет собой биостойкий, негорючий твердый материал, обладающий высокой стойкостью к действию влаги, солнечной радиации и отрицательных температур.Свойства стекол зависят от химического состава. Так, их плотность изменяется в пределах 2200 – 8000 кг/м3, прочность при сжатии составляет 100 – 700 МПа, при растяжении 30 – 80 МПа.Стекло обладает низкой термической устойчивостью (перепад температуры составляет не более 80 оС) и прочностью на удар (хрупкое разрушение). С увеличением толщины изделия сопротивление удару, тепло- и звукозащитные свойства возрастают.По электрическим свойствам стекла относятся к диэлектрикам. Силикатные строительные стекла отличаются высокой химической стойкостью за исключением действия плавиковой и фосфорной кислот. Этот материал обладает уникальными оптическими свойствами: светопропусканием, которое достигает 92 %, светопреломлением, отражением и рассеиванием света.Задача 1. Рассчитать среднюю плотность в сухом и влажном состоянии керамзитобетонной панели размером 3,6 x 2,9 x 0,4 м массой 4,5 т при влажности 13%.РешениеРассчитаем объем панели V:V = 3.6x2.9x0.4=4.176 м3Средняя плотность в сухом состоянии:ρ= m/V = 4500/4.176=1077.6 кг/м3При условии влажности 13% рассчитаем среднюю плотность:13% = (m2 – m)x100/m = (m2 – 4500)x100/4500 => m2 = 5085ρ2= m2/V = 5085/4.176=1217.7 кг/м3Задача 2. Определить породу древесины, если при испытании образца размером 2 x 2 x 3 см массой 7,9 г., при влажности 11 %, на сжатие вдоль волокон разрушающая нагрузка составила 2584 кгс.