Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 16
ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Инженерный факультет
Кафедра «Строительные технологии и конструкции»
Методические указания к лабораторным работам ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
(плотность, пустотность, пористость, водопоглощение, влажность, прочность, размягчение, морозостойкость).
по курсу «Материаловедение (строительные материалы)» для специальностей: «Промышленное и гражданское строительство» (290300) «Экономика и управление на предприятии строительства» (060800) Ханты-Мансийск 2004 СОДЕРЖАНИЕ стр. 1. Общие положения……………………………………………………… 4 1.2. Структура лабораторной работы……………………………………… 4 2. Общая классификация основных свойств……………………………. 5 3. Лабораторная работа №1 Определение истинной и средней плотности………………………... 6 3.1. Теоретическая часть……………………………………………………. 6 3.2. Определение истинной плотности кирпича…………………………………… 7 3.3. Определение средней плотности материалов…………………….….. 9 3.3.1. Образец материала правильной формы………………………………. 9 3.3.2. Образец неправильной формы…………………………………….…... 10 4. Лабораторная работа №2………………………………………………. 12 4.1. Определение насыпной плотности материалов……………………… 12 4.2. Пустотность…………………………………………………………….. 13 4.2.1. Теоретическая часть……………………………………………………. 13 4.2.2. Определение пустотности сыпучих материалов…………………….. 14 5. Лабораторная работа №3 Пористость и водопоглощение строительных материалов………….. 15 5.1. Теоретическая часть……………………………………………………. 15 6. Лабораторная работа №4 Определение влажности строительных материалов…………………. 18 6.1. Теоретическая часть……………………………………………………. 18 7. Лабораторная работа №5 Прочность строительных материалов………………………………… 20 7.1. Теоретическая часть……………………………………………………. 20 7.2. ЧАСТЬ 1. Определение прочности при сжатии и коэффициента конструктивного качества………………………………………….…. 23 7.3. ЧАСТЬ 2. Определение коэффициента размягчения…………….….. 25 7.3.1. Теоретическая часть……………………………………………………. 25 7.4. ЧАСТЬ 3. Определение предела прочности при изгибе……………... 26 8. Лабораторная работа № 6 Морозостойкость……………………………………………………….. 27 8.1. Определение марки по морозостойкости……………………………... 28 8.1.1. Теоретическая часть……………………………………………………. 28 9. Контрольные вопросы………………………………………………….. 31 10. Список литературы…………………………………………………….. 33 Цель настоящей работы – приобретение студентами навыков работы с лабораторным оборудованием, освоение ими современных методов определения основных свойств строительных материалов и умение оценить правильность полученных результатов. 1.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, изучившие содержание работы по соответствующим методическим указаниям и представившие конспект отчета по работе с необходимыми лабораторными журналами. Конспект отчета составляется в соответствии со структурой лабораторной работы. 1.1. Структура лабораторной работы
1.1.1. Наименование темы лабораторной работы. Оно должно выполняться четко и выделяться из основного текста. 1.1.2. Цель лабораторной работы – это наименование определяемого свойства; метод, используемый в работе; оценка правильности полученных результатов. 1.1.3. Теоретическая часть. Приводятся основные определения изучаемых в данной работе свойств строительных материалов, вывод расчетных формул, единицы размерности определяемых констант. 1.1.4. Материалы и оборудование, реактивы. 1.1.5. Методика выполнения работы. Излагается ход работы в достаточно краткой форме с указанием последовательности выполнения операций. 1.1.6. Лабораторный журнал. В него вносятся все опытные данные и полученные на их основании расчетные величины. Лабораторный журнал составляется таким образом, чтобы можно было осуществлять табличный метод расчета. 1.1.7. Расчетная часть. Расчетная часть присутствует в том случае, когда необходимо провести вспомогательные расчеты-пояснения, не вошедшие в лабораторный журнал. 1.1.8.Заключение. Делается вывод о правильности полученных результатов путем сравнения их со стандартными значениями определяемых в лабораторной работе констант, приведенных в специальной литературе или указанных в ГОСТе. ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ: – физические свойства (плотность, пористость, водопоглащение, влажность, теплопроводность, морозостойкость и др.); – механические свойства (прочность, твердость, истираемость, сопротивление удару и др.); – деформативные свойства (пластичность, упругость, ползучесть и др.); – химические свойства (щелочеустойчивость, кислотостойкость, биостойкость и др.); – технологические свойства (свариваемость, гвоздимость, пластичность, спекаемость и др.). Лабораторная
работа № 1
Определение истинной и средней плотности ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Плотность – это масса материала в единице объема. В зависимости от степени уплотнения частиц материала различают: Истинную плотность
, когда в единице объема масса материала находится в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот) rи
= rи
– истинная плотность, г/см3
; m – масса материала в абсолютно уплотненном состоянии, г; Vа
=V–Vп
Vа
– объем материала в абсолютно плотном состоянии; V – объем материала в естественном состоянии; Vп
– объем пор, заключенных в материале. Среднюю плотность
, или просто плотность, когда масса материала в единице объема находится в естественном состоянии (с порами и пустотами) rо
= rо
– средняя плотность, г/см3
; mо
– масса материала в естественном состоянии, г. Насыпную плотность,
когда масса материала в единице объема находится в насыпном состоянии (в насыпной объем включены межзерновые пустоты); rн
= rн
– насыпная плотность, г/см3
; mн
– насыпная масса материала, г; Vн
– насыпной объем, см3
. Насыпную плотность определяют как в рыхлонасыпном состоянии, так и в уплотненном. В первом случае материал засыпается в сосуд с определенной высоты, во втором – уплотняется на виброплощадке (30-60 сек). Из вышеизложенного следует, что в единице объема для данного материала m > mо
> mн
и rи
> rо
> rн
Относительная плотность – это безразмерная величина, равная отношению средней плотности материала к плотности воды при 4°С, равной – 1 г/см3
d= d – относительная плотность; rо
– средняя плотность, г/см3
; rв
– плотность воды при 4°С, 1 г/см3
. Эта величина учитывается в некоторых эмпирических формулах. Цель работы:
ознакомиться с сущностью понятий «плотность» истинная и средняя и методами их определения для образцов правильной и неправильной геометрической формы. Научится оценивать правильность полученных результатов. 1. Определение истинной плотности кирпича
Материалы:
навеска размолотого в порошок керамического кирпича массой около 70 г, дистиллированная вода. Приборы и приспособления:
весы лабораторные технические, стандартный объемомер (колба Ле Шателье), стеклянная палочка, стеклянные (фарфоровые) стаканы вместимостью 100 и 500 см3
; сухая салфетка. Ход работы 1. Пробу тонкоразмолотого кирпича (размер частиц должен быть менее размера пор в кирпиче) массой около 70 г поместить в стаканчик и взвесить на технических весах с погрешностью не более 0,05 г. 2. В объемомер (рис. 1.1) налить воду до нижней риски, нанесенной до расширения на горле колбы. Горло объемомера подсушить фильтровальной бумагой (или тряпочкой). Затем порошок кирпича из взвешенного стакана осторожно с помощью стеклянной палочки пересыпать в объемомер до тех пор, пока уровень воды не поднимется до верхней метки (потери порошка недопустимы). Объем засыпанного порошка Vп
равен объему между верхней и нижней метками объемомера (20 или 10 см3
) и указан на объемомере. 3. Массу порошка кирпича (г), засыпанного в объемомер, определить, взвешиванием остатка порошка в стакане m2
и вычислить ее как разность масс (m1
–m2
) Истинную плотность (г/см3
) рассчитать по формуле ρ=(m1
–m2
)/Vп
Рис 1.1. Объемомер Ле Шателье
1 – объемомер; 2 – сосуд с водой; 3 – термометр.
Все результаты занести в лабораторный журнал. № опыта масса пробы порошка m1
, г объем порошка Vа
, см3
масса остатка порошка m2
, г масса порошка в объемомере m=m1
-m2
, г Истинная плотность rи
= г/см3
кг/м3
ВЫВОД. 2. Определение средней плотности материалов
2.1. Образец материала правильной формы
Материалы:
бетонный (или растворный) образец-куб; куб из дерева с 1 ребром 4...5 см; образец пенопласта в форме параллелепипеда массой 10...30 г. Приборы и приспособления:
весы лабораторные технические, линейки измерительные, штангенциркуль. 1. Образцы-кубы бетона (раствора), дерева и пенопласта измерить линейкой с погрешностью 1 мм или штангенциркулем с погрешностью 0,1 мм. Каждую грань образца кубической или близкой к ней формы измеряют в трех местах (а1
, а2
, а3
, b1
, b2
, b3
, h1
, h2
, h3
) по ширине и высоте, как показано на рис. 1.2.а, и за окончательный результат принимают среднее арифметическое трех измерений каждой грани. На каждой из параллельных плоскостей образца цилиндрической формы проводят два взаимно перпендикулярных диаметра (d1
, d2
, d3
, d4
), затем измеряют их; кроме этого, измеряют диаметры средней части цилиндра (ds
, db
) в середине его высоты (рис. 1.2., б
). За окончательный результат принимают среднее арифметическое шести измерений диаметра. Высоту цилиндра определяют в четырех местах (h1
, h2
, h3
, h4
) и за окончательный результат принимают среднее арифметическое четырех измерений. Образцы любой формы со стороной размером до 100 мм измеряют с точностью до 0,1 мм, размером 100 мм и более – с точностью до 1 мм. 2. Определить массу m бетона, раствора, дерева и пенопласта. Образцы массой менее 500 г взвешивают с точностью до 0,01 г, а массой 500 г и более с точностью до 1 г. Полученные данные занести в лабораторный журнал. Рис. 1.2. Схема измерения объема образца
№ опыта материал образца масса образца mо
, г размеры образца, см объем образца V, см3
Истинная плотность rо
= ширина b
длина l
высота h
диа- метр D г/см3
кг/м3
ВЫВОД. 2.2. Образец неправильной формы
Материалы:
кусок кирпича неправильной формы массой 50...70 г; расплавленный парафин, плотностью rп
=0,93 г/см3
. Приборы и приспособления:
весы лабораторные технические с приспособлением для гидростатического взвешивания, кисточка. 1. взвесить образец – m, г; 2. с помощью кисточки покрыть образец парафином для сохранения в его объеме открытых пор; 3. взвесить покрытый парафином образец, предварительно охладив его до комнатной температуры – m1
, г; 4. провести гидростатическое взвешивание покрытого парафином образца m2
, г (рис. 1.3.). Взвешивание провести с точностью до 0,01 г. Опыт повторить трижды. Рис. 1.3. Взвешивание образца на гидростатических весах
№ опыта масса образца, г объем парафина Vп
= объем образца Vп
= плотность образца rо
= mо
m1
m2
г/см3
кг/м3
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ Конечный результат подсчитать как среднее арифметическое трех опытов. Определение объема образца методом гидростатического взвешивания производится на основании закона Архимеда: «На погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме этого тела». Значит масса образца, взвешенного в воде, будет легче массы образца, взвешенного на воздухе, на выталкивающую силу А=(m1–m2)g, Н где А – сила Архимеда; g – ускорение свободного падения, м/сек2
. Vо.п.
*rв
= m1–m2 Þ Vо.п.
= Þ V= Vо.п.
– Vп
= ВЫВОД. Лабораторная работа №2
1. Определение насыпной плотности материалов
Материалы:
кварцевый песок. Приборы и приспособления:
весы лабораторные технические, стандартная воронка, линейка, мерный цилиндр емкостью 1 л. Ход работы 1. взвесить мерный цилиндр – m1
г; 2. в стандартную воронку, установленную на поддон, засыпать песок при закрытом затворе (рис. 1.4.); 3. одним приемом, открыв затвор, заполнить песком мерный цилиндр до образования конуса над его краями; 4. удалить избыток песка, проводя линейкой по верхней части образующей цилиндра; 5. взвесить мерный цилиндр, заполненный песком – m2
г. Взвешивание произвести с точностью до 1 г. Опыт повторить трижды. 1 – корпус; 2 – трубка; 3 – задвижка; 4 – мерный цилиндр
№ опыта материал мерный цилиндр масса цилиндра с песком, m2
, г масса песка, г m=m2
-m1
насыпная плотность rн
= объем, см3
V=Vн
масса m1
, г г/см3
кг/м3
За окончательный результат принять среднее значение 3-х опытов. ВЫВОД. 2. Пустотность
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Пустотность – это доля межзерновых пустот в насыпном объеме материала. Расчетная формула: Пу
– пустотность, доли или %; Vпуст
– объем пустот в насыпном объеме материала, см3
; V – объем материала, см3
. Пустотность выражается и в %:
Пустотность – важнейшая характеристика правильности подбора зернового состава заполнителей для бетона, от которых зависит расход вяжущего (цемента, битума и др.). На практике пустотность лежит в пределах 26,5…47,6%. 2.1. Определение пустотности сыпучих материалов
Цель работы:
определить пустотность песка и щебня. Установить зависимость пустотности от величины зерен сыпучего материала. Оценить правильность полученных результатов. Материалы:
кварцевый песок, фракция (0,63 – 0,315) – 2 л; щебень гранитный, фракция (10-5) – 10 л. Приборы и приспособления:
мерные цилиндры емкостью 1 л и 5 л; стандартная воронка; линейка; торговые весы; поддон. Ход работы 1. определить насыпную плотность песка в соответствии с предыдущей частью работы; 2. взвесить пустой цилиндр, емкостью 5 л – m1
, г; 3. засыпать щебень в цилиндр совком с высоты 10 см до образования конуса над краями, поставив его предварительно на поддон; 4. излишек щебня срезать линейкой вровень с краями; 5. взвесить цилиндр, заполненный щебнем – m2
, г. Взвешивать с точностью до 1 г. Среднюю плотность кварцевого песка и гранитного щебня взять из табл.1 приложения. Определение повторить трижды. ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ № опыта материал масса цилиндра, г объем цилин-дра, см3
V=Vн
масса материала, г m=m2
-m1
насыпная плотность, г/см3
средняя плотность (табл. знач.), г/см3
rо
пустотность
пустого m1
с ма- териа- лом m2
1 2 3 песок кварц 1000 1 2 3 ще- бень 5000 За окончательный результат принять среднее значение пустотности их трех определений. ВЫВОД. Лабораторная работа №3
Пористость и водопоглащение строительных материалов
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Пористость и водопоглащение материалов тесно связаны друг с другом. С увеличением пористости увеличивается и водопоглощение. Поэтому эти свойства удобно рассматривать параллельно. Пористость – это доля заполнения материала порами. Общая пористость (или просто пористость):
где Vпор
– объем пор в материале. Пористость выражается и в процентах:
От величины пористости и ее характера зависят важнейшие характеристики материала: плотность, прочность, теплопроводность, долговечность и др. Пористость в материале характеризуется как открытыми, так и закрытыми порами. Открытые поры увеличивают водопоглащение и водопроницаемость материала и ухудшают его морозостойкость. Увеличение закрытой пористости за счет открытой увеличивает долговечность материала, снижает его теплопроводность. Водопоглощение
– свойство материала поглощать и удерживать воду. Количественные характеристики этого свойства: Массовое водопоглощение
– это отношение массы поглощенной материалом воды при определенных ГОСТом условиях к массе сухого материала в %:
Объемное водопоглощение
– это отношение массы поглощенной материалом воды при определенных ГОСТом условиях к объему материала в сухом состоянии в %:
bm
– массовое водопоглощение; bV
– объемное водопоглощение; mн
– масса материала насыщенного водой при стандартных условиях, г; m – масса воздушно-сухого материала, г; V – объем воздушно-сухого материала, см3
. Соотношение между массовым и объемным водопоглощением:
Объемное водопоглощение численно равно открытой пористости:
Определив водопоглощение по объему и пористость материала, можно легко вычислить закрытую пористость: Пзакр
=(П–Поткр
)% Коэффициент насыщения пор водой – отношение водопоглощения по объему к пористости:
Он изменяется от 0 (все поры в материале замкнуты) до 1 (все поры открыты). Чем больше Кн
, тем выше доля открытых пор относительно замкнутых. Цель работы:
определение пористости, водопоглощения и коэффициента насыщения пор водой на примере керамического кирпича. Оценка правильности полученных результатов. Материалы:
керамические кирпичи. Приборы и приспособления:
весы лабораторные технические, штангенциркуль, линейка, ванна с водой. Ход работы 1. высушить кирпичи (3 шт) до постоянной массы при температуре 105-110°С (разность результатов 2-х последовательных взвешиваний не более 0,2%). Взвешивание произвести после полного остывания кирпичей – m, г; 2. измерить геометрические размеры кирпичей с точностью до 0,1 мм; 3. произвести насыщение кирпичей водой при температуре воды 15-20°С, в течение 48 часов, при уровне воды на 2-10 см выше верха края кирпичей; 4. обтерев кирпичи влажной тканью, немедленно взвесить их – mн
, г. Взвешивать с точностью до 1 г. Значение истинной плотности керамического кирпича взять из работы №1. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЖУРНАЛЫ ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ № образца масса кирпича, г геометрические размеры кирпича, см объем кирпича, см3
V=l·b·h водопоглощение массовое
объемное
сухого m насыщен- ного водой mн
длина l ширина b высота h ПОРИСТОСТЬ № опыта плотность кирпича пористость коэф. насыщения пор водой
общая
открытая
закрытая Пзак
=По
-Поткр
, % истинная rи
, г/см3
средняя rо
, г/см3
За конечный результат принять среднее значение из 3-х определений. ВЫВОД. Лабораторная работа №4
Определение влажности строительных материалов
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Влажность – есть отношение массы воды, содержащейся в данный момент в материале, к его массе в сухом состоянии, в %. Расчетная формула:
mвл
– масса влажного материала, г; m – масса сухого материала, г. Цель работы:
определение влажности песка. Оценка правильности полученного результата. Материалы:
кварцевый песок. Приборы и приспособления:
бюксы, сушильный шкаф, эксикатор, технические весы. Ход работы 1. взвесить бюкс – m1
, г; 2. взвесить бюкс с влажным песком – m2
, г; 3. поместить бюкс с песком в сушильный шкаф, время сушки зависит от массы навески материала; 4. охладить бюкс с песком в эксикаторе и взвесить – m3
, г; 5. сушку производить до постоянного веса. За конечный результат принять среднее арифметическое из 3-х параллельных определений, при условии, что относительное отклонение отдельного результата от среднего значения не превышает 5%. ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ № опыта масса бюкса, г масса бюкса с сухими песком, г влажность
пустого m1
с влажным песком m2
1 2 3 среднее значение влажности
Подсчет отклонения отдельного результата от среднего значения. Расчетная часть: № п/п влажность Отклонения отдельного результата Wi
,% Wср
,% абсолютное DW=Wср
-Wi
, % относительное
1 2 3 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Перечислите свойства материалов, характеризующие особенности физического состояния строительных материалов. 2. Сравните массовое и объемное водопоглощение для испытуемых материалов. Какая величина – 3. Как связана прочность материала с водопоглощением, с пористостью? 4. Если в материале снизить водопоглощение, то как это скажется на средней плотности материала, на истинной плотности, на коэффициенте теплопроводности? 5. Как измениться коэффициент теплопроводности, если морозостойкость материала увеличилась? 6. Назовите величину средней и истинной плотности для бетона, для керамического кирпича, для древесины и для любого полимерного материала. 7. От чего могут разрушаться материалы наружных конструкций зданий и сооружений в зимний период? 8. От каких параметров зависит морозостойкость конструкционных материалов? 9. Как связана величина теплопроводности с пористостью в строительных материалах? 10. В бетоне путем определенных операций уменьшена средняя плотность. Как это скажется на прочности материала и его долговечности? 11. Приведите примеры материалов, характеризующихся высокой огнестойкостью, огнеупорностью. 12. Какова размерность коэффициента теплопроводности, морозо-стойкости? 13. Перечислите показатели, определяющие механические свойства материалов. 14. Какие виды прочности характеризуют бетон, древесину? В каких единицах измеряется прочность? 15. Приведите примеры материалов, у которых высокие деформативные свойства. Какими параметрами оцениваются деформативные свойства материалов? 16. Что такое истираемость? Приведите примеры материалов с высокой и низкой истираемостью. ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица 1.
Истинная и средняя плотности некоторых строительных материалов
Материал Истинная плотность, кг/м3
Средняя плотность, кг/м3
Гранит Известняки: тяжелый ракушечники Туф вулканический Кирпич керамический: обыкновенный пустотелый пористый Древесина сосны Песок Пенопласты Стекло Сталь строительная Глина Цемент Бетон: особотяжелый тяжелый облегченный легкий особолегкий Гипс и гипсовые изделия Кирпич: силикатный шлаковый трепельный Минеральная вата Пенобетон и газобетон Пеносиликат Пеностекло Растворы: известковые известково-цементные цементные Туфы Шлакобетон Шлак: гранулированный топливный Фибролит: магнезиальный цементный 2800 - 2900 2600 2700 2400 - 2600 2600 - 2800 2600 - 2800 2600 - 2800 2600 - 2800 1550-1600 2600 - 2700 1300-1400 2400 - 2600 7800 - 7850 2500-2700 3100 2800 2600 2600 2600 2600 2700 2600 2600 2700 2800 2800 2800 2600 2800 2800 2700 2800 2600 3300 2700 - - 2600 - 2700 1600-2100 1100-1600 2100-2400 900 - 2100 1600-1900 1300-1450 700-1400 500 - 600 1400 - 1600 20-50 2400 - 2600 7800 - 7850 1600-1800 1100-1350 2600 2200-2600 1800-2200 500-1800 £500 700-1300 1800-2000 1200-1500 500-700 100-150 400-1000 400-1000 300-500 1500-1600 1600-1700 1700-1800 600-1400 1400-1800 500-900 800-1200 250-550 300-600 Таблица 2.
Пористость и водопоглощение керамического кирпича
Вид керамического кирпича Средняя плотность, кг/м3
Пористость, % Водопоглощение, % Обыкновенный Условно эффективный Эффективный 1600 – 1900 1400 – 1600 600 - 1400 26 – 38 38 – 46 46 - 76
|