Пиндюк Т.Ф., Чулкова И.Л. Методы исследования строительных материалов - файл n1.doc

приобрести
Пиндюк Т.Ф., Чулкова И.Л. Методы исследования строительных материалов
скачать (2482 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2482kb.18.09.2012 18:16скачать

n1.doc

  1   2   3   4
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Методические указания

к лабораторным работам


Омск ■ 2011

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

Кафедра «Строительные материалы и специальные технологии»
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Методические указания

к лабораторным работам


Составители: Т.Ф. Пиндюк,

И.Л. Чулкова

Омск

СибАДИ

2011
УДК 691

ББК 26.325.22

Рецензент директор по производству

ООО «ЖБИ Миллениум» А.С. Парфенов

Работа одобрена научно-методическим советом направления 270800.62 (НМСН) факультета ПГС в качестве методических указаний к лабораторным работам по дисциплине «Методы исследования строительных материалов» для студентов специальности 270106, для бакалавров и магистрантов по направлению подготовки «Строительство» профилей 270100.62, 270100.68, 270100.65.

Методы исследования строительных материалов: методические указания к лабораторным работам / сост.: Т.Ф. Пиндюк, И.Л. Чулкова. – Омск: СибАДИ, 2011. – 60 с.

Методические указания составлены на осно­вании учебных планов и программ дисциплины «Методы исследования строительных материалов».

Даны теоретические положения, методика и практи­ческие рекомендации по выполнению лабораторных работ.
Табл. 17. Ил. 1. Библиогр.: 50 назв.

© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2011

Введение
В настоящем учебно-методическом пособии студенты знакомятся с основными методиками ультразвукового метода определения кинетики твердения строительных материалов на основе вяжущих материалов, ультразвукового метода определения прочности строительных материалов и освоение метода расшифровки рентгенограмм.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 5 курса специальности 270106, для бакалавров по направлению «Строительство» профиль «Производство строительных материалов, изделий и конструкций (ПСК)». Могут служить основным пособием при выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Методы исследований строительных материалов», «Технология производства строительных материалов и конструкций», «Вяжущие вещества», «Контроль качества строительных материалов и конструкций», У И PC и специальной части дипломного проекта. Результаты исследований могут быть положены в основу курсовых работ и проектов. Экспериментальная часть методических указаний рассчитана на четырехчасовые лабораторные работы.

Лабораторные работы выполняются за 4 занятия (16 часов).
Безопасность жизнедеятельности
К работе в лабораториях кафедры СМ и СТ допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие инструктаж по технике безопасности с соответствующим оформлением в журнале и имеющие спецодежду.

Перед пользованием оборудованием необходимо ознакомиться с правилами эксплуатации данного оборудования.

При работе с химическими веществами запрещается:

Электрооборудование в случае прекращения подачи электроэнергии необходимо немедленно выключить.

В случае загорания проводов или электроприборов необходимо их немедленно обесточить и тушить только при помощи сухого углекислого огнетушителя.

По окончании лабораторных работ собрать весь инструмент, приборы, отключить все установки от источников электроэнергии.

Лабораторная работа № 1
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ КИНЕТИКИ ТВЕРДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы освоение методики неразрушающего метода контроля процесса твердения строительных материалов.
1. Теоретические положения
В последнее время для определения процессов формирования структуры в изделиях из строительных материалов на неорганических вяжущих широко используют ультразвуковые методы контроля. Эти методы наиболее полно отвечают требованиям непрерывного контроля свойств строительных материалов при их твердении. При этом испытания не сопровождаются разрушением структуры твердеющего материала и не требуют закладки посторонних тел в образец или деталь, а также позволяют получить объективные фи зические показатели, справедливые не только для малых, но и для крупных образцов и деталей.

Скорость распространения ультразвуковых колебаний хорошо характеризует упругие свойства материала, а затухание колебаний – его вязкопластические свойства. Характер изменения скорости ультразвукового сигнала соответствует характеру нарастания прочности независимо от условий твердения, т.е. ультразвуковой метод позволяет получать устойчивую информацию о твердении строительных материалов на протяжении длительного времени.

Применение ультразвукового импульсного метода как средства контроля оправдано тем, что ультразвук характеризуется двумя особенностями – малыми длинами волн и высокими плотностями акустической энергии. Ультразвуковые колебания не обтекают препятствия, а дают звуковые тени и могут быть получены в виде узких направленных пучков – ультразвуковых лучей.

Важной особенностью ультразвукового метода применительно к твердению вяжущих веществ является чувствительность скорости ультразвука к образованию в материале на всех стадиях его твердения контактов различной природы (коагуляционных и кристаллизационных).


Изменение скорости ультразвука при твердении вяжущих веществ
Для анализа процесса твердения его условно разделяют на отдельные этапы, границы которых фиксируются на кривой изменения скорости ультразвука в материале и отмечены периодами времени t1, t2, t3 (рисунок).

Начальное структурообразование, характеризующееся значениями времени t1 и t2, связано с образованием малопрочного кристаллизационного каркаса за счет гидратации полуводного гипса. Гидратные соединения в этом периоде способствуют образованию коагуляционной структуры, которая пронизывается кристаллизационным каркасом двуводного сульфата кальция. Кристаллизационное срастание новообразований основных носителей прочности – гидросульфатов кальция – может быть охарактеризовано временем t3.
2. Выполнение работы
Приготовить тесто вяжущего материала, которое поместить в измерительную форму. В качестве вяжущего материала использовать гипс. Определить нормальную густоту гипсового теста на вискозиметре Суттарда. При определении густоты гипсового теста приготовить смесь гипса с водой в количестве, достаточном для заполнения цилиндра. Для этого отвесить 300 г гипса, добавляя его постепенно к воде, быстро размешать в течение 30 с до получения однородного теста, оставить на 1 мин в спокойном состоянии. Затем, сделав два резких перемешивания, быстро влить массу в цилиндр, поставленный на стекло (прибор Суттарда), и ножом сравнять поверхность гипса с краями цилиндра (на это затратить не более 30 с). Резким вертикальным движением поднять цилиндр, тесто разлить на стекло в конусообразную лепешку, величина которой обуславливается консистенцией теста. Требуемой густотой обладает тесто, которое дает лепешку диаметром около 18 см. Если тесто расплывается в лепешку диаметром менее 18 см, испытание повторить, увеличивая количество воды затворения; если диаметр лепешки больше 18 см, то количество воды затворения уменьшить. Нормальная густота гипсового теста выражается числом кубических сантиметров воды, приходящейся на 100 г гипса. Результаты определения записать в табл. 1.

Таблица 1


Количество воды, %

Расплыв конуса, см

Нормальная густота, см











Затем приготовить гипсовое тесто нормальной густоты из 200 г гипса, поместить его в кольцо от прибора Вика и провести ультразвуковые испытания.

Для измерений использовать преобразователи с собственной частотой колебаний 70 и 130 кГц. Поверхность преобразователей смазать консистентной смазкой.

Через определенные промежутки времени (от 15 с до 15 мин) определить прибором Д-14п время распространения УЗ волн по цифровому индикатору.

Скорость распространения ультразвуковых волн рассчитать по формуле

,

где l база прозвучивания образца, м;r время распространения волн, с.

Результаты испытаний записать в табл. 2.

Таблица 2


Время, с








































Показания прибора, мкс








































Скорость ультразвука, м/с









































По данным измерений построить кривую изменения скорости ультразвука при твердении исследуемого материала и отметить на ней характерные этапы структурообразования.
Контрольные вопросы
1. В чем преимущества неразрушающих методов контроля?

2. Сущность ультразвукового импульсного метода.

3. Какие этапы структурообразования фиксируются на кривой изменения скорости ультразвука?

4. Сущность этапов твердения вяжущих веществ.
Лабораторная работа № 2
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ

ПРОЧНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы – научиться определять прочность бетонных образцов при помощи прибора УК-14п; изучить методику ультразвукового контроля прочности бетона на приборе УК-14п.
1. Теоретические положения
Ультразвук – это упругие колебания среды с частотой более 15-20 кГц. Распространение волн ультразвука подчиняется общим законам акустики. Ультразвук получают, используя пьезоэлектрический или магнитоэлектрический эффект.

Физической основой применения ультразвукового импульсного метода контроля свойств материала является связь между скоростью распространения упругих волн и характеристикой материала.

Скорость распространения ультразвука определяют по формуле

,

где V скорость ультразвука, м/с; l – база прозвучивания, мм; t – время, мкс.

При этом база прозвучивания измеряется с точностью до ± 0,3 % на образцах и ± 0,5 % на изделиях.
2. Назначение прибора УК-14п
2.1. Прибор ультразвуковой УК - 14п предназначен:

- для определения прочности бетона в сборных и монолитных бетонных и железобетонных изделиях и конструкциях с максимальными размерами не менее 3 м в диапазоне 10-15 МПа с погрешностью, не превышающей 12 %, по методике, изложенной в ГОСТ 17624-87;

- контроля твердения бетона в сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкциях в процессе тепловой обработки и твердения их в естественных условиях по методике, изложенной в ГОСТ 24467-80;

- контроля качества огнеупорных бетонных изделий по методике, изложенной в ГОСТ 24830-81;

- определения прочности при сжатии кирпича и камней силикатных по методике, изложенной в ГОСТ 24332-80;

- определения скорости распространения упругих продольных волн в твердых горных породах по методике, изложенной в ГОСТ 21 153.7-75, путем измерения времени (скорости) распространения ультразвуковых колебаний (УЗК).

2.2. Прибор может быть использован для обнаружения дефектов типа несплошностей (зон расслоения и нарушенного адгезионного сцепления) в изделиях из бетона путем измерения длительности фронта первого вступления принятого сигнала.

2.3. Прибор предназначен для работы в заводских условиях, на предприятиях стройиндустрии, строящихся и эксплуатируемых зданиях и сооружениях.

2.4. Прибор эксплуатируется при температуре окружающего воздуха от минус 10 до плюс 50 С и относительной влажности 95 % при 35° С и более низких температурах без конденсации влаги.

2.5. Преобразователи, которыми укомплектован прибор, соответствуют ТУ 25-06.2554-85.

Степень защиты преобразователей УР 53 – по ГОСТ 12997-84.
3. Устройство и работа прибора УК-14п
3.1. Прибор УК - 14п (рисунок) реализует звуковой импульсный метод с раздельным вводом в материал и последующим приемом прошедших через него УЗК.

Прибор двухсторонним доступом к изделию с помощью преобразователей осуществляет сквозное прозвучивание, при одностороннем доступе прозвучивание осуществляется установкой преобразователей на одной поверхности. В приборе предусмотрены два режима работы. В одном режиме прибор автоматически измеряет время, за которое передний фронт ультразвукового импульса проходит известную базу в материале образца или изделия, на основании чего рассчитывается скорость распространения волн. В другом режиме работы прибор измеряет длительность фронта первой полуволны принятого ультразвукового импульса.

3.2. Функциональная схема прибора представлена на рисунке.


Функциональная схема

прибора УК-14п: 1– синхронизатор;

2 – генератор импульсов; 3 – излучающий

преобразователь; 5 – дифференциальный усилитель;

6 – усилитель; 7 – первое пороговое устройство;

8 – второе пороговое устройство; 9 – первый триггер

ворот; 10 – второй триггер ворот; 11 – коммутатор;

12 – преобразователь временного интервала в цифровой код;

13 – блок питания (на схеме не показан)
Принцип работы прибора УК-14п основан на импульсном методе измерения времени распространения ультразвуковых продольных колебаний при прозвучивании контролируемого изделия.
4. Подготовка к работе
4.1. Для приведения прибора в рабочее состояние включить в сеть шнур сетевого блока питания и кнопку сетевого питания «Сеть», которая находится на верхней стенке сетевого блока питания: при этом должен загореться индикатор красного свечения «Сеть» на сетевом блоке питания.

4.2. При питании прибора от гальванического элемента вставить в держатель 6 гальванических элементов А-343 типа ПРИМА и соединить держатель элементов с электронным блоком прибора.

4.3. При питании прибора от автономного источника питания подключить контакты «+» и «–» электронного блока с помощью соединителей ЩЮ 5.282.045 и ЩЮ 5.282.045-01 к выводам «+» и «-» (соответственно) источника питания.

4.4. Перед работой с прибором выполнить следующие под-готовительные работы:

- подключить преобразователи к разъемам «(—>’ и —>’’ )» прибора;

- включить прибор нажатием кнопки "ВКЛ", при этом должен загореться индикатор включения электропитания "ВКЛ'" и индикатор включения «РЕЖИМ» t.

4.5. Произвести коррекцию систематической погрешности прибора с помощью комплекта отраслевых стандартных образцов КМД 19-0, оргстекла ТОСП (МД 19-0-1, МД 19-0-2):

- установить преобразователи соосно на торцевых поверхностях образца МД 19-0-1, предварительно смазанных контактной жидкостью (масло касторовое, ГОСТ 6990-75);

- измерить временя распространения УЗК по цифровому индикатору "ВРЕМЯ", мкс;

- произвести аналогичные измерения времени распространения УЗК в образцах МД 19-0-1 и МД 19-0-2, установленных друг на друга через контактную смазку;

- вычислить «истинное» время распространения УЗК в образце МД 19-0-2 по формуле

,

где t2n – «истинное» время распространения УЗК в образце МД 19-0-2, мкс; t3 – время распространения УЗК в образцах МД 19-0-1 и МД 19-0-2, мкс; t1 – время распространения УЗК в образце МД 19-0-1, мкс;

- установить преобразователи соосно на торцевых поверхностях образца МД 19-0-2, предварительно смазанных контактной жидкостью, и с помощью регулировки «-0-» добиться равенства измеряемого t2 и «истинного» времени распространения УЗК.

Коррекцию систематической погрешности измерения временных интервалов необходимо проводить перед началом работы и при смене преобразователей.

5. Порядок работы
5.1. Измерить время распространения УЗК в образцах и изделиях:

- выполнить операции, изложенные в п. 4.1 - 4.3;

- установить преобразователи соосно на образце материала или контролируемого изделия, предварительно смазанном контактной смазкой;

- при наличии устойчивых показаний зафиксировать результат по цифровому индикатору "ВРЕМЯ", мкс.

5.2. Измерить длительность фронта первого вступления сигнала:

- выполнить операции, изложенные в п. 4.1 - 4.3;

- переключить режим работы переключателя S I РЕЖИМ t, при этом должен загореться индикатор Ч;

- при наличии устойчивых показаний зафиксировать результаты по цифровому индикатору "ВРЕМЯ", мкс;

5.3. При необходимости переключения в режим измерения времени распространения УЗК необходимо нажать переключатель S I РЕЖИМ t.

5.4. В интервале измерения времени распространения УЗК от 20 до 9 900 мкс в показаниях индикатора прибора могут отсутствовать значения от 999,9 до 1001 мкс.

5.5. В целях исключения сбоя показаний индикатора при проведении измерений прибором с подключенными преобразователями через кабели 10 м оператор не должен касаться руками одновременно обоих преобразователей.
6. Определение скорости ультразвука

и прочности бетона
Подготовленный образец прозвучивать в соответствии с п.5. Время прохождения ультразвука использовать для расчета скорости ультразвука по формуле

или ,

в зависимости от наличия таблиц.

Коэффициент С устанавливают экспериментально на основании ультразвуковых и механических испытаний образцов бетона. Для расчета коэффициента С используют образцы, разброс значений скорости в которых не превышает 5 %. Для построения тарировочных кривых R = f(V), как правило, используют 100-200образцов. Результаты испытаний записать в таблицу.

База прозву-чивания, м

Время,

мкс

Скорость ультразвука, м/с

Прочность механическая, МПа













По результатам испытаний построить график зависимости скорости ультразвука от прочности бетона Rсж.
Контрольные вопросы
1. Что такое ультразвук?

2. Какие методы ультразвукового контроля строительных материалов Вы знаете? Дайте им краткую характеристику.

3. Что является основой ультразвукового метода контроля свойств материалов?

4. Как определяется прочность бетона ультразвуковым методом?
Лабораторная работа 3
КАЧЕСТВЕННЫЙ РЕНТГЕНОФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ (РАСШИФРОВКА РЕНТГЕНОГРАММ)
Цель работы – освоение методики по определению качественного состава затвердевших каменных образцов на основе вяжущих веществ с помощью ПФА.
1. Теоретические положения
Под рентгенографическим анализом понимается совокупность разнообразных методов исследования, в которых используется рентгеновское излучение – поперечные электромагнитные колебания с длиной волны 10-2 - 102А0.

Рентгеноструктурный анализ является более универсальным и совершенным методов исследования материалов по сравнению с другими методами анализа. Этот метод позволяет производить не только качественный и количественный фазовый анализы сложных по составу) материалов, но и определять строение кристаллической решетки индивидуальных соединений. Как метод фазового анализа он особенно полезен при исследовании твердых растворов, явлений полиморфизма, процессов распада и синтеза новых соединений.
В зависимости от целей рентгеновского анализа и вида объекта применяются различные методы исследования:

- для поликристаллов – метод порошков Дебая-Шерера;

- для монокристаллов – метод вращения, метод рентгенгониометра Лауэ.

Для изучения структуры сырьевых материалов, клинкера и цементов широко применяется в настоящее время метод с ионизационной регистрацией излучения (приборы УРС-50 ИМ, ДРОН-1). Основным преимуществом этого метода является высокая чувствительность по отношению к отдельным минералам и значительное сокращение времени анализа.

Исследование вяжущих материалов методом рентгеноструктурного анализа направлено в основном на определение состава и количества соединений, образующихся в изучаемом продукте, а также дисперсности твердой фазы
2. Подготовка материала для рентгеновского анализа
Исследуемый материал (10 г) измельчить до полного прохождения через сито № 0,6, после чего набить в держатель из органического стекла, имеющий диаметр кольца 20-25 мм и глубину до 3 мм. Набивку производить постепенно, слой за слоем, причем каждый слой смачивать несколькими каплями абсолютированного спирта. Слои уплотнять специальной лопаточкой. Излишек порошка с заполненной до краев поверхности срезать острым ножом так, чтобы поверхность образца стала гладкой, поскольку от этого зависит точность опыта. Заполненную материалом кювету установить в аппарат и записать рентгенограммы при том или ином режиме работы.
3. Качественный фазовый анализ
Качественный фазовый анализ производится сравнением межплоскостных расстояний d и их интенсивности J, полученных при расшифровке данной рентгенограммы с табличными данными. Знание химического состава вещества облегчает проведение расшифровки рентгенограммы, так как позволяет предположить возможный минералогический состав продукта.



Вид рентгенограммы
Кристаллы каждого индивидуального химического соединения дают специфическую, только им присущую рентгенограмму с характерными величинами межплоскостных расстояний и определенной интенсивностью соответствующих отражений.

Идентификация фазы считается достаточно надежной, если на рентгенограмме наблюдается не менее трех наиболее интенсивных ее линий.

Полученная в результате определения рентгенограмма представляет из себя ломаную линию с резко выделяющимися на ней пиками (рисунок), высота которых зависит от количества минерала в клинкере, например и от коэффициента усиления пересчетного устройства установки, настраиваемого обычно по наиболее интенсивному пику, причем колебания записи 1-3 мм на рентгенограмме от нулевого положения считаются фоном самого прибора и при расшифровке во внимание не принимаются. Одновременно с записью рентгенограммы установка автоматически наносит на неё сетку контрольных линий (через 0,5є или 1є), соответствующих углам отражения рентгеновских лучей от образца, которое позволяет при расшифровке рентгенограммы перейти к межплоскостным расстояниям кристаллической решетки исследуемого образца (табл. 1).


Таблица 1
Пример расшифровки рентгенограмм


Номер пика

Угол, є

d

J

Идентифицируемая фаза (в скобках

на эталонных рентгенограммах)

1

10є00

4.44

1

-

-

Галлуазит (с)

2

10є00

4.25

3

-

Кварц (с)

-

3

11є33

3.85

10

Кальцит (срс)

-

-

4

13є19

3.35

20

-

Кварц (с)

-

5

14є42

3.04

100

Кальцит (оос)

-

-

6

15є45

2.84

2

Кальцит (осл)

-

-

7

16є42

2.68

1

-

-

Галлуазит (сл)

8

18є00

2.49

12

Кальцит (ср)

-

-

9

19є48

2.28

18

Кальцит (с)

Кварц (ср)

-

10

21є39

2.09

14

Кальцит (с)

-

-

11

23є00

1.97

1

-

Кварц (сл)

-

12

23є51

1.93

18

Кальцит (с)

-

Галлуазит (сл)

13

24є18

1.87

18

Кальцит (с)

-

-

14

25є09

1.81

2

-

Кварц (с)

-

15

28є27

1.62

3

Кальцит (осл)

-

-

16

28є48

1.60

5.5

Кальцит (ср)

-

-

17

30є30

1.52

5

Кальцит (ср)

-

-

18

30є45

1.51

4.5

-

-

Галлуазит (ос)

19

31є42

1.47

1

-

Кварц (сл)

-

20

32є25

1.44

5

Кальцит (сл)

-

-

21

32є54

1.42

4

Кальцит (оосл)

-

-


При идентификации фаз в ходе качественного рентгенографического анализа следует учитывать ряд обстоятельств, влияющих на правильность и точность определения состава многофазовых смесей:

1. При сравнении величин d на полученной и эталонной рентгенограммах следует иметь в виду, что их значения в определенных пределах могут отличаться друг от друга. Допустимое отклонение d=±1%.

2. Идентификация надежна, если на рентгенограмме исследуемого материала наблюдается, по крайней мере, 3-5 наиболее интенсивных линий данного соединения.

3. Каждую фазу можно идентифицировать только при ее определенном минимальном содержании в исследуемой смеси. Это минимальное количество называется чувствительностью метода. Например, при анализе клинкерных минералов на фотопленке наблюдаются отчетливые линии, когда их содержание в исследуемом материале составляет не менее 2-3 %.

4. При сравнении интенсивности дифракционных максимумов исследуемой и эталонной рентгенограмм следует учитывать, что абсолютные величины, соотношение интенсивности и характер пиков могут существенно изменяться в зависимости от состава смеси, размера кристаллов, условий съемки и т.д. Например, при совпадении линий двух фаз их интенсивности будут суммироваться.
  1   2   3   4


МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации