Файл: Курсовая работа по дисциплине Строительное материаловедение.docx

МИНОБРНАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Тульский государственный университет»

Кафедра: «Строительство, строительные материалы и конструкции»

Контрольно-курсовая работа по дисциплине: «Строительное материаловедение»

Студент гр. ________________

Научный руководитель: __________________

Тула 2023

МИНОБРНАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Тульский государственный университет

Кафедра «Строительство, строительные материалы и конструкции»

ЗАДАНИЕ

на 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)

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%.

Решение

Рассчитаем объем панели V:
V = 3.6x2.9x0.4=4.176 м³
Средняя плотность в сухом состоянии:
ρ= m/V = 4500/4.176=1077.6 кг/м³
При условии влажности 13% рассчитаем среднюю плотность:
13% = (m₂ – m)x100/m = (m₂ – 4500)x100/4500 => m₂ = 5085
ρ₂= m₂/V = 5085/4.176=1217.7 кг/м³

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.

Решение

W = 11%
m_w=7.9 г
V_w = 12 см³
ρ = 7,9 / 12 = 0,658 г/см³
Предел прочности образца с влажностью в момент испытания (sW) в МПа вычисляют по формуле



где Рmax - максимальная нагрузка, Н;
а и b - размеры поперечного сечения образца, мм.
Вычисление производят с округлением до 0,5 МПа.
Предел прочности равен σ

---