Контрольная работа по Материаловедению строительные материалы

Федеральное агентство по образованию



Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования



Кафедра инженерных наук и технологий











Контрольная работа



по дисциплине: «Материаловедение 

(строительные материалы)»















Выполнил: __      _ ________

                                                                    (Фамилия И.О.

студент _ _  курса _____ специальность_____________________

                                                             (срок обучения)

группа________ № заченой книжки________________________________



Номер варианта контрольной работы__        № 15___________________



Подпись: _____________________  Дата:____________________________





Преподаватель: _________________________________________________

                                                                                              (Фамилия И.О.)

Оценка: _____________Дата: _______________________________________



Подпись: ________________________________________________________



















Санкт-Петербург

20_







Содержание:

Задача 1 Вариант 1

Определение основных физических и технологических свойств строительных материалов.



Задача 2 Вариант 4

Определение основных механических свойств естественных каменных материалов и неорганических вяжущих веществ



Задача 3 Вариант 2 

Определение основных физических и механических свойств бетонных смесей.



Задача 4 Вариант 15А, 15В

Подбор состава смеси тяжелого бетона.



Задача 5 Вариант 1

Определение физических механических свойств каменных материалов.



Задача 6 Вариант 4

Выбор и расчет свойств балки-швеллера и балки двутавра.



Задача 7 Вариант 4

Определение физических и механических свойств древесины.









































Задача 1 Вариант 1

Определение основных физических и технологических свойств строительных материалов.



1.1.1 

Дано: m =15000 кг, ρ =2800 кг/м3, ρs=1400

Определить: среднюю плотность ρm, пористость n, и пустотность ns образца материала заданного размера и массы :



                      



                     1м

                                                           2м

                                         3м

Решение:

ρm= m/Vnat= 15000/6 = 2500 кг/м3,  где  Vnat=a*b*c = 2*3*1=6м3

n=1-(ρm/ρ) = 1-(2500/2800)=1 - 0,893=0,107*100%=10,7% - пористость

ns =1-(ρs/ρm ) = 1-(1400/2500)= 1 - 0,56=0,44*100%=44% - пустотность



1.1.2  

Дано: масса сухого образца md =20 кг, масса образца, насыщенного водой mw=22 кг

Определить: водопоглощение Wm материала, зная массы образца в сухом и насыщенном водой состоянии.

Решение:

Wm= (mw - md) / md =(22-20)/20 = 0,1*100%=10% - водопоглощение



1.1.3 

Сравнить по эффективности материалы с известными значениями средней плотности ρm  и предела прочности R:

Дано: 

сталь ρm = 7850 кг/м3 ,                            алюминиевый сплав ρm=2700 кг/м3       

Rизг.= 2160 кгс/см2                                   Rизг=500 кгс/см2  



К=Rизг/ ρm= 2160/7850= 0,275                 К=Rизг/ ρm=500/2700=0,185

Ответ: Сталь эффективнее алюминиевого сплава.

Чем выше значение коэффициента, тем более эффективным является материал. 



Задача 2 Вариант 4

Определение основных механических свойств естественных каменных материалов и неорганических вяжущих веществ



2.4.1 

Дано: Гранит, Fmax=120000 кгс

Определить: предел прочности при сжатии Rc заданного образца естественного каменного материала с известными размерами и максимально-допустимой нагрузкой:





                      10см               Решение: Rc=  Fmax /А = (120000/100)=1200 МПа ,    

                                   Где А- площадь поперечного сечения образца до испыт.

                     10см      Fmax- разрушающая сила (нагрузка)

   

   10см



2.4.2 

Дано: Fmaxгипс=1000 кгс,   Fmaxцем=7500 кгс

 Определить предел прочности при сжатии Rc и марку заданных образцов, изготовленных из гипса и цемента:

Решение:

Rc=  Fmaxгипс /А =(1000/100)=10МПа

Rc=  Fmaxцем/А=(7500/100)=75МПа



2.4.3 

Дано:                                                mгранита=2650 г   

                6,25 см

                                                          mгипса = 200 г      

                             4 см                           

                                                          mцемента = 240 г

                            4 см                      

Зная массы и размеры определить среднюю плотность ρm всех образцов:

Решение:

ρm=m/Vnat  , где Vnat=a*b*c=100 см3

ρm гранит=2650/100=26,5*1000=26500 кг/м3

ρm гипс=200/100=2*1000=2000 кг/м3

ρm цемент=240/100=2,4*1000=2400 кг/ м3



2.4.4  

Сравнить по эффективности рассмотренные материалы.

К= Rc / ρm

Гранит                                   Гипс                                    Цемент

Rc  =  1200 МПа                                 Rc=10МПа                          Rc=75МПа

ρm = 26500 кг/м3                               ρm= 2000 кг/м3                               ρm=2400 м3

К=1200/26500=0,0453          К=10/2000=0,005               К=75/2400=0,0313

Ответ: Гранит эффективнее цемента и гипса.



Задача 3 Вариант 2 

Определение основных физических и механических свойств бетонных смесей.                               

                                             15 см



                                                        15 см

                    15 см

                                                         15см



3.2.1 

Дано: Тяжелый бетон, Fmax=45000 кгс

Определить: Rc предел прочности при сжатии, марку и класс бетона.

Решение: Rc=  Fmax/А=(45000/225)=200 МПа



3.2.2

Дано: Керамзитобетон,  Fmax=22500 кгс

Определить: Rc предел прочности при сжатии, марку и класс бетона.

Решение: Rc=  Fmax/А=(22500/225)=100 МПа



3.2.3

Дано: Пенобетон, Fmax=7000 кгс

Определить: Rc предел прочности при сжатии, марку и класс бетона.

                                              10см  



                                                           10см

                       10см



                                                          10см               



Решение: Rc=  Fmax/А=(7000/100)=70 МПа



3.2.4

Дано: mтяж.бетона=7762,5 г; mкерамзитобетона=5737,5 г; mпенобетона=900 г.

Определить: среднюю плотность ρm

Решение: ρm= m/Vnat , где Vnat=a*b*с 

ρm тяж.бет.= 7762,5/3375=2,3*1000=2300 кг/м3

ρm керамзитобет.= 5737,5/3375=1,7*1000=1700 кг/м3

ρm пенобет.= 900/1000=0,9*1000=900 кг/м3



3.2.5 Сравнить по эффективности тяжелый бетон, керамзитобетон, пенобетон, используя полученные данные.

К= Rc / ρm

Тяжелый бетон                   Керамзитобетон                      Пенобетон

Rc  = 20 МПа                                       Rc =10 МПа                                                Rc=7 МПа

ρm  = 2300кг/м3                                 ρm = 1700 кг/м3                                         ρm=900 кг/м3

К=200/2300=0,0869           К=100/1700=0,0588                К=70/900=0,078

Ответ: Эффективнее тяжелый бетон.



Задача 4 Вариант 15А, 15В

Подбор состава смеси тяжелого бетона.

Дано: а) Прочность бетона на осевое сжатие и растяжение Rc =600 кгс/см2 ; Прочность бетона  Rb =500 кгс/м2 ; Осадка конуса  hq =9,5 см ; Расчетное значение водоцементное соотношение   Mw/Mc =0,6

б) Прочность бетона на осевое сжатие и растяжение Rc =500 кгс/см2 ; Прочность бетона  Rb =300 кгс/м2 ; Осадка конуса  hq =12 см ; Расчетное значение водоцементное соотношение   Mw/Mc =0,56



Определить состав бетонной смеси (расход воды, цемента, щебня, песка, фракционный состав щебня). Проверить точность расчета и выполнить корректировку состава, если разница между полученным и расчетным значениями водоцементного соотношения составит более 10%.  



Задача 5 Вариант 1

Определение физических механических свойств каменных материалов.





                                                    6,5 см



                                                   12 см

               25 см

5.1.1

Дано: Керамический кирпич, Fmax=90000 кгс

Определить Rc  , предел прочности при сжатии, марку кирпича.

Решение: Rc=  Fmax/А=(90000/78)=1153,84 МПа



5.1.2

Дано: Силикатный кирпич, Fmax=75000 кгс

Определить Rc  , предел прочности при сжатии, марку кирпича.

Решение: Rc=  Fmax/А=(75000/78)=961,53 МПа



5.1.3

Дано: Шамотный кирпич, Fmax=60000 кгс

Определить Rc  , предел прочности при сжатии, марку кирпича.

Решение: Rc=  Fmax/А=(60000/78)=769,23 МПа



5.1.4

Дано: mкерам.=3120 г;  mсиликатн.=4095 г;  mшамотн.=3510 г.

Определить: среднюю плотность ρm

Решение: ρm= m/Vnat , где Vnat=a*b*с 

ρm керам.=3120/1950=1,6*1000=1600 кг/м3

ρm силикат.=4095/1950=2,1*1000=2100 кг/м3

ρm шамотн.=3510/1950=1,8*1000=1800 кг/м3



5.1.5 Сравнить по эффективности керамический, силикатный, шамотный кирпичи.

К= Rc / ρm

Керамический                                      Силикатный                      

Rc =1153,84 МПа                                 Rc =961,53 МПа                

ρm керам =1600 кг/м3                               ρm силикат =2100 кг/м3          

К=1153,84/1600=0,7212                     К=961,53/2100=0,4579    



Шамотный 

Rc =769,23 МПа

ρm шамотн.= 1800 кг/м3

К=769,23/1800=0,4274

Ответ: Керамический кирпич эффективнее.



Задача 6 Вариант 4

Выбор и расчет свойств балки-швеллера и балки двутавра.



                                                        q









                      L                            [R]=2160 кгс/см2



6.4.1

Дано: погонная нагрузка q=10 кгс/смп, длина l=220 см.

Определить: мах момент посередине балки Мmax

Решение: Мmax= (q*l2)/8, где 8- γ коэффициент надежности по нагрузке.

Мmax=(10*2202)/8=60500 кгс/см



6.4.2

Определить момент сопротивления Wx и выбрать по сортаменту (прилож. 4,5 методических указаний) № швеллера и № двутавра, их моменты инерции Ix и вес 1 м.п. 

Решение: Wx= Мmax/R=60500/2160=28,01см3

По прилож. 4 № балки-швеллера – 10, Ix=174 см4, вес 1 п.м.- 8,59 кг

По прилож. 5 № двутавра – 10, Ix=198 см4, вес 1 п.м. – 9,46 кг



6.4.3

Определить прогиб швеллера ƒx и сравнить с допустимым, если Е=2100000 кгс/см2 .   

                          5   ql4                  10 * 2204        

Решение: ƒx= 384  ЕIx=0,013* 2100000*174=0,8334 см 



6.4.4

Определить прогиб двутавра ƒx и сравнить с допустимым, если Е=2100000 кгс/см2.

                         5    ql4                   10 * 2204

Решение: ƒx= 384  ЕIx=0,013* 2100000*198=0,7324 см



6.4.5

Определить вес швеллера и двутавра. Сравнить вес и сделать вывод.

2,20 (м)*8,59(кг/мп) = 18,898 кг вес балки-швеллера

2,20 (м)*9,46(кг/мп) = 20,812 кг вес двутавра

Вывод: При одинаковой длине вес двутавра больше балки-швеллера. При необходимости облегчить строительную конструкцию, если возможно заменить двутавр на балку-швеллер, то лучше использовать второе. 



Задача 7 Вариант 4

Определение физических и механических свойств древесины.

Два образца пород дерева: Лиственница и Осина.



                    Fmax

                                                                                                  2 см

                                                                                                 

                                                                                                  2 см         

       L=24см                                                  30 см



7.4.1 

Дано: Коэффициент усушки лиственницы Kу лист = 0,56

Разрушающая нагрузка Fmax лист = 249,50 кгс;

Коэффициент усушки осины Kу осины=0,43

Разрушающая нагрузка Fmax осины=170,05 кгс.

Определить: предел прочности при изгибе Rƒ

                        3 * Fmax *  l0

Решение: Rƒ =    2* b * h2    , где  l0 – расстояние м/у опорами = 24 см,  b – ширина поперечного сечения = 2 см ,  h2 – высота поперечного сечения = 2 см.

Rƒ лист=(3*249,50*(24*0,56))/(2*2*22)=10059,84/16=628,74 кгс/см2

Rƒ осина=(3*170,05*(24*0,43))/(2*2*22)=5263,20/16=328,95 кгс/см2



7.4.2

Дано: Масса образца лиственницы mлист =75,02 г.; масса образца осины  mосины =60,03 г.

Определить: среднюю плотность ρm.

Решение: ρm= m/Vnat , где Vnat=a*b*с 

ρm лист= 75,02/120= 0,6252 г/см3

ρm осины=60,03/120= 0,5 г/см3