Материал: Механика прочности и разрушения материалов и конструкций. методические указания к выполнению лабораторных работ для бакалавров направления 08.03.01 и 27.03.01. Славчева Г.С., Верлина Н.А

Составители Г.С. Славчева, Н.А. Верлина

УДК 691:620.18(07)

Механика прочности и разрушения материалов и конструкций [Текст]: метод. указ. к выполнению лабор. работ для бакалавров направления 08.03.01 (270800) – «Строительство» и 27.03.01 (200500) «Стандартизация и метрология» / Воронеж. гос. арх. – строит. ун-т; сост.: Г.С. Славчева, Н.А. Верлина. - Воронеж, 2014.- 21 с.

Методические указания предназначены для изучения бакалаврами направления «Строительство» состава, структуры и свойств композиционных строительных материалов и факторов управления их свойствами последовательно по масштабным уровням структуры.

Табл. 12. Библиограф.: 6 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Воронежского государственного архитектурно-строительного

университета

Рецензент – Д.В. Панфилов, к. т. н, доц., заведующий кафедрой

строительных конструкций, оснований и фундаментов Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Введение

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Механика прочности и разрушения материалов и конструкций» решают задачу закрепления теоретических знаний в области материаловедения строительных композитов, развития практических навыков по изучению структуры и свойств строительных композиционных материалов, освоению методов управления свойствами и методиками проектирования состава композиционных материалов.

В предлагаемом цикле лабораторных работ студент должен:

1. изучить основные закономерности взаимосвязи между составом, структурой и свойствами композиционных строительных материалов последовательно по масштабным уровням их структуры;

2. изучить методику проектирования составов композиционных строительных материалов в зависимости от задаваемых параметров структуры.

Лабораторные работы рассчитаны на 36 часов лабораторных занятий. Принято следующее распределение часов на выполнение данных лабораторных работ.

Таблица

Подготовка к каждой лабораторной работе включает изучение лекционного материала в соответствии с перечнем контрольных вопросов, представленных в настоящих методических указаниях.

По выполненным лабораторным работам составляется отчет, который защищается перед преподавателем. В отчете необходимо представить:

1. название работы;

2. цель работы;

3. перечень используемого оборудования и материалов;

4. методику выполнения работы;

5. результаты работы в виде необходимых расчетов, таблиц, графических зависимостей;

6. выводы.

Лабораторная работа № 1

Изучение структуры и свойств матрицы

композиционных строительных материалов

1.1. Цель работы:

1. Освоение методики оценки параметров структуры и свойств неорганической матрицы композиционных строительных материалов;

2. Исследование влияния параметров структуры на физико-механические свойства матрицы композиционных строительных материалов.

1.2. Контрольные вопросы

1. Что называют композиционными строительными материалами?

2. Какой совокупностью параметров структуры характеризуются композиционные строительные материалы?

3. Какими показателями оценивают основные физико-механические свойства композиционных строительных материалов?

1.3. Оборудование, инструменты и материалы:

1. Емкости для приготовления смеси.

2. Формы-призмы 4416 см.

3. Мерные цилиндры на 500 мл.

4. Весы торговые с пределами взвешивания до 10 кг.

5. Металлические линейки по ГОСТ 427-75*.

6. Пресс гидравлический – УММ-20.

8. Минеральное вяжущее вещество (портландцемент, гипс или др.).

1.4. Рабочее задание

Произвести оценку пористости и предела прочности при сжатии и изгибе образцов цементного (гипсового и др. вяжущего) с разным водовяжущим отношением. На основании полученных результатов работы проводится анализ влияния водовяжущего отношения на параметры структуры (пористость) и прочностные характеристики матрицы композиционных материалов.

1.5. Порядок выполнения работы

Подгруппа студентов разбивается на 3 звена. Каждое звено производит расчет состава матрицы, исходя из задаваемой величины водовяжущего отношения, которое указываются преподавателем.

Состав матрицы и расход материалов на 1 м³ при заданном водовяжущем отношении (В/Вяж) рассчитывают, принимая некоторые допущения, исходя из следующих зависимостей:

V _вяж+V_в=1; (1.1)

m_в/m_вяж=В/Вяж,

где V_вяж- объем вяжущего вещества, м³;

V_в - объем воды, м³;

m_в - масса воды, кг;

m_вяж - масса вяжущего, кг.

Для расчета материалов на 1 м³ смеси приведенная система уравнений преобразуется следующим образом:

где _вяж - истинная плотность вяжущего, кг/м³,

_в – истинная плотность воды, кг/м³.

Затем из уравнения (1.3) находят массу вяжущего вещества, в соответствии с заданным водовяжущим отношением определяют массу воды.

Каждое звено формует две серии образцов, отличающиеся величиной водовяжущего отношения. Серия состоит из 3 образцов-призм размером 4416 см. Образцы всех серий, формуемые подгруппой, должны иметь одинаковые размеры. Твердение отформованных образцов всех серий осуществляется в одинаковых условиях, задаваемых преподавателем. После твердения образцы высушивают до постоянной массы и подвергают техническим испытаниям: их измеряют, взвешивают, а затем испытывают на прочность при изгибе и сжатии. Для оценки структуры матрицы рассчитывается относительный объем микропор и объем твердой фазы в единице ее объема.

После проведения испытаний образцов микробетона для каждого образца рассчитывают предел прочности при изгибе и сжатии и объемную долю пор (V_пор). Для расчета объемной доли пор этого применяют формулу

, (1.4)

где _м - средняя плотность матрицы в сухом состоянии, кг/м³;

_и - истинная плотность матрицы в сухом состоянии, кг/м³.

1.6. Содержание и результаты работы

Результаты испытаний заносят в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Результаты испытаний

Результаты определения объемной доли пор и предела прочности при сжатии статистически обрабатывают: определяют оценку математического ожидания (М) по формуле

(1.5)

величину среднеквадратического отклонения (S):

(1.6)

коэффициент изменчивости (С_v):

%; (1.7)

Результаты статистической обработки (по всем звеньям) заносят в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Результаты статистической обработки

1.7. Выводы

На основе данных табл. 1.2 строят графические зависимости:

1) величины пористости матрицы от величины водовяжущего отношения V_п = f(В/Вяж);

2) предела прочности при изгибе и сжатии от величины пористости матрицы R = f(V_п);

3) предела прочности при изгибе и сжатии от водовяжущего отношения R = f(В/Вяж).

На основании анализа полученных графических зависимостей делается заключение о влиянии водовяжущего отношения и объема пор на физико-механические свойства матрицы композиционных строительных материалов.

Лабораторная работа № 2

Изучение влияния типов цементации на свойства

композиционных строительных материалов

2.1. Цель работы:

Исследование влияния содержания зерен мелкого заполнителя на структуру (тип цементации) и свойства композиционного строительного материала (на примере мелкозернистого бетона).

2.2. Контрольные вопросы

1. Что такое композиционный материал?

2. Что такое масштабный уровень структуры?

3. Как можно охарактеризовать структуру композиционного материала в виде двухкомпонентной системы «матрица-включение»?

4. Как тип цементации композиционных материалов влияет на их прочность?