Общие сведения о строительных материалах и их основные свойства. Общие сведения о материалах и их свойствах

На уроках технологии дети учатся обрабатывать не только ткань, бумагу и картон, но и различные части растений, полезные ископаемые, искусственные материалы и бросовые материалы - отходы товаров народного потребления и др. Их дети собирают на экскурсиях, приносят в виде полуфабрикатов и заготовок или готовых продуктов промышленности.

К природным материалам относят ветки растений, листья, цветы, семена, корни, кору, мох, плоды, речные и морские камни, песок, глину, также части животных - рыбные кости, раковины и панцири моллюсков, засушенные насекомые, скорлупа яиц домашней птицы, перья. В виде полуфабрикатов на уроках используют различного размера доски.

Из искусственных материалов для работы ученики чаще используют пластилин, пластику, фанеру, ДВП, мягкие листовые металлы, кусочки пластмассы, керамики.

К готовым продуктам промышленности относят такие бросовые материалы как упаковки, коробки, ленты для украшения подарков и букетов, баночки, флаконы, аксессуары для отделки одежды и помещений.

Обработка перечисленных материалов невозможна без специальных знаний по материаловедению и технологии их обработки. Такие знания дети усваивают в процессе наблюдений и опытов.

В первом классе необходимо проводить следующие наблюдения: определение формы и расцветки листьев, желудей, ореховой скорлупы, сравнение свойств песка и глины, древесины и металла, выявление художественных выразительных особенностей в народной игрушке и др.

Во втором классе проводятся наблюдения свойств шишек, коры, веток. Выявляются особенности обработки мягких и твердых материалов.

В третьем классе учащиеся наблюдают свойства засушенных растений, соломы, выявляют свойства керамики, пластмасс, стекла. Учащиеся учатся выбирать наилучшие способы обработки этих материалов.

В четвертом классе идет работа по обобщению и углублению имеющихся знаний. Ученики самостоятельно выбирают наилучшие способы обработки материалов, разрабатывают простейшие технологические карты для творческих проектов.

Учитель проводит тщательное инструктирование по сбору, хранению и предварительной обработке различных материалов. Особое внимание уделяется гигиеническим требованиям, а также правилам безопасности по сбору, транспортировке и хранению материалов. Кроме того, учитель обязан указать на то, что в нашей стране существует закон об охране окружающей среды, который обязывает бережно относиться к природным богатствам. Не рекомендуется использовать готовые продукты, прошедшие специальную обработку и пригодные к употреблению в пищу (крупы, макароны, мука, бобовые). Для работы используют только продукты с истекшим сроком годности.

Для работы с разными материалами подбирают специальные инструменты.

Разметочные и измерительные инструменты.

Карандаши – для разметки деталей на древесине необходимы твердые карандаши марок 2Т и 3Т. Угол заточки карандаша должен быть острым. При разметке карандаш необходимо держать под небольшим наклоном в сторону его движения и плотно прижимать к ребру шаблона или линейки;

Линейки – для измерения обычно пользуются металлической линейкой или рулеткой. Для разметки на древесине удобнее пользоваться толстой деревянной линейкой или столярным угольником. Разметку круглых деталей выполняют столярным циркулем. Разметку прямых линий на металле осуществляют с помощью чертилки, на древесине – рейсмусом.

Режущие инструменты.

Ножницы – в процессе обработки используют чаще канцелярские и редко слесарные ножницы.

Ножи – для работы используют хорошо заточенные ножи с коротким лезвием (90-100мм). Для раскалывания древесины удобнее пользоваться косариком – ножом с более коротким и толстым лезвием. В процессе резания нож держат наклонно, направляя его движение указательным пальцем. Природные материалы режут на подставках и подкладных досках.

Ножовки и лобзики – предназначены для пиления древесины и металлов. Обрабатываемые материалы для удобства зажимают в тиски или струбциной.

Кусачки – применяют для откусывания проволоки, тонких веточек.

Штихель – узкий резец, имеющий в сечении форму острого угла или дуги (угловые и полукруглые). Штихель используют при отделке изделий из древесины (плоско – рельефной резьбой), линолеума (клише для линогравюры).

Монтажные инструменты.

Молоток – применяют для сборки изделий с помощью гвоздей. При работе с молотком необходимо следить, чтобы ученик не ударил по пальцам, придерживающим гвоздь.

Плоскогубцы и круглогубцы – применяют при работе с проволокой. С помощью этих инструментов сгибают и скручивают проволоку.

Шило – применяют для проделывания отверстий в мягких или легкообрабатываемых материалах. Прокалывание выполняется на подставках или подкладных досках.

Буравчик – предназначен для сверления отверстий в более твердых материалах. Работа буравчиком выполняется на подставках или подкладных досках.

Кисть для клея – должна быть жесткой. Ширину кисти выбирают по размерам поверхности соединительной детали.

Соединительные детали и материалы.

Гвозди – на уроках труда не применяют большие гвозди. Чаще используют №№ 1, 2, 3, 4, что соответствует длине гвоздя в сантиметрах.

Штифт – стержень для неподвижного соединения деталей. Штифт легко сделать из спички, веточки или полоски бумаги. Штифтом соединяют детали из желудей, шишек, лепных материалов.

Клей – для соединения природных материалов используют клей ПВА, казеиновый или столярный клей. Плавающие модели лучше склеивать казеиновым клеем, клеем ПВА, БФ, «Момент». Склеивание деталей требует большой аккуратности. Клеем намазывают тонкий материал или приклеиваемую часть поверхности меньшей детали. Сухие листья намазывают клеем от центра листа к краям. Приклеивают намазанные листья осторожно, после того, как они впитали часть влаги. В узкие и глубокие поверхности клей наносят с помощью острия шила, смоченного в клее.

Задача учителя технологии не только обеспечить учащихся инструментами и всеми необходимыми материалами, но и содержать их в исправном виде. Ножи и ножницы должны быть правильно заточены, острие шильев и буравчиков не должны быть сломанными, пилочка лобзика должна быть хорошо натянута и при касании пальцем звенела как струна, шарнирные соединения ножниц и штихеля должны быть исправными, ударная часть молотка должна быть хорошо закреплена на ручке. На каждом уроке учитель обязан проинструктировать учащихся о правилах безопасной работы с инструментами и некоторыми материалами.

Обрабатываемые материалы.

Древесина – наиболее часто применяется в работах старшеклассников. В начальных классах применяются древесина сосны, ели, березы, липы, а также изготовленная из них трехслойная фанера. Древесину в поперечном направлении распиливают ножовкой и лобзиком. Торцы распиленной древесины зачищают напильниками, шкуркой. Окрашивают деревянные изделия масляной краской.

В начальных классах учащиеся делают указки, экер, этикетки для классной делянки. К изготовлению таких изделий предъявляются требования дизайн спецификации. Например, дощечки для этикеток должны соответствовать заданным размерам, края их должны быть ошкурены; колышки должны соответствовать заданным размерам по длине, толщине, поверхность их должна быть обработана напильником и шкуркой.

Солома – засушенные стебли злаковых растений, чаще используют солому пшеницы, ржи, овса. Солому перед работой необходимо обработать – удалить узлы, междоузлия рассортировать по длине и толщине. Для изготовления соломенной ленты заготовки заливают горячей водой на сутки, затем каждую соломинку разрезают вдоль и проглаживают горячим утюгом на деревянной подкладной доске. В зависимости от температуры утюга солома приобретает разные цветовые оттенки. Из соломы делают аппликации, ее используют для инкрустации изделий из дерева. Хранят солому в сухом проветриваемом месте.

Скорлупа яиц – прекрасный материал для изготовления объемных и плоских изделий. Она хорошо окрашивается пищевыми красителями, детали из скорлупы закрепляют на клей, пластилин. Для изготовления объемных изделий из яйца с помощью медицинского шприца необходимо удалить содержимое. Заполняют яйцо так же с помощью шприца разогретым парафином. Украсив яйцо различными деталями отделки можно изготовить фигурки животных, птиц, рыб и т.д. Из окрашенной яичной скорлупы можно сделать мозаичное панно, предварительно покрыв заполняемую поверхность слоем пластилина.

Листья растений – используют в засушенном виде. Листья собирают осенью, сортируют по размерам, цвету, форме. Сушат листья под прессом, или термически (проглаживают утюгом). Хранят готовый материал в сухом месте.

Береста – излюбленный материал народных мастеров. Бересту собирают весной или в начале лета, очищают от налипших частиц. Для удобства обработки бересту распаривают в горячей воде, делят на слои, разрезают на нужные формы. Сушат материал в сухом прохладном месте.

Металлы и сплавы - на уроках чаще используют тонкую мягкую проволоку, мягкую жесть, фольгу из алюминия, меди, латуни, цинка, олова, свинца. Ручная обработка металлов в холодном состоянии называют слесарной работой. Такие материалы легко обрабатывать ножницами, кусачками, молотками, плоскогубцами и круглогубцами. Резаные края деталей обрабатывают напильником или шкуркой. Цвет деталей или изделия можно поменять, подержав его над пламенем спиртовки или окрашиванием красками и лаками по металлу.

Отверстия в тонкой жести проделывают шилом, пробойниками. На тонкой жести и фольге легко делать вдавливания с помощью чеканов, шариковой ручкой и осваивать простейшие приемы чеканки. Тонкую жесть можно сгибать и скручивать с помощью молотка, плоскогубцев, круглогубцев.

Проволоке можно придать форму кольца, многоугольников, спирали и др. Из проволоки можно сделать плоские контурные формы и объемные изделия, а так же каркасы для мягких игрушек. Тонкую проволоку можно использовать и как соединительный материал.

Лепные материалы - глина, пластилин, пластика, гипс, соленое тесто. В настоящее время их можно приобрести в магазинах. Глину можно добыть и приготовить к работе вместе с учащимися.

Для лепки пригодна жирная глина. Тощая глина содержит большое количество примесей и пригодна к работе после специальной обработки – отмучивания. Глину заготавливают летом, просушивают, размельчают и просеивают. Измельченную глину помещают в большой сосуд (кадку, бак), заливают водой и тщательно перемешивают. Всплывшие примеси удаляют. Тяжелые примеси (камешки, песок) оседают на дно, а мелкие частицы глины остаются во взвешенном состоянии. Этот жидкий состав сливают в другую емкость, оставляя на дне крупные примеси. Через некоторое время глина оседает на дно. Воду с поверхности сливают. Этот процесс называется отмучиванием.

Перед началом работы глину заливают водой, перемешивают. Хорошо приготовленная масса не должна прилипать к рукам. Из приготовленной глины скатывают колбаску длиной 10см и толщиной 1см и поднимают за один конец. Если колбаска не разваливается, то глина готова к работе. Для улучшения качества глины можно добавить бумажное волокно и растительное масло. С глиной работают на подкладной доске. Режут глину проволокой или леской. Лепят изделия руками, детали отделки выполняют стекой или специальными штампами.

Детали из лепных материалов соединяют способом примазывания, придавливания или штифтами. Изделия из лепных материалов окрашивают гуашью, смешанной с клеем ПВА (1х1, 2х1), акварельными красками (медовыми), покрывают лаком, или подвергают глазурованию (закрепляемый обжигом глянцевый стеклообразный сплав, покрываемый поверхность изделия). Просушивают изделия в муфельных печах, на батареях отопления или на хорошо проветриваемой поверхности.

Пластмассы – продукция химического производства. В начальных классах используют легкообрабатываемые пластмассы – органическое стекло, поролон, пенопласт, линолеум, капрон и др. Заготовки из пластмассы обрабатывают способом резания, сверления, их можно окрашивать, соединять клеем, сшивать. Из поролона и пенопласта делают игрушки, сувениры. Поролон можно использовать для набивки мягких игрушек.

Линолеум используют для изготовления аппликации или клише. Клише для линогравюры делают с помощью штихелей. На готовую поверхность клише валиком наносят краску (гуашь, типографскую краску), кладут чистый лист бумаги и проглаживают его гладким предметом. Получают оттиск, называемый эстампом.

Бросовые материалы – упаковочные коробки, пробки, катушки, тюбики из под крема, зубной пасты, синтетические сетки, используемые для упаковки овощей, букетов, пустые стержни, трубочки и др. Изготовление полезных вещей из бросовых материалов приучает учащихся к бережливости, развивает их творческие способности, фантазию, смекалку.

Папье-маше - наиболее доступная техника изготовления объемных изделий в начальных классах. Для работы потребуются: газетная бумага, клейстер, гуашь. В качестве формы для изготовления объемных изделий подойдут предметы посуды, игрушки, самодельные формы, которые делают из пластилина. Клейстер для работы делают из крахмала или муки. Изделия сушат в хорошо проветриваемых и теплых местах. Неровные места на формах выравнивают шкуркой. Роспись изделий выполняют гуашевыми красками, смешанными с клеем ПВА в соотношении: 2 части краски и 1 часть клея.

Особенности обработки различных материалов, методика изучения их свойств изложена в многочисленных методических пособиях, книгах по декоративно-прикладному искусству, журналах по дизайну и рукоделию, в книгах В.А. Барадулина, А.М. Гукасовой, Н.М. Конышевой, В.П. Кузнецова и др.

Контрольные вопросы.

1. Какие материалы называют природными?

2. В чем особенность хранения различных материалов?

3. По какому принципу осуществляется отбор различных материалов для работы с учащимися начальных классов?

4. Какие соединительные материалы используют для сборки изделий из природных материалов?

Задания для самостоятельной работы.

1. Найти (в печатных или электронных источниках) и изучить материал, содержащий сведения о свойствах природных материалов, способах их заготовки и хранения, технике обработки.

2. Подобрать литературу, которая освещает технологии изготовления изделий из различных материалов.

Задания для лабораторной работы.

1. Проанализировать содержание модуля: «Технология обработки конструкционных материалов и машиноведение» в программе «Технология». Выделить умения и навыки, которые авторы программы рекомендуют формировать у учащихся начальных классов в процессе обработки различных материалов.

2. Разработать план проведения опыта для учащихся 3 класса по наблюдению свойств одного из конкретных природных материалов.

3. Разработать конспект урока направленного на изучение способов обработки одного из искусственных материалов.

4. Изготовить по 1 образцу изделий из природных материалов, искусственных материалов и бросовых материалов для демонстрации их на уроках технологии в начальных классах.

5. Разработать инструкционные карты, для обучения учащихся способам сборки одного из изделий из различных материалов.

Общие сведения о материалах и их свойствах

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Общие сведения о материалах и их свойствах

Виды основных строительных материалов. К основным строительным материалам относятся: лесные, природные каменные, керамические материалы и изделия, неорганические (минеральные) вяжущие вещества (цемент, глина, алебастр и пр.) и изделия из них, строительные растворы для кладки и штукатурки, искусственные каменные материалы и изделия на основе вяжущих, битумные и теплоизоляционные материалы, строительные металлы, металлические, изделия и лакокрасочные материалы. В последнее время в строительстве широко внедряются различные материалы, изготовляемые на основе пластических масс.

Основные свойства строительных материалов. Для правильного применения необходимо знать физико-механические и химические свойства строительных материалов, приведенные ниже.

Плотность - масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии без пор и пустот, кг/м 3 ,

где - масса образца, кг; - объем образца в абсолютно плотном состоянии, м 3 .

Относительная плотность - отношение плотности строительного материала в естественном состоянии (с порами) к плотности абсолютно плотного тела или отношение объема материала в абсолютно плотном состоянии к его внешнему объему в естественном состоянии , отн. ед.,

Относительная плотность может быть выражена и в процентах:

Насыпная плотность - это масса единицы объема рыхлого материала, насыпанного в какую-либо тару без уплотнения.

Пористость - степень заполнения объема материала порами.

Относительная плотность и пористость в сумме равны единице, т.е.

Или

Водопоглощение - свойство материала впитывать и удерживать в себе воду. Водопоглощение определяется по разности масс образца материала в насыщенном водой и в абсолютно сухом состоянии и выражается в процентах от массы сухого материала.

Влажность - содержание воды в материале (по массе), выраженное в %.

Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением. Степень водопроницаемости измеряется количеством воды, прошедшей за 1 с через 1 м 2 поверхности материала при заданном постоянном давлении.

Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания без заметных признаков разрушения и без значительного понижения прочности. От морозостойкости материала зависит долговечность многих элементов здания.

Теплопроводность - способность материала передавать через свою толщу тепловой поток, возникающий при наличии разности температур на ограничивающих его поверхностях. Теплопроводность измеряется в килоджоулях (кДж).

Общее количество теплоты , кДж, прошедшее через ограждение, может быть выражено формулой

где - коэффициент теплопроводности материала, кВт/м·°С;

Площадь ограждения, м 2 ;

Толщина ограждения, м;

Разность температур на противоположных поверхностях ограждения, °С;

Время, с.

Полагая , , , , получим значение коэффициента теплопроводности

который для данного материала зависит от его физических свойств (пористости, влажности, плотности и т.п.)

Теплоемкость - свойство материала поглощать тепло при нагревании и отдавать его при охлаждении. Теплоемкость измеряется величиной коэффициента теплоемкости С (называемым иногда удельной теплоемкостью), который представляет собой количество тепла в Дж, необходимое для нагревания 1 кг данного материала на 1°С.

Огнестойкость - способность материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур. По огнестойкости строительные материалы делятся на три группы:

Несгораемые, (бетон, кирпич), под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются;

Трудносгораемые (фибролит, асфальтовый бетон), под воздействием огня или высокой температуры трудно воспламеняются, обугливаются или тлеют; после удаления огня тление прекращается;

Сгораемые (дерево и др.), под воздействием огня воспламеняются и продолжают гореть или тлеть после удаления источника огня. Некоторые материалы этой группы воспламеняются при воздействии высокой температуры.

Огнеупорность - способность материалов противостоять длительному воздействию высоких температур, не размягчаясь и деформируясь.

Химическая стойкость - способность материалов сопротивляться действию кислот, щелочей, солей, растворенных в воде.

Прочность - способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих в нем от нагрузки или других факторов и вызывающих сжатие, растяжение, срез, изгиб или кручение. Например, прочность материала при сжатии и растяжении оценивают величиной предела прочности R, Па, определяемой по формуле

F- площадь сечения образца, м 2 .

Таким образом, предел прочности - это напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца материала.

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению (внедрению) в него другого, более твердого тела.

Упругость - способность материала деформироваться и вновь восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, под действием которой она в той или другой мере изменялась.

Пластичность - способность материала под влиянием действующих на него нагрузок изменять размеры и форму в значительных пределах без образования трещин и нарушения прочности и сохранять принятую форму после их снятия.

Хрупкость - свойство материала под действием внешних сил разрушаться внезапно, без предварительной деформации.

Выпускаемые строительные материалы должны соответствовать государственным стандартам (ГОСТам), представляющим собой официально утвержденные документы, в которых содержится полное описание материала, изделия или детали. ГОСТами устанавливаются требования, которым должны отвечать строительные материалы, и правила их приемки.

Лесные материалы

Строение древесины. При рассмотрении поперечного разреза древесного ствола можно различать в нем следующие части: кору, камбий, собственно древесину и сердцевину.

Кора состоит из наружного слоя - корки и внутреннего - луба. Под слоем луба находится тонкий слой камбия. За камбием располагается толстый слой древесины, состоящий из ряда тонких концентрических колец. Каждое такое кольцо соответствует одному году жизни дерева и носит название годичного кольца.

В центре ствола находится сердцевина. У сосны, дуба и кедра ядро имеет более темную окраску; у ели, пихты, бука центральная часть ствола не отличается по цвету от наружной и носит название «спелой древесины». Имеются породы деревьев, у которых ядро отсутствует (береза; клен; ольха); такие породы называют заболонными.

Свойства древесины. Влажность. Большое влияние на технические свойства древесины оказывает ее влажность. По степени влажности различают древесину: мокрую (влажность больше, чем у свежесрубленной), свежесрубленную (влажность 35% и более), воздушно-сухую (влажность 20-15%) и комнатно-сухую (влажность 13-8%).

Усушка и разбухание. Изменение влажности древесины вызывает изменение ее объема, что ведет к усушке или разбуханию. Вследствие неоднородности строения древесина усыхает и разбухает в различных направлениях неодинаково, что влечет за собой коробление или появление трещин в конструкциях. Поэтому следует применять древесину с влажностью, соответствующей условиям ее эксплуатации; для этого производится естественная или искусственная сушка.

Механические свойства древесины. Прочность древесины в различных направлениях неодинакова. Так, прочность древесины при растяжении вдоль волокна в 20-30 раз больше, чем поперек волокна. Такое же явление наблюдается и при сжатии древесины.

Основные древесные породы, применяемые в строительстве.

В строительстве наибольшее применение имеют хвойные породы: сосна, ель, лиственница, пихта, кедр. Лиственные породы: дуб, бук, ясень, березу, клен, чинару, грушу и др. - применяют, главным образом, для изготовления столярных изделий и для внутренней отделки зданий. В целях экономии ценных пород леса там, где это возможно, и особенно для временного и подсобного строительства следует применять такие лиственные породы как ольха, липа, осина и тополь.

Сортамент лесных материалов. Круглый лес в зависимости от его диаметра в верхнем торце (отрубе) подразделяется на бревна, подтоварник и жерди. Бревна в верхнем отрубе должны иметь диаметр не менее 120 мм, подтоварник от 80 до ПО мм и жерди от 30 до 70 мм. Пиломатериалы получают путем продольной распиловки бревен. В зависимости от качества древесины и наличия пороков пиломатериалы из хвойных пород делятся на 5 сортов.

В строительстве применяют пиломатериалы следующих видов (рис. 2.1): пластины, четвертины, горбыль, доски (ширина более двойной толщины); бруски и брусья (ширина не более двойной толщины). В зависимости от чистоты кромок, доски делят на необрезные, полуобрезные и обрезные.

Длина досок и брусьев установлена от 1 до 6,5 м с градацией через 0,25 м. В зависимости от способа обработки брусья различают: двухкантные - опиленные с двух сторон - и четырехбитные - опиленные с четырех сторон.

Введение

Уважаемые студенты мы приступаем к изучению курса «Общее материаловедение». Лекции, которые будут прочитаны в течение данного семестра, помогут Вам разобраться в физико-химической сущности строения и свойств различных материалов. Вы узнаете, почему природные и искусственно созданные материалы имеют различные теплопровод­ность, механические и эксплуатационные свойства, как связаны эти свойства друг с другом, как и в каких пределах их можно изме­нять. Одно­временно с изучением этих вопросов, вы более глубоко познакомитесь с физическими и химическими свойствами элемен­тов, информация о которых заложена в периодической системе Д.И. Менделеева. Особо отмечу, что строение атомов химиче­ских элементов определяет структуру и энергию образуемых ими химических связей, которые, в свою очередь, лежат в основе всего комплекса свойств веществ и материалов. Лишь опираясь на по­нимание химического взаимодействия атомов, можно управлять процессами, происходящими в веществах, и получать заданные рабочие характеристики.

Однако более важной, чем изучение отдельных проблем, изло­женных в лекциях, является предоставляемая вам возможность объединить основные положения физики, химии и прикладных научных направлений (теплофизи­ки, механики) для комплексного понимания взаимодействия веществ и их свойств.

В лекциях главное внимание уделено фундаментальным основам материалове­дения в связи с тем, что современное материаловедение направлено на получение ма­териалов с заданными характеристиками и служит базой для нау­коемких технологий XXI века.

Материалом называется вещество, обладающее необходимым комплексом свойств, для выполнения заданной функции отдельно или в совокупности с другими веществами.

Современное материаловедение полностью сложилось как нау­ка во второй половине XX века, что было связано с быстрым возрастанием роли материалов в развитии техники, тех­нологии и строительства. Создание принципиально новых материалов с заданными свойствами, а на их основе сложнейших конструкций по­зволило человечеству достичь за короткое время небывалых успе­хов в атомной и космической технике, электронике, информацион­ных технологиях, строительстве и т.д. Можно считать, что материаловедение - это раздел научного знания, посвященный свойствам веществ и их направленному изменению с целью получения материалов с заранее заданными рабочими характеристиками. Он опирается на фунда­ментальную базу всех разделов физики, химии, механики и смежных дисциплин и включает теоретические основы современных нау­коемких технологий получения, обработки и применения материа­лов. Основу материаловедения составляет знание о процессах, про­текающих в материалах под воздействием различных факторов, об их влиянии на комплекс свойств материала, о способах контроля и управления ими. Поэтому материаловедение и технология ма­териалов - взаимосвязанные разделы знания.

Курс материаловедения и технологии строительных мате­риалов служит цели познания природы и свойств ма­териалов, методов получения материалов с заданными ха­рактеристиками для наиболее эффективного использования в строительстве.

Основные задачи изучения курса:

Дать понимание физико-химической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации, и их влияния на свойства материалов;

Установить зависимость между химическим составом, строением и свойствами материалов;

Изучить теоретические основы и практику реализации раз­личных способов получения и обработки материалов, обеспечи­вающих высокую надежность и долговечность строительных конструкций;

Дать знания об основных группах неме­таллических материалов, их свойствах и областях применения.

В лекциях раскрываются:

Основы взаимодействия атомов и молекул, позволяющие в дальнейшем объяснить влияние на свойства материала его химиче­ского состава и процессов направленной обработки;

Строение твердого тела, дефекты кристаллической структуры и их роль в формировании свойств материалов;

Явления переноса тепла, массы и заряда, составляющие суть любого технологического процесса;

Теоретические основы получения аморфных структур мате­риалов;

Элементы механики упругой и пластической деформации и разрушения материала, лежащие в основе формирования прочности и надежности современных строительных материалов и конструкций, а также методы их испытаний;

Итак, задача современного материаловедения - получение материалов с заранее заданными свойства­ми. Свойства материалов определяются химическим составом и структурой, которые являются результатом получения материала и его дальнейшей обработки. Для разработки материалов и техноло­гий необходимо знание физических и химических явлений и процес­сов, протекающих в материале на различных стадиях его получения, обработки и эксплуатации, их предсказание, описание и управление ими. Таким образом, знание теории необходимо для создания управ­ляемых технологических процессов, результатом которых будет ма­териал с четко определенными значениями рабочих свойств.

Физико-химические свойства вещества определяются элек­тронным строением его атомов. Взаимодействия атомов связаны, в первую очередь, с взаимодействием их электронных оболочек. По­этому при разработке материалов и процессов их получения необ­ходимо четко представлять, как различные химические элементы отдают и принимают электроны, как изменение электронного со­стояния влияет на свойства элементов.

Давайте вспомним электронное строение атома .

Электронное строение атома

Около, двух с половиной тысяч лет древнегреческий философ Демокрит высказал мысль о том, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших невидимых и неделимых частиц - атомов.

Из атомов, как из своеобразных кирпичиков собираются молекулы: из одинаковых атомов - молекулы простых, веществ, из атомов различного вида -молекулы сложных веществ.

Уже в конце девятнадцатого века наукой установлено, что атомы - частицы далеко не "неделимые", как представляла древняя философия, а, в свою очередь, состоят из ещё более мелких и, если так можно выразиться, ещё более простых частиц. В настоящее время с большей или меньшей достоверностью доказано существование уже около трех сотен элементарных частиц, входящих в состав атомов.

Для изучения химических превращений в большинстве случаев нам достаточно указать три частицы, входящие в атом: протон, электрон и нейтрон.

Протон представляет собой частицу массой условно принятой за единицу (1/12 массы атома углерода) и единичным положительным зарядом. Масса протона – 1,67252 х 10 -27 кг

Электрон - частица с практически нулевой массой (в 1836 раз меньшей, чем у протона) и единичным отрицательным зарядом. Масса электрона – 9,1091х10 -31 кг.

Нейтрон, представляет собой частицу с массой практически равной массе протона, но не имеющую заряда (нейтрален). Масса нейтрона – 1,67474 х 10 -27 кг.

Современная наука представляет атом, устроенным приблизительно, также как утроена наша солнечная система: в центре атома находится ядро (солнце), вокруг которого на относительно большом расстоянии вращаются электроны (как планеты вокруг солнца). Эта "планетарная" модель атома, предложенная в 1911 году Эрнестом Резерфордом и в 1913 году уточнённая постулатами Бора, сохранила своё значение до настоящего времени.

В ядре, состоящим из протонов и нейтронов и занимающем очень малую часть объема атома, сосредоточена основная масса атома (масса электронов в химических расчётах атомных и молекулярных масс обычно не учитывается).

Число протонов в ядре определяет вид атома. Всего сейчас открыто более ста видов атомов, которые и представлены в Таблице элементов под номерами, соответствующими числу протонов в ядре.

Простейший атом содержит в ядре всего один протон: это атом водорода. Более сложный атом гелия имеет в ядре уже два протона, третий (литий) - три и т.д. Определённый вид атома называется элементом.

2. Строение и свойства отделочных материалов

Внутреннее строение матерпалов

В зависимости от агрегатного состояния и устойчивости твердые вещества могут иметь строго упорядоченное строение – кристаллическое, или неупорядоченное, хаотическое строение – аморфное.

Природа частиц, находящихся в узлах кристаллической решетки, и преобладающие силы взаимодействия (химические связи) определяют характер кристаллической решетки: атомный с ковалентными связями, молекулярный с ван-дер-ваальсовыми и водородными связями, ионный с ионными связями, металлический с металлическими связями.

Атомная решетка состоит из нейтральных атомов, связанных между собой ковалентными связями. Вещества с ковалентными связями отличаются высокой твердостью, тугоплавкостью, нерастворимостью в воде и в большинстве других растворителях. Примером атомных решеток являются алмаз и графит. Энергия ковалентных связей составляет от 600 до 1000 кДж/моль

Молекулярная решетка построена их молекул (I 2 , Cl 2 , CO 2 и т.д.), связанных друг с другом межмолекулярными или водородными связями. Межмолекулярные связи имеют небольшую величину энергии, не более 10кДж/моль; несколько большую величину имеют водородные связи (20-80 кДж/моль), поэтому вещества с молекулярной решеткой имеют невысокую прочность, низкую температуру плавления, высокую летучесть. Такие вещества не проводят ток. К веществам с молекулярной решеткой относятся органические материалы, благородные газы, некоторые неорганические вещества.

Ионная решетка образуется атомами, сильно отличающимися по электроотрицательности. Она характерна для соединений щелочных и щелочноземельных металлов с галогенами. Ионные кристаллы могут состоять и из многоатомных ионов (например, фосфаты, сульфаты и пр.). В такой решетке каждый ион окружен определенным числом его противоионов. Например, в кристаллической решетке NаCl каждый ион натрия окружен шестью ионами хлора, а каждый ион хлора – шестью ионами натрия. Вследствие ненаправленности и ненасыщенности ионной связи кристалл можно рассматривать как гигантскую молекулу, а обычное понятие молекулы здесь утрачивает свой смысл. Вещества с ионной решеткой характеризуются высокой температурой плавления, малой летучестью, высокой прочностью и значительной энергией кристаллической решетки. Эти свойства сближают ионные кристаллы с атомными. Энергия связи ионной решетки примерно равна, по некоторым источникам меньше, энергии ковалентной решетки.

Металлические решетки образуют металлы. В узлах решеток находятся ионы металлов, а валентные электроны делокализованы по всему кристаллу. Такие кристаллы можно рассматривать как одну огромную молекулу с единой системой многоцентровых молекулярных орбиталей. Электроны находятся на связывающих орбиталях системы, а разрыхляющие орбитали образуют зону проводимости. Так как энергия связи связывающих и разрыхляющих орбиталей близка, электроны легко переходят в зону проводимости и перемещаются в пределах кристалла, образуя как бы электронный газ. В табл. 3.1 в качестве примера приведены энергии связи для кристаллов с разным типом связи.

Упорядоченное расположение частиц в кристалле сохраняется на больших расстояниях, а в случае идеально образованных кристаллов – во всем объеме материала. Такая упорядоченность строения твердых тел носит название дальний порядок.

Казакова З. К.

Проект для детей 4-5 лет

«Свойства и качества материалов»

ПРОБЛЕМА:

Дети под понятием «материал» подразумевают лишь ткань. Хотя из таких материалов как пластмасса, стекло, дерево, бумага изготовлено большинство объектов рукотворного мира, окружающих нас. Дети не знают о свойствах этих материалов, особенностей обращения с ними, не знают их целевого назначения и функций изготовленных из них предметов.

ЦЕЛЬ:

Формировать у детей представления о таких материалах рукотворного мира, как бумага, пластмасса, дерево, стекло.

ЗАДАЧИ:

1. Научить детей определять признаки материалов, их свойства и качества; классифицировать предметы рукотворного мира по материалу.

2. Познакомить детей с целевым назначением предметов рукотворного мира в зависимости от свойств и качеств материала из которого они изготовлены.

3. Составить с детьми правила обращения с предметами, в зависимости от материала из которого они изготовлены.

4. Организовать деятельность детей по созданию коллекции «Разнообразие бумаги».

5. Расширять и активизировать словарь детей характеристиками признаков материалов рукотворного мира.

6. Развивать социальные навыки детей: умение работать в группе, договариваться, учитывать мнение партнера.

МЕРОПРИЯТИЯ:

1. Сбор материалов для копилки проекта.

2. Познавательные занятия на темы:

· «История открытия стекла»

· «Изготовление бумаги»

· «Превращение дерева в строительный материал»

· «Возникновение пластмассы»

3. Отгадывание загадок и чтение художественной литературы о разных материалах и объектах рукотворного мира изготовленных из них.

4. Художественно-творческая деятельность:

· изготовление детьми бумажных фонариков на елку;

· изготовление из картона шапочек «заячьи ушки».

5. Организация сюжетно-ролевой игры «Магазин» («Мебель», «Игрушки», «Посуда», «Канцелярские товары»)

6. Организация дидактической игры «Моя квартира».

7. Проведение опытов:

· «Тонет – не тонет»

· «Бьется – не бьется»

· «Что видно через стекло (прозрачное, матовое, цветное)»

· «Мнется – не мнется»

8. Организация выставки объектов рукотворного мира из бумаги, пластмассы, дерева, стекла.

ЭТАПЫ РАБОТЫ НАД ПРОЕКТОМ

I этап – КОПИЛКА

v объекты рукотворного мира (из бумаги, дерева, пластмассы, стекла);

v иллюстрации разных объектов рукотворного мира (из бумаги, дерева, пластмассы, стекла);

v художественное слово о материалах и объектах рукотворного мира (стихи, загадки, поговорки, рассказы и т.п.).

II этап – СОЗДАНИЕ КАРТОТЕКИ

Алгоритм создания картотеки

Объекты рукотворного мира из бумаги

Объекты рукотворного мира из дерева

Объекты рукотворного мира из пластмассы

Объекты рукотворного мира из стекла

III этап – МОДЕЛЬ

На основании полученных знаний, совместно с детьми была разработана «Модель рукотворных материалов»

IV этап – ПРОДУКТ

Продуктом данного проекта является выставка объектов рукотворного мира из различных материалов: «Пластмассовое царство», «Стеклянное королевство», «Деревянное чудо», «Бумажная страна».

V этап – ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПРОЕКТА

Приглашены дети группы № 11.

Рассказывают дети – участники проекта:

– На свете много материалов: пластмасса, стекло, дерево, бумага. Мы собрали копилку предметов из этих материалов, затем распределили их по коробкам – создали картотеку по материалам. А сегодня мы представляем вам их выставку.

Гости дорогие, проходите, пожалуйста, на нашу выставку.

Дети группы и гости подходят к столу с предметами из пластмассы.

– Это «Стеклянное королевство».

Дети рассказывают о признаках стекла и читают стихи:

Через стекло все видно:

И речку, и луга,

Деревья и машины,

Людей, собак, дома.

С зайкою стеклянным

Я играть люблю.

Я знаю, что он хрупкий,

Его не уроню.

Хрупкое, прозрачное,

Твердое на вид.

От ветра он закроет,

От стужи утеплит. (Стекло)

Дети группы и гости подходят к столу с предметами из дерева.

– Это выставка «Деревянное чудо».

Дети рассказывают о признаках дерева и читают стихи:

Шкатулка деревянная

На тумбочке стоит.

Мамочка любимая

Колечки в ней хранит.

Деревянный сундучок

Так красив и ярок.

Папа часто из него

Достает подарок.

Висит дощечка расписная,

Она помощница, мы знаем:

Нам овощи нарезать помогла,

Вот для чего она нужна.

Дети группы и гости подходят к столу с предметами из бумаги.

– Это выставка «Бумажная страна».

Дети рассказывают о признаках бумаги и читают стихи:

Бумажные бабочки,

Бумажные слоны,

Зайчики и елочки,

Детям так нужны!

Бумажные кораблики

Люблю пускать я сам.

Бумажные кораблики

Плывут по ручейкам.

Песня «Бумажная страна»

(муз. И. Николаева)

Есть за морями, за горами

Бумажная страна.

Там из бумаги улицы и стены

Мебель и все дома.

Жители носят из бумаги

Шляпы и зонтики.

Миром бумажным управляют

Бумажные взрослые.

Припев: Бумажная страна,

Бумажная страна.

Мы вам расскажем,

Мы вам покажем

Вот она, вот она!

(Дети показывают на «Бумажную страну»)

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПРОЕКТА

Знакомство детей с другими материалами рукотворного мира, такими как ткань, металл, резина, полиэтилен.