Материал: Материаловедение. Технология конструкционных материалов (контрольные задачи и методические указания по их решению). Чернушкин О.А., Усачев А.М

Коэффициент теплопроводности для керамического полнотелого кирпича

(λкер. полн) составляет 0,8 Вт/м·0С, пустотелого (λкер.пуст) – 0,58 Вт/м·0С; для кладки из силикатного полнотелого кирпича (λсил.полн) – 0,87 Вт/м·0С, пустотелого

(λсил.пуст) – 0,76 Вт/м·0С.

16. На стройплощадке имеется стальной котел массой (mк) 300 кг для подогрева кровельного битума до температуры (tк) 95 0С.

Какоеколичество(м3) дров потребуется дляприготовления5 тоннбитума (mб)? Начальная температура (tн) котла и битума – 20 0С, КПД котла – 25 %, средняя плотность древесины (ρmдр) – 600 кг/м3, удельная теплота сгорания дров (q) – 12600 кДж/кг. Удельная теплоемкость стали (Cст) – 0,49 кДж/кг, битума

(Сб) – 1,85 кДж/кг.

17. На стройплощадке имеется стальной котел массой (mк) 400 кг для подогрева кровельного битума до температуры (tк) 100 0С.

Какое количество битума (mб) можно приготовить при сжигании 20 т мазута (mм)?

Начальная температура котла и битума (tн) равна 15 0С, КПД котла 30 %, удельная теплота сгорания мазута (qм) - 6000 кДж/кг. Удельная теплоемкость стали (Сст) – 0,49 кДж/кг, битума (Сб) – 1,85 кДж/кг.

18. Какое количество теплоты (Q) за 1 час теряется через стену площадью S = 15 м, толщиной δ = 0,63 м, выложенную из силикатного полнотелого и керамического полнотелого кирпича, если температура внутри помещений (t1) составляет + 20 0С, а снаружи (t2) – 15 0С. Коэффициент теплопроводности керамического кирпича (λкер) – 0,75 Вт/м·0С, а силикатного (λсил) – 0,86 Вт/м·0С.

19. Оценить по величине коэффициента насыщения (Кн) морозостойкость материала, если образец из него в виде куба с ребром (а) 5 см имел массу в сухом состоянии (mс) 175 г, а после насыщения водой его масса (mн) составила 195 г. Закрытая пористость материала (Пзак) 18 %, а истинная плотность (ρ) – 2,4 г/см3.

20. Длина (lt) предварительно напряженной плиты для дорожного строительства при температуре (t1) +10 0С составляет 6 м.

На сколько увеличится длина плиты при нагреве ее до температуры (t2) + 50 0С, если коэффициент линейного температурного расширения железобетона (α) 12∙10-6 м/0C. Какое расстояние между укладываемыми плитами необходимо предусмотреть?

21. По химическому составу шлаков (табл. 1) установить, какой шлак обладает цементирующей способностью и может быть использован в качестве щебня при устройстве дорожных одежд и какой из шлаков более кислотостоек.

6

22. После 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания проч-

ность на сжатие (RсжМ) керамического обыкновенного кирпича составила 12 МПа, а до испытания прочность его на сжатие составляла (Rсжсух) 15 МПа.

Вычислить коэффициент морозостойкости кирпича и установить, выдержал ли он 15 циклов замораживания и оттаивания, если его масса до испытания на морозостойкость (m) составляла 4,2 кг, а после испытания (mМ) уменьшилась до 4,1 кг.

23.Определите насыпную плотность (ρн) и межзерновую пустотность (Пм.з) перлитового и керамзитового песка:

-если масса пустой емкости объемом 1 л составляет 204 г, а заполненной перлитовым песком – 314 г;

-если масса пустого сосуда объемом 1000 см3 – 204 г, а заполненного керамзитовым песком – 626 г;

-если плотность зерен перлитового песка (ρзп) 400 кг/м3; керамзитового песка – 880 кг/м3.

24.Для возведения плотины имеются в наличии следующие материалы: блоки из тяжелого бетона на портландцементе, блоки из тяжелого бетона, изготовленные на гипсовом вяжущем, и блоки из поризованного бетона.

Определите коэффициент размягчения (Кр) и сделайте вывод о пригодности использования данных материалов для возведения плотины.

Предел прочности при сжатии тяжелого бетона в сухом состоянии (Rсжсух) – 42,6 МПа, в водонасыщенном (Rсжвод) – 41,4 МПа. Предел прочности

при сжатии гипсового камня в сухом состоянии – 0,5 МПа, в водонасыщенном – 0,22 МПа. Предел прочности при сжатии поризованного бетона в сухом состоянии – 38,6 МПа, в водонасыщенном – 19,0 МПа.

7

Методические указания к решению задач по разделу 1

1. При определении истинной плотности с помощью объемомера Ле Шателье пользуются формулой

ρ = m ,

V1

где m – масса порошка, засыпаемая в прибор, г;

V1 – объем вытесненной порошком жидкости, см3 (1 см3 = 1 мл). Определив величину ρ и зная среднюю плотность ρm, определяем общую

пористость

Побщ = (1− ρρm ) 100, %.

2.При определении истинной плотности материалов (цемента) с помощью пикнометра пользуются следующей формулой:

где m1 – масса пустого пикнометра, г;

m2 – масса пикнометра с навеской материала, г; m3 – масса пикнометра с навеской и керосином, г; m4 – масса пикнометра с керосином, г.

ρкер – плотность инертной жидкости, в данном случае керосина, г/см3.

3. Средняя плотность образца неправильной формы определяется по формуле

где VС+П – объем образца с парафином на воздухе, см3;

VC+П = (mс +mρп )в −mc+пв ,

где ρв – плотность воды, равная 1 г/см3;

VП – объем парафина, использованного на покрытие образца, см3;

VП = mп .

ρп

8

4. Водопоглощение по объему находится по формуле

ВV =(mнV−mc ) 100, %,

где mс – масса образца в сухом состоянии, г;

mн – масса образца после насыщения водой, г.

Далее определяем среднюю плотность образца ρm = mVс , г/см3.

Вычислив ВV и ρm, находим водопоглощение по массе Вm, используя фор-

мулу

ВV =Вm ρm.

Зная величину истинной плотности ρ и вычислив ρm, определяем общую пористость по формуле

Побщ =(1 − ρρm ) 100, %.

5.Средняя плотность породы составит ρm = mVс ,

где V – объем образца цилиндрической формы, V = π 4d 2 h, см3; Водопоглощение по массе определяется по формуле

Вm =(mнm−mc ) 100, %.

с

Водопоглощение по объему определяется по формуле

ВV =(mнV−mc ) 100, %.

6. Находим объем образца из формулы объемного водопоглощения

ВV =(mнV−mc ) 100, %.

Вычислив V, определяем среднюю плотность ρm = mVс . Общую пористость материала находим из формулы

Побщ =(1− ρρm ) 100,%.

9

7. Средняя плотность образца вычисляется по формуле

Побщ = Потк + Пзак. Откуда Пзак = Побщ − Потк.

Открытая пористость соответствует количеству поглощенной образцом воды, т.е. водопоглощению по объему

Потк = ВV =(mнV−mc ) 100, %.

8. Количество воды В, потерянной материалом при сушке,

В= m100в 6,5, г.

Масса сухого образца составляет

mc =mв −m100в 6,5, г.

Масса образца после водонасыщения mн =mс +40, г. Абсолютная влажность материала определяется по формуле

Wабс =(mвm−mc ) 100, %.

с

Водопоглощение по массе материала определяется по формуле

Вm =(mнm−mc ) 100, %.

с

9. Водопоглощение по массе определяют, используя зависимость

Вm =(mнm−mc ) 100,%.

с

Среднюю плотность камня вычисляется из формулы

ВV =Вm ρm.

10