Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

О.А. Чернушкин, а.М. Усачев, с.М. Усачев, с.В. Черкасов строительные материалы

Учебное пособие

В оронеж 2016

УДК 620.22, 691.1 (07)

ББК 38.3

Ч-495

Рецензенты:

кафедра строительного материаловедения и дорожных технологий

Липецкого государственного технического университета;

П.Ф. Федюшин, главный инженер ОАО «Завод ЖБИ-2»

Ч-495

Чернушкин, О.А. Строительные материалы: учеб. пособие / О.А. Чернушкин, А.М. Усачев, С.М. Усачев, С.В. Черкасов; Воронежский ГАСУ. – Воронеж, 2016. – 137 с.

Содержит задачи по дисциплине «Строительные материалы», а также методические указания по их решению.

Предназначено для студентов бакалавриата заочной формы обучения направления подготовки «Строительство».

Табл. 10. Библиогр.: 7 назв.

УДК 620.22, 691.1 (07)

ББК 38.3

Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом

Воронежского ГАСУ

ISBN 978-5-89040-633-0 © Чернушкин О.А, Усачев А.М.,

Усачев С.М., Черкасов С.В., 2016

© Воронежский ГАСУ, 2016

Введение

Учебное пособие «Строительные материалы» разработано в соответствии с рабочими программами дисциплины «Строительные материалы» для студентов-заочников, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство».

Однако пособие может быть использовано студентами других специальностей, профилей, изучающих дисциплины «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов», «Строительные материалы и изделия» как по дневной, так и по заочной формам обучения.

Как показывает опыт преподавания дисциплины «Строительные материалы», наибольший эффект при их самостоятельном изучении достигается путем решения конкретных примеров и задач производственной направленности. Тем более, что учебным планом предусматривается выполнение студентами-заочниками нескольких контрольных домашних заданий, включающих решение задач.

В настоящем пособии приведены примеры и задачи по двенадцати основным разделам курса «Строительные материалы». С целью оказания помощи в решении задач и углубления практической подготовки студентов в пособии приведены методические указания по решению задач и необходимые приложения. Дополнительный материал для выполнения контрольных работ студент-заочник может получить из библиографического списка рекомендуемой литературы.

При составлении данного учебного пособия учтен многолетний опыт работы кафедры Технологии строительных материалов, изделий и конструкций Воронежского ГАСУ на заочном факультете.

Раздел 1 Физические свойства строительных материалов

1. При засыпке 50 г порошка гранита в объемомер Ле Шателье уровень жидкости поднялся до отметки 18 мл. Определить истинную плотность (ρ) гранита и его общую пористость (П_общ), если средняя плотность гранита (ρ_m) 2720 кг/м³.

2. При определении истинной плотности цемента пикнометрическим методом масса пикнометра с навеской составила 42,8 г, масса пустого пикнометра – 32,35 г, масса пикнометра с керосином – 72,28 г, а масса пикнометра с навеской материала и керосином – 80,02 г. Определите истинную плотность (ρ) цемента, приняв плотность керосина ρ_кер = 0,798 г/см³.

3. Образец пористого камня неправильной формы имел массу на воздухе в сухом состоянии (m_с) 120 г. После покрытия поверхности образца парафином его масса в воде (m_с+п^в) составила 48 г. На парафинирование образца израсходовано (m_п) 1,2 г парафина плотностью ρ_п = 0,93 г/см³.

Определить среднюю плотность камня.

4. Масса сухого образца из ракушечника (m_с) равна 500 г. После насыщения водой масса образца (m_н) составила 640 г. Найти общую пористость, водопоглощение по массе и объему ракушечника, если истинная плотность его ρ = 2,5 г/см³, а объём (V) образца составляет 450 см³.

5. Цилиндрический образец горной породы диаметром (d) 5 см и высотой (h) 5 см имел массу в сухом состоянии (m_c) 225 г. После насыщения водой его масса (m_н) составила 245 г. Определить среднюю плотность горной породы и её водопоглощение по массе и объему.

6. Масса образца каменного материала в сухом состоянии (m_с) составляет 695 г, а после насыщения его водой (m_н) – 715 г. Определить среднюю плотность и общую пористость камня, если известно, что его истинная плотность (ρ) составляет 2,67 г/см³, а объемное водопоглощение (В_V) – 4,28 %.

7. Определить закрытую пористость бетонного образца-куба с ребром а = 7 см и массой в сухом состоянии (m_с) 750 г, если при полном насыщении водой он увеличил свою массу на 45 г. Истинная плотность (ρ) материала составляет 2,6 г/см³.

8. Каменный материал в естественном состоянии имел массу (m_в) 375 г. При сушке он потерял 6,5 % своей массы, а при последующем водонасыщении его масса (m_н) увеличилась на 40 г. Найти абсолютную влажность и водопоглощение материала по массе.

9. Масса образца камня в сухом состоянии (m_с) равна 160 г. После насыщения его водой (m_н) она стала 170 г. Определить водопоглощение по массе и среднюю плотность камня, если водопоглощение по объему (В_V) этой горной породы составляет 12,5 %.

10. Абсолютная влажность (W_абс) образца из природного камня равна 4 %. Определить его массу в естественном состоянии m_в, если после водонасыщения его масса (m_Н) составила 225 г, а водопоглощение камня по массе (В_m) – 12,5 %.

11. Масса образца горной породы в водонасыщенном состоянии (m_н) составляет 230 г. Определить его массу в естественном состоянии (m_в), среднюю плотность (_m) и теплопроводность (), если водопоглощение по массе (В_m), объему (В_V) и абсолютная влажность (W_абс) составляют 15, 24 и 5 % соответственно.

12. Вычислить толщину стен жилых зданий () из газосиликатных блоков и керамического полнотелого кирпича, если общее термическое сопротивление стены R₀ = 1,4 м²·⁰С/Вт.

Коэффициент теплопроводности для кладки из керамического кирпича (λ_{кер. кир}) составляет 0,65 Вт/м·⁰С, а для газосиликатной кладки (λ_газ) – 0,22 Вт/м·⁰С.

13. Каменный материал в виде образца кубической формы с ребром (а) 5 см в воздушно-сухом состоянии имеет массу (m_с) 90 г.

Вычислить ориентировочный коэффициент теплопроводности и определить, можно ли использовать данный материал в ограждающих конструкциях жилых зданий.

14. В качестве ограждающих конструкций жилых зданий используются трехслойные железобетонные панели с внутренним теплоизоляционным слоем из полужестких минераловатных плит и внешним слоем из тяжелого бетона. Суммарная толщина слоев из тяжелого бетона составляет 10 см.

Определить толщину теплоизоляционного слоя для термического сопротивления ограждающей конструкции R₀ = 1,75 м²·⁰С/Вт.

Коэффициент теплопроводности для тяжелого бетона и минеральных плит составляет соответственно 2,04 и 0,09 Вт/м·⁰С.

15. Вычислить толщину стен из керамического и силикатного полнотелого и пустотелого кирпича для условий ЦЧР, если общее термическое сопротивление стен R₀ = 2,89 м²·⁰С/Вт.

Коэффициент теплопроводности для керамического полнотелого кирпича (λ_{кер. полн}) составляет 0,8 Вт/м·⁰С, пустотелого (λ_{кер.пуст}) – 0,58 Вт/м·⁰С; для кладки из силикатного полнотелого кирпича (λ_{сил.полн}) – 0,87 Вт/м·⁰С, пустотелого (λ_{сил.пуст}) – 0,76 Вт/м·⁰С.

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

Какое количество (м³) дров потребуется для приготовления 5 тонн битума (m_б)?

Начальная температура (t_н) котла и битума – 20 ⁰С, КПД котла – 25 %, средняя плотность древесины (ρ_m^др) – 600 кг/м³, удельная теплота сгорания дров (q) – 12600 кДж/кг. Удельная теплоемкость стали (C_ст) – 0,49 кДж/кг, битума (С_б) – 1,85 кДж/кг.

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

Какое количество битума (m_б) можно приготовить при сжигании 20 т мазута (m_м)?

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

18. Какое количество теплоты (Q) за 1 час теряется через стену площадью S = 15 м, толщиной  = 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 (_кер) – 0,75 Вт/м·⁰С, а силикатного (_сил) – 0,86 Вт/м·⁰С.

19. Оценить по величине коэффициента насыщения (К_н) морозостойкость материала, если образец из него в виде куба с ребром (а) 5 см имел массу в сухом состоянии (m_с) 175 г, а после насыщения водой его масса составила (m_н) 195 г. Закрытая пористость материала (П_зак) 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.

Таблица 1

Химический состав шлаков

Номер пробы	Химический состав, %
	MnO	SiO2	Al2O3	MgO	CaO	SO3	FeO
1	3,00	38,10	8,54	1,46	44,50	0,46	0,68
2	2,00	35,20	7,91	6,58	46,50	0,40	0,41

22. После 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания прочность на сжатие (R_сж^М) керамического обыкновенного кирпича составила 12 МПа, а до испытания прочность его на сжатие составляла (R_сж^сух) 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 (m^М) уменьшилась до 4,1 кг.

23. Определите насыпную плотность (ρ_н) и межзерновую пустотность (П_м.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 (ρ_зп) 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 (К_р) и сделайте вывод о пригодности использования данных материалов для возведения плотины.

Предел прочности при сжатии тяжелого бетона в сухом состоянии (R_сж^сух) – 42,6 МПа, в водонасыщенном (R_сж^вод) – 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.