Рабочая программа дисциплины

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России »

Институт материаловедения и металлургии

Кафедра технологии вяжущих материалов и строительных изделий

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

_____________

подпись

______________ 2012 г.

дата

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Учебный план № 000, 3397

Рекомендована Учебно-методическим советом института материаловедения и металлургии

«02» марта 2012 г., протокол № 03

для специальностей:

Специальность/Направление	Специализация/Программа магистратуры	Квалификация	Код дисциплины по учебному плану
Код	Наименование	Наименование	Код	Наименование
270106	Производство строительных материалов, изделий и конструкций	Производство строительных изделий и конструкций	65	Инженер	ДС.04

Екатеринбург 2012 г.

Рабочая программа составлена в соответствии с
Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (регистрационный номер (12) тех/дс от 01.01.2001 г.)

Рабочая программа составлена авторами:

№	Фамилия	Имя	Отчество	Уч. звание	Уч. степень	Должность	Подпись
1	Доманская	Ирина	Кузьминична	доцент	к. т.н.	зав. кафедрой

Рабочая программа одобрена на заседании кафедр (учебно-методических советов):

№	Наименование кафедры (УМС)	Дата заседания	Номер протокола	Решение	ФИО зав. кафедрой (предс. УМС)	Подпись
1	Кафедра технологии вяжущих материалов и строительных изделий	24.02.2012	7	Утвердить
2	Кафедра технологии вяжущих материалов и строительных изделий	24.02.2012	7	Утвердить

Согласовано:

Начальник отдела образовательных программ                                        

Председатель учебно-методического совета

института материаловедения и металлургии                                        

АННОТАЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучаются общие сведения о композиционных материалах: их классификация, теоретические принципы проектирования, включая физико-химические особенности подбора компонентов, механизмы разрушения и упрочнения, а также теоретические и технологические аспекты получения композиционных строительных материалов как конструкционного, так и специального назначения. Рассматриваются основные свойства строительных композитов на основе органических, минеральных и комбинированных матриц.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель дисциплины: дать студентам представления о  композиционных материалах, как многофазных системах, состоящих из двух или более компонентов разной химической природы, имеющих границы раздела в объеме композита.

Задача дисциплины:

знакомство с основами теории и практики создания композиционных материалов строительного назначения; изучение основных классов материалов, используемых в качестве матриц и армирующих элементов, а также физико-химических особенностей их комбинирования; приобретение практических навыков проектирования и оценки качества композитов строительного назначения.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП

Дисциплина относится к дисциплинам специализации.

2.1. Междисциплинарные связи с обеспечивающими (предыдущими) дисциплинами

Для освоения данной дисциплины используются знания и умения, приобретенные студентами при изучении дисциплин естественнонаучного цикла таких как, химия, физика, механика, строительные материалы и др.

2.2. Междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

Полученные знания используются: при изучении специальных дисциплин.

3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения дисциплины студент должен:

Знать:

признаки композиционных материалов, теоретические основы их создания и классификацию; особенности разрушения матричных композитов и основные принципы их упрочнения; основы технологии производства композиционных строительных материалов различной структуры на основе неорганических, органических и комбинированных матриц;

Уметь:

выявлять признаки композиционных материалов и относить конкретный строительный материал к определенной классификационной группе; подбирать матричные и армирующие элементы для обеспечения необходимого качества композита; определять основные технологические и эксплуатационные свойства строительных композитов в соответствии с требованиями нормативных документов;

Владеть:

методами проверки качества матричных и армирующих элементов, проектирования и оптимизации составов композиционных материалов с использованием математического планирования эксперимента.

4. ВИДЫ, СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМЫ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1        Содержание разделов дисциплины

1        Введение

Комбинирование, как традиционный способ получения новых материалов. История развития композиционных материалов и их роль в техническом прогрессе. Предмет и задачи дисциплины.

2        Общие сведения о композиционных материалах (КМ)

Признаки композиционных материалов. Синергетический эффект композиций. Понятие матрицы и армирующего элемента. Классификация композиционных материалов в зависимости от вида матрицы и армирующих элементов, структуры и расположения компонентов, способу получения и назначению. Дисперсно-армированные, волокнистые, слоистые композиционные материалы. Структуры матричные, каркасные, типа «сэндвич», комбинированные. Композиты полиармированные простые и сложные. Изотропные, анизотропные, квазизотропные материалы. Понятие об искусственных строительных конгломератах (ИСК) по , Место композиционных материалов в классификации ИСК. Структуры оптимальные и рациональные. Роль матрицы и армирующих элементов в создании оптимальных (рациональных) структур.

3        Особенности проектирования композиционных строительных материалов (КСМ)

Теоретические предпосылки к созданию композиционных материалов. Принципы подбора исходных компонентов. Назначение матрицы и армирующих элементов. Требования к наполнителям: минимальная растворимость в матрице, химическая стойкость, одинаковый с матрицей КТЛР и др. Роль аппретов и замасливателей в технологии производства стекловолокнистых композитов. Основные этапы проектирования композиционных строительных материалов (по ).

4        Микромеханика разрушения и упрочнения КМ

Диаграммы деформации матриц на основе металлов, полимеров, минеральных вяжущих. Теоретическая и фактическая прочность материалов. Дефекты кристаллических решеток и их влияние на прочность материалов. Хрупкое разрушение. Теория прочности реальных тел Гриффитса. Торможение трещин по Куку-Гордону. Механизмы упрочнения дисперсно-армированных и волокнистых композитов на основе непрерывного штапельного волокна.

5        Строительные композиционные материалы на основе минеральных матриц

Композиты на основе воздушных вяжущих веществ. Гипсобетон. Гипсокартон. Гипсостружечные плиты. Гипсоволокнистые плиты полусухого и экструзионного способа производства. Гипсоопилочные блоки. Основные свойства и применение.

Магнезиальные растворы. Основные стадии технологического процесса получения ксилолитовых плит и кровельного материала кровлелита.

Композиты на основе гидравлических вяжущих веществ. Стеклоцементы. Получение и виды стекловолокна. Штапельное и непрерывное стекловолокно. Механизмы коррозии стекловолокна в щелочной среде.

Древесно-цементные композиции и основные механизмы их образования. Виды древесных армирующих материалов: лущеный шпон, дробленка, шерсть, стружка, опилки. Механический, термомеханический, химико-механический способы измельчения древесины. Способы борьбы с «цементными ядами»: физические, химические, механические, биологические. Основные технологические операции получения, свойства и применение фибролита, арболита, цементно-стружечных плит, опилкобетона.

6        Строительные композиционные материалы на основе полимерных матриц

Древесно-полимерные композиционные листовые и плитные материалы. Древесно-стружечные плиты. Методы получения: периодическое и непрерывное прессование, экструзия. Древесно-волокнистые плиты. Сухой и мокрый способы получения. Водостойкая фанера.

4.2        Разделы дисциплины и виды занятий

Перечень разделов дисциплины с указанием трудоемкости их освоения в часах, видов учебной работы и промежуточной аттестации с учетом существующих форм освоения приведен в табл. 4.2.1., 4.2.2.

Таблица 4.2.1.

Распределение аудиторной нагрузки и контрольных мероприятий для изучаемой дисциплины по разделам для очной формы обучения

Общая трудоемкость дисциплины по учебному плану (час.):	119
Раздел дисциплины	Аудиторная нагрузка (час.)	Число контрольных мероприятий
Номер раздела	Наименование раздела	Семестр изучения	Всего часов*	Лекции (Л)	Практические занятия (ПЗ)	Лабораторные работы (ЛР)	Курсовые проекты	Курсовые работы	Расч.-графич. работы	Графические работы	Расчетные работы	Рефераты	Коллоквиумы	Контрольные работы	Домашние работы
1	Введение	6	2	2
2	Общие сведения о композиционных материалах (КМ)	6	10	6	4	1
3	Особенности проектирования композиционных строительных материалов (КСМ)	6	18	6	12
4	Микромеханика разрушения и упрочнения КМ	6	6	6
5	Строительные композиционные материалы на основе минеральных матриц	6	22	8	14	1
6	Строительные композиционные материалы на основе полимерных матриц	6	10	6	4
Всего:	68	34	34	2

Таблица 4.2.2.

Распределение аудиторной нагрузки и объема самостоятельной работы по семестрам изучения дисциплины для очной формы обучения

Семестр изучения	Промеж. аттест.	Аудиторная нагрузка (час.)	Объем СРС (час.)	Резерв СРС (час.)
Зачет	Экзамен	Лекции	Практич. занятия	Лаборат. работы	Всего
6	+	34	34	68	51	18,1
Всего:	34	34	68	51	18,1

Распределение аудиторной нагрузки и контрольных мероприятий для изучаемой дисциплины по разделам для заочной формы обучения

Общая трудоемкость дисциплины по учебному плану (час.):	119
Раздел дисциплины	Аудиторная нагрузка (час.)	Число контрольных мероприятий
Номер раздела	Наименование раздела	Семестр изучения	Всего часов*	Лекции (Л)	Практические занятия (ПЗ)	Лабораторные работы (ЛР)	Курсовые проекты	Курсовые работы	Расч.-графич. работы	Графические работы	Расчетные работы	Рефераты	Коллоквиумы	Контрольные работы	Домашние работы
1	Введение	8	1	1
2	Общие сведения о композиционных материалах (КМ)	8	3	1	2	1
3	Особенности проектирования композиционных строительных материалов (КСМ)	8	8	2	6
4	Микромеханика разрушения и упрочнения КМ	8	2	2
5	Строительные композиционные материалы на основе минеральных матриц	8	1	1
6	Строительные композиционные материалы на основе полимерных матриц	8	1	1
Всего:	16	8	8	1

Таблица 4.2.2.

Распределение аудиторной нагрузки и объема самостоятельной работы по семестрам изучения дисциплины для заочной формы обучения

Семестр изучения	Промеж. аттест.	Аудиторная нагрузка (час.)	Объем СРС (час.)	Резерв СРС (час.)
Зачет	Экзамен	Лекции	Практич. занятия	Лаборат. работы	Всего
8	+	8	8	16	103	88,5
Всего:	8	8	16	103	88,5

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ И САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА

5.1.        Лабораторный практикум

Наименования лабораторных работ с указанием разделов дисциплины, к которым они относятся, приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Распределение лабораторных работ по разделам изучаемой дисциплины

для очной формы обучения

Номер раздела	Номер работы	Наименование работы	Время на выполнение работы (час.)
2	1	Изучение свойств дисперсных наполнителей композиционных материалов	4
3	4	Испытания рулонных полимерных материалов для полов	4
3	6	Решение оптимизационной задачи выбора технологических факторов и параметров при получении матричных композиционных материалов	8
5	3	Определение качества гипсокартонных листов	6
5	5	Получение и испытание арболита	8
6	2	Испытание древесных наполнителей	4
Всего:	34

Распределение лабораторных работ по разделам изучаемой дисциплины

для заочной формы обучения

Номер раздела	Номер работы	Наименование работы	Время на выполнение работы (час.)
2	1	Изучение свойств дисперсных наполнителей композиционных материалов	2
3	2	Испытания рулонных полимерных материалов для полов	2
3	3	Решение оптимизационной задачи выбора технологических факторов и параметров при получении матричных композиционных материалов	4
Всего:	8

5.2.        Практические занятия

Не предусмотрено

5.3.        Перечень тем рефератов

Не предусмотрено

5.4        Перечень тем домашних работ

Не предусмотрено

5.5        Перечень тем контрольных работ

Место и роль композиционных материалов в современном строительстве. Теоретические предпосылки создания волокнистых (дисперсно-наполненных, слоистых) композиционных материалов. Поведение и виды разрушения волокнистых (дисперсно-наполненных, слоистых) композиционных материалов при механических испытаниях (сжатие, растяжение, сдвиг, изгиб). Характеристика волокнистых (дисперсно-наполненных, слоистых) армирующих элементов. Физико-химические особенности наполнения полимерных (металлических, неорганических) матриц для получения композиционных  строительных материалов. Технология получения, основные свойства и применение арболита (ксилолита, фибролита, волокнистых плит, гипсокартона, ДСП, ДВП, цементно-стружечных плит, фанеры и т. д.).

5.6        Перечень тем расчетных работ

Не предусмотрено

5.7        Перечень тем расчетно-графических работ

Не предусмотрено

5.8        Тематика коллоквиумов

Не предусмотрено

6. ТЕМАТИКА КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Не предусмотрено

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

7.1        Рекомендуемая литература

7.1.1        Основная литература

Полимерные композиционные материалы. Прочность и технология / , , . - Долгопрудный: Интеллект, 2010. - 352 с.: ил.; 24 см. - Библиогр. в конце гл. Михайлин полимерные композиционные материалы / . - Санкт-Петербург: Научные основы и технологии, 2009. - 660 с.: ил.; 23 см. - Библиогр. в конце гл., библиогр. в прил. - Тираж 1000 экз.

7.1.2        Дополнительная литература

Строительные материалы: Учебник для студентов вузов, обучающихся по строит. спец. / , , и др. ; Под общ. ред. . - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Ассоциация строительных вузов, 2000. - 536 с.: ил.; 22 см. - Библиогр. в конце глав. Предм. указ.: с. 521-524. Батаев материалы : строение, получение, применение: [учебник] / , . - Новосибирск: НГТУ, 2002. - 384 с.: ил.; 22 см. - (Учебники НГТУ). - Библиогр.: с. 374-376 (46 назв.). Композиционные материалы: Справочник / и др. ; Под общ. ред. , . - М.: Машиностроение, 1990. - 510с. Худяков композиционные строительные материалы/ , , С. Н.кислицына. - Ростов н/Д: Феникс, 2007. - 220 с. Гуняев и свойства полимерных волокнистых композитов. - М: Химия, 1981. - 232 с. Современные композиционные материалы /Под ред. Браутмана Л, - М.: Мир, 1970.- 672 с. Композиционные материалы: Справочник/ Под ред. . - Киев.: Наукова думка, 1985. - 369 с.

7.1.3        Методические разработки кафедры

Композиционные материалы: методические указания к лабораторным работам / сост. , . Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 38 с.

7.2        Программное обеспечение

Не предусмотрено

7.3        Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы

При изучении дисциплины рекомендуется использовать профессиональный строительный портал http://www. allbeton. ru/, строительный портал http://ekb. stroyka. ru/. А также периодические издания: «Строительные материалы», «Цемент», «Бетон и железобетон», «Известия вузов. Строительство и архитектура», «Стекло и керамика» и др.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

8.1        Общие требования

Лекционный материал должен изучаться в специализированной аудитории, оснащенной современным компьютером с подключенным к нему цветным сканером и цветным принтером; проектором с видеотерминала персонального компьютера на настенный экран.

Лабораторные работы должны выполняться в специализированных лабораториях, оснащенных современным оборудованием, в соответствии с тематикой работ.

8.2        Сведения об оснащенности дисциплины специализированным и лабораторным оборудованием

Лабораторные работы проводятся в лабораториях кафедры технологии вяжущих материалов и строительных изделий (Х-211, Х-228), оснащенных необходимым специализированным оборудованием.

9. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

9.1        Рекомендации для преподавателя

Глубокое освоение теоретических аспектов тематики курса, ознакомление, переработку литературных источников; составление списка литературы, обязательной для изучения и дополнительной литературы.

Разработка методики изложения курса: структуры и последовательности изложения материала; составление тестовых заданий, контрольных вопросов.

Разработка методики проведения и совершенствование тематики лабораторных работ; использование в лабораторном практикуме реальных данных и получение имеющих практический смысл для издательского дела и редактирования результатов.

Разработка методики самостоятельной работы студентов.

Постоянная корректировка структуры, содержания курса.

9.2        Рекомендации для студента

Обязательное посещение лекций ведущего преподавателя; лекции – основное методическое руководство при изучении дисциплины, наиболее оптимальным образом структурированное и скорректированное на современный материал; в лекции глубоко и подробно, аргументировано и методологически строго рассматриваются главные проблемы темы; в лекции даются необходимые разные подходы к исследуемым проблемам.

Подготовка и активная работа на лабораторных и практических занятиях; подготовка к лабораторным занятиям включает проработку материалов лекций, рекомендованной учебной литературы.

9.3        Перечень контрольных вопросов для подготовки к текущей аттестации по дисциплине

Вопросы к зачету:

Определение и признаки композиционных материалов Синергетический эффект композиций Назначение матрицы и армирующих элементов Классификация композиционных материалов по структуре и расположению компонентов Классификация композиционных материалов по способу получения и назначению. Классификация матричных материалов 0-, 1-, и 2-хмерные армирующие элементы Классификация армирующих элементов по составу и происхождению Принципы подбора матричных материалов и армирующих элементов Характеристика основных видов волокнистых армирующих элементов Роль аппретов и замасливателей в технологии производства стекловолокнистых композитов. Композиты полиармированные простые и сложные. Изотропные, анизотропные, квазизотропные материалы Структуры оптимальные и рациональные. Роль матрицы и армирующих элементов в создании оптимальных (рациональных) структур. Основные этапы проектирования строительных конгломератов по . Диаграммы деформации матриц на основе металлов, полимеров, минеральных вяжущих. Теоретическая и фактическая прочность материалов Уравнение Орована-Келли Дефекты кристаллических решеток и их влияние на прочность материалов. Теория разрушения хрупких материалов по Гриффитсу Торможение трещин по Куку-Гордону. Механизмы упрочнения дисперсно-армированных и волокнистых композитов Технологические особенности получения стекло-цементных композитов. Классификация древесных армирующих элемент Технологические особенности получения древесно-цементных композитов Основные виды  древесно-минеральных  композитов Основные виды древесно-полимерных композитов

9.4         Перечень ключевых слов дисциплины

Таблица 9.4.

Ключевые слова

Номер раздела	Наименование раздела	Ключевые слова раздела
1	Введение	Композиционный материал, история, предмет и задачи дисциплины
2	Общие сведения о композиционных материалах (КМ)	Синергетический эффект, матрица, армирующий элемент
3	Особенности проектирования композиционных строительных материалов (КСМ)	Назначение матрицы, назначение армирующего элемента, основные этапы проектирования КМ
4	Микромеханика разрушения и упрочнения КМ	Деформация, прочность, разрушение, механизм упрочнения
5	Строительные композиционные материалы на основе минеральных матриц	Гипсобетон, гипсокартон, ксилолит, арболит, стеклоцемент
6	Строительные композиционные материалы на основе полимерных матриц	Древесно-полимерные материалы, древесно-стружечные материалы, фанера

10. ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ

Номер изменения	Номер пункта	Дата внесения изменения	Всего листов в документе	Подпись ответственного за внесение изменений
Изме­ненного	Нового	Изъя­того

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ        3

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП        3

2.1. Междисциплинарные связи с обеспечивающими (предыдущими) дисциплинами        3

2.2. Междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами        3

3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ        3

4. ВИДЫ, СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМЫ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ        3

4.1        Содержание разделов дисциплины        3

1        Введение        3

2        Общие сведения о композиционных материалах (КМ)        4

3        Особенности проектирования композиционных строительных материалов (КСМ)        4

4        Микромеханика разрушения и упрочнения КМ        4

5        Строительные композиционные материалы на основе минеральных матриц        4

6        Строительные композиционные материалы на основе полимерных матриц        4

4.2        Разделы дисциплины и виды занятий        5

5. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ И САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА        6

5.1.        Лабораторный практикум        6

5.2.        Практические занятия        7

5.3.        Перечень тем рефератов        7

5.4        Перечень тем домашних работ        7

5.5        Перечень тем контрольных работ        7

5.6        Перечень тем расчетных работ        7

5.7        Перечень тем расчетно-графических работ        7

5.8        Тематика коллоквиумов        7

6. ТЕМАТИКА КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ        7

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ        7

7.1        Рекомендуемая литература        7

7.1.1        Основная литература        7

7.1.2        Дополнительная литература        7

7.1.3        Методические разработки кафедры        8

7.2        Программное обеспечение        8

7.3        Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы        8

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ        8

8.1        Общие требования        8

8.2        Сведения об оснащенности дисциплины специализированным и лабораторным оборудованием        8

9. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ        8

9.1        Рекомендации для преподавателя        8

9.2        Рекомендации для студента        9

9.3        Перечень контрольных вопросов для подготовки к текущей аттестации по дисциплине        9

9.4         Перечень ключевых слов дисциплины        9

10. ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ        10