Материаловедение.Технология конструкционных материалов

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

А.Ю. Володина

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ 
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Альтаир-МГАВТ

Москва

2007

Альбина Юрьевна Володина

Материаловедение. Технология конструкционных 

материалов

Лабораторный практикум

Компьютерная верстка Т.В. Дементьевой

Подписано в печать ……… 2007 г.
Формат 6090/16. Объем 1,5 п.л.

Заказ № …..… Тираж 30 экз.

Московская государственная академия водного транспорта

117105, г. Москва, Новоданиловская набережная, д. 2, корп. 1

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

А.Ю. Володина

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ 
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Лабораторный практикум

Альтаир-МГАВТ

Москва

2007

А.Ю. Володина

Материаловедение. Технология конструкционных материалов. ла
бораторный практикум. – М.:Альтаир-МГАВТ, 2007. — 24 с.

Лабораторный практикум по дисциплине «Материаловедение. Техноло
гия конструкционных материалов» разработан в виде методических указаний 
для проведения студентами испытаний строительных материалов в лаборатории строительных материалов кафедры «Водные пути и порты».

Тематика лабораторных работ подобрана в соответствии с типовой про
граммой дисциплины. Предлагаемая методика испытаний основана на действующих нормах и ГОСТах.

В каждой лабораторной работе приводятся краткие теоретические све
дения по теме, цель работы, описание инструментов или лабораторной установки, пояснения к выполнению и оформлению работы.

Методические указания предназначаются для студентов очного и заоч
ного обучения строительной специальности в качестве вспомогательного методического материала, обеспечивающего качественное проведение плановых 
лабораторных работ по дисциплине.

Рецензент – доктор технических наук, профессор В.Д. Костюков

Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом МГАВТ

Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры ВПП 

(протокол № 36 от 27 июня 2007 г.).

Ответственность за оформление и содержание передаваемых в пе
чать материалов несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы.

 МГАВТ, 2007
 Володина А.Ю., 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………………………………………………………………... 4 

Лабораторная работа № 1. Определение естественной плотности тяжелого и 

легкого бетонов …………………………………………………………………... 5

Лабораторная работа № 2. Определение насыпной плотности цементного и 

гипсового вяжущих ………………………………………………………………. 6

Лабораторная работа № 3. Взаимосвязь структуры конгломерата и его фазово
го состава …………………………………………………………………………. 7

Лабораторная работа № 4. Влияние структуры конгломерата на его физиче
ские свойства ……………………………………………………………………... 9

Лабораторная работа № 5. Изучение макро и микроструктуры материалов и 

горных пород ……………………………………………………………………. 11

Лабораторная работа № 6. Изучение образцов горных пород ………………. 12

Лабораторная работа № 7. Определение сроков схватывания гипсового 

теста ……………………………………………………………………………… 13

Лабораторная работа № 8. Определение подвижности растворной смеси …. 15

Лабораторная работа № 9. Определение нормальной густоты растворной сме
си …………………………………………………………………………………. 17

Лабораторная работа № 10. Испытание бетона на прочность неразрушающим 

методом ………………………………………………………………………….. 19

Лабораторная работа № 11. Определение прочности цемента ………………. 22

Список литературы ……………………………………………………………... 23

ВВЕДЕНИЕ

Роль и значение  строительных материалов неразрывно связаны с их ра
ботой и поведением в конструкциях и сооружениях за длительный период 
эксплуатации в конкретных условиях. При проектировании и строительстве 
сооружений определяющим фактором является правильный выбор строительных материалов, которые должны обладать определенными свойствами и 
обеспечивать заданную надежность сооружений. Взаимосвязь материалов 
конструкции и срока службы представляет основу для оптимизации структуры и свойств материалов в целях повышения их качества.

Качество строительных материалов оценивают по совокупности показа
телей свойств, которые получают при их испытаниях. Имеются государственные стандарты (ГОСТы) на качественные характеристики каждого материала, 
выпускаемого в массовых количествах. В государственных стандартах приводятся все основные сведения для качественной характеристики конкретного 
материала, указываются числовые значения показателей свойств с соответствующей маркировкой.

Заданные свойства контролируются испытаниями по стандартной мето
дике. Стандартные образцы испытываются на специальных стандартных установках в стандартной последовательности.

Цель лабораторного практикума – изучить и освоить стандартные 

методы определения основных физико-механических свойств материалов, 
уметь оценивать показатели их качества.

В методических указаниях «Лабораторный практикум» изложена мето
дика лабораторных испытаний основных строительных материалов, приведены краткие теоретические сведения по темам, даны определения основных 
свойств испытываемых материалов, приведены описания инструментов и лабораторных установок, представлены журналы записей результатов.

Ориентировочный порядок проведения лабораторных работ:

Информация преподавателя: 


Содержание и цель лабораторной работы, ее продолжительность;


Изучение методических приемов по выполнению лабораторной работы;


Изучение, проверка и установка приборов, используемых в работе;

Работа студентов:


Выполнение лабораторной работы в той последовательности, которая 
обусловлена методическими указаниями и пояснениями преподавателя;


Выполнение подсчетов и заполнение журналов;


Формулировка и запись выводов;


Оформление законченной работы.
После окончания занятия студенты приводят приборы и принадлежно
сти в порядок.

Работы считаются выполненными при положительной оценке препо
давателя, что подтверждается его подписью.

Студенты, не выполнившие запланированные семестровые лаборатор
ные работы, к экзаменам не допускаются. 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ ПЛОТНОСТИ 

ТЯЖЕЛОГО И ЛЕГКОГО БЕТОНОВ

Продолжительность 2 ч

Краткие теоретические сведения

Естественная или средняя плотность 0 – масса единицы объема ма
териала в естественном состоянии (вместе с порами):
0 =   m / V0 (г/см3, кг/м3, кг/дм3)                                                       
(1)

m – масса материала (г, кг);
V0 – объем материала в естественном состоянии (см3, м3, дм3).

Значение средней плотности определяет свойства материала, определя
ет массу строительных конструкций, их размеры, используется при расчете 
транспорта и подъемного оборудования, подсчете силовых нагрузок.

Цель работы

Путем визуального изучения, точного обмера и взвешивания стандарт
ных образцов – кубов тяжелого и легкого (ячеистого) бетона определить их 
естественную плотность 0.

Экспериментальные приспособления

Линейки и весы.

Порядок выполнения

1. С помощью линейки выполнить замеры ребер «а» образцов-кубов, 

записать в журнал;

2. Вычислить объемы V0т и V0л образцов, записать в журнал;
3. Взвесить образцы, записать их массы mт mл в журнал;
4. По формуле (1) вычислить естественную плотность образцов 0т и 

0л, записать в журнал;

5. Сделать сравнения и выводы.

Журнал

№
п/п

описание
образцов

Размеры ребер, а, см

объем
образцов, 

V0i, м3
Масса обрзцов m, кг

Плотность
0, кг/см3

1
тяжелый бетон

2
легкий бетон

Выводы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ 
ЦЕМЕНТНОГО И ГИПСОВОГО ВЯЖУЩИХ

Продолжительность 4 ч

Краткие теоретические сведения

Насыпная плотность pн – масса единицы объема рыхло насыпанных 

зернистых или волокнистых материалов (цемента, песка, гипса, гравия и других). 
pн = m / v, кг/м3 , г/см3
(2)

m – масса рыхло-насыпного материала, г;
v – объем рыхло-насыпного материала, см3.

Цель работы

Определение в лабораторных условиях насыпную плотность строитель
ных материалов – порошка цемента и гипса. 

Экспериментальные приспособления

Алюминиевые бюксы и весы.

Порядок выполнения

1. Приготовить две одинаковые по объему и весу бюксы №1 и №2;
2. Взвесить бюксы и записать их массы: m1 и m2;
3. Замерить и записать объем бюкс v1 и v2;
4. Заполнить  бюксу № 1 сухим цементным порошком, бюксу № 2 – су
хим гипсовым порошком;

5. Встряхиванием уплотнить порошок в бюксах так, чтобы бюксы были 

заполнены вровень с краями;

6. Взвесить заполненные бюксы и записать массы: m1ци m2г;
7. Вычислить массу порошков mц и mг путем вычитания из масс запол
ненных бюкс  m1ци m2г масс собственно бюкс m1 и m2 соответственно;

8. Определить по формуле (2) насыпную плотность цемента ρн.ц и гипса 

ρн.г, записать в журнал.

Журнал

№
п/п

Объем 
бюксы, 
v1,v2, см3

Масса 
бюксы, г
m1, m2

Материал
Масса бюксы с 
материалом
m1ц, m2г;г

Масса 
мате
риала mц , mг,
г

Плотность
ρн,, г/см3

цемент

гипс

Выводы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ КОНГЛОМЕРАТА И 

ЕГО ФАЗОВОГО СОСТАВА

Продолжительность 4 ч

Краткие теоретические сведения

Конгломератами называют композиционные материалы, представляю
щие собой гетерофазные системы, получаемые из нескольких компонентов с 
сохранением индивидуальности каждого из них

К искусственным строительным конгломератам (ИСК) относятся: це
ментно-песчаные растворы, стеклопластики, бетоны, асбестоцемент и многие 
другие. Их получают по специальной технологии, они состоят, как правило, из 
матрицы и упрочняющих компонентов.

Долговечность и эффективность работы, к примеру, бетонных и железо
бетонных сооружений тесно связаны со структурой бетона. В бетоне, как 
конгломерате, различают три типа структур:


структуру цементного камня (микроструктура), 


структуру двухкомпонентного цементно-песчаного раствора (мезоструктура),


макроструктуру системы из крупного заполнителя и цементнопесчаного раствора.
Пористость цементного камня относится к параметрам состояния ма
териала (к физическим свойствам). Пористость обычно характеризуется следующими группами пор: 

 микропоры (2,5-5,0 нм);
 переходные поры (от 2,5-5,0 до 50,0-100,0 нм) – капиллярная пористость;
 макропоры (50,0-100,0 нм);
 полости – поры-пустоты с радиусом более 10000 нм. Здесь находится 

влага в свободном состоянии.
Для качественного цементного камня 80-90 % пористости  составля
ют микропоры и переходные группы пор.

На структурообразование цементного (и гипсового) камня влияют мно
гие факторы, главными из которых являются: тонкость помола, водоцементное (водогипсовое) отношение, время и температура твердения.

Чтобы связать твердые частицы вяжущего вещества между собой, вся их 

удельная поверхность равномерно должна быть смочена водой. Избыток воды 
создает излишнюю пористость затвердевшего камня.

Цель работы


Путем изменения водоцементного (В/Ц) и водогипсового (В/Г) соотношения получить образцы испытываемого искусственного конгломерата 
(ИСК) – цементного и гипсового камня разной структурой;


Проследить влияние количества воды, вводимой в цементную или гипсовую смесь на структуру цементного и гипсового камня


Сделать выводы о влиянии воды на структуру цементного и гипсового камня;


(Сохранить образцы для их использования в работах № 4 и № 11).

Порядок выполнения

1. Приготовить и взвесить три одинаковые навески цемента и три одина
ковые навески гипса. Всего шесть навесок m1 ….. m6;

2. Поместить каждую из навесок в емкости, массы которых m1е … m6е за
ранее известны;

3. Добавить в каждую из навесок воды из расчета 1/4, 1/3 и 1/2 от массы 

вяжущего, тщательно перемешать. Залить в стандартные одинаковые формы;

4. Выдержать некоторое время до затвердевания смесей;
5. Изучить визуально и под микроскопом структуру каждого образца, за
рисовать фрагменты структуры;

6. Сделать выводы по влиянию количества воды на структуру цементного 

и гипсового камня.

Журнал

№
п/п

Цемент, mцi, г
Вода, mвi, г
Структура
Гипс, mгi, г
Вода,mвi, г
Структура

Выводы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ КОНГЛОМЕРАТА

НА ЕГО ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Продолжительность 4 ч

Краткие теоретические сведения

Свойствами называют способность материалов определенным образом 

реагировать на воздействие внешних факторов. Строительные материалы обладают комплексом свойств.

К физическим свойствам относятся свойства, выражающие способность 

материалов реагировать на воздействия физических факторов – гравитационных, тепловых, водной среды и других. Физические свойства характеризуются 
параметрами состояния материалов. Важнейшими физическими параметрами 
состояния материалов является плотность и пористость.

Пористость
конгломератов обычно характеризуется следующими 

группами пор: 

 микропоры (2,5-5,0 нм);
 переходные поры (от 2,5-5,0 до 50,0-100,0 нм) –капиллярная пористость;
 макропоры (50,0-100,0 нм);
 полости – поры-пустоты с радиусом более 10000 нм. Здесь нахо
дится влага в свободном состоянии.

Цель работы

Определение структурных характеристик искусственных конгломератов 

(ИСК), выраженных пористостью «П» цементного и гипсового камня.

Порядок выполнения

1. Приготовленные и исследованные в лабораторной работе № 3 образцы 

цементного и гипсового камня тщательно измеряются, определяются их объемы v0i;

2. Каждый из образцов взвешивается, определяется mi;
3. По формуле  p0 = m/ v0 определяется естественная плотность p0i каждого образца;
4. Определяется истинная плотность цемента p: Цемент засыпается в кол
бу – объемометр, помещенную на лабораторные весы. При заливке определенного объема воды по делениям на колбе определяется объем вытесненной воды, что соответствует объему v материала в абсолютно 
плотном состоянии;

5. Истинная плотность определяется по формуле  p = (v0 / v) 100,%;
6. Пористость П каждого образца – по формуле П = (1 - p0 / p) 100,% или 

П = vп / v (vп – объем пор); Результаты записываются в журнал;

7. Изучается под микроскопом структура каждого из образцов;
8. Делаются выводы о влиянии жидкой фазы - воды на плотность и порис
тость конгломератов.