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, ρ_s=1400

Определить: среднюю плотность ρ_m, пористость n, и пустотность n_s образца материала заданного размера и массы :

                       

                     1м

                                                           2м

                                         3м

Решение:

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

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

n_s =1-(ρ_s/ρ_m ) = 1-(1400/2500)= 1 - 0,56=0,44*100%=44% - пустотность 

1.1.2

Дано: масса сухого образца m_d =20 кг, масса образца, насыщенного водой m_w=22 кг

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

Решение:

W_m= (m_w - m_d) / m_d =(22-20)/20 = 0,1*100%=10% - водопоглощение 

1.1.3

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

Дано:

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

R_изг.= 2160 кгс/см²                                   R_изг=500 кгс/см²   

К=R_изг/ ρ_m= 2160/7850= 0,275                 К=R_изг/ ρ_m=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, F_max=120000 кгс

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

                      10см               Решение: R_c=  F_max /А = (120000/100)=1200 МПа ,   

                                   Где А- площадь поперечного сечения образца до испыт.

                     10см      F_max- разрушающая сила (нагрузка)

  

   10см 

2.4.2

Дано: F_max^гипс=1000 кгс,   F_max^цем=7500 кгс

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

Решение:

R_c=  F_max^гипс /А =(1000/100)=10МПа

R_c=  F_max^цем/А=(7500/100)=75МПа 

2.4.3

Дано:                                                m_{гранита}=2650 г  

                6,25 см

                                                          m_гипса = 200 г     

                             4 см                          

                                                          m_{цемента} = 240 г

                            4 см                     

Зная  массы и размеры определить среднюю плотность ρ_m всех образцов:

Решение:

ρ_m=m/V_nat  , где V_nat=a*b*c=100 см³

ρ_{m гранит}=2650/100=26,5*1000=26500 кг/м³

ρ_{m гипс}=200/100=2*1000=2000 кг/м³

ρ_{m цемент}=240/100=2,4*1000=2400 кг/ м³ 

2.4.4 

Сравнить  по эффективности рассмотренные  материалы.

К= R_c / ρ_m

Гранит                                   Гипс                                    Цемент

R_c  =  1200 МПа                                 R_c=10МПа                          R_c=75МПа

ρ_m = 26500 кг/м³                               ρ_m= 2000 кг/м³                              ρ_m=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, F_max=45000 кгс

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

Решение: R_c=  F_max/А=(45000/225)=200 МПа 

3.2.2

Дано: Керамзитобетон,  F_max=22500 кгс

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

Решение: R_c=  F_max/А=(22500/225)=100 МПа 

3.2.3

Дано: Пенобетон, F_max=7000 кгс

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

                                              10см 

                                                           10см

                      10см

                                                          10см                

Решение: R_c=  F_max/А=(7000/100)=70 МПа 

3.2.4

Дано: m_{тяж.бетона}=7762,5 г; m_{керамзитобетона}=5737,5 г; m_{пенобетона}=900 г.

Определить: среднюю плотность ρ_m

Решение: ρ_m= m/V_nat , где V_nat=a*b*с

ρ_{m тяж.бет.}= 7762,5/3375=2,3*1000=2300 кг/м³

ρ_{m керамзитобет.}= 5737,5/3375=1,7*1000=1700 кг/м³

ρ_{m пенобет.}= 900/1000=0,9*1000=900 кг/м³ 

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

К= R_c / ρ_m

Тяжелый бетон                   Керамзитобетон                      Пенобетон

R_c  = 20 МПа                                      R_c =10 МПа                                              R_c=7 МПа

ρ_m  = 2300кг/м³                              ρ_m = 1700 кг/м³                                      ρ_m=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 R_c =600 кгс/см² ; Прочность бетона  R_b =500 кгс/м² ; Осадка конуса h_q =9,5 см ; Расчетное значение водоцементное соотношение   M_w/M_c =0,6

б) Прочность бетона на осевое сжатие и растяжение R_c =500 кгс/см² ; Прочность бетона  R_b =300 кгс/м² ; Осадка конуса h_q =12 см ; Расчетное значение водоцементное соотношение   M_w/M_c =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, F_max=90000 кгс

Определить R_c  , предел прочности при сжатии, марку кирпича.

Решение: R_c=  F_max/А=(90000/78)=1153,84 МПа 

5.1.2

Дано: Силикатный кирпич, F_max=75000 кгс

Определить R_c  , предел прочности при сжатии, марку кирпича.

Решение: R_c=  F_max/А=(75000/78)=961,53 МПа 

5.1.3

Дано: Шамотный кирпич, F_max=60000 кгс

Определить R_c  , предел прочности при сжатии, марку кирпича.

Решение: R_c=  F_max/А=(60000/78)=769,23 МПа 

5.1.4

Дано: m_керам.=3120 г;  m_{силикатн.}=4095 г;  m_{шамотн.}=3510 г.

Определить: среднюю плотность ρ_m

Решение: ρ_m= m/V_nat , где V_nat=a*b*с

ρ_{m керам.}=3120/1950=1,6*1000=1600 кг/м³

ρ_{m силикат.}=4095/1950=2,1*1000=2100 кг/м³

ρ_{m шамотн.}=3510/1950=1,8*1000=1800 кг/м³ 

5.1.5 Сравнить по эффективности керамический, силикатный, шамотный кирпичи.

К= R_c / ρ_m

Керамический                                      Силикатный                     

R_c =1153,84 МПа                                 R_c =961,53 МПа              

ρ_{m керам} =1600 кг/м³                               ρ_{m силикат} =2100 кг/м³        

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

Шамотный 

R_c =769,23 МПа

ρ_{m 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 М_max

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

М_max=(10*220²)/8=60500 кгс/см 

6.4.2

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

Решение: W_x= М_max/R=60500/2160=28,01см³

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

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

6.4.3

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

                          5 ql⁴                 10 * 220⁴       

Решение: ƒ_x= 384  ЕI_x=0,013* 2100000*174=0,8334 см  

6.4.4

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

                         5  ql⁴                   10 * 220⁴

Решение: ƒ_x= 384  ЕI_x=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. 

                   F_max

                                                                                                  2 см

                                                                                                

                                                                                                  2 см        

      L=24см                                                  30 см 

7.4.1

Дано: Коэффициент усушки лиственницы K_{у лист} = 0,56

Разрушающая нагрузка F_{max лист} = 249,50 кгс;

Коэффициент усушки осины K_{у осины}=0,43

Разрушающая нагрузка F_{max осины}=170,05 кгс.

Определить: предел прочности при изгибе R_ƒ

                        3 * F_max *  l₀

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

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

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

7.4.2

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

Определить: среднюю плотность ρ_m.

Решение: ρ_m= m/V_nat , где V_nat=a*b*с

ρ_{m лист}= 75,02/120= 0,6252 г/см³

ρ_{m осины}=60,03/120= 0,5 г/см³