Контрольная работа по строительным материалам и изделиям для ТулГУ, пример оформления

Контрольно-курсовая работа по дисциплине «Строительные материалы и изделия » Вариант №9 Введение. Композитами называют материалы со сложной структурой, которые состоят из двух и более компонентов, имеющих разные свойства. В результате их сложения композиционный материал приобретает принципиально новые свойства, отличные от свойств входящих в него компонентов. Биокомпозиты — это композиты, полученные с использованием биологического сырья. [1] Появление новых подходов к разработке, проектированию материалов и новейших технологий производства позволяют получать различные новые материалы и совершенно по-новому решать многие задачи в строительстве. 1.1 Сырьевые материалы для производства биокомпозитов При производстве биокомпозитов большое значение имеет структура и взаимодействие исходных компонентов создаваемого материала. Поскольку получаемый нами материал относится к биокомпозиционным, его структура характеризует совокупность устойчивых и упорядоченных связей между элементами системы, обеспечивающих его целостность и сохранность при различных внешних и внутренних изменениях. Биокомпозиты на основе минерального вяжущего и не минерального вяжущего широко распространены в строительстве и других отраслях. Древесно-минеральные композиты — это цементно-стружечные плиты, опилкобетон, опилкоцемент. Структуру и свойства древесно-минеральных композиционных материалов будет определять множество факторов на макро и микроуровнях .На макроуровне к таким факторам можно отнести: состав материала и способы его формирования; характеристика вяжущего и древесного наполнителя; ориентация древесных частиц. К факторам на микроуровне относят те факторы, которые формируют межфазный слой и определяют его структуру. На это влияет химический состав матрицы, химическая активность наполнителя и условия взаимодействия матрицы и наполнителя[1]. Оптимальная структура характеризуется равномерным распределением твердой фазы в дисперсной среде с предельно возможной плотностью упаковки микрочастиц соответственно в конгломерате и в его вяжущей части, наличием прослойки вяжущего вещества с образованием прочного структурного каркаса из затвердевшего вяжущего. Вопрос получения оптимальной структуры композиционного материала весьма сложен и основным критерием, характеризующим оптимальные свойства материала является его прочность, на которую влияет множество факторов. \ Древесно-стружечные плиты (ДСП) – листовой материал, полученный путем горячего прессования древесной стружки и связующими не минерального происхождения. Материал создан в конце 40-х годов ХХ века, после окончания Второй мировой войны, когда для создания мебели не хватало натуральной древесины. Сфера применения ДСП – изготовление корпусной мебели, настила для полов, межкомнатных перегородок.[2] Древесноволокнистые плиты средней плотности (Medium Density Fibreboard, МДФ) изготавливаются из мелкодисперсной древесной стружки и связующего вещества – лигнина. МДФ отличается высокой прочностью (крепче древесины), устойчивостью к температурным колебаниям и повышенной влажности. Плиты из ориентированной щепы (OSB-плиты) разработаны в 80-х годах ХХ ст. Состав OSB-плиты: древесные щепы и водостойкие склеивающие смолы. Материал имеет высокое сопротивление на изгиб во всех направлениях и обладает хорошей технологичностью – поддается различным обработкам. Древесно-полимерный композит (ДПК, дерево-пластик, «жидкое дерево») совмещает практичные свойства пластика и достоинства древесины. ДПК – современный, усовершенствованный материал, который нашел широкое применение в строительстве, внутренней и внешней отделки домов, автомобилей, яхт и пр. [9] В качестве связующего вещества при изготовлении прессованных материалов различного назначения взамен токсичных синтетических использовать полисахариды, получаемые путём микробиологического синтеза при культивировании микроорганизмов на отходах пищевых производств, а также модифицированные дрожжевые отходы. Данная разработка позволяет получать древесные прессованные композиционные материалы, соответствующие европейским нормам – ДСП, утеплительные панели, биодеградируемая тара широкого функционального назначения. Биосвязующее можно использовать и в качестве клеевых композиций для склеивания древесины, бумаги, наклеивания этикеток. В качестве сырья возможно использование отходов деревоперерабатывающих предприятий (опилки, щепа), неделовой древесины. отличие от обычного пластика или пластмасс, конопляные биокомпозиты без особых трудностей поддаются утилизации, а в дальнейшем и безболезненному разложению на безопасные для окружающей среды и человека составляющие. при их производстве широко применяются карбамидоформальдегидные, а также фенолформальдегидные олигомеры, позволяющие изготавливать продукцию с высокими физико- механическими показателями. Однако основная часть выпускаемых плит имеет недостаточные физико-механические свойства, прежде всего, водостойкость, что ограничивает их применение в условиях с переменными температурно- влажностными условиями, в строительной сфере, а также производстве мебели. Одним из способов повышения водостойкости древесных плит является применение при их изготовлении модифицированных клеев, обладающих высокой адгезией, когезионной прочностью, стойкостью при воздействии агрессивных сред . [4] Природные утеплители из конопли не содержат вредных добавок, поэтому нанесения вреда здоровью исключается как при производстве, так и в процессе их эксплуатации. Конопляные утеплители вот уже несколько лет активно завоевывают рынок привлекая и убеждая европейцев высокой функциональностью, долговечностью, добротностью и сохранением формы[.9] К числу перспективных технологий утилизации вторичных полимерных отходов относится производство древесно-полимерных композиционных материалов. Одним из технически возможных вариантов утилизации вторичного полиэтилентерефталата является производство композитов, состоящих из древесных частиц с добавкой синтетического связующего и измельченных полимерных отходов [5]. 1.2. Основные свойства биокомпозитов Биокомпозиты из древесины и полипропилена обычно менее затратны и имеют меньшую массу, чем ненаполненные смолы или смолы, наполненные стекловолокном. Они конкурентоспособны по отношению к полипропилену, наполненному карбонатом кальция или тальком, в том, что касается затрат, эксплуатационных характеристик и обработки. Имеется преимущество в виде более низкой плотности, что снижает их реальную стоимость и может дать преимущества при транспортировке и при применениях, для которых основное значение имеет небольшая масса. В число таких применений могут входить автомобильные и строительные детали, спортивные изделия, игрушки и прочие потребительские товары. [8] Из древесно-стружечных пресованных плит наиболее высокие показатели прочности и водостойкости име­ют биокомпозиты плотностью более 1000 кг/м3. Плиты имеют тол­щину 8-20 мм, пластики получают 1-3-слойными. Они экологически чистые по сравнению с древесными пластиками на синтетической связке.Тем не менее, на них не должно оказываться избыточное ударное воздействие, поскольку они менее небьющиеся, чем некоторые традиционные материалы . Компенсируется это за счет использования для производства деталей с тонкими стенками смесей с дополнительными чистыми полимерами. [2] К преимуществам утеплителя на конопляной основе относятся: — высокие теплоизоляционные свойства (при повышении влажности не происходит увеличения теплопроводности, по сравнению с другими утеплителями дом дольше удерживает тепло зимой и прохладу летом); — экологичность и полная безопасность (создание здорового «дышащего» микроклимата в помещении, даже монтаж производится без средств индивидуальной защиты); — устойчивость к плесени, гниению и насекомым. Конопля – природный антисептик, поэтому при использовании в качестве утеплителя она не только не подвержена гниению и воздействию плесени, но и помогает защитить от них строительные конструкции. К сферам применения различных конопляных утеплителей относятся — крыши, стены, полы, междуэтажные и чердачные перекрытия как старых, так и новых построек [5]. 1.3. Технология изготовления Сущность получения биокомпозитов(древесных пресованных плит) заключается в том, что под влиянием давления и температуры измельченное растительное сырье приобретает способность образовывать монолитный материал. Для эффективности технологии используют микробиологический про­цесс — ферментацию. Это дает освобождение лигнина посредством разрыва лигнин-углеводных связей, происходящих при гидролизе гемицеллюлозы. Для этих целей наиболее подходят дереворазру­шающие грибы, вызывающие белую гниль, — ксилотрофы. Микро­организмы обладают уникальной способностью распознавать и воз­действовать только на определенные соединения и осуществлять химические реакции. Технологический процесс производства биокомпозитов состоит в следующем: подготовка растительного сырья, ферментация его лигнин-разрушающими грибами, сушка и дозирование древесных частиц, формирование пакета, его холодная подпрессовка, горячее прессование, кондиционная обработка готовых плит. [3] . При разработке биокомпозитов на полимерном синтетическом связующим соединения переходят в устойчивую структуру с высокими физико-механическими показателями природного полимера (древесины), поли- конденсационного (синтетическое связующее) и полимеризационного (ПЭТ). в диапазоне 290-310 °С. Деструкция происходит вдоль полимерной цепи; основными летучими продуктами являются терефталевая кислота, уксусный альдегид и монооксид углерода. Переработка вторичного полиэтиленфталата в бутылки сдерживается его недостатком — склонностью к старению и кристаллизации, однако при добавке его в измельченном виде в древесно-полимерный композит это свойство не будет являться недостатком. Адгезия посредством химических связей между древесными частицами и частицами ПЭТ невозможна ввиду отсутствия у полимера, синтезируемого по реакции полимеризации, активных функциональных группировок. Однако между этими разнородными полимерами возможно образование водородных связей. Атом водорода может образовывать связь между двумя электроотрицательными атомами R (F, О, N, реже С1 и S), а также с атомом углерода [6]. Без использования добавки синтетического связующего применение технологических режимов прессования. [8] Прочность композитов изменяется с увеличением температуры прессования: вначале она незначительно растет, а затем наблюдается ее падение. В начале интервала варьирования температура достигает таких значений, когда измельченный полимер расплавляется и заполняет поры между древесными частицами, тем самым повышая прочность композита. Однако температурные интервалы плавления ПЭТ и деструкции древесины находятся в одной области, поэтому при дальнейшем увеличении температуры увеличивается деструкция древесной составляющей композита, и прочностные показатели начинают снижаться. Прочность древесно-полимерных композитов и их водостойкость растет с уменьшением фракционного размера измельченного полиэтилентерефталата. Это объясняется тем, что при меньших размерах гранул их суммарная площадь соприкосновения с древесными частицами значительно больше, чем для более крупных гранул, а это, в свою очередь, предоставляет возможность более высокого уровня проникновения расплавленного ПЭТ в поры композита [10]. 1.4. Применение материала Массово используются композиционные материалы в ремонте зданий, сооружений, мостов, железнодорожных платформ. Одно из главных преимуществ использования материала — низкие затраты на логистику, так как панели имеют небольшой вес и могут поставляться на место монтажа любым видом транспорта. Древесноволокнистые плиты (ДВП) используются для термо- и звукоизоляции конструкций в индустриальном строительстве, для изготовления тары, корпусной мебели, выравнивания поверхностей и облицовки каркасных перегородок. Область применения МДФ: монтаж подвесных потолков, изготовление мебели, дверей, создания обрешетки для крыш домов OSB-плиты используются в мебельной промышленности, в строительстве (мощение открытых террас, площадок, садовых дорожек; Сайдинг из древесно-полимерного композита – отличная альтернатива цементной, металлической или виниловой фасадной отделки; обустройство цветников и клумб на приусадебном участке, на аллеях и в парках; установка заборов и ограждений из ДПК; сооружение садовых беседок и оснований для патио; доска из древесно-полимерного композита используется для обустройства пола; изготовление строительных элементов (балюстрады, дверные и оконные профили, кровля, штакетник); применение в промышленности – тара и поддоны из ДПК; изготовление мебели и ее элементов; оборудование для детских и спортивных площадок; изготовление из ДПК конструкционных элементов (морские сваи, пирсы, перила, переборки, противошумные барьеры, железнодорожные детали, опалубка для строительных работ); втомобильные детали из композитных материалов (прокладка крыш и дверей, короба, внутренние панели, спинки сидений, полы грузовиков, подъемные полки). [8] Более 50% древесно-полимерного композита используется как «декинг» — деревянные доски и плитки для оформления прибрежной и приусадебной архитектурыобрешетка крыш, чердачные перекрытия). Конопляные биокомпозиты в строительной сфере используют как: — облицовочные материалы (внутренние, наружные); — костробетон; — заполнение строительных проемов (окна, двери); — различного рода утеплители, наполнители, шумопоглотители; — ламинат; — внутренняя или внешняя проводка (электрика, вода, газ); — шпаклевки, затирки, мастики и т.д.; — строительный инвентарь [6]. 2. Задача. После просеивания песка 1000г масса частных остатков на каждом сите составила Диаметр отверстий сита, мм 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16(0,14) Прошло через сито 0,16(0,14) Частный остаток, г 100 230 340 280 50 0 Построить график зернового состава песка. Определить модуль крупности песка и к какой группе по зерновому составу относится исследуемый песок. Вычисляем частный остаток а_i % на каждом сите и в поддоне а_i=m_i/m∙100 Где m_i-масса остатка на данном сите, г; m=1000г-масса пробы песка,г а_2,5=100/1000∙100=10% а_1,25=230/1000∙100=23% а_0,63=340/1000∙100=34% а_0,315=280/1000∙100=28% а_(0,16(0,14))=50/1000∙100=5% Полный остаток на каждом сите А_i=а_2,5+а_1,25+…..+а_i А_2,5=10% А_1,25=10+23=33% А_0,63=10+23+34=67% А_0,315=10+23+34+28=95% А_(0,16(0,14))=10+23+34+28+5=100% Результаты полных и частных остатков заносим в таблицу 1 Таблица 1 Размер отверстий контрольных сит 2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 Поддон Частные остатки, % 10 23 34 28 5 0 Полные остатки, % 10 33 67 95 100 0 Полученные данные в виде кривой просеивания наносим на график зернового состава песка. График зернового состава песка. Модуль крупности песка М_к равен М_к=(А_2,5+А_1,25+А_0,315+А_(0,16(0,14)))/100=(10+33+67+95+100)/100=3,05 В зависимости от зернового состава песок делят на группы и классы. Для определения класса песка полученные значения сравниваем с данными таблиц 2 и 3. Таблица 2 Таблица 3 Группа песка по модулю крупности – повышенной крупности, по полному остатку на сите №063 — по повышенной крупности. Литература: https://findpatent.ru/patent/256/2564567.html http://www.stroy-z.ru/hide/articles/news_387.html

Биокомпозиты

https://libtime.ru/science/biokompozity.html http://naukarus.com/novye-biokompozitnye-materialy-na-osnove-voloknistyh-polimernyh-matrits http://tku.org.ua/uk/node/4659 https://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=1896 https://www.dpk-deck.ru/page/sostav.html https://www.livestream.ru/news/2012/10/01/furniture/ Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции, 2014, №2, часть 1,