Зачем проводить испытание на твердость?

Вопросы к экзамену по курсу

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

СОЦИАЛЬНО-КУЛЬТУРНОГО СЕРВИСА И ТУРИЗМА»

(VII семестр)

1. Цели и задачи курса. Роль технических средств и применяемых технологий в повышении качества предоставляемых услуг в сфере социально-культурного сервиса и туризма.

2. Современные тенденции развития материально-технической базы и технологий в сфере социально-культурного сервиса и туризма.

3. Строительство в социальной сфере. Классификация зданий.

Зданиями называют строения, имеющие помещения, предназначенные для определенной деятельности людей. Строения, не имеющие таких помещений, называются инженерными сооружениями (мосты, водонапорные башни и т.д.)
Здания подразделяют на две основные группы: гражданские (общественные здания, школы, жилые дома и т.д.) и промышленные (производственного назначения).
Промышленные здания подразделяются по объемно-планировочным решениям на две основные группы: здания, объемно-планировочные и конструктивные решения которых зависят от характера технологического процесса, например, для металлургических, нефтеперерабатывающих, цементных предприятий, и здания, объемно-планировочные решения которых не зависят от технологии, т.е. в них предусматривается размещение различных предприятий. Такие здания называются универсальными (для предприятий приборостроения, легкой промышленности и т.д.).
По этажности здания подразделяют на одноэтажные, малоэтажные (до 3 этажей включи-тельно), многоэтажные (4-9 этажей), повышенной этажности (10-20 этажей) и высотные (более 20 этажей). В промышленности распространены одноэтажные, большие по размерам в плане здания с расстановкой колонн внутри помещений и многоэтажные.
По конструктивным схемам можно выделить следующие варианты зданий:

· бескаркасные, где вся нагрузка ложится на внешние и внутренние стены;

· каркаснопанельные с полным каркасом — остовом здания здесь является собранный из же-лезобетонных конструкций (колонн, балок и т.д.) каркас с наружными и внутренними панельными сте-нами, несущие колонны идут вдоль стен и между стенами;

· каркасные здания с неполным каркасом — крайние элементы перекрытия здесь опираются на наружные кирпичные стены;

· здания без внутренних опор — большепролетные перекрытия, опирающиеся на наружные кирпичные стены.

Наземные постройки с помещениями для отдыха, учебы, работы называют зданиями. К ним относят жилые дома, школы, кинотеатры, вокзалы, заводские цехи, теплицы и т.д.

В соответствии с назначением здания могут быть объединены в следующие группы:

· жилые — для постоянного или временного проживания (квартирные дома и общежития);

· общественные — для социального обслуживания и размещения административных учреждений (школ, кинотеатров, поликлиник, заводоуправлений и т.д.);

· промышленные — для размещения производств (цехи, депо, мастерские, гаражи и т.п.);

· сельскохозяйственные — для обслуживания потребностей сельскохозяйственного производства (коровники, птичники, овощехранилища и т.д.).

Жилые и общественные здания составляют группу, называемую гражданскими зданиями. Постройки технического назначения (мосты, плотины, дымовые трубы, галереи и т.д.) называют сооружениями. Нередко в некоторых сооружениях размещают помещения торгового назначения (например, в подземных переходах — магазины, в телевизионной башне — ресторан и т.д.).
Классификация (систематизация) зданий приведена на рис.1.1:

Зачем проводить испытание на твердость? - student2.ru

Рис. 1.1. Классификация зданий

· по назначению — гражданские, промышленные, сельскохозяйственные;

· по этажности — малоэтажные (до 5 этажей), средней этажности (5-12 этажей), высотные (более 12 этажей);

· по конструкции стен — мелкоэлементные (из кирпича, керамического камня, мелких блоков и др.), крупноэлементные (из крупных блоков, панелей, объемных блоков);

· по способу возведения — полносборные, монтируемые из конструкций и деталей заводского изготовления, и неиндустриальные, выкладываемые из мелкоштучных изделий (кирпича, керамического камня);

· по степени долговечности (т.е. по способности конструктивных элементов сохранять требуемые эксплуатационные качества) —на четыре степени: I — со сроком службы более 100 лет, II — 50-100, III — 20-50, IV — до 20 лет (временные здания);

· по степени огнестойкости (т.е. по возможности частей здания сохранять при пожаре функции несущих и ограждающих элементов): I—III — с каменными конструкциями, IV — с деревянными оштукатуренными, V — с деревянными неоштукатуренными.

По совокупности требований, касающихся степени долговечности, огнестойкости и других эксплуатационных качеств, все здания делятся на четыре класса:
I — крупные промышленные и общественные здания, жилые дома в 9 этажей и более с повышенными эксплуатационными и архитектурными требованиями;
II — большинство небольших промышленных и общественных зданий, жилые дома до 9 этажей;
III — здания со средними эксплуатационными и архитектурными требованиями, жилые дома до 5 этажей;
IV — временные здания с минимальными эксплуатационными и архитектурными требованиями.
Класс здания устанавливает проектная организация, разрабатывающая рабочие чертежи, указания по отнесению проектируемых зданий и сооружений к тому или иному классу, а также эксплуатационные требования, степень долговечности и огнестойкости их основных конструктивных элементов приведены в нормах проектирования соответствующих зданий и сооружений.
Возводимые здания должны наиболее полно отвечать их назначению и удовлетворять следующим требованиям:

· функциональным, отражающим соответствие размеров и расположения помещений назначению здания;

· техническим, обеспечивающим защиту помещений от воздействий внешней среды, а также достаточную прочность, устойчивость, долговечность и огнестойкость основных конструкций здания;

· эстетическим, выполнение которых формирует внешний облик здания (путем выбора соответствующих строительных материалов), обеспечивает их высокое качество и гармоничную связь здания с окружающей средой;

· противопожарным, учет которых гарантирует при подборе соответствующих конструкций достаточную степень огнестойкости;

· экономическим, предусматривающим уменьшение затрат труда, материалов и сокращение сроков возведения здания.

Рассмотренные требования к зданиям взаимосвязаны (в отдельных случаях противоречивы) и предполагают в ходе проектирования и строительства объекта выбор наилучших решений.
Важнейшая народнохозяйственная задача — снижение стоимости зданий в результате экономичного решения плана здания, выбора соответствующих материалов и конструкций с учетом их стоимости, долговечности и эксплуатационных качеств, применения высокопроизводительных технологий, сокращения сроков и повышения качества строительства.

4. Основные части зданий и их конструкционное выполнение.

Основные конструктивные элементы зданий. Основными конструктивными элементами зданий являются фундаменты, стены и перегородки, перекрытия, крыша, лестницы, окна и двери.
Фундамент — часть здания, находящаяся ниже поверхности земли, передающая нагрузку здания на основание. Основанием служат слои грунта, расположенные под зданием и обладающие необходимой несущей способностью. Горизонтальная плоскость, по которой передается нагрузка от фундамента на грунт, называется подошвой фундамента. Фундаменты подразделяются на ленточные — укладывают под стены здания, столбчатые — под колонны, сплошные — под все здание при недостаточной несущей способности грунта и свайные — при глубоком заложении фундамента, например, при возведении высотных зданий.
Находясь в грунте, фундаменты подвергаются воздействию грунтовых вод и влаги, поэтому вокруг здания делают отмостку — полосу асфальта шириной 0,5 м и с уклоном 2-5°, а для защиты от капиллярного проникновения влаги по стенам — вертикальную и горизонтальную гидроизоляцию между фундаментом и стеной.

Стены по месту расположения делятся на наружные и внутренние. Нижняя часть стены называется цоколем, она обычно выступает и снаружи декоративно оформляется.
Стены подразделяются на несущие, которые несут на себе перекрытия, самонесущие — несут только собственный вес, а перекрытия лежат на колоннах, и навесные — панели стен крепятся к колоннам. По вертикали в структуру стены могут входить: карниз 1 — для защиты от стоков воды, парапет (ограждение над крышей), 2 — собственно стена с оконными проемами, перемычкой 3 и простенком 4, цоколем 5 и фундаментом с гидроизоляцией 6; вокруг стены, как указывалось выше, делается отмостка — наклонное асфальтовое покрытие для защиты фундамента от стоков воды. Элементами стены являются также балконы, эркеры и лоджии.

Балкон представляет собой открытую площадку, выступающую за плоскость наружной стены. Ограждением балкона служат перила, укрепленные на стойках по всему периметру железобетонной плиты, закрепленной в стене. В некоторых случаях балконные плиты укрепляют на кронштейнах.

Эркер — остекленная часть помещения, выступающая наружу по отношению к плоскости фасадной стены здания. Эркер увеличивает площадь расположенного за ним помещения и значительно улучшает освещенность, что особенно важно для северной ориентации фасадов зданий.

Лоджии представляют собой закрытое с трех сторон, кроме фасадной, помещение, образованное за счет объема здания. Большое значение лоджии имеют на юге, где они защищают помещение от перегрева солнечными лучами.

По конструкции и способу возведения каменные стены делятся на кладки из мелких (кирпич, природный камень) и крупных камней, блочные и крупнопанельные.
Кирпичные стены выполняются из керамического или силикатного кирпича.
Крупноблочными называются здания, стены которых возводятся из природных или искусственных камней большого размера (блоков) массой до 3 т. Материалом для них служат легкие бетоны, а также местные материалы (известняк, ракушечник, туф и др.).
Стены из природного камня делают в районах, где имеются пористые горные породы с малой плотностью, легко поддающиеся механической обработке. Наиболее часто используется известняк (в Причерноморье, Крыму), туф (в Армении) и др.
Крупнопанельное строительство основано на монтаже стен из крупных железобетонных панелей и является одним из ведущих направлений современного домостроения, особенно при строительстве жилых зданий. Крупнопанельные здания отличаются от каменных многообразием конструктивных схем и могут иметь несущие, самонесущие и навесные стены. Самонесущие и навесные внешние стены применяют при конструктивных схемах зданий с поперечными, несущими перекрытия стенами. Навесные стены обычно выполняют из крупных панелей, работающих на нагрузки от собственного веса панели и от ветра.
По конструктивной схеме крупнопанельные здания могут быть бескаркасные и каркасные, в свою очередь они делятся на здания с полным и неполным каркасом. Область применения бескаркасных зданий — преимущественно массовое жилищное строительство. Каркасные схемы используются в строительствекрупных общественных зданий и в промышленном строительстве.

Домостроительные комбинаты выпускают стеновые панели с уже установленными в них дверными и оконными блоками, с декоративной отделкой наружной поверхности и с внутренней поверхностью, подготовленной под окраску или оклейку обоями. Строительство крупнопанельных зданий позволяет повысить степень индустриализации строительства и снизить его стоимость, так как на строительной площадке осуществляется только сборка панелей, изготовленных на предприятии.

Полупрозрачные ограждения, устанавливаемые иногда вместо стен (части стены), называются витражами.

Перекрытия образуют потолок нижележащего и пол вышележащего этажа. В зависимости от местоположения в здании они делятся на подвальные, чердачные и междуэтажные. Перекрытия собирают из горизонтальных конструкций — панелей перекрытия, опирающихся на несущие стены, колонны или элементы каркаса. Каркас образует остов здания в виде пространственной системы вертикальных и горизонтальных несущих элементов — колонн и ригелей. Ригели (рис. 6.12,5) — железобетонные балки, которые воспринимают нагрузку от панелей и передают ее на колонны.

Крыша состоит из двух элементов — несущей и ограждающей частей. Несущая часть воспринимает нагрузки от ветра, снега и собственной массы и передает их на стены или каркас здания. Она может состоять из железобетонных панелей, балок, деревянных или железобетонных стропил, ферм. Ограждающая часть служит гидроизоляционной и теплоизоляционной защитой и состоит из кровли и ее основания. Кровля может быть выполнена из листовой оцинкованной стали, асбестоцементных листов, черепицы или рулонных материалов. Плоскостям крыши придают соответствующий уклон, при уклоне до 10 градусов крыша называется плоской. Большинство современных зданий строится с плоской крышей и внутренним стоком атмосферных вод в канализацию.

Лестница состоит из наклонной конструкции со ступенчатой поверхностью (марша) и горизонтальной площадки. Марши ограждают перилами. Иногда вместо лестниц устанавливают наклонные панели — пандусы (например, на спуске в метро).

5. Классификация и основные свойства строительных материалов.

Строительные материалы и изделия классифицируют по степени готовности, происхождению, назначению и технологическому признаку.

По степени готовности различают собственно строительные материалы и строительные изделия - готовые изделия и элементы, монтируемые и закрепляемые на месте работы. К строительным материалам относятся древесина, металлы, цемент, бетон, кирпич, песок, строительные растворы для каменных кладок и различных штукатурок, лакокрасочные материалы, природные камни и т. д.

Строительными изделиями являются сборные железобетонные панели и конструкции, оконные и дверные блоки, санитарно-технические изделия и кабины и др. В отличие от изделий строительные материалы перед применением подвергают обработке - смешивают с водой, уплотняют, распиливают, тешут и т. д.

По происхождению строительные материалы подразделяют на природные и искусственные.

Природные материалы - это древесина, горные породы (природные камни), торф, природные битумы и асфальты и др. Эти материалы получают из природного сырья путем несложной обработки без изменения их первоначального строения и химического состава.

К искусственным материалам относят кирпич, цемент, железобетон, стекло и др. Их получают из природного и искусственного сырья, побочных продуктов промышленности и сельского хозяйства с применением специальных технологий. Искусственные материалы отличаются от исходного сырья как по строению, так и по химическому составу, что обусловлено коренной переработкой его в заводских условиях.
Наибольшее распространение получили классификации материалов по назначению и технологическому признаку.

По назначению материалы подразделяют на следующие группы:

· конструкционные материалы - материалы которые воспринимают и передают на грузки в строительных конструкциях;

· теплоизоляционные материалы, основное назначение которых — свести до минимума перенос теплоты через строительную конструкцию и тем самым обеспечить необходимый тепловой режим в помещении при минимальных затратах энергии;

· акустические материалы (звукопоглощающие и звукоизоляционные материалы) - для снижения уровня «шумового загрязнения» помещения;

· гидроизоляционные и кровельные материалы - для создания водонепроницаемых слоев на кровлях, подземных сооружениях и других конструкциях, которые необходимо защищать от воздействия воды или водяных паров;

· герметизирующие материалы - для заделки стыков в сборных конструкциях;
отделочные материалы - для улучшения декоративных качеств строительных конструкций, а также для защиты конструкционных, теплоизоляционных и других материалов от внешних воздействий;

· материалы специального назначения (например, огнеупорные или кислотоупорные), применяемые при возведении специальных сооружений.

Ряд материалов (например, цемент, известь, древесина) нельзя отнести к какой-либо одной группе, так как их используют и в чистом виде, и как сырье для получения других строительных материалов и изделий. Это, так называемые, материалы общего назначения.

Трудность классификации строительных материалов по назначению состоит в том, что одни и те же материалы могут быть отнесены к разным группам. Например, бетон в основном применяют как конструкционный материал, но некоторые его виды имеют совсем иное назначение: особа легкие бетоны являются теплоизоляционным материалом; особо тяжелые бетоны - материалом специального назначения, который используют для защиты от радиоактивного излучения.

По технологическому признаку материалы подразделяют, учитывая вид сырья, из которого получают материал, и вид его изготовления, на следующие группы:

Природные каменные материалы и изделия - получают из горных пород путем их обработки: стеновые блоки и камни, облицовочные плиты, детали архитектурного назначения, бутовый камень для фундаментов, щебень, гравий, песок и др.

Керамические материалы и изделия - получают из глины с добавками путем формования, сушки и обжига: кирпич, керамические блоки и камни, черепица, трубы, изделия из фаянса и фарфора, плитки облицовочные и для настилки полов, керамзит (искусственный гравий для легких бетонов) и др.

Стекло и другие материалы и изделия из минеральных расплавов - оконное и облицовочное стекло, стеклоблоки, стекло профилит (для ограждений), плитки, трубы, изделия из ситаллов и шлакоситаллов, каменное литье.
Неорганические вяжущие вещества - минеральные материалы, преимущественно порошкообразные, образующие при смешивании с водой пластичное тело, со временем приобретающее камневидное состояние: цементы различных видов, известь, гипсовые вяжущие и др.

Бетоны - искусственные каменные материалы, получаемые из смеси вяжущего, воды, мелкого и крупного заполнителей. Бетон со стальной арматурой называют железобетоном, он хорошо сопротивляется не только сжатию, но и изгибу и растяжению.

Строительные растворы — искусственные каменные материалы, состоящие из вяжущего, воды и мелкого заполнителя, которые со временем переходят из тестообразного в камневидное состояние.

Искусственные необжиговые каменные материалы - получают на основе неорганических вяжущих и различных заполнителей: силикатный кирпич, гипсовые и гипсобетонные изделия, асбестоцементные изделия и конструкции, силикатные бетоны.

Органические вяжущие вещества и материалы на их основе — битумные и дегтевые вяжущие, кровельные и гидроизоляционные материалы: рубероид, пергамин, изол, бризол, гидроизол, толь, приклеивающие мастики, асфальтовые бетоны и растворы.

Полимерные материалы и изделия - группа материалов, получаемых на основе синтетических полимеров (термопластических нетермореактнвных смол): линолеумы, релин, синтетические ковровые материалы, плитки, древеснослоистые пластики, стеклопластики, пенопласты, поропласты, сотопласты и др.

Древесные материалы и изделия - получают в результате механической обработки древесины: круглый лес, пиломатериалы, заготовки для различных столярных изделий, паркет, фанера, плинтусы, поручни, дверные и оконные блоки, клееные конструкции.
Металлические материалы - наиболее широко применяемые в строительстве черные металлы (сталь и чугун), стальной прокат (двутавры, швеллеры, уголки), сплавы металлов, особенно алюминиевые.

Свойства

Чтобы легче разобраться в многообразии материалов, применяемых в строительстве, их разделяют (классифицируют) на группы, обладающие одним общим признаком.
Чаще всего применяют классификацию по технологическому признаку. В основу такой классификации положены виды сырья, из которого изготовляют материалы, и производственная технология, обеспечивающая получение материала.
Возможность использования материала в строительной конструкции в значительной степени определяется его свойствами. Различают физические, механические и химические свойства материалов.
Физические свойства характеризуют вещество и структуру материала, а также его способность реагировать на внешние воздействия, не вызывающие изменения химического состава и структуры материала.
Основными из них являются: плотность, объемная масса, относительная плотность, пористость, водопоглощение, морозо- и огнестойкость. Кроме того, физические свойства включают и механические свойства, которые характеризуют поведение материала при действии на него различных нагрузок. К механическим свойствам относятся: сопротивление материала сжатию, растяжению, изгибу.

6. Механические свойства материалов. Предел прочности. Испытания на твердость.

К основным механическим свойствам материалов относят прочность, упругость, пластичность, релаксацию, хрупкость, твердость, истираемость и др.

Прочность - способность материалов сопротивляться разрушению и деформациям от внутренних напряжений, возникающих в результате воздействия внешних сил или других факторов, таких как неравномерная осадка, нагревание и т. п.Оценивается она пределам прочности. Так называют напряжение, возникающее в материале от действия нагрузок, вызывающих его разрушение.

Различают пределы прочности материалов при сжатии, растяжении, изгибе, срезе и пр. Предел прочности при сжатии и растяжении R_СЖ(Р), МПа, вычисляется как отношение нагрузки, разрушающей материал Р, Н, к площади поперечного сечения F, мм²:

R_СЖ(Р)	R_СЖ(Р)
F

Предел прочности при изгибе RИ, МПа, вычисляют как отношение изгибающего момента M, Нхмм, к моменту сопротивления образца , мм3:

R_И = M / W

Важной характеристикой материалов является коэффициент конструктивного качества. Это условная величина, которая равна отношению предела прочности материала R, МПа, к его относительной плотности:
к.к.к. = R/d

Упругость - способность материалов под воздействием нагрузок изменять форму и размеры и восстанавливать их после прекращения действия нагрузок.
Упругость оценивается пределом упругости буп, МПа, который равен отношению наибольшей нагрузки, не вызывающей остаточных деформаций материала, PУП, Н, к площади первоначального поперечного сечения F0, мм²:
бУП = РУП / F0

Пластичность - способность материалов изменять свою форму и размеры под воздействием нагрузок и сохранять их после снятия нагрузок. Пластичность характеризуется относительным удлинением или сужением.
Разрушение материалов может быть хрупким или пластичным. При хрупком разрушении пластические деформации незначительны.
Релаксация - способность материалов к самопроизвольному снижению напряжений при постоянном воздействии внешних сил. Это происходит в результате межмолекулярных перемещений в материале.

Твердость - способность материала оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала.
Для разных материалов она определяется по разным методикам. Так, при испытании природных каменных материалов пользуются шкалой Мооса, составленной из 10 минералов, расположенных в ряд, с условным показателем твердости от 1 до 10, когда более твердый материал, имеющий более высокий порядковый номер, царапает предыдущий. Минералы расположены в следующем порядке: тальк или мел, гипс или каменная соль, кальцит или ангидрит, плавиковый шпат, апатит, полевой шпат, кварцит, топаз, корунд, алмаз.
Твердость металлов, бетона, древесины, пластмасс оценивают вдавливанием в них стального шарика, алмазного конуса или пирамиды.
Твердость материала не всегда соответствует прочности. Так, древесина имеет прочность, одинаковую с бетоном, но значительно меньшую твердость.

Истираемость - способность материалов разрушаться под действием истирающих усилий.Истираемость И в г/см² вычисляется как отношение потери массы образцом m1-m2 в г от воздействия истирающих усилий к площади истирания F в см2;
И = (m₁ - m₂) / Р.
Определяется И путем испытания образцов на круге истирания или в полочном барабане.

Износ - свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости, прочности, истираемости.
Хрупкость - свойство материала внезапно разрушаться под воздействием нагрузки, без предварительного заметного изменения формы и размеров. Хрупкому материалу, в отличие от пластичного, нельзя придать при прессовании желаемую форму, так как такой материал под нагрузкой дробится на части, рассыпается. Хрупки камни, стекло, чугун и др.

Проще говоря, твердость - это сопротивление материала постоянному вдавливанию. Важно понимать, что испытание на твердость - эмпирическое, следовательно, твердость нематериальное свойство. Существует несколько типов испытаний на твердость, каждое из которых определяет различную величину твердости для одного и того же материала. Таким образом, твердость зависит от метода испытания, и каждый результат испытания должен иметь лейбл, указывающий использованный метод испытания.

Однако, твердость широко применяется для описания свойств материалов и определения их пригодности к использованию. Все испытания на твердость, описанные в данном разделе, предусматривают использование индентора специальной формы, значительно более твердого, чем образец испытания, который вдавливается в поверхность образца специальным усилием. Для определения величины твердости измеряется глубина проникновения или размер выемки.