Материалы для жилищного, промышленного и дорожного строительства


А. В. Каклюгин, И. В. Трищенко









            МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЖИЛИЩНОГО, ПРОМЫШЛЕННОГО И ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА


Учебное пособие










Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020

УДК 691
ББК 38.3
    К16







     Каклюгин, А. В.
К16 Материалы для жилищного, промышленного и дорожного строительства : учебное пособие / А. В. Каклюгин, И. В. Трищенко. — Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. — 260 с. :ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-0387-0


     Описаны методы определения основных свойств и оценки качества природных каменных материалов, древесины, керамического кирпича, важнейших видов минеральных и органических вяжущих веществ, а также заполнителей для цементных растворов и бетонов и минеральных составляющих асфальтобетона. Приведены действующие технические требования, правила проектирования составов и оценки качества сложного кладочного раствора, обычного тяжелого и дорожного бетонов на цементном вяжущем, дорожного горячего асфальтобетона. Даны подробные указания по выполнению лабораторных работ.
     Для студентов, обучающихся по направлению «Строительство» (уровень бакалавриата), а также преподавателей строительных отделений вузов и колледжей, инженеров-строителей, технологов и работников строительных лабораторий.


УДК 691
ББК38.3








ISBN 978-5-9729-0387-0

© А. В. Каклюгин, И. В. Трищенко, 2020
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
                       © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020

        ВВЕДЕНИЕ


              Светлой памяти канд. техн. наук, проф. Юндина Александра Николаевича, многие годы возглавлявшего кафедру строительных материалов Ростовского государственного строительного университета, авторы посвящают настоящее учебное пособие.

      Настоящее учебное пособие представляет собой лабораторный практикум, предназначенный для студентов, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство» (уровень бакалавриата) и изучающих дисциплины «Строительные материалы» и «Дорожное материаловедение и технология дорожностроительных материалов», а также другие дисциплины, раскрывающие технологию производства, применения и оценки качества материалов для жилищного, промышленного и дорожного строительства. Книга может быть полезна преподавателям строительных отделений вузов и колледжей, инженерам-строителям и технологам, а также работникам строительных лабораторий.
      В процессе выполнения лабораторных работ студенты овладеют методиками определения основных свойств и оценки качества природных каменных материалов, древесины, керамического кирпича, важнейших видов минеральных и органических вяжущих веществ, а также заполнителей для цементных растворов и бетонов и минеральных составляющих асфальтобетона. Студенты познакомятся с техническими требованиями к перечисленным строительным материалам и научатся использовать полученные данные при проектировании составов и оценке качества сложного кладочного раствора, обычного тяжелого и дорожного бетонов на цементном вяжущем, а также дорожного горячего асфальтобетона.
      Лабораторные работы проводят в специализированных учебных лабораториях, укомплектованных необходимым оборудованием, приборами и средствами измерений. Используемые лабораторное оборудование и средства измерений должны отвечать требованиям соответствующей нормативно-технической документации и своевременно проходить метрологическую поверку.
      На первом учебном занятии студентов знакомят с правилами техники безопасности, которые необходимо соблюдать при выполнении лабораторных работ. О проведении вводного инструктажа делается соответствующая отметка в «Контрольном листке инструктажа по технике безопасности». На последующих занятиях внимание студентов обращают на соблюдение требований безопасности, специфических при проведении конкретной лабораторной работы.
      Студенты должны соблюдать правила испытаний и обработки полученных результатов, изложенные в настоящем учебном пособии. Результаты всех измерений и расчетов сразу же после их получения следует заносить в таблицы, 3

формы которых приведены в соответствующих разделах. При необходимости должны быть сделаны выводы о качестве испытанных материалов и их соответствии требованиям действующей нормативно-технической документации.
     После выполнения лабораторной работы студенты оформляют и защищают индивидуальные отчеты. Защиту отчета проводят по контрольным вопросам, перечень которых приведен в конце каждого раздела. Для подготовки к контролю знаний студентам рекомендованы литература и нормативные документы, перечень которых содержится в приложении к настоящему учебному пособию.
     Для контроля знаний студентов в процессе как аудиторной, так и самостоятельной работы приведены индивидуальные (вариантные) задания и примеры их решения.
     Авторы-составители настоящего учебного пособия: канд. техн. наук, доц. И.В. Трищенко - разделы 1, 2, 6; 8, 9, 10, 11; канд. техн. наук, доц. А. В. Каклюгин - разделы 3, 4, 5, 7, 12, 13, 14.

4

        ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1. Общие сведения

     Свойство - способность материала определенным образом реагировать на действие одного или нескольких внутренних или внешних факторов. Совокупность свойств, определяющих пригодность материалов для использования по назначению, характеризует их качество. Чтобы правильно выбрать материал, спроектировать и построить здание, необходимо знать свойства и качество применяемых материалов.
     Свойства строительных материалов (иначе их называют техническими характеристиками или показателями назначения) зависят от особенностей их строения, а также от свойств тех веществ, из которых данный материал состоит. В свою очередь, строение материала зависит: для природных материалов -от их происхождения и условий образования, для искусственных - от технологии производства и обработки материала.
     Свойства материала всегда оценивают числовыми характеристиками, которые устанавливают путем лабораторных испытаний специально подготовленных образцов с помощью соответствующего оборудования. Для получения сопоставимых данных, которыми можно воспользоваться при расчете конструкций, испытания обязательно проводят единообразно, в строгом соответствии с требованиями действующих нормативно-технических документов (государственных стандартов или технических условий).
     Каждый материал обладает комплексом разнообразных свойств, определяющих область его рационального применения и возможность сочетания с другими материалами. Свойства строительных материалов подразделяют на физические, механические, химические и физико-химические, которые, в свою очередь, предопределяют их технологические и эксплуатационные свойства. Свойства материалов не всегда остаются стабильными, а в большинстве случаев изменяются под воздействием различных механических, физических и химических факторов.
     Цель настоящей лабораторной работы - ознакомить студентов с основными правилами определения свойств строительных материалов, характеризующих особенности их физического состояния (средняя и истинная плотности, пористость), а также некоторых свойств, определяющих их отношение к водной среде (водопоглощение, капиллярное всасывание, коэффициент насыщения пор водой).


5

     В последующих лабораторных работах будут изучены методы экспериментальной оценки различных свойств строительных материалов конкретных видов.

1.2. Определение средней плотности материала

    1.2.1. Понятие средней плотности

     Средняя плотность - масса единицы объема материала в естественном состоянии (т.е. с порами и пустотами). Среднюю плотность, рср, кг/м³ (г/см³), рассчитывают по формуле
m
рср V •>                           С¹-¹)
V е

где m - масса образца, кг (г);
     Vₑ - объем образца в естественном состоянии, м³ (см³).

     Среднюю плотность определяют путем испытания образцов материала в состоянии естественной влажности или в нормированном влажностном состоянии: сухом, воздушно-сухом, нормальном, водонасыщенном.
     В настоящей лабораторной работе предусмотрено определение средней плотности строительных материалов в воздушно-сухом состоянии.
     Образцы предварительно подготавливают к испытаниям: очищают их от пыли и рыхлых частиц и выдерживают не менее 10 сут. в помещении при температуре (25 ±10) °С и относительной влажности воздуха (50 ±20) %.
     Методика определения средней плотности зависит от формы испытываемого образца: правильной или неправильной геометрической формы.

    1.2.2. Определение средней плотности материала испытанием образцов правильной геометрической формы!

     Аппаратура (должна соответствовать требованиям нормативнотехнической документации на строительный материал конкретного вида):
     -  весы лабораторные технические;
     -  штангенциркуль.
     Проведение испытаний. Испытания проводят на образцах-кубах или цилиндрах.
     Массу образца m, г, определяют путем его взвешивания.
     С помощью штангенциркуля измеряют геометрические размеры образцов, см:
     -  у куба - длину a, ширину b и высоту h;
     -  у цилиндра - диаметр d и высоту h.


6

     Геометрические размеры образцов измеряют согласно схеме, представленной на рисунке 1.1.
     Длину, ширину и высоту куба измеряют в трех местах: по параллельным друг другу ребрам и средней между ними линии (посередине замеряемой грани).

а)                                       б)
Рис. 1.1. Схема измерения геометрических размеров образцов: а - измерение размеров куба; б - измерение размеров цилиндра

     За окончательный результат по каждому линейному размеру принимают среднее арифметическое значение.

    ау                  
аер    + а 2 + а 3 (1.2)
       3        ,       
    b                   
    1  + b 2 + b3  (1.3)
bep    3        ,       

hep

h₁ + h ₂ + h₃

(1.4)

где  aₑₚ, bₑₚ, hₑₚ - среднее арифметическое значение соответственно длины,
     ширины и высоты куба, см;
     а₁, а₂, а₃ - фактические значения длины соответственно в первом, втором, третьем замерах, см;
     b₁, b₂, b₃- то же, ширины куба, см;
     h₁, h₂, h₃ - то же, высоты куба, см.
     Средние арифметические значения геометрических размеров образца-куба используют в расчете его объема в естественном состоянии Vₑ, см³.


7

V = a ■ b ■ h . e         cP cP cP


(1.5)

     Диаметр цилиндра измеряют четыре раза: по два взаимно перпендикулярных диаметра на верхнем и нижнем основании (d₁, d₂и d₃,d₄). По результатам замеров рассчитывают среднее арифметическое значение диаметра dcₚ, см.


_d₁ + d₂ + d₃ + d ₄
dcp =       ₄


(1.6)



     Высоту измеряют по образующим цилиндра, проходящим через точки пересечения выбранных диаметров с окружностью. По результатам замеров рассчитывают среднее арифметическое значение высоты hcₚ, см.


_h + h ₂ + h₃ + h ₄ hcP =          ₄         ,


(1.7)

где   hj, h₂, h₃, h₄ - фактические значения высоты соответственно в первом,
     втором, третьем, четвертом замерах, см.
      Средние арифметические значения диаметра и высоты цилиндра используют для определения его объема в естественном состоянии Vₑ, см³.

л dc² ,
Ve = ₄' hcp •                        (1.8)

      Результаты испытаний и вычислений заносят в табл. 1.1 и по форму-ле(1.1) рассчитывают среднюю плотность pcₚ испытанного материала.

    1.2.3. Определение средней плотности пористых материалов испытанием образцов неправильной геометрической формы!

      Аппаратура и вспомогательные материалы (должны соответствовать требованиям нормативно-технической документации на материал):
      -  весы технические коромысловые;
     -  стеклянный сосуд с водой;
      -  разновесы;
      -  электрическая печка;
      -  парафин технический.
      Проведение испытаний. Испытания производят с использованием метода гидростатического взвешивания (рисунок 1.2) в следующей последовательности:


8

Таблица 1.1

Результаты определения средней плотности

         Показатели          Наименование материалов                        
                                                                            
Масса образца m , г                                                         
Размеры куба, см:                                                           
длита:      а1, а 2, а 3                                                    
a'                                                                          
ширина:    bi5 b2, b3                                                       
К                                                                           
высота:    h1, h2, h3                                                       
hcp                                                                         
Размеры цилиндра, см:                                                       
диаметр: di, d 2, d3, d 4                                                  
d                                                                           
cP                                                                          
высота:    hi, h 2, h 3, h 4                                               
             hP                                                             
Объем образца V, см3                                                        
Средняя   плотность pcp,                                                    
г/см3                                                                       
Средняя плотность pcp,                                                      
кг/м3                                                                       

     -       определяют массу образца m, г, взвешивая его на технических коромысловых весах;
     -        образец обвязывают нитью и покрывают его поверхность тонким слоем парафина, расплавленного при температуре 75-85 °C. Охлажденный образец осматривают. Образовавшиеся на парафиновой пленке трещины и пузырьки удаляют при помощи горячей иглы;
     -       определяют массу образца, покрытого парафином, mь г, взвешивая его на технических коромысловых весах;
     -       за нить образец подвешивают к крючку, закрепленному на левом конце коромысла весов, и погружают его в сосуд с водой. Определяют массу образца в воде m₂, г. При взвешивании образец не должен касаться стенок и дна сосуда.
     По результатам взвешивания выполняют вычисления.

9

Рис. 1.2. Испытания с применением метода гидростатического взвешивания:
1 - образец; 2 - сосуд с водой; 3 - нить; 4 - крючок для подвешивания образца; 5 - подставка;
6 - весы для гидростатического взвешивания

      Массу парафина, покрывающего образец тпар, г, рассчитывают по формуле
тпар = т1 - т                           (1-9)
      Объем парафина, покрывающего образец Vₙₐₚ, см³, рассчитывают по формуле
m
Vnap = -²ПаР,                        (1-Ю)
Р пар
где  рпар - плотность парафина, г/см³;
      Рпар = ⁰,⁹³г/см³
      Объем образца, покрытого парафином, V , см³, вычисляют по формуле
V ₌ m¹ ⁻ m² ,                        (1-11)
Р воды
где  Рводы - плотность воды, г/см³;
      Рводы = ¹,⁰ г/см³      Объем образца в естественном состоянии Vₑ, см³, рассчитывают по формуле
Vₑ = V - Vnap -                      (1-12)

10