Учебное пособие по СМ.07. Учебное пособие по СМ. Учебное пособие для выполнения исследовательских лабораторных работ Издание шестое, Переработанное и дополненное Челябинск
 Скачать 6.27 Mb.
|
|
9 пенетрометра 1 и острие иглы 6 подводят, пользуясь зеркалом 5, к поверхности битума так, чтобы игла только слегка касалась ее. Кремальеру 3 доводят до верхней площадки стержня с иглой, устанавливают стрелку на нуль циферблата 2 или отмечают ее положение. После этого одновременно включают секундомер и нажимают кнопку 4 прибора, давая игле свободно входить в испытуемый образец в течение 5 с. Затем доводят кремальеру вновь до верхней площадки стержня с иглой и отмечают показания прибора. Определение повторяют до трех раз в различных точках на поверхности образца битума, отстоящих от краев чашки и друг от друга не менее чем на 10 мм. После каждого погружения иглу вынимают из гнезда, отмывают кончик ее от приставшего битума бензином или другим растворителем и насухо вытирают по направлению к острию. За величину глубины проникания иглы в десятых долях миллиметра принимают среднее арифметическое результатов трех погружений. Расхождение между результатами параллельных определений не должно превышать 5 % от величины меньшего результата. Вязкость битума, определенная при различных температурах, подсчитывается по формуле h = К / h2, (55) где h – вязкость битума, Па×с; К – коэффициент пересчета, равный 7,86×108; h – глубина проникания иглы пенетрометра, 10-1 мм. По полученным результатам в отчете следует построить графики зависимостей вязкости и растяжимости битума от температуры. 2 Определение растяжимости битума Испытание на растяжимость производят в дуктилометре (рисунок 45), который состоит из ванны (ящик, обитый жестью), внутри которой через всю длину проходит червячный винт 1 с салазками 2; вращение винта придает салазкам поступательное движение; на одной стороне прибора прикреплена стойка с тремя штифтами, соответственно трем штифтам, имеющимся на салазках.  Рисунок 44 − Пенетрометр Включая мотор дуктилометра 3, наблюдают за растяжением битума. Длину нити битума в сантиметрах, отмеченную указателем-стрелкой по линейке в момент разрыва, принимают за растяжимость битума. На салазках закреплен указатель-стрелка, передвигающийся при движении салазок вдоль линейки. Червячный винт приводится в движение от мотора 3. Скорость передвижения салазок 5 см/мин. Формы-восьмерки 4 с битумом закрепляют в дуктилометре, для чего кольца зажимов формы надевают на штифты, находящиеся на салазках и стойке дуктилометра, после чего отнимают боковые части формы. Дуктилометр должен быть наполнен водой, имеющей температуру, соответствующую заданию с погрешностью 0,5 ºC. Вода должна покрывать штифты не менее чем на 25 мм.  Рисунок 45 – Дуктилометр За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных определений. Расхождение между параллельными определениями не должно превышать 10 % от среднего арифметического значения сравниваемых результатов испытаний. 3 Определение температуры размягчения битума Определение температуры размягчения производят на приборе 'Кольцо и шар", состоящего из металлического штатива 1 с тремя пластинками 5 и стакана 6 (рисунок 46). Расстояние между нижней и средней пластинками равно 25,4 мм. В средней пластинке имеются два отверстия диаметром около 19 мм для установки в них колец 2, залитых испытуемым битумом. Кольца с битумом помещают в отверстие на пластинке прибора. В среднее отверстие пластинки вставляется термометр 4 так, чтобы нижняя точка ртутного резервуара термометра была на одном уровне с нижней поверхностью битума в кольцах. Если температура размягчения битума ниже 80 C, штатив с кольцами ставят на 5 мин в стакан, наполненный водой, имеющей температуру 4,5...5,5 C. Если температура размягчения битума выше 80 C, то образец выдерживают в течение 15 мин в глицерине при температуре 35±0,5 C. По истечении 15 мин штатив вынимают из стакана, на каждое кольцо в центре поверхности битума кладут стальной шарик 3 диаметром 9,5 мм (рисунок 47а) и опускают штатив обратно в стакан. Стакан устанавливают на нагревательный прибор так, чтобы плоскость колец была строго горизонтальной. Температура воды или глицерина в стакане после первых трех минут нагрева должна подниматься со скоростью 5±0,5 C в минуту. За температуру размягчения битума принимают температуру, при которой выдавливаемая шариком капля битума коснется нижней пластинки прибopa (рисунок 47б).  Рисунок 46 – Прибор «Кольцо и шар»  Рисунок 47 – Положение шара в приборе «Кольцо и шар» Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 0,5 C. По результатам опытов в отчете следует дать аргументированные объяснения выявленным закономерностям с позиции теории дисперсной структуры битума и указать границы температурных интервалов различных его состояний; а также установить марку исследуемого битума. Составить характеристики кровельных материалов, обосновать их свойства и назначение. 4 Определение водонепроницаемости рулонных кровельных материалов Водонепроницаемость рулонных кровельных материалов определяют на трех образцах размером 130х130 мм. Для испытания применяют прибор, изображенный на рисунке 48. Каждый образец в отдельности помещают между резиновыми прокладками. Поднимают сосуд до тех пор, пока расстояние между верхним уровнем воды в сосуде и нижней поверхностью образца, отмеченной на линейке, станет равным по высоте водяного столба, предусмотренной стандартом на испытываемый материал. При этом на внешней поверхности образца не должно появиться признаков проникания воды. Поверх образца для предохранения его от деформации надо укладывать металлическую сетку с крупными отверстиями. Определять водонепроницаемость можно также по времени, через которое образец пропускает воду при постоянном гидростатическом давлении, и по гидростатическом давлению, выдерживаемому образцом в течение определенного промежутка времени. Водонепроницаемость пергамина можно определять и упрощенным методом. Образец материала размером 300х300 мм осторожно сгибают, придавая ему форму коробки с площадью основания 100х100 мм и высотой 100 мм. Изготовленную коробку помещают на металлический или фанерный лист, сверху которого наложена фильтровальная бумага, пропитанная раствором лакмуса или метилового красного.  Рисунок 48 – Прибор для определения водонепроницаемости рулонных кровельных материалов: 1 – резиновые прокладки; 2 – образец; 3 – фланец; 4 – градуированная линейка; 5 – стеклянный сосуд; 6 – стеклянная трубка; 7 – резиновая пробка В коробку на высоту 50 мм наливают воду, температура которой 20±2 оС, подкисленную соляной или серной кислотой, и выдерживают ее столько времени, пока цвет индикаторной бумаги не начнет изменяться под действием воды, просочившейся через испытываемый материал. В процессе испытания поддерживают постоянный уровень воды в коробке, доливая ее, если она испаряется. Время в сутках от начала испытаний до изменения цвета индикаторной бумаги считают характеристикой водонепроницаемости. Контрольные вопросы 1 К какой группе строительных материалов относят нефтяные битумы? 1 К лакокрасочным материалам. 2 К органическим вяжущим. 3 К неорганическим вяжущим. 4 К строительным растворам. 2Укажите положительные свойства битума. 1 Невысокая температура размягчения. 2 Гидрофобность и водонепроницаемость. 3 Хрупкость при динамических нагрузках. 4 Малая адгезия к каменным материалам. 3Каковы основные группы углеводородов в составе нефтяных битумов? 1 Масла, смолы и асфальтены. 2 Бензин, лигроин и парафин. 3 Бензол, фенол и их производные. 4 Мицеллы и коллоидные частицы. 4 Что представляют собой битумы по структуре при нормальной температуре? 1 Жидкости с высокой вязкостью. 2 Стеклокристаллические тела, характеризующиеся температурным интервалом размягчения. 3 Кристаллические тела с низкой температурой плавления. 4 Коллоидные дисперсные системы. 5 Какие основные показатели лежат в основе классификации битумов по маркам? 1 Пределы прочности при сжатии и растяжении. 2 Средняя плотность и прочность сцепления с поверхностью каменного образца. 3 Вязкость, растяжимость и температура размягчения. 4 Степень водостойкости и водонепроницаемости. 6 Укажите стандартные условия испытания образцов битума на пенетрометре 1 Температура, 25 C, время погружении иглы 5 с под действием груза массой 100 г. 2 Температура 20 C; время погружения иглы 10 с под действием груза массой 100 г. 3 Температура 25 C, время погружения иглы 30 с под действием груза массой 200 г 4 Температура 20 C, гремя погружения иглы 1 с под действием груза массой 50 г. 7 Какой критерий используют для характеристики растяжимости битума в дуктилометре? 1 Время деформации в минутах до момента разрыва образца. 2 Величину деформации в сантиметрах, отмеченную в момент разрыва битумного образца. 3 Величину деформации в сантиметрах, снятую через 5 с после начала деформации образца. 4 Максимальное напряжение в МПа, отмеченное при испытании. 8 Что принимают за температуру размягчения битума при его испытании на приборе "Кольцо и шар"? 1 Температуру, при которой шарик начинает выдавливать битум через кольцо. 2 Температуру, при которой шарик погрузится в кольцо, заполненное битумом. 3 Температуру, при которой шарик начинает выходить из кольца с битумом. 4 Температуру, при которой битум с шариком коснется нижней пластинки прибора. 9 Как можно повысить термостойкость битума? 1 Ввести в битум тонкоизмельченный минеральный порошок. 2 Добавить в битум сырую нефть. 3 Ввести в состав битума органический растворитель. 4 Приготовить на основе битума эмульсии. 10 Чем отличается пергамин от рубероида? 1 Пергамин получают на основа дегтевых вяжущих, а рубероид – на основе битумных. 2 Пергамин не имеет покрытия основы тугоплавкими битумами с обеих сторон. 3 Пергамин – гидроизоляционный материал, а рубероид – кровельный. 4 Пергамин – безосновный материала, а рубероид – основный. Лабораторная работа № 18 ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ Общие сведения Металлы – вещества, обладающие металлическим блеском, пластичностью, высокой прочностью, электро- и теплопроводностью, ковкостью и свариваемостью. Атомы в твердых телах стремятся к такому расположению в пространстве, чтобы энергия их взаимодействия была минимальной. Этому способствует определенный порядок в пространственном размещении частиц, определяемый понятием кристаллическая решетка. Важнейшей особенностью кристаллического состояния является упорядоченное расположение частиц вещества. Если вписать кристаллическую решетку в систему координат, то по расстоянию между ближайшими частицами в кристалле и углам между осями координат можно рассчитать взаимное расположение частиц в твердом теле. Для изучения кристаллического строения можно выделить элемент объема из минимального количества частиц (атомов), многократным переносом (трансляцией) которого в пространстве можно построить весь кристалл. Такой элементарный объем, который характеризует особенности строения данного типа кристалла, называется элементарной ячейкой. (рисунок 49).  Рисунок 49 − Основные виды элементарных ячеек кристаллических решеток металлов а) объемно-центрированная кубическая кристаллическая ячейка; б) гранецентрированная кубическая кристаллическая ячейка; в) гексагональная кристаллическая ячейка Наиболее распространенные кристаллические решетки: − объемно центрированный куб (ОЦК); − гранецентрированный куб (ГЦК); − гексагональная плотноупакованная кристаллическая решетка (ГПУ) и неплотно упакованная кристаллическая решетка. Менее распространены ромбоэдрическая, тетрагональная и более сложные кристаллические решетки. Кристаллические решетки характеризуются следующими основными параметрами (таблица 54): − период решетки – расстояние между центрами двух соседних частиц (атомов, ионов) в элементарной ячейке решетки (а, в, с) – межплоскостное расстояние а, которое выражается в ангстремах (1Å = 10-8 см); − атомный радиус – половина межатомного расстояния между центрами ближайших атомов в решетке при нормальной температуре и атмосферном давлении. Он не является постоянной величиной и зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются координационное число и тип химической связи между атомами в кристалле; − энергия кристаллической решетки – энергия, выделяющаяся при образовании кристаллов из ионов, атомов или других частиц, образующих кристалл, когда исходное состояние этих частиц газообразное. От ее величины зависят температура плавления, модуль упругости, прочность, твердость. Увеличение валентности атомов приводит к увеличению энергии решетки; − координационное число К (плотность) – количество атомов, находящихся на наиболее близком и равном расстоянии от любого выбранного атома в решетке; − базис решетки – количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки. Таблица 54 – Характеристики кристаллической решетки
Плотность упаковки атомов в разных плоскостях и по разным направлениям в кристалле разная. Поэтому и свойства кристаллического тела в разных направлениях разные – анизотропия. Частицы вещества в кристаллической решетке удерживаются за счет электрических связей: − ионная связь – кристаллы состоят из разноименно заряженных ионов (Na, Cl). Такие кристаллы отличаются хрупкостью; − ковалентная связь (атомные кристаллы) – обобществление валентных электронов соседних атомов (алмаз; карбиды Fe3C, SiC; нитриды). Свойства тел с такой связью могут сильно различаться. Как правило, они имеют малую плотность, обладают высокой хрупкостью, иногда высокой твердостью; − полярная связь (молекулярные кристаллы). Такой связью обладают водород, азот, углекислота, вода в твердом закристаллизованном состоянии; − металлическая связь. Кристаллы с такой связью имеют высокую прочность, металлический блеск, высокие показатели электро- и теплопроводности. Кристаллизация протекает в результате переохлаждения расплава, температура которого зависит от скорости охлаждения. Размер кристаллов также зависит от степени переохлаждения расплава. Для металлов характерна перекристаллизация в твердом состоянии − полиморфизм. Это явление имеет большое практическое значение: благодаря полиморфизму железа возможно широкое изменение свойств стали посредством термической обработки (закалки, отжига). Условия кристаллизации влияют на правильность геометрических форм кристаллов. Реальные кристаллы не имеют правильного, идеального регулярного расположения атомов в решетке. В них встречаются дефекты – различные несовершенства. В зависимости от размеров, формы и пространственного расположения различают следующие дефекты. Объемные дефекты, имеющие значительную протяженность во всех направлениях (усадочные; газовые раковины; трещины, образовавшиеся на различных стадиях технологии слитков, отливок или при дальнейшей обработке). Поверхностные дефекты – нарушение порядка расположения атомов в местах стыка сросшихся при кристаллизации зерен. Нарушение порядка в пограничных зонах зерен обычно усугубляется скоплением в этих участках различного рода посторонних включений (шлак и др.). Однако и внутри зерна никогда не наблюдается идеальное строение кристаллической решетки. Установлено, что каждое зерно состоит из отдельных элементов-блоков, размер которых колеблется в пределах 10-3…10-5 см. Отдельные блоки повернуты друг относительно друга на углы порядка нескольких минут. Более крупные образования из нескольких блоков образуют |