Результаты оценки параметров состояния материала
Министерство образования Российской Федерации
Братский государственный технический университет
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Методические указания к лабораторным работам
для студентов специальности 060800
«Экономика и управление на предприятиях»
всех форм обучения
Братск 2003
УДК 691
Строительные материалы: Методические указания к лабораторным работам / И.А. Макарова, А.В. Косых.– Братск: БрГТУ, 2003. – 80 с.
Методические указания содержат 6 лабораторных работ по дисциплине «Строительные материалы»; рекомендации по их выполнению, а также основные теоретические положения.
Предназначены для студентов специальности 060800.
665709, Братск, ул. Макаренко, 40,
Братский государственный технический ун-т
Тираж 200 Заказ
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания предназначены для самостоятельного выполнения студентами лабораторных работ по дисциплине «Строительные материалы».
Основной целью изучения указанного курса является получение знаний по квалифицированному применению строительных материалов различного назначения в строительстве и архитектуре.
Выполнение лабораторных работ позволит студентам глубже изучить индивидуальные особенности основных видов строительных материалов и изделий, а также определить области их рационального применения в конкретных условиях эксплуатации зданий и сооружений.
|
|
|
Перед выполнением работы студенты должны ознакомиться с ее содержанием и порядком выполнения. При подготовке отчета по лабораторной работе необходимо занести полученные результаты в таблицы, выполнить графики, зарисовать схемы приборов, образцов и сделать выводы на основании сравнения полученных данных с ГОСТами и техническими условиями на материалы и изделия.
Студенты составляют и защищают каждый отчет индивидуально; при этом рекомендуется сдавать отдельные работы по мере их завершения. Лабораторные работы следует проводить с подгруппой студентов численностью 12…15 человек.
Лабораторная работа №1
ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: определить основные физико-механические свойства строительных материалов и условия их рационального применения.
Материалы и оборудование:
1. Образцы строительных материалов.
2. Пикнометр.
3: Весы электронные.
4. Весы гидростатические.
5. Вакуум-шкаф.
6. Стеклянный стакан 150...250 мм.
7. Сушильный шкаф.
8. Агатовая или фарфоровая ступка.
|
|
|
9. Стеклянная воронка.
10. Гидравлический пресс.
11. Копер Педжа.
Общие сведения
Для того чтобы правильно применять в строительстве тот или иной материал, необходимо знать его основные свойства и учитывать условия, в которых он будет работать в строительной конструкции.
Различают следующие основные группы свойств, присущих всем материалам: физические, физико-химические, механические и химические.
Физические свойства характеризуют какую-либо особенность физического состояния (например, истинную или среднюю плотность, пористость) или отношение материала к различным физическим процессам (например, к физическому влиянию воды, прохождению тепла, звука, газа).
Физико-химические свойства характеризуют влияние физического состояния материала на протекание определенных химических процессов (например, степень дисперсности материала, влияющая на кинетику химической реакции).
Механические свойства определяют способность материала сопротивляться действию внешних сил. К механическим свойствам относят прочность, жесткость, упругость, твердость, стойкость к истиранию и износу.
|
|
|
Химические свойства характеризуют способность материала к химическим превращениям или стойкость к влиянию веществ, с которыми данный материал находится в соприкосновении (например, кислотостойкость, щелочестойкость).
В приложении 1 указаны основные свойства некоторых строительных материалов.
Порядок выполнения работы
Определение физических свойств материалов
При испытании искусственных и природных каменных материалов определяют следующие физические свойства: истинную плотность, среднюю плотность, пористость, водопоглощение, влажность, морозостойкость.
Определение плотностей
Определение истинной плотности. Истинная плотность материала – масса единицы объёма вещества в абсолютно плотном состоянии (без пор). Истинная плотность вещества определяется по формуле
(1.1)
где m - масса сухого (высушенного до постоянной массы при 100...110°С) материала в абсолютно плотном состоянии, кг (г);
Va - объём материала без пор и пустот, м3 (см3).
Для проведения испытания используют пикнометрический способ. Просеянный через сито №0125 порошок высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре
100...110 °С, а затем охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры. Указанная предварительная подготовка осуществляется лаборантами. От подготовленной пробы, предварительно измельченной, отвешивают на электронных весах 3...5 г (m1) материала (рис. 1.1, а) и всыпают ложечкой через воронку в пикнометр известной массы, затем аккуратно добавляют жидкость (воду) до тех пор, пока объем жидкости не заполнит широкую часть колбы. Для удаления воздуха необходимо энергично повернуть 2...3 раза пикнометр вокруг вертикальной оси и поставить в вакуум-шкаф на 15...20 мин. Операция вакуумирования предназначена для более полного удаления воздуха из микропор и микрощелей материала.
|
|
|
После выдержки в вакуум-шкафу в пикнометр добавляют жидкость до риски и взвешивают на электронных весах (m3)
(рис. 1.1, в). Затем пикнометр освобождают от содержимого, тщательно промывают, подсушивают в сушильном шкафу и заполняют жидкостью до риски, после чего взвешивают на электронных весах (m2).
Рис. 1.1. Схема определения истинной плотности
Истинную плотность ru, кг/м3(г/см3), материала вычисляют по формуле
, (1.2)
где rж - плотность жидкости (рекомендуется применять жидкость инертную по отношению к материалу). В качестве жидкости могут быть использованы дистиллированная вода (ρв = 1,0 г/см3), керосин (ρк = 0,80 г/см3), бензин (ρб = 0,71 г/см3).
Определение средней плотности. Средняя плотность материала - масса единицы объема вещества в естественном состоянии (с порами). Средняя плотность образца определяется по формуле
(1.3)
где m – масса сухого (высушенного до постоянной массы при 100...110 °С) материала в естественном состоянии, кг(г);
Vест – объем материала с порами и пустотами, м3 (см3).
Определение средней плотности образца правильной геометрической формы. Объем образца правильной геометрической формы определяют путем измерения его линейных размеров и вычисления объема.
Объем образца (см3), имеющего форму куба или параллелепипеда, определяют по формуле
(1.4)
где аср, bср, hср – средние значения размеров граней образца, см.
Объем образца цилиндрической формы (см3) определяется по формуле
(1.5)
где p - 3,14; аср – средний диаметр цилиндра; hср – средняя высота цилиндра.
Зная объем и массу образца, по формуле (1.3) определяют его среднюю плотность как среднее арифметическое трех ее значений различных образцов. Результаты испытания сравнивают с данными, приведенными в приложении 1. В отчете зарисовывают образцы правильной геометрической формы с указанием размеров.
Определение средней плотности образца неправильной геометрической формы. Данный метод основан на вытеснении образцом из сосуда жидкости, в которую его погружают, для чего используют гидростатические весы. Высушенный пористый образец неправильной формы взвешивают на электронных весах (m), затем парафинируют (либо погружают в расплавленный парафин, предварительно закрепив нитью, либо кисточкой покрывают тонким слоем парафина). Парафинированный образец взвешивают сначала на воздухе (m1), затем в воде на гидростатических весах (m2) (рис. 1.2).
Рис.1.2. Взвешивание образца на гидростатических весах:
1 – сосуд с водой; 2 – подвес для образца; 3 – образец; 4 – весы;
5 – разновес
Среднюю плотность образца неправильной формы rm вычисляют по формуле
(1.6)
где (m1—m2)/rв – величина, соответствующая объему образца, покрытого парафином, м3 (см3) (по закону Архимеда); rв – плотность воды, кг/м3 (г/см3); (m1—m)/rп - величина, соответствующая объему парафина, израсходованного на покрытие образца, м3 (см3);
rп - плотность парафина, равная 0,93 г/см3.
Определение насыпной плотности сыпучих материалов. Насыпная плотность – масса единицы объема материала в рыхлонасыпном состоянии.
Для определения насыпной плотности используют мерный цилиндр, объем которого зависит от крупности зерен сыпучего материала – чем выше наибольшая крупность зерен, тем больше объем цилиндра. В частности, объем мерного цилиндра для песка должен быть 1 л, для щебня (гравия) – 5...50 л. Сыпучий материал насыпают совком с высоты 10 см в предварительно взвешенный мерный цилиндр до образования конуса над краями цилиндра. Излишек материала срезают металлической линейкой вровень с краями, цилиндр с сыпучим материалом взвешивают.
Определение насыпной плотности rн производят по формуле
(1.7)
где m1 – масса цилиндра без материала, г(кг); m2 – масса цилиндра с материалом, г(кг); V – объем цилиндра, см3 (м3).
Определение пористости
Пористостью материала (П) называют степень заполнения его объема порами. Пористость определяют по формуле
(1.8)
где П – пористость материала, %; rm – средняя плотность материала, г/см3 (кг/м3); rи – истинная плотность материала, г/см3 (кг/м3).
Значения пористости строительных материалов различны и варьируются в очень широких пределах: от 0 (стекло, сталь) до 90...95 % (поропласты, минераловатные плиты).
Важнейшие эксплуатационные свойства материалов: средняя плотность, водопоглощение, водопроницаемость, теплопроводность, морозостойкость и др. – зависят от степени и характера пористости. Например, теплоизоляционные конструкции необходимо изготовлять из материалов с большим объемом мелкой закрытой пористости.
Полученные результаты заносятся в таблицу, форма которой представлена ниже (форма табл. 1.1).
Форма таблицы 1.1
Результаты оценки параметров состояния материала
| Наименование материала | Средняя плотность | Истинная плотность, кг/м3 | Пористость, % | Теплопро-водность, Вт/м°С | |
| правильной формы | неправильной формы | ||||
Оценка теплопроводности
Теплопроводностьюназывают свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой. Это свойство является главным как для группы теплоизоляционных материалов, так и для материалов, применяемых для устройства наружных стен и покрытий зданий. Теплопроводность воздуха (l = 0,023 Вт/м°С) значительно меньше, чем у твердого вещества, из которого состоит «каркас» строительного материала. Поэтому увеличение пористости материала является основным способом сокращения теплопроводности.
Теплопроводность зависит от пористости (или средней плотности) и может быть выражена эмпирической формулой проф.
В.Н. Некрасова:
, (1.9)
где l - теплопроводность, Вт/м°С; rm – средняя плотность материала, т/м3.
1.4. Свойства строительных материалов
по отношению их к воде
Водопоглощение – свойство материала впитывать и удерживать в себе воду при непосредственном контакте с нею.
Различают водопоглощения по массе и по объему.Водопоглощение по массе (Wm, %) равно отношению массы воды, поглощенной образцом при контакте его с водой, к массе сухого образца (mсух):
(1.10)
где mвл - масса насыщенного водой образца, г.
Водопоглощение по объему (Wv,%) равно отношению массы воды, поглощенной образцом при контакте его с водой, к объему образца (V):
. (1.11)
По количеству воды, поглощаемой материалом, можно приблизительно оценить открытую пористость ( 
).
Соотношение между водопоглощениями по массе и по объему равно средней плотности материала в сухом состоянии:
. (1.12)
Для определения водопоглощения образцы высушивают до постоянной массы, взвешивают и погружают в воду. В зависимости от вида материала насыщение водой проводят в различных условиях и в различные сроки выдержки. В частности, после насыщения водой измерения массы бетонных образцов производят через каждые 24 часа до тех пор, пока результаты двух последовательных измерений не будут отличаться более чем на 0,1% (ГОСТ 12730. 3 - 78). Это свидетельствует об окончании водопоглощения. Водопоглощение стеновых материалов определяют по ГОСТ 7025 - 91 путем насыщения образцов материалов водой при температуре
15...20 °С в течение 48 часов или кипящей водой в течение 4 часов.
Результаты испытаний образцов на водопоглощение по массе (Wm) и водопоглощение по объему (WV) заносятся в таблицу (форма табл.1.2).
Форма таблицы 1.2
Результаты оценки свойств материала
по отношению его к воде
| Наименование материала | Масса образца, г | Объем образца, см3 | Водопоглощение, % | ||
| сухого | насыщенного водой | по массе | по объему | ||
Определение водостойкости
Водостойкостьматериалов оценивают по коэффициенту размягчения (Кр), который определяют как отношение предела прочности при сжатии образцов, испытанных в насыщенном водой состоянии ( 
) , к пределу прочности образцов в сухом состоянии ( 
):
(1.13)
Предел прочности при сжатии определяют по методике, представленной в разделе 2.1.
Строительные материалы относятся к водостойким, если коэффициент размягчения Кр ³ 0,8.
Определение морозостойкости
Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности.
Долговечность материалов в конструкциях зданий и сооружений в значительной мере зависит от их морозостойкости. Замерзание воды, заполняющей поры материала, сопровождается увеличением ее объема примерно на 9%, в результате чего возникает давление на стенки пор, приводящее к разрушению материала.
При испытании на морозостойкость образцы испытуемого материала (5 образцов) взвешивают в сухом состоянии, затем их выдерживают в воде до полного насыщения (до постоянной массы). После этого образцы помещают в морозильную камеру в металлическом контейнере на расстоянии не ближе чем 20 мм друг от друга для лучшей циркуляции охлаждающего воздуха.
Продолжительность одного замораживания при установившейся температуре воздуха в камере (- 15°С) зависит от средней плотности материала, размеров образцов и составляет 4...8 ч. Чем больше размеры образцов и ниже средняя плотность, тем больше времени требуется для их замораживания.
Образцы считают выдержавшими испытание на морозостойкость, если после определенного количества циклов попеременного замораживания – оттаивания (в соответствии с требованиями стандартов на конкретный вид строительного материала) они не разрушились или на них не обнаружились видимые повреждения (расслоение, шелушение, трещины и т.д.).
Механические свойства
Прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению под давлением внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок.
Строительные конструкции и изделия при эксплуатации испытывают различные напряжения – сжатие, растяжение, изгиб, срез, удар.
Природные каменные материалы, бетон, кирпич и другие чаше всего работают на сжатие или на растяжение, однако при растяжении они выдерживают нагрузку в 5...50 раз меньшую, чем при сжатии.
Некоторые строительные материалы, например древесина, сталь, пластмассы, хорошо выдерживают как сжимающие, так и растягивающие напряжения.
Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности, т. е. напряжением в материале, соответствующим нагрузке, при которой происходит разрушение образца.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 245; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!