Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Администрация городского округа Самара
Автономное муниципальное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКАЯ АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО И МУНИЦИПАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ»
Факультет Экономический
Кафедра «Кадастр и экономика недвижимости»
Методические указания для проведения практических работ и семинарских занятия
по дисциплине
«ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОГО ДЕЛА»
для специальности 311100 «Городской кадастр»
Преподаватель:
Абдрахимов Владимир Закирович. профессор, доктор технических наук
Самара 2012 г.
Содержание
|
Практическое занятие №1. Определение плотностей, водопоглощений, пористости и коэффициента насыщения пор строительных материалов |
5 |
|
Практическое занятие №2. Определение предела прочности, относительной деформации, одноосного напряжения и модуля упругости |
9 |
|
Практическое занятие №3. Определение теплофизических свойств керамических материалов |
14 |
|
Практическое занятие №4. Определение количества тепла, проходимое через поверхность стены, термического сопротивления и температуры поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала |
18 |
|
Практическое занятие №5. Определение консистенции глинистых материалов |
22 |
|
Список литературы |
25 |
Практическое занятие №1
Определение плотностей, водопоглощений, пористости и коэффициента насыщения пор строительных материалов
Цель работы: определение плотностей, водопоглощений, пористости и коэффициента насыщения пор строительных материалов
Теоретическая часть
Средняя плотность (в дальнейшем изложении плотность, г/см3) ─ масса единицы объема материала в естественном виде (вместе с порами):
ρср.=m/Vес, (1)
где m ─ масса образца материала соответственно, г, кг, т; Vес. ─ объем образца в естественном виде (вместе с порами), см3, дм3, м3.
Объем цилиндрического образца равен:
Vес =(π•r2•h)/4, (2)
где r ─ радиус, см; , h ─ высот, см.
При изменении температуры и влажности среды, окружающий материал, меняется его влажность, а, следовательно, и плотность. Поэтому показатель плотности определяют после предварительной просушки материала до постоянной массы или вычисляют по формуле:
ρср=ρср(влаж)./(1+w), (3)
где ρср(влаж)─ средняя плотность материала во влажном состоянии, г/см3.
Истинная плотность ρист (г/см3, кг/м3, т/м3) ─ масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии:
ρист= m/Vаб, или через пористость ρист=ρср/(1-Пкаж), (4)
где Vаб. ─ объем в абсолютно потном состоянии (без пор), см3, дм3, м3.
w ─ количество воды в материале (доля от его массы).
Водопоглощение – свойства материала поглощать и удерживать воду при непосредственном соприкосновении с ней. Количество поглощенной образцом материала воды, отнесенной к его массе в сухом состоянии, называется водопоглощением по массе, а отнесенное к его объему V – водопоглощение по объему. Водопоглощение (%) вычисляют по формулам:
Wm = (m2-m1)/m1100 %; (5)
WV = (m2-m1)/V100 % (6)
где m2 -масса образца материала, насыщенного водой (г); m1 - масса образца в сухом состоянии (г). После почленного деления этих двух выражений устанавливается зависимостьWV = Wmd отсюда коэффициент зависимости
d= WV/Wm (7)
Пористость ─ относительная величина, показывающая, какая часть объема материала занята внутренними порами. По значению пористость дополняет коэффициент плотности до 1 или до 100%.
Несмотря на разнообразие форм и очертаний пор (рисунок 1), имеющихся в строительных материалах, их подразделяют на несколько основных групп:
1) закрытые поры – недоступны для проникания в них жидкости и газообразных продуктов;
2) тупиковые поры – заполняемые жидкостью или газом, но не влияющие на проницаемость строительного материала;
3) кажущаяся пористости или каналообразующие открытые с обоих концов поры, создающие поровые каналы.
Кажущаяся пористость определяется по формуле:
Пкаж= Wm•ρср (8)
Для ряда простых технических расчетов определяют коэффициент плотности, характеризующий степень заполнения объема материала веществом:
kпл.= (ρср/ρист)100 % (9)
Коэффициент насыщения пор водой ─ отношение водопоглощения по объему к пористости:
КН= WV/П (10)
Коэффициент насыщения может меняться от 0 (все поры в материале закрытые) до 1 (все поры открытые), тогда WV=П. Уменьшение КН (при той же пористости) свидетельствует о сокращении открытой пористости, что обычно проявляется в повышении морозостойкости.
Практическая часть
В таблице 1 приведены физико-механические показатели строительных материалов различных вариантов.
Таблица 1 - Физико-механические показатели строительного материала
|
Вари-ант |
Диа-метр, Ǿ |
Высота, h |
m1 |
m2 |
Вари-ант, |
Диа-метр Ǿ |
Высота, h |
m1 |
m2 |
|
1 |
4,2 |
4,21 |
244 |
248 |
14 |
4,22 |
4,23 |
239 |
245 |
|
2 |
4,1 |
4,12 |
243 |
247 |
15 |
4,24 |
4,22 |
238 |
244 |
|
3 |
4,3 |
4,33 |
242 |
246 |
16 |
4,25 |
4,24 |
237 |
243 |
|
4 |
4,4 |
4,44 |
241 |
245 |
17 |
4,27 |
4,25 |
236 |
242 |
|
5 |
4,5 |
4,54 |
240 |
245 |
18 |
4,32 |
4,31 |
235 |
239 |
|
6 |
4,6 |
4,64 |
240 |
244 |
19 |
4,35 |
4,32 |
234 |
238 |
|
7 |
4,7 |
4,75 |
239 |
244 |
20 |
4,42 |
4,40 |
233 |
237 |
|
8 |
4,8 |
4,87 |
238 |
243 |
21 |
4,54 |
4,52 |
232 |
236 |
|
9 |
4,88 |
4,88 |
244 |
247 |
22 |
4,55 |
4,54 |
231 |
235 |
|
10 |
4,89 |
4,89 |
243 |
246 |
23 |
4,57 |
4,56 |
230 |
234 |
|
11 |
4,90 |
4,90 |
242 |
245 |
24 |
4,58 |
4,57 |
229 |
233 |
|
12 |
4,91 |
4,91 |
240 |
244 |
25 |
4,59 |
4,58 |
228 |
232 |
|
13 |
4,92 |
4,92 |
239 |
243 |
26 |
4,63 |
4,65 |
227 |
231 |
В качестве примера сделаем расчет для нулевого варианта: Ǿ (диаметр) =5 см; h (высота) = 5 см; m1 (в сухом состоянии)= 245 г; m2 (в насыщенном состоянии) = 249 г. Диаметр равен Ǿ=2r (r - радиус).
Внимание, при расчетах сокращения не допускаются.
На первом этапе расчетов определяем (данные для расчета берутся каждым студентом строго согласно своего варианта, из таблицы 1) Vес=(π•r2•h)/4=3,14•2,52•5/4=98,125/4 = 24,53 см3.
1. Vес=24,53 см3.
На втором этапе определяем ρср.=m1/Vес=245/24,53=9,99≈10 г/см3.
2. ρср.= 10 г/см3.
На третьем этапе определяем:
водопоглощение по массе Wm = (m2-m1)/m1100 % =(248-245)/245=1,635%
3. Wm =1,635%.
водопоглощение по объему WV = (m2-m1)/V100%=248-245/24,53 =12,2%.
4. WV =12,2%.
На четвертом этапе определяем ρср(влаж) (плотность материала во влажном состоянии) из формулы ρср=ρср(влаж)./(1+wm),
отсюда ρср(влаж)= ρср(1+wm), ρср(влаж)=10(1+1,635)= 10•2,635=26,35 г/см3.
5. ρср(влаж)=26,35 г/см3.
На пятом этапе определяем коэффициент зависимости
d= WV/Wm =12,2:1,635=7,46
6. d=7,46
На шестом этапе определяем кажущуюся пористость по формуле:
Пкаж= Wm•ρср =1,635•10=16,35%.
7. Пкаж=16,35%.
На седьмом этапе определяем истинную плотность: ρист=ρср/(1-Пкаж), Пкаж в % равна 16,35%, а если это выразить в долях (1=100%) ─ 0,1635.
ρист=ρср/(1-Пкаж)=16,35(1-0,1635)=16,35•0,836=13,68 г/см3.
8. ρист=13,68 г/см3
На восьмом этапе определяем коэффициент плотности материала:
kпл.=(ρср/ρист)100 %=10/13,68=0,731%.
9. kпл.=0,731%.
На девятом этапе коэффициент насыщения пор водой:
КН= WV/Пкаж =12,2/16,35=0,746.
10. КН=0,746
На десятом этапе все полученные расчетные данные (подчеркнутые) согласно своего варианта вносим в таблицу 2.
Таблица 2 – Расчетные данные нулевого варианта
|
1. Vес, см3 |
2. ρср, г/см3 |
3. Wm, % |
4. WV, % |
5. ρср(влаж), г/см3 |
6. d |
7. Пкаж, % |
8. ρист, г/см3 |
9. kпл, % |
10. КН |
|
24,53 |
10 |
1,635 |
12,2 |
26,35 |
7,46 |
16,36 |
13,68 |
0,731 |
0,746 |
Вопросы для защиты практического занятия №1
1. Что называется средней плотностью?
2. Что называется истиной плотностью?
3. Что называется водопоглощением?
4. Что называется пористостью и что по значению она дополняет?
5. На какие основные группы подразделяют пористость?
6. Что характеризует коэффициент плотности?
7. Что такое коэффициент насыщения водой и как он меняется?
8. Что определяется на первом этапе расчетов, написать формулу?
9. Что определяется на втором этапе расчетов, написать формулу?
10. Что определяется на третьем этапе расчетов, написать формулу?
11. Что определяется на четвертом этапе расчетов, написать формулу?
12. Что определяется на пятом этапе расчетов, написать формулу?
13. Что определяется на шестом этапе расчетов?
14. Что определяется на седьмом этапе расчетов, написать формулу?
15. Что определяется на восьмом этапе расчетов, написать формулу?
16. Что определяется на девятом этапе расчетов, написать формулу?
17. Что определяется на десятом этапе расчетов?
Практическое занятие №2
Определение предела прочности, относительной деформации, одноосного напряжения и модуля упругости
Цель работы: определение предела прочности, относительной деформации, одноосного напряжения и модуля упругости строительных материалов
Теоретическая часть
Прочность – свойство материалов сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами (стесненная усадка, неравномерное нагревание и т.п.), или свойство материала сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под действием нагрузки или других факторов. Прочность материала является одной из основных характеристик для большинства строительных материалов, так как они в сооружениях всегда подвергаются тем или иным воздействиям, вызывающим напряженное состояние (сжатие, растяжение, изгиб, срез, удар и др.).
Предел прочности при сжатии равен частному от давления разрушающей силы Рразр на первоначальную площадь поперечного сечения образца (куба, цилиндра, и т.д.):
Rсж=Pразр./S, (1).
Рразр – разрушающая нагрузка, МПа (рисунок 1).
а б
Рисунок 1 – Определение прочности на сжатие:
а - схема гидравлического пресса: 1 – станина; 2 – поршень;
3 – нижняя опорная плита с шаровой поверхностью;
4 – испытуемый образец; 5 – верхняя опорная плита;
6 – винтовое приспособление для зажима образца;
7 – манометр для определения Рразр.; 8 – масляный насос;
б – схема определения прочности на сжатие
Площадь образца (рисунок 2) определяется по формуле:
S=а•в (2)
Рисунок 2 – Испытуемый образец
Разрушающее усилие определяется по формуле:
Рразр.=(р•π•d2)/4, (3)
где р – показания манометра пресса (рисунок 1а, 7); d – диаметр поршня пресса (рисунок 1а, 2)
На изгиб испытывают образцы материалов в виде балочек (рисунок 3), расположенных на двух опорах. В зависимости от схемы загружения образца (рисунок 3) расчет предела прочности при изгибе производят по формуле:
Rизг=3Рразр.l/(2вh2), (4)
где Р ─ разрушающая нагрузка, МПа (рисунок 3); l - расстояние между опорами, м(см); в и h ─ толщина или высота балки в поперечном сечении, м, (см). l - расстояние между опорами равно 80% от общей длины.
Рисунок 3 – Определение прочности на изгиб
Пластическую или остаточную деформацию, не исчезающую после снятия нагрузки, называют необратимой.
Это свойство важно учитывать при выборе материалов для несущих конструкций, а также выборе технологии изготовления некоторых изделий (например, керамических). Наиболее желательными для несущих конструкций являются материалы, которые наряду с большой упругостью перед разрушением обладают высокой пластичностью. Разрушение в подобных материалах не будет происходить внезапно (например, у стали).
Относительная деформация определяется по формуле:
ε=ΔL/L, (5)
где ΔL – абсолютная деформация при действующей силе Рд.с..
Одноосное напряжение определяется по формуле:
σ=Рд.с./S (6)
Модуль упругости Е связывает упругую деформацию и одноосное напряжение формулой:
Е= σ/ε (7)
Практическая часть
В таблице 1 приведены физико-механические показатели строительных материалов различных вариантов.
Таблица 1 - Физико-механические показатели строительного материала
|
Вари-ант |
а, см |
в, см |
р – показ. манном., кг |
d – диам. поршня, см |
L, см |
ΔL |
Рд.с действующая сила, МПа |
|
0 |
7,07 |
8,08 |
64 |
40 |
12,0 |
0,0294 |
50,0 |
|
1 |
6,05 |
8,15 |
65,4 |
39,3 |
12,1 |
0,0292 |
50,1 |
|
2 |
6,24 |
8,25 |
65,6 |
39,4 |
12,2 |
0,0303 |
50,2 |
|
3 |
6,34 |
8,28 |
65,5 |
39,5 |
12,3 |
0,0312 |
50,3 |
|
4 |
6,35 |
8,29 |
65,7 |
39,6 |
12,4 |
0,0324 |
50,4 |
|
5 |
6,36 |
8,30 |
65,8 |
39,8 |
12,5 |
0,0335 |
50,5 |
|
6 |
6,37 |
8,31 |
64,5 |
39,2 |
12,6 |
0,0343 |
50,6 |
|
7 |
6,38 |
8,32 |
64,7 |
40,1 |
12,7 |
0,0352 |
50,7 |
|
8 |
6,39 |
8,33 |
64,8 |
40,2 |
12,8 |
0,0365 |
50,8 |
|
9 |
6,40 |
8,34 |
64,9 |
40,3 |
12,9 |
0,0376 |
50,9 |
|
10 |
6,41 |
8,35 |
65,1 |
40,4 |
13,0 |
0,0388 |
51,0 |
|
11 |
6,42 |
8,36 |
65,2 |
40,5 |
13,1 |
0,0389 |
51,1 |
|
12 |
6,43 |
8,37 |
65,3 |
40,6 |
13,2 |
0,0390 |
51,2 |
|
13 |
6,44 |
8,38 |
65,4 |
40,7 |
13,3 |
0,0391 |
51,3 |
|
14 |
6,45 |
8,39 |
65,5 |
40,8 |
13,4 |
0,0392 |
52,4 |
|
15 |
6,46 |
8,40 |
65,6 |
40,9 |
13,5 |
0,0392 |
52,5 |
|
16 |
6,47 |
8,41 |
65,6 |
40,5 |
13,6 |
0,0393 |
52,6 |
|
17 |
6,48 |
8,42 |
65,7 |
41,1 |
13,7 |
0,0394 |
52,7 |
|
18 |
6,49 |
8,43 |
65,8 |
41,2 |
13,8 |
0,0395 |
52,8 |
|
19 |
6,52 |
8,44 |
65,9 |
41,0 |
13,9 |
0,0396 |
52,9 |
|
20 |
6,51 |
8,45 |
66,1 |
41,3 |
13,2 |
0,0397 |
52,98 |
|
21 |
6,53 |
8,46 |
66,2 |
41,4 |
14,0 |
0,0398 |
53,0 |
|
22 |
6,54 |
8,47 |
66,3 |
41,5 |
14,1 |
0,0399 |
53,1 |
|
23 |
6,55 |
8,48 |
66,4 |
41,7 |
14,2 |
0,0401 |
53,2 |
|
24 |
6,58 |
8,49 |
66,8 |
41,8 |
14.3 |
0,0412 |
53,4 |
В качестве примера сделаем расчет для нулевого варианта.
Внимание, при расчетах сокращения не допускаются.
На первом этапе расчетов определяем (данные для расчета берутся каждым студентом строго согласно своего варианта, из таблицы 1)
S=а•в=7,07•8,08= 57,1256 см2.
1. S=57,1256 см2
На втором этапе определяем
Рразр.=(р•π•d2)/4=(64•3,14•40•40)/4=80384 кг
2. Рразр.=80384 кг
На третьем этапе определяем:
Rсж.=Pразр./S=80384/57,1256=1407,1 кг=149,71 МПа.
3. Rсж.=149,71 МПа
На четвертом этапе определяем:
Rизг=3Рразр.l/(2вh2). l=0,8•L=0,8•120=96. h=а=7,07. Rизг=3Рразр.l/(2вh2)= (80384•96)/(2•8,08•7,07•7,07)=9553,4 кг=955,34 МПа.
4. Rизг=955,34 МПа
На пятом этапе определяем:
ε=ΔL/L=0,0294/120=0,000245=245•10-6.
5. ε=245•10-6.
На шестом этапе определяем:
σ=Рд.с./S=50,0/57,1256=0,875 кг/см2.
6. σ=0,875 кг/см2
На седьмом этапе определяем:
Е= σ/ε=0,875/0,000245=3571,42=3,57•10+3 кг/см2.
7. Е=3,57•10+3 кг/см2.
На восьмом этапе все полученные расчетные данные (подчеркнутые) согласно своего варианта вносим в таблицу 2.
Таблица 2 – Расчетные данные нулевого варианта
|
1. S, см2 |
2. Рразр., кг |
3. Rсж., МПа |
4. Rизг., МПа |
5. ε |
6. σ, кг/см2 |
7. Е, кг/см2 |
|
57,1256 |
80384 |
149,71 |
955,34 |
245•10-6 |
0,875 |
3,57•10+3 |
Вопросы для защиты практического занятия №2
1. Что называется прочностью?
2. Покажите на рисунке 1а и б разрушающую нагрузку Рразр..
3. Покажите на рисунке 1а d – диаметр поршня пресса.
4. Покажите на рисунке 1а р – показания манометра пресса.
5. Покажите на рисунке 1а испытуемый образец.
6. В виде чего испытывают образцы на изгиб?
7. Согласно рисунка 2, чему равна h?
8. Согласно рисунка 3, что такое l и чему оно равно?
9. Какую деформацию называют необратимой?
10. Какое свойство важно учитывать при выборе материалов для несущих конструкций, а также выборе технологии изготовления некоторых изделий (например, керамических)?
11. Какие материалы являются наиболее желательными для несущих конструкций и почему?
12. Что определяется на первом этапе расчетов, написать формулу?
13. Что определяется на втором этапе расчетов, написать формулу?
14. Что определяется на третьем этапе расчетов, написать формулу?
15. Что определяется на четвертом этапе расчетов, написать формулу?
16. Что определяется на пятом этапе расчетов, написать формулу?
17. Что определяется на шестом этапе расчетов?
18. Что определяется на седьмом этапе расчетов, написать формулу?
19. Что определяется на восьмом этапе расчетов?
Практическое занятие №3
Определение теплофизических свойств
керамических материалов
Цель работы: определение теплопроводности и термического расширения керамического материала.
Теоретическая часть
Теплопроводность – свойства материала передавать тепло через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность характеризуется количеством тепла, проходящего через стену из испытуемого материала толщиной в 1 м, площадью в 1 м2 за время 1 ч (3600с) при разности температур на противоположных поверхностях стены 1оС. В системе СИ выражается в Вт/(моС), а в метрической системе единиц – в ккал/(мчоС) 1 ккал/(мчоС) = 1,1630 Вт/(моС).
Теплопроводность материала зависит от его химического состава структуры, степени и характера пористости, влажности и температуры, при которых происходит процесс передачи тепла.
=а·с·ρср, (1)
где а ─ коэффициент температуропроводности. Коэффициент температуропроводности а, характеризующий скорость распространения температуры в строительных материалах при сменяющихся условиях нагрева.
с - теплоемкость в ккал/кгград. Теплоемкость ─ свойство материала аккумулировать тепло при нагревании и выделять тепло при остывании, или теплоемкость – свойство материала поглощать при нагревании тепло. Есть и другое определение теплоемкости – это свойство материала поглощать при нагревании определенное количества тепла.
ρср - средняя плотность, кг/м3.
Кажущаяся пористость определяется по формуле (2)
Пкаж=W•ρср, (2)
где W ─ водопоглощение, %.
Относительная плотность равна:
ρот= ρср/ρист, (3)
где ρист─ истинная плотность, г/см3.
Теплопроводность с определенной пористостью равна
пор=•ρот (4)
Термическое расширение. Строительные материалы, так же как слагающие их кристаллы и стекло, при нагревании расширяются. Расширение это обратимо, и при охлаждении материал приобретает свой первоначальный объем. Это изменение объема с температурой обусловлено увеличением расстояний между атомами при растет амплитуды их колебаний. Величина термического расширения отдельных кристаллов и стекол различна и зависит, в общем, от их строения, от прочности химических связей. С повышением температуры это различие в расширении, как правило, уменьшается.
Термические расширения в строительных материалах в значительной степени зависят от однородности материала и коэффициента теплового расширения составляющих его веществ. Коэффициент линейного расширения характеризует удлинение 1 м материала при нагревании его на 1оС, коэффициент объемного расширения характеризует увеличение объема 1 м3 материала при нагревании его на 1оС. Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше и его термическая стойкость, т.е. больше количество циклов резких смен температуры он может выдержать. Термическое расширение строительных материалов можно характеризовать следующим показателем:
Lt=α•t•100%, (5)
где Lt ─ термическое расширение, %; α ─ коэффициент термического расширения, 10-6; t ─ температура, оС.
В таблице 1 приведены физико-механические и физико-термические показатели некоторых керамических материалов.
Таблица 1 - Физико-механические и физико-термические показатели некоторых керамических материалов
|
№ |
Керамические изделия |
ρист, кг/м3 |
W, % |
С, ккал/кгград |
а, 10-6 м ²/с |
α |
|
1 |
шамотные |
2,3 |
5,8 |
0,22 |
2,5 |
4,8•10-6 |
|
2 |
динасовые |
2,2 |
2,5 |
0,25 |
3,03 |
12,5•10-6 |
|
3 |
магнезитовые |
3,0 |
4,5 |
0,23 |
4,45 |
14,3•10-6 |
|
4 |
корундовые |
4,1 |
2,4 |
0,27 |
5,05 |
8,8•10-6 |
|
5 |
муллитовые |
3,7 |
2,1 |
0,28 |
4,42 |
5,8•10-6 |
|
6 |
кварцевые |
2,4 |
1,8 |
0,29 |
4,24 |
0,4•10-6 |
|
7 |
графитовые |
3,2 |
1,0 |
0,3 |
6,26 |
12,6•10-6 |
|
8 |
бериллиевые |
3,0 |
0,8 |
0,34 |
8,28 |
8,88•10-6 |
|
9 |
циркониевые |
5,6 |
0,9 |
0,35 |
4,24 |
11,6•10-6 |
|
10 |
фарфоровые |
2,8 |
0,5 |
0,36 |
2,02 |
6,0•10-6 |
|
11 |
карборундовые |
4,3 |
0,3 |
0,37 |
2,34 |
7,5•10-6 |
|
12 |
кирпич строительный |
2,2 |
14,5 |
0,22 |
5,05 |
5,8•10-6 |
|
13 |
плитка для полов |
2,4 |
3,5 |
0,31 |
5,87 |
6,7•10-6 |
|
14 |
керамогранит |
2,5 |
0,2 |
0,36 |
8,56 |
8,6•10-6 |
|
15 |
облицовочная плитка |
2,2 |
12,8 |
0,23 |
5,75 |
7,2•10-6 |
В таблице 2 для определения теплопроводности и термического расширения керамического материала представлены материалы, температура и физико-механические данные для различных вариантов.
Таблица 2 – Варианты для расчета теплопроводности и термического расширения керамического материала
|
Ва-ри-ант |
Материал |
Темпе-ра-тура, оС |
По-рис-тость, % |
Ва-ри-ант |
Материал |
Темпе-ра-тура, оС |
По-рис-тость, % |
|
0 |
шамотные |
1000 |
3 |
13 |
керамогранит |
860 |
4 |
|
1 |
динасовые |
980 |
2,5 |
14 |
облицовочная плитка |
850 |
12,7 |
|
2 |
магнезитовые |
970 |
2,0 |
15 |
корундовые |
840 |
0,97 |
|
3 |
корундовые |
960 |
0,98 |
16 |
муллитовые |
830 |
0,86 |
|
4 |
муллитовые |
950 |
0,87 |
17 |
шамотные |
820 |
2,8 |
|
5 |
кварцевые |
940 |
0,91 |
18 |
кирпич строительный |
810 |
7,7 |
|
6 |
графитовые |
930 |
0,34 |
19 |
плитка для полов |
800 |
1,5 |
|
7 |
бериллиевые |
920 |
0,41 |
20 |
магнезитовые |
790 |
1,9 |
|
8 |
циркониевые |
910 |
0,43 |
21 |
корундовые |
780 |
0,96 |
|
9 |
фарфоровые |
900 |
0,21 |
22 |
муллитовые |
770 |
0,85 |
|
10 |
карборундовые |
890 |
0,12 |
23 |
кварцевые |
760 |
0,9 |
|
11 |
кирпич строительный |
880 |
7,8 |
24 |
корундовые |
750 |
0,95 |
|
12 |
плитка для полов |
870 |
1,6 |
25 |
муллитовые |
740 |
0,81 |
Практическая часть
В качестве примера сделаем расчет для нулевого варианта.
Для определения теплопроводности материала используем формулу (1). В этой формуле нам неизвестен только один показатель ─ ρср, который вычислим по формуле (2) Пкаж=W•ρср, отсюда ρср =W/Пкаж.
На первом этапе расчетов определяем ρср=5,8 (из таблицы 1, согласно варианта)/3=1,93 кг/м3.
Таким образом, ρср=1,93 кг/м3. Внимание, при расчетах сокращения не допускаются.
На втором этапе определяем =а·с·ρср, = 2,5•0,22•1,93=1,06 Вт/(моС).
Таким образом, =1,06 Вт/(моС).
На третьем этапе определяем ρот= ρср/ρист=1,93(расчетное)/2,3 (из таблицы 1, согласно варранта)=0,83 %.
Таким образом, ρот=0,83%.
На четвертом этапе определяем теплопроводность с пористостью согласно проведенных расчетов своего варианта
пор=•ρот=1,06•0,83=0,87 Вт/(моС).
Таким образом, пор=0,87 Вт/(моС).
На пятом этапе определяем термическое расширение согласно своего варианта Lt=α•t•100%=4,8•1000•100•10-6=4,8•103•102•10-6=4,8•10-1=0,48.
Таким образом, Lt =0,48.
На шестом этапе все полученные расчетные данные (подчеркнутые) согласно своего варианта вносим в таблицу 3.
Таблица 3 – Расчетные данные нулевого варианта
|
ρср, кг/м3. |
, Вт/(моС). |
ρот % |
пор Вт/(моС). |
Lt, % |
|
5,8 |
1,06 |
0,83 |
0,87 |
0,48 |
Вопросы для защиты практического занятия №3
1. Что называется теплопроводностью?
2. От чего зависит теплопроводность материала (формула №1)?
3. Что называется теплоемкостью?
4. Как определяется теплопроводность с определенной пористостью?
5. Что такое термическое расширение?
6. От чего зависит термическое расширении?
7. Как меняется термическое расширение с повышением температуры?
8. Охарактеризуйте коэффициент термического расширения?
9. Зависимость коэффициента термического расширения от однородности материала и количества циклов резких смен температуры?
10. Что определяется на первом этапе расчетов, написать формулу?
11. Что определяется на втором этапе расчетов, написать формулу?
12. Что определяется на третьем этапе расчетов, написать формулу?
13. Что определяется на четвертом этапе расчетов, написать формулу?
14. Что определяется на пятом этапе расчетов, написать формулу?
15. Что определяется на шестом этапе расчетов?
Практическое занятие №4
Определение количества тепла, проходимое через
поверхность стены, термического сопротивления и температуры поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала
Цель работы: научиться определять количества тепла, проходимое через поверхность стены, термическое сопротивление и температуры поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала
Теоретическая часть
Теплопроводность в значительной мере зависит от величины пористости, размера и характера пор. У пористых материалов тепловой поток проходит через твердый «каркас» материала и воздушной ячейки. Теплопроводность воздуха очень низкая ─ 0,023 ВТ/(м•оС), а вещества, из которых построен твердый каркас материала, имеют значительно большую теплопроводность. Мелкопористые материалы и материалы с замкнутыми порами обладают меньшей теплопроводностью, чем крупнопористые материалы и материалы с сообщающимися порами. Это связано с тем, что в крупных и сообщающихся порах усиливаются перенос теплоты конвекцией, что и повышает суммарную теплопроводность.
Теплопроводность материалов учитывается при теплотехнических расчетах толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей и холодильников. Она связана с термическим сопротивлением слоя материала R (м2•С/Вт), которое определяется по формуле:
R=h/λ, (1)
где h ─ толщина слоя, см, м; λ ─ теплопроводность слоя материала, Вт/ м2•С.
В таблице 1 приведены значения теплопроводности некоторых строительных материалов в воздушно-сухом состоянии.
Таблица 1 – Теплопродность некоторых строительных материалов
|
Наименование материала |
Теплопровод-ность слоя материала, Вт/ м2•С |
Наименование материала |
Теплопроводность слоя материала, Вт/ м2•С |
|
Керамический кирпич с технологическими пустотами |
0,8 |
Бетон тяжелый |
3,0 |
|
Бетон легкий |
0,58 |
Древесноволокнистые плиты |
0,08 |
|
Пенобетон |
0,15 |
Фибролит |
0,14 |
В таблице 2 для представлены необходимые данные для расчетов различных вариантов.
Таблица 2 – Варианты для расчета количества тепла, температуры поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материал и термического сопротивления
|
Вари-ант |
Материал |
d кирпича, см |
t1, оС |
t2, оС |
λ1, Вт/(м•оС) |
d1, см |
|
0 |
Керамический кирпич с технологическими пустотами |
64 |
-28 |
22 |
0,7 |
2,6 |
|
1 |
Бетон легкий |
65 |
-27 |
21 |
0,71 |
2,4 |
|
2 |
Пенобетон |
67 |
-26 |
23 |
0,72 |
2,3 |
|
3 |
Бетон тяжелый |
68 |
-25 |
24 |
0,73 |
2,7 |
|
4 |
Древесноволокнистые плиты |
56 |
-24 |
20 |
0,74 |
2,8 |
|
5 |
Фибролит |
59 |
-23 |
20 |
0,75 |
2,9 |
|
6 |
Бетон легкий |
64 |
-27 |
22 |
0,71 |
2,34 |
|
7 |
Керамический кирпич с технологическими пустотами |
65 |
-27 |
21 |
0,65 |
2,63 |
|
8 |
Пенобетон |
65 |
-25 |
23 |
0,71 |
2,3 |
|
9 |
Бетон тяжелый |
67 |
-25 |
24 |
0,72 |
2,7 |
|
10 |
Древесноволокнистые плиты |
69 |
-23 |
20 |
0,73 |
2,8 |
|
11 |
Фибролит |
55 |
-23 |
20 |
0,74 |
2,88 |
|
12 |
Керамический кирпич с технологическими пустотами |
59 |
-27 |
22 |
0,75 |
2,34 |
|
13 |
Бетон легкий |
64 |
-27 |
21 |
0,71 |
2,64 |
|
14 |
Пенобетон |
64 |
-25 |
22 |
0,65 |
2,22 |
|
15 |
Бетон тяжелый |
65 |
-24 |
21 |
0,73 |
2,3 |
|
16 |
Древесноволокнистые плиты |
67 |
-25 |
24 |
0,72 |
2,7 |
|
17 |
Фибролит |
69 |
-23 |
20 |
0,73 |
2,8 |
|
18 |
Бетон легкий |
55 |
-23 |
20 |
0,74 |
2,88 |
|
19 |
Пенобетон |
59 |
-27 |
22 |
0,75 |
2,34 |
|
20 |
Бетон тяжелый |
64 |
-27 |
21 |
0,71 |
2,64 |
|
21 |
Древесноволокнистые плиты |
64 |
-25 |
22 |
0,65 |
2,22 |
|
22 |
Фибролит |
59 |
-27 |
22 |
0,75 |
2,34 |
|
23 |
Бетон легкий |
64 |
-27 |
21 |
0,71 |
2,64 |
|
24 |
Пенобетон |
64 |
-25 |
22 |
0,65 |
2,22 |
•Практическая часть
В качестве примера сделаем расчет для нулевого варианта.
На первом этапе расчетов для определения количества тепла через кирпичную стену воспользуемся формулой:
Q =λ[(t2-t1)/d]τ•S (2)
Условия задачи для нулевого варианта (таблица 2):
Наружная сторона кирпичной стены толщиной d=64 см имеет температуру t1 = -28оС, внутренняя t2─ +22оС (таблица 2). Какое количество тепла проходит через 1 м2 поверхности стены за 1 час, если теплопроводность кирпича λ=0,8 Вт/(м•оС) (таблица 1). Внимание, при расчетах сокращения не допускаются.
Q=λ[(t2-t1)/d]τ•S=0,8[(22-(-28))/0,64]3600•1=225000 Дж=225 кДж.
1. Q=225 кДж
На втором этапе расчетов необходимо определить температуру поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала, если известно, что теплопроводность теплоизоляционного материала λ1=0,7 Вт/(м•оС), а толщина d1=2,6 определяется по формуле:
Q1=λ1[(t2-tх)/d]τ•S=0,7[(22-х)/2,6]3600•1=2520[(22-х)/2,6].
Так как Q=Q1, то 225=2520[(22-х)/2,6] или 585=2520(22-х).
0,232=22-х; отсюда х=22-0,232=21,68.
2. tх (температура поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала)= 21,68оС.
На третьем этапе расчетов сначала рассчитываем R=h/λ для кирпича,
Rкирп.=64/0,8=80 (м2•оС/Вт)
3. Rкирп.=80 (м2•оС/Вт),
а затем для теплоизоляционного материала
Rтеплоиз.=2,6/0,7=3,714 (м2•оС/Вт)
4. Rтеплоиз.= 3,714 (м2•оС/Вт)
На четвертом этапе все полученные расчетные данные (подчеркнутые) согласно своего варианта вносим в таблицу 3.
Таблица 3 – Расчетные данные нулевого варианта
|
1. Q, кДж |
2. tх (температура поверхности контакта кирпича и теплоизоляционного материала), оС |
3. Rкирп., (м2•оС/Вт), |
Rтеплоиз. (м2•оС/Вт) |
|
225 |
21,68 |
80 |
3,714 |
Вопросы для защиты практического занятия №4
1. От чего в значительной мере зависит теплопроводность?
2. Как проходит тепловой поток?
3. У кого очень низкая теплопроводность?
4. Какие материалы обладают меньшей теплопроводностью и с чем это связано?
5. Что такое термическое сопротивление?
6. Что определяется на первом этапе расчетов, написать формулу?
7. Что определяется на втором этапе расчетов, написать формулу?
8. Что определяется на третьем этапе расчетов, написать формулу?
9. Что определяется на четвертом этапе расчетов, написать формулу?
10. Что определяется на пятом этапе расчетов
Практическое занятие №5
Определение консистенции глинистых материалов
Цель работы: научиться определять консистенцию глинистых материалов
Теоретическая часть
Свойства глинистых материалов, и их поведение при формовании во многом зависят от формовочной влажности и консистенции формуемой массы.
Под консистенцией понимают степень подвижности и податливости глинистого материала при воздействии на ней внешних механических усилий.
Консистенция зависит от влажности и степени переработки массы, т.е. от того, насколько нарушены естественные связи между частицами. Консистенция по существу есть степень насыщенности породы водой. Разным по пластичности глинистым материалам требуется и разное количество воды для получения одной и той же консистенции. В зависимости от степени увлажнения глинистые материалы могут иметь не только текучую или пластичную консистенцию, но и полутвердую и твердую.
Консистенция глинистых материалов в производстве керамических изделий имеет первостепенное значение. Отсюда велико и влияние влажности на изменение физических свойств формуемой глинистой массы. Именно влажность определяет подвижность и податливость данной глинистой массы, т.е. консистенцию, которая полностью проявляется у перемятых глинистых пород.
Основными исходными данными при определении консистенции глинистого материала являются ее формовочная влажность, и влажность нижнего предела пластичности при раскатывании. В зависимости от содержания воды одна и та же глинистая масса может последовательно приобретать различную консистенцию, а, следовательно, и изменять свои физические свойства. Для количественной характеристики консистенции принято пользоваться коэффициентом консистенции:
Кк=(W-Wp)/Mp,
где Кк─ коэффициент (показатель) консистенции;
Wp─ влажность нижнего предела пластичности (предел раскатывания);
Mp ─ число пластичности;
W ─ влажность глиняной массы.
При W > Wp коэффициент консистенции имеет положительное значение, глинистая масса находится в пластическом состоянии, а при W < Wp коэффициент консистенции отрицательный, глинистый материал имеет непластичное состояние и находится в полутвердом или твердом состоянии. При значении коэффициента больше 1 глинистая масса приобретает текучее состояние.
При W = Wp коэффициент консистенции равен нулю, и глинистая масса находится на границе тугопластичного и полутвердого состояния. Коэффициент консистенции, таким образом, является показателем состояния глинистого материала, его увлажнения по отношению к нижнему пределу пластичности. Различные значения коэффициента консистенции отражают различное физическое состояние глинистой массы, что имеет важное значение в производстве керамического кирпича пластического формования.
При формовании сырца важную роль играет пластичное состояние глинистой массы и особенно мягкопластичная консистенция, которую получают искусственно, чаще всего путем дополнительного увлажнения при переработке глиняной массы. В процессе сушки, в результате потери влаги, свежесформованный сырец переходит из мягкопластичной консистенции в тугопластичную, затем в полутвердую и твердую, с соответствующей плотностью и прочностью. В нормально высушенном кирпиче-сырце коэффициент консистенции всегда меньше минус 0,5.
Практическая часть
Определить Кк для глинистых материалов приведенных таблице согласно своего варианта.
Таблица – Исходные данные различных вариантов для определения коэффициента консистенции
|
№ |
W |
Wp |
Мр |
Кк |
№ |
W |
Wp |
Мр |
Кк |
|
0 |
24 |
7 |
18 |
0,944 |
13 |
21 |
9 |
13 |
|
|
1 |
19 |
7 |
9 |
14 |
22 |
8 |
14 |
||
|
2 |
18 |
9 |
8 |
15 |
19 |
8 |
12 |
||
|
3 |
20 |
7 |
10 |
16 |
22 |
9 |
15 |
||
|
4 |
19 |
9 |
10 |
17 |
19 |
8 |
12 |
||
|
5 |
20 |
8 |
11 |
18 |
22 |
9 |
15 |
||
|
6 |
22 |
8 |
14 |
19 |
19 |
7 |
12 |
||
|
7 |
19 |
8 |
12 |
20 |
18 |
5 |
11 |
||
|
8 |
22 |
9 |
15 |
21 |
19 |
8 |
12 |
||
|
9 |
19 |
7 |
12 |
22 |
18 |
9 |
13 |
||
|
10 |
18 |
5 |
11 |
23 |
19 |
8 |
12 |
||
|
11 |
19 |
8 |
12 |
24 |
21 |
9 |
16 |
||
|
12 |
18 |
9 |
13 |
24 |
19 |
7 |
12 |
Для нулевого варианта (нулевой вариант взят для примера), где в качестве глинистого варианта взят отход цветной металлургии ─ ГЦИ (глинистая часть «хвостов» гравитации циркон-ильменитовых руд) ГЦИ имеет число пластичности (Mp) 18, влажность нижнего предела пластичности (Wp─ предел раскатывания) 7 и влажность глиняной массы для прессования (W) ─ 24 Кк= 0,944 (см. таблицу). В данном случае при W > Wp коэффициент консистенции имеет положительное значение, и поэтому глинистая масса находится в пластическом состоянии.
Если указанный коэффициент консистенции принять за оптимальный для нормального сформованного образца (при влажности W =24 %) из ГЦИ, то для разных по пластичности глинистых масс будут получены и различные значения оптимальной влажности для формования. Так, например, для глин Самарской области Воздвиженского и Даниловского месторождений эта влажность равна 21 и 20%, так как число пластичности этих глин соответственно равны 11 и 9. Для глины Защитинского месторождения с числом пластичности 8 формовочная влажность равна 19%.
Приведенные примеры свидетельствуют о том, что разные по пластичности глинистые материалы будут иметь и различные значения оптимальной формовочной влажностью, которые будут зависеть от предела пластичности и консистенции.
Основную роль в определении нормальной влажности для формования сырца играет величина пластичности и влажность нижнего предела раскатывания (Wp). Чем выше число пластичности и ниже предел раскатывания, тем выше формовочная влажность для формования керамических образцов.
Таким образом, керамические кирпичи из глинистых материалов необходимо формовать не из какой-то заданной влажности, например 18 или 19%, а из влажности, определяемой пластичностью и коэффициентом консистенции.
Вопросы для защиты практического занятия №5
1. От чего зависят свойства глинистых материалов и их поведение при формовке керамических образцов?
2. Что понимают под консистенцией?
3. От чего зависит консистенция?
4. Какие основные данные являются при определении консистенции глинистого материала?
5. Чем принято пользоваться для количественной характеристики консистенции?
6. Когда коэффициент консистенции имеет положительное значение?
7. Когда коэффициент консистенции имеет отрицательное значение?
8. При каком значении коэффициента консистенции глинистая масса приобретает текучее состояние?
9. При W = Wp коэффициент консистенции равен чему?
10. После проведенных вычислений охарактеризуйте глину своего варианта (это нужно сделать письменно в качестве заключения своей работы).
Список литературы
1. Абдрахимов, В.З. Практические занятия по строительному материаловедения: учебно-методическое пособие для лабораторных работ. / В.З. Абдрахимов - Самара: Самарская академия государственного и муниципального управления, 2010. 24 с.
2. Абдрахимов, В.З. Введение в специальность: учебно-методическое пособие для лабораторных работ. / В.З. Абдрахимов. - Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2006. -40 с.
3. Абдрахимов, В.З. Технология производства керамических изделий: учебно-методическое пособие для лабораторных работ / В.З. Абдрахимов, А.В. Абдрахимов, Е.В. Вдовина, Е.С. Абдрахимова. – Самара. Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2007. -119 с.
4. Абдрахимов, В.З. Лабораторный практикум и основы проектирования керамических заводов по курсу стеновых керамических материалов: учебное пособие / В.З. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова, В.П. Долгий, Д.В. Абдрахимов. - Тюмень: ИПЦ «Экспресс». -2004. -95 с.
5. Абдрахимов, В.З. Керамические строительные материалы: учебник / В.З. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова, Д.Ю. Денисов. – Самара: Самарская академия государственного и муниципального управления. -2010. – 364 с.
6. Абдрахимов, В.З. Основы материаловедения. / В.З. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова. – Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 206 с. – 495 с.
7. Абдрахимов, В.З. Основные свойства, общие сведения о минералах и горных породах, используемых в строительных материалах / В.З. Абдрахимов, Л.Н. Скипин, Е.С. Абдрахимова, А.А. Ваймер, Д.В. Абдрахимов, К.Б. Исаченко, А.В. Абдрахимов. -СПб.: «Недра», 2005. -199 с.
8. Абдрахимов, В.З. Курс лекций для студентов-заочников инженерно-экономических специальностей высших учебных заведений по строительному материаловедению. / В.З. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова. – Тюмень: Тюменская государственная архитектурно-строительная академия, 2004. – 64 с.
PAGE 22