Визначення виробничого складу бетону

У виробничих умовах заповнювачі, що використовуються для бетону (пісок, щебінь), знаходяться у вологому стані. Волога, що міститься у заповнювачах, може істотно змінити величину водоцементного відношення та склад бетону, а отже й вплинути на важливі якості бетону ( наприклад, на щільність). Тому окрім визначення номінального складу бетону, потрібно визначити його виробничий склад, який враховує вологість заповнювачів.

Для визначення виробничого складу бетону діють наступним чином. Розраховують витрати заповнювачів на 1 м³ бетону з урахуванням їх природної вологості за формулами (10.24 и 10.25):

П₁ = П ( 1 + 0,01Wп ); (10.24)

Щ₁ = Щ ( 1+ 0,01W_щ ), (10.25)

де П₁ – кількість піску природної вологості, витраченого на 1 м³ бетону;

Щ₁ – кількість щебеню природної вологості, витраченого на 1 м³ бетону;

П – витрати сухого піску на 1 м³ бетону;

Щ – витрати сухого щебеню на 1 м³ бетону (П та Щ – величини, визначені у відповідності до вказівок попереднього розділу);

W_п та W_щ – відповідно природна вологість піску та щебеню, % (за завданням).

Кількість води, що містять у собі пісок та щебінь, можна визначити за формулами:

В_п = П₁ - П; (10.26)

В_щ = Щ₁ - Щ, (10.27)

де В_п - кількість води, що міститься у піску;

В_щ - кількість води, що міститься у щебені.

Інші показники ті ж самі, що наведені вище.

Тоді витрати води на 1 м³ бетону з урахуванням вологості заповнювачів можна визначити за формулою

В₁ = В – (В_п + В_щ), (10.28)

де В – витрати води на 1 м³ бетону при використанні сухих заповнювачів (з попереднього параграфа),

або за формулою

В₁ = В – (П₁ – П) + (Щ₁ - Щ) (10.29)

(позначення ті ж самі).

Витрати цементу на 1 м³ бетону залишаються без змін, оскільки цемент використовують тільки сухим, уникаючи зниження його активності.

Після визначення витрат матеріалів на 1 м³ бетону з урахуванням вологості заповнювачів П₁, Щ₁, В₁, та В, визначають виробничий склад бетону. Для цього записують відношення між складовими бетону:

Ц : П₁ : Щ₁ : В/Ц, (10.30)

яке призводять після до загальноприйнятного вигляду, ділячи кожний член відношення на Ц.

Позначаючи П₁/Ц – x₁, а Щ₁/Ц – y₁, одержують виробничий склад бетону у вигляді 1: x₁: y₁, де x₁ та y₁ підраховують з точністю до 0,01.

Виробничий склад бетону визначає кількість вагових частин піску (x₁) та кількість вагових частин щебеню (y₁), яке приходиться на одну вагову частину цементу з урахуванням вологості заповнювачів.

10.6 Визначення коефіцієнта виходу бетону та розрахунок дозування матеріалів на заміс бетонозмішувача

Коефіцієнт виходу бетону – це відношення об’єму свіже виготовленої бетонної суміші до суми об’ємів його складових. Цей коефіцієнт розраховується за формулою 10.31.

, (10.31)

де V_ц, V_п, V_щ – відповідно об’єми цементу, піску та щебеню, витрачені на 1 м³ бетону;

V_б – об’єм 1 м³ бетонної суміші, що дорівнює 1000 л.

Оскільки важкий бетон – матеріал вельми щільний, його об’єм завжди менше суми об’ємів його компонентів, а тому коефіцієнт завжди менше одиниці.

Паспортна місткість бетонозмішувача визначається сумою об’ємів складових, які завантажені на один заміс бетонозмішувача. Отже, об’єм бетону, добутого за результатом одного замісу,

V_Б= V_к × b, (10.32)

де V_к – об’єм ковша бетонозмішувача (паспортний об’єм).

Кількість компонентів на один заміс бетонозмішувача (кілограми) розраховують за наступними формулами:

Ц_к = Ц × V_б ;

Ц_к = (10.33)

П_к = або П_к = Ц_к × X₁. (10.34)

або ; (10.35)

, (10.36)

де Ц_к, П_к, Щ_к, В_к – відповідно кількість цементу, піску, щебеню, води на заміс;

Ц – витрати цементу на 1 м³ бетону;

П₁, Щ₁, В₁ – відповідно витрати піску, щебеню, води на 1 м³ бетону з урахуванням вологості заповнювачів;

x₁, y₁ – відповідно кількість вагових частин піску, щебеню, що приходяться на одну вагову частину цементу з урахуванням вологості заповнювачів (з виробничого складу бетону).

10.7 Випробування контрольних зразків для визначення міцності бетону до стиснення

Випробування зразків-кубів бетону на стиск проводяться відповідно до ГОСТу 10180-90 у віці 28 діб. Перед випробуванням ретельно оглядають зразок, вимірюють грані з точністю до 1 мм.

При випробуванні на стиск зразки-куби встановлюють однією із завчасно відібраних граней на нижню опорну плиту пресу центрально відносно його осі, використовуючи риски, нанесені на плиті.

Тип (марку) преса та обрану шкалу силовимірювача записують до журналу випрбувань. Далі випробують зразки. У процесі випробування напруження у зразку при навантаженні має збільшуватись безперервно з постійною швидкістю 6 – 2 кгс/см² за секунду до його руйнування.

Досягнуте у процесі випробування максимальне зусилля приймають за величину руйнівного навантаження на зразок Р.

Міцність бетону при стиску (у кгс/см²) розраховують для кожного зразка за формулою (10.37):

R = , (10.37)

де Р – руйнівне навантаження, кгс;

F – середня площина робочого перерізу зразка, см²;

– масштабний коефіцієнт міцності бетону у зразках базового розміру, що дорівнює для зразків-кубів з ребром 70, 100, 150, 200 та 300 мм відповідно 0,85, 0,91, 1,0; 1,05 та 1,10.

Одержаний результат порівнюють з міцністю бетону, приведеною у завданні. Якщо цей результат не нижче заданої міцності бетону або перевищує її не більш ніж на 15 %, то склад бетону підібрано вірно.

Якщо виникає необхідність визначити міцність бетону у більш ранній строк ніж 28 діб, тоді її можна обчислити за формулою:

(10.38)

де R₂₈ – марка бетону після 28 діб витримки, кгс/см²;

R_n – міцність бетону в строк n діб, кгс/см².

Результати випробувань заносять до лабораторного журналу, вказуючи дату і час випробувань.

Висновки про марку бетону заносять до журналу згідно з ДСТУ Б В.2.7-43-96, а для бетону для виробів та конструкцій, що проектуються з врахуванням вимог СТ СЭВ 1406-78, вказують клас бетону за стиском – В.

Лабораторна робота 11

Добір складу будівельного розчину

Мета роботи: ознайомлення з методом добору складу цементно-піщаного будівельного розчину, що призначений для мурування керамічної цегли. Практична оцінка рухливості та розчинної середньої густини та фактичної міцності затверділого будівельного розчину згідно вимог стандартів.

Прилади та обладнання: терези технічні, чаша для затворень, металева лопатка, скляна колба, конус БудЦНДХ, сталевий стрижень, металева посудина місткістю 1000 мл за насадкою; металева двочарункова форма без піддону, цеглина, не проклеєний папір, гідравлічний прес.

Форма звіту: лабораторний журнал.

11.1 Основні положення

Будівельні розчини – це штучні кам’яні матеріали, що одержують в результаті твердіння раціонально підібраних сумішей з неорганічних в’яжучих, дрібного заповнювача (піску) та води. Часто до розчинів додають спеціальні додатки, які прискорюють або уповільнюють твердіння, пластифікатори тощо. До затвердіння суміші цих матеріалів називають розчинними сумішами, після затвердіння – розчинами.

Будівельні розчини характеризуються великим різноманіттям видів і можуть бути класифіковані за групами в залежності від щільності, виду в’яжучого та призначення.

За щільністю у сухому стані розчини поділяють на важкі (з щільністю не менш 1500 кг/м³) та легкі (менше 1500 кг/м³).

За видом в’яжучого розчини поділяють на цементні, виготовлені на портландцементі або його різновидах; вапняні; гіпсові; сметанні, отримані на цементно-вапняному в’яжучому, цементно-глиняному, вапняно-гіпсовому в’яжучому.

За призначенням розчини поділяють на мурувальні, оздоблювальні, спеціальні (гідроізоляційні, акустичні, рентгенозахисні тощо).

Склад розчину призначують і розраховують, виходячи з наступних умов: 1) суміш має бути такою, що легко оброблюється – легко перемішується, транспортується, перекачується по трубах, рівномірно розподіляється тонким шаром по поверхні; 2) розчин до визначеного терміну твердіння має відповідати заданим вимогам щодо міцності та морозостійкості; 3) легкооброблюваність суміші та потрібна якість затверділого розчину мають досягатись при найменших витратах в’яжучого.

Будівельні розчини на відміну від бетонів не містять крупного заповнювача (щебеню або гравію). Отже, розчини – це дрібнозернисті бетони, тому загальні закономірності, які визначають легкоукладність та міцність бетонів, розповсюджуються і на розчини.

Встановлені наступні значення марок розчинів за міцністю при стиску (у кгс/см²): 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300. Марки розчинів за морозостійкістю: 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200, 300.

Склади низькомарочних розчинів (до 25) призначаються без розрахунку за таблицями довідника. Склади інших розчинів отримують шляхом розрахунку та лабораторного добору.

Співвідношення між в’яжучим та дрібними заповнювачами називають складом розчину, який у загальному вигляді записують В:П, де В – маса або об’єм в’яжучого, П – маса або об’єм дрібного заповнювача (найчастіше – піску). Склад розчину призводять до більш зручного вигляду, де витрати в’яжучого приймають за одиницю, для чого і кількість в’яжучого, і кількість заповнювача ділять на кількість в’яжучого:

Нижче викладається одна з методик розрахунку та добору складу будівельного розчину.

Завдання для розрахунку складу розчину

Потрібно розрахувати та лабораторним шляхом добрати склад будівельного цементно-піщаного розчину, призначеного для виробництва цегляного мурування. При цьому розчин має задовольняти наступним умовам:

1) міцність при стиску після 28 діб витримки має бути:

R_cт = кгс/см² (задається викладачем побригадно, наприклад, 50, 75, 100, 150 кгс/см²);

2) рухливість розчинної суміші за стандартним приладом (конус БудЦНДЛ) має бути у межах ___ см (наприклад, 5-7 см).

Примітка: Важливо, щоб цей показник був близьким для розчинних сумішей, виготовлених студентами усіх бригад на даному занятті.

Для виготовлення розчину вживаються наступні вихідні матеріали:

в’яжуче – ______________марки ______________;

вода – водопровідна (чиста питна);

дрібний заповнювач – кварцовий пісок (дрібнозернистий, середньозернистий, модуль крупності М_к =­­ ____ (чистий, запилений, забруднений); насипна густина (об’ємна насипна маса) = ____кг/м³).

Для виконання лабораторної роботи необхідно мати (на кожну бригаду) такі матеріали, прилади та приладдя: цемент у ящику, пісок у ящику, воду у колбі, совок, тарільчані ваги з різновагами, металеву чашу для затворень, металеву лопатку для перемішування матеріалів, сталевий стрижень діаметром 10-12 мм, стандартний прилад для визначення рухливості розчинної суміші (конус БудЦНДЛ), посудина для розчинної суміші, стальна циліндрова посудина місткістю 1000 мл з насадкою, роз’ємні сталеві форми без піддона (внутрішній розмір чарунки форми 7,07×7,07×7,07 см), лабораторний ніж, прес для випробувань зразків з зусиллям до 50 т, цеглина керамічна з вологістю не більш 2 % та водопоглинанням 10-15% за масою, газетний папір, штангенциркуль.

Розрахунок складу розчину

Міцність розчину, укладеного на пористу основу (керамічна цегла), визначають в залежності від витрат в’яжучої речовини (оскільки після відсосу води основою у розчині залишається приблизно однакова кількість води ) за формулою Н.А. Попова:

R₂₈ = к Rц (Ц – 0,05) + 4а, (11.1)

де R₂₈ – міцність розчину при стиску (за завданням) у 28 - добовому терміні витримки, кгс/см² або МПа;

к – коефіцієнт крупності піску (для дрібного приймають – 0,5-0,7; для середнього – 0,8; для крупного – 1,0);

Rц – активність цементу, кгс/см² або МПа;

Ц – витрати цементу у тонах на один кубічний метр піску.

Знаючи задану міцність розчину, коефіцієнт якості піску та активність цементу, за наведеною формулою визначають витрати цементу у тонах на 1 м³ піску (розрахунок ведуть з точністю до тисячних). Далі витрати цементу наводять у кілограмах на 1 м³ піску.

Склад розчину визначають як співвідношення між в’яжучим та заповнювачем за масою, приведене до вигляду 1:X, де X= , що показує, скільки вагових частин піску приходиться на одну вагову частину цементу. Отже, X обчислюють шляхом ділення маси 1 м³ піску у насипному стані у кілограмах на масу цементу у кілограмах, витраченого на 1 м³ піску (розрахунок здійснюють з точністю до сотих). Так отримують склад розчину 1:X.

11.4 Пробний заміс розчину

Досвід свідчить, що для визначення рухомості розчинної суміші та виготовлення контрольних зразків достатньо взяти сухих матеріалів (цементу та піску в сумі) не менш 3000 г (можна брати матеріалів і більш ніж 3000 г). Витрати цементу та піску на пробний заміс розчину складу 1:X визначають, обчислюючи систему рівнянь:

звідси Ц = (у грамах) та П = 3000 – Ц (у грамах).

Розрахункову кількість цементу та піску відважують та висипають до чаші для затворень. Металевою лопаткою перемішують цемент та пісок до стану візуальної однорідності. Колбу з водою зважують; воду обережно додають до гарцовки поступово, матеріали перемішують до візуальної однорідності. В результаті отримують розчинну суміш. Колбу з залишком води зважують після визначення рухомості розчинної суміші. Таким чином визначають фактичні витрати води у розчині. Рухливість розчинної суміші, що характеризується її здатністю розтікатися під дією власної маси, визначають за ГОСТом 5802-86 шляхом обчислення величини занурювання еталонного конуса в розчин. Маса еталонного конуса дорівнює 300±2 г, діаметр основи – 75 мм. Для визначення рухливості розчинної суміші застосовують стандартний прилад, що зветься конусом БудЦНДЛ (рис. 11.1).

1 – стріжень; 2 – стрілка; 3 – шкала; 4 – гвинт пусковий; 5 – конус БудЦНДЛ; 6 – ємкість для розчину; 7 – розчин будівельний ; 8 – станина зі штативом.

Рисунок 11.1 – Схема конуса БудЦНДЛ

для визначення рухливості розчину

Для випробувань свіжовиготовлений розчин перемішують, наповнюють ним посудину у вигляді зрізаного конуса висотою 180 мм та діаметром основи 150 мм, ущільнюють 25 натисками сталевого стриженя діаметром 10-12 мм та струшують посудину 5-6 разів легким постукуванням об стіл. Прилад встановлюють на столі та перевіряють свободу ковзання стриженя конуса у тримачу. Вістря конуса приводять у дотик з поверхнею розчину в посудині, закріплюють стрижень конуса пусковим гвинтом та записують перший відлік за шкалою. Потім відпускають пусковий гвинт, даючи конусу можливість вільно занурюватися у розчин протягом 10 с, після чого зачиняють пусковий гвинт й записують другий відлік за шкалою. Глибина занурення конуса у розчин в сантиметрах визначається як різниця між другим та першим відліками з точністю до 2 мм. Величину рухливості в сантиметрах обчислюють як середнє арифметичне результатів двох випробувань.

11.5 Визначення густини розчинної суміші

Таке визначення проводять в тих випадках, коли під час приготування розчинів застосовують органічні пластифікатори-мікроперетворювачи.

Згідно з ГОСТом 5802-86 для визначення середньої густини посудину місткістю 1000 мл з насадкою наповнюють свіжовиготовленим розчином з деяким надлишком, який утримується надягненою насадкою. Розчин ущільнюють 25-ма натисками сталевого стриженя діаметром 10-12 мм та струшують посудину 5-6 разів легким постукуванням об стіл. Потім насадку знімають і ножем зрізують надлишок суміші врівень з краями посудини. Посудину із сумішшю зважують, та з отриманого значення віднімають масу посудини.

Густину розчинної суміші визначають як частку від ділення маси суміші на об’єм посудини. Величину середньої густини розчину обчислюють як середнє арифметичне результатів двох випробувань.

11.6 Визначення границі міцності при стиску розчину

Згідно з ГОСТом 5802-86 границю міцності під час стискання розчину визначають на зразках-кубах розмірами 7,07×7,07×7,07 см. На кожний термін випробувань виготовляють три зразки.

Зразки з свіжовиготовлених розчинів рухомістю 5 см і більш виготовляють у формах без піддону. Зібрану та змащену тричарункову металеву форму встановлюють на цеглину, попередньо покриту змоченим водою газетним або іншим непроклеєним папером (рис. 11.2). Цеглина має бути керамічною, сухою (вологість не більш 2 % та водопоглинання 10-15 % за масою). Потім усі три відділення форми заповнюють розчинною сумішшю, при цьому з деяким надлишком ущільнюють її в кожному відділенні форми 25 натисками сталевого стриженя діаметром 10-12 мм, зрізують надлишок розчинної суміші змоченим водою ножем урівень з краями форми та загладжують поверхню.

Форми, заповнені цементним розчином, витримують до розпалубки в камері нормального зберігання за температури 20 ± 2° С та відносної вологості повітря 95-100 %. Через (24 ± 2) години після укладення зразки звільняють з форм, нумерують та зберігають за температури 20 ± 2 °С протягом перших трьох діб у камері нормального зберігання при відносній вологості повітря 95-100 %, а термін, який залишився до випробувань – у воді. Припускається зберігання зразків у вологому піску або тирсі. Не раніше, ніж за 10 хвилин до випробування зразки мають бути вилучені з води, обмірені та зважені. Випробування проводяться в лабораторних умовах за температури 20 ± 2 °С та відносної вологості повітря в приміщенні 50-70 %.

Під час випробувань навантаження на зразок має підвищуватись безперервно з постійною швидкістю не більш 6 ± 4 кгс/см² на секунду до його руйнування.

Границю міцності під час стискання обчислюють для кожного зразка як частку від ділення руйнуючого навантаження на робочу площину зразка. Фактична міцність при стиску розчину обчислюють як середнє арифметичне результатів випробувань трьох зразків-кубів.

Результати визначення складу розчину та його фізико-механічних властивостей записують до лабораторного журналу (табл. 11.1).

Таблиця 11.1 – Визначення витрат компонентів та властивостей цементно-піщаного розчину

Номер бригади

Потрібна міцність роз-чину, кгс/см2

Витрати цементу на 1 м3 піску, Ц

Склад розчину за масою, 1:Х

Витрати матеріалів на пробний заміс, г

Фактичні витрати води, В, г

Рухливість розчинної суміші, см

Середня густина розчинної суміші, кг/см3

Середня густина затверділого розчину, кг/см3

Фактична міцність розчину (МПа)

т

кг

Ц

П

Продовження таблиці 11.1

Лабораторна робота 12

ФІЗИЧНІ ТА МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДЕРЕВИНИ

12.1 Основні положення

Деревина – один з найважливіших видів будівельних матеріалів; її широко застосовують у будівництві завдяки ряду позитивних властивостей: високій міцності та пружності за невеликої середньої густини, малої теплопровідності, легкості обробки, простоті скріплення окремих елементів, високій морозостійкості та стійкості до дії багатьох хімічних реагентів. Деревині притаманний і ряд недоліків, які знижують її будівельні властивості: неоднорідність будови, наявність багатьох вад, гігроскопічність, що призводить до розтріскування, жолоблення та зміни розмірів виробів, здатність до займання та швидкого загнивання.

Лабораторні заняття містять у програмі досліджень деревини наступні найбільш важливі та характерні випробування: визначення вологості, середньої густини, границі міцності під час стискання вздовж волокон та під час статичного вигинання деревини.

12.2 Фізичні властивості

Найважливішими фізичними властивостями деревини є її вологість та середня густина.

12.2.1 Визначення вологості деревини.

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення вологості деревини та його практичне застосування.

Прилади та обладнання: скляні бюкси з кришками, терези технічні, сушильна шафа, ексикатор.

Вологістю деревини називають відношення маси вологи, що знаходиться в даному об’ємі деревини, до маси абсолютно сухої деревини, яке виражається у відсотках. Вологість впливає на міцність, об’ємну масу, теплопровідність та інші властивості деревини. ГОСТ 16483.1-84 встановлює два методи визначення вологості: з похибкою не більш 0,1 % для приведення показників фізико-хімічних випробувань зразків до показників при стандартній вологості та з похибкою не більш 1 % - для визначення вологості деревини, що використовується у виробничих потребах. Оскільки для визначення вологості потрібно багато часу, необхідно завчасно виконати наступні підготовчі роботи. Нумерують бюкси та кришки до них одним й тим же номером, зважують їх. Поміщують зразки до окремих бюксів, кожний закривають кришкою та зважують з похибкою не більш 0,001 г (рис. 12.1)

Рисунок 12.1 – Схема бюкси та зразка для визначення вологості

та середньої густини деревини

В результаті має бути одержана маса бюкси із зразком до висушування у грамах. Зразки, що знаходяться в бюксах із знятими кришками, поміщують до сушильної шафи з температурою 105 ± 2 °С. Висушування перевіряють повторними зважуваннями через кожні 2 години. Перше зважування при висушуванні м‘яких порід проводять не раніше ніж через 6 год. після початку висушування, а при висушуванні твердих порід – не раніше 10 год Висушування вважається завершеним, коли різниця між двома останніми зважуваннями буде не більш 0,002 г. Перед зважуванням бюкси зі зразками закривають кришками та охолоджують до кімнатної температури в ексикаторі з безводним хлористим кальцієм; після цього зважують. У результаті одержується маса кожної бюкси зі зразком після висушування у грамах.

Виходячи з одержаних даних, обчислюють вологість деревини у відсотках з похибкою не більш 0,1 % за формулою

%, (12.1)

де m_в – маса бюкси з кришкою та зразком до висушування, г;

m_с – маса бюкси з кришкою та зразком після висушування, г.

Вологість деревини для виробничих потреб визначають за спрощеною методикою. Зразки зважують на технічних вагах з похибкою не більш 0,01 г та висушують так, як описано вище, але без бюкс. Висушування вважається завершеним, коли для кожного зразка різниця між результатами двох останніх зважувань буде не більш 0,02 г. Вологість зразків обчислюють у відсотках з похибкою не більш 1 %:

%, (12.2)

де m_в – маса зразка до висушування, г;

m_с – маса зразка після висушування, г.

Одержані результати записують до табл. 12.1.

Таблиця 12.1 – Визначення вологості деревини

Показники	Од. вимір.	Формула	Результати
І	ІІ	ІІІ
Маса зразка до висушування Маса зразка після висушування Маса випаруваної води   Вологість деревини	г     г     г     %	mв     mс     mв – mс
Середнє значення вологості	%

Форма звіту: лабораторний журнал.

12.2.2 Визначення середньої густини деревини.

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення середньої густини деревини та його практичне виконання. Виконання перерахунку середньої густини на стандартну вологість.

Прилади та обладнання: терези технічні, штангенциркуль.

Середньою густиною називають відношення маси деревини, що знаходиться у природному стані, до її об’єму. Вимірюють середню густину в кг/м³. Середня густина деревини залежить від породи та вологості. Слід відзначити, що абсолютна густина деревинної речовини складає 1540-1560 кг/м³, вона не залежить від породи та вологості деревини.

Відповідно до ГОСТу 16483.1-84 найчастіше середню густину деревини визначають на зразках, що мають форму прямокутної призми. При цьому обчислюють густину при вологості деревини в момент випробувань в абсолютно сухому стані та умовну густину. На заняттях найчастіше визначають густину деревини в момент випробування.

Зразки зважують на вагах з похибкою не більш 0,01 г. Штангенциркулем вимірюють поперечний переріз та довжину (a, b, h) з точністю до 0,1 мм по осях симетрії зразка. Об’єм зразка обчислюють з точністю до 0,01 см³. Потім обчислюють середню густину деревини з похибкою до 5 кг/м³ при вологості в момент випробування: кг/м³ , (12.3)

де m_w – маса зразка при вологості в момент випробування (W), г;

a, b – розміри поперечного перерізу зразка, см;

h – довжина зразка, см.

Одержану величину густини перераховують на стандартну вологість 12 % за формулою 12.4: , (12.4)

де r_w – густина деревини при вологості в момент випробування, кг/м³;

k₁₂^w – коефіцієнт перерахунку, що визначається за таблицею ГОСТ 16483 (з підвищенням вологості від 5 до 30% цей коефіцієнт збільшується від 0,972 до 1,050 для більшості порід деревини). Одержані результати записують до табл. 12.2.

Таблиця 12.2 – Визначення середньої густини деревини

Показники	Од. вим.	Формула	Результати
І	ІІ	ІІІ
Розміри зразка: товщина ширина висота Об’єм зразка Маса зразка	см см см см3 г	b a h V mw
Середня густина зразка при природній вологості Середня густина зразка після перерахунку на 12 % вологості	г/см3     г/см3

Форма звіту: лабораторний журнал.

12.3 Механічні властивості

Найважливіші механічні властивості деревини: міцність під час стискання вздовж волокон, поперечний вигин, міцність на розтяг вздовж волокон, на сколювання та статична твердість.

Про міцність деревини роблять висновок за результатами її механічних випробувань, залежних від форми, розмірів та чистоти зразка, способу прикладення навантаження, швидкості навантаження тощо. На механічні властивості деревини істотно впливає її вологість, тому одержані результати випробувань при даній вологості необхідно перераховувати на стандартну вологість 12 %.

12.3.1 Визначення границі міцності при стиску деревини вздовж волокон.

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення границі міцності при стиску деревини та практичне його виконання. Виконання перерахунку границі міцності при стиску на стандартну вологість.

Прилади та обладнання: прес гідравлічний, пристосування с шарнірною опорою, штангенциркуль.

Границя міцності при стиску деревини вздовж волокон для різних порід в середньому дорівнює 400-600 кгс/см² (40-60 МПа). Для випробування деревини під час стискання вздовж волокон застосовують універсальну випробувальну машину ГЗИП-Р5 або іншу машину, обладнану пристосуванням з шарнірною опорою, яка дозволяє вимірювати зусилля з похибкою не більш 1 % від прикладеного навантаження.

Для виконання роботи необхідні: випробувальна машина, пристосування до випробувальної машини з шарнірною опорою, штангенциркуль, зразки деревини розміром 20×20×30 мм, ГОСТ 16483.10-73.

Перед випробуванням штангенциркулем вимірюють на середині довжини зразка розміри поперечного перерізу (a та b) з точністю до 0,1 мм. Однією з торцевих поверхонь зразок зміщують в центрі шарнірної опори пристосування. Пристосування зі зразками поміщають між головками машини та злегка затискають. Стрілка силовимірювача в цей час має бути на нульовому поділку шкали. Вмикають машину випробувальну машину, при випробуванні зусилля має бути спрямоване вздовж волокон зразка (рис. 12.2).

Швидкість подавання навантаження на зразок рівномірна протягом всього часу випробування (25000 ± 5000) н/хв. Випробування доводять до руйнування зразка, тобто до моменту руху стрілки силовимірювача в зворотній бік. Після цього випробувальну машину вимикають. Зразок виймають із пристосування та оглядають, звертаючи увагу на характер руйнування.

Границя міцності під час стискання вздовж волокон деревини обчислюють з похибкою не більш 0,5 МПа (5 кгс/см²):

кг/м³, (12.5)

де P_max – максимальне навантаження, Н (кгс);

a, b – розміри поперечного перерізу зразка, мм (см);

Одержану границю міцності перераховують з округленням до 0,5 МПа на стандартну вологість 12 %.

, (12.6)

де a – поправочний коефіцієнт, рівний 0,04 на 1 % вологості;

s_w – границя міцності під час стискання зразка в момент випробування, МПа (кгс/см²);

W – вологість зразка в момент випробування, % (вологість деревини в момент випробування визначають за стандартним методом).

Результати випробувань заносять до табл. 12.3.

Таблиця 12.3 – Визначення границі міцності під час стискання деревини вздовж волокон

Номер зразка	Розміри поперечного перерізу, см	Площа поперечного перерізу, см2	Руйнівне навантаження Р, кгс	Вологість %	Границя міцності, кгс/см2
a	b	Rст	Р12
Середнє значення

Форма звіту: лабораторний журнал.

12.3.2 Визначення границі міцності під час статичного вигинання деревини.

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення границі міцності під час статичного вигинання деревини та практичне його виконання. Перерахунок границі міцності при статичному вигині на стандартну вологість.

Прилади та обладнання: прес гідравлічний, пристосування для випробування деревини на вигін з опорами та ножами, штангенциркуль.

Границя міцності при статичному вигині деревини в середньому дорівнює 70-120 МПа (700 – 1200 кгс/см²).

Для виконання роботи необхідні: випробувальна машина, пристосування для випробування деревини на вигинання з опорами та ножами, штангенциркуль, зразки деревини у формі бруска розміром 20×20×30 мм (річні шари на торцях зразків мають бути спрямовані паралельно одній парі протилежних граней, а твірні річні шари – паралельні довгим ребрам зразка, ГОСТ 16483.3–84.

Штангенциркулем на середині довжини кожного зразка вимірюють ширину у радіальному напрямку та висоту у тангенціальному. Зразок поміщують в пристосування за схемою вільно лежачої балки на двох опорах, відстань між центрами яких 240 мм. Балка завантажена двома зосередженими вантажами в двох точках на одній третині відстані між опорами (рис. 12.3).

Рисунок 12.3 – Схема випробування деревини на вигинання

Зразок на опори поміщують так, щоб вигинаючи зусилля були спрямовані по дотичній до річних шарів (вигинання тангенціальне). Пристосування разом із зразком встановлюють у випробувальну машину, центрують його та злегка затискають гвинтом. Вмикають випробувальну машину, при цьому швидкість навантаження зразка має бути рівномірною протягом всього часу випробування ((17 ± 15) кН/хв). Випробування проводять до руйнування зразка (повного зламу), тобто до того моменту, коли стрілка силовимірювача почне рухатися у зворотній бік. Механічне навантаження визначають з похибкою не більш ціни поділку шкали силовимірювача (в Н або кгс). Після цього машину вимикають, зразок виймають з пристосування та оглядають вид зламу зразка (гладкий або волокнистий).

Границя міцності під час статичного вигинання деревини (кгс/см²) обчислюють з похибкою не більш 1 МПа:

, (12.7)

де P_max – руйнуюче навантаження, Н (кгс);

l – відстань між опорами, см;

b – ширина зразка, см;

h – висота зразка, см.

Одержану границю міцності перераховують на 12% вологість за формулою 12.8.

, (12.8)

де a – поправочний коефіцієнт на вологість, рівний 0,04 для всіх порід;

W – вологість зразка в момент випробування, %;

s_w – границя міцності під час статичного вигинання деревини при вологості в момент випробування, МПа (кгс/см²).

Вологість деревини в момент випробування визначають за стандартним методом.

Результати випробувань заносять до табл. 12.4.

Таблиця 12.4 – Визначення границі міцності під час вигинання деревини

Номер зразка	Розміри поперечного перерізу, см	Відстань між опорами см	Руйнів-не наванта-ження Р, кгс	Вологість, %	Границя міцності, кгс/см2
a	b	Rст(w)	Rвиг(12)
Середнє значення

Форма звіту: лаборатний журнал.

Лабораторна робота 13

ВипробуванНЯ ЛАКОФАрбових матеріалів

13.1 Основні положення

Лакофарбовими матеріалами називають в’язкорідкі суміші, що наносяться на поверхню тонким шаром, який через деякий час твердне та створює плівку, міцно зчепленою з основою.

До лакофарбових матеріалів відносять: пігменти (сухі фарби), в’яжучі (оліфи, клеї), лаки, фарбувальні суміші (фарби), розчинники та розріджувачі тощо.

Лакофарбові матеріали застосовують для захисту інших матеріалів від руйнуючих впливів середовища, для оздоблення фасадів будівель та приміщень, для створення в них необхідних санітарно-гігієнічних умов.

13.2 Визначення властивостей зв’язуючих речовин

Мета роботи: ознайомлення зі стандартними методами визначення густини та в’язкості в’яжучих речовин (на прикладі оліфи) та практичне їх виконання. Прилади та обладнання: ареометр, скляний циліндр місткістю 250 мл, оліфа, яка досліджується.

Прилади: воронка НДЛК, бензин, вимірювальна посудина, секундомір, вода, оліфа, що досліджується.

У фарбувальних сумішах в’яжучими речовинами можуть бути: оліфи, (у олійних фарбах), клеї (у клейових фарбах), полімери (у полімерних фарбах та лаках), а також неорганічні в‘яжучі (у вапняних, силікатних та інших фарбах).

Програма наших занять містить визначення густини та в’язкості оліфи. Оліфу наливають у циліндр, потім занурюють туди ареометр. Після того, як ареометр зайняв у рідині стійке положення, на рівні рідини беруть відлік. Глибина занурення приладу у рідину характеризує її густину: чим щільніше рідина, тим менша глибина занурення ареометра. Відлічуючи зверху вниз, відмічають показання шкали денсиметра, відповідне до рівня рідини в циліндрі. Показання ареометра, відлічене з похибкою до сотих часток одиниці, і є густиною рідини. Дослід виконують два-три рази, а результат записують до лабораторного журналу табл. 13.1.

В’язкість оліфи дає уявлення про зручнонаносимість її на поверхню. При великій в’язкості оліфа щільно розподіляється на поверхні тонким шаром, при малій – стікає з поверхні. Для кожного виду оліфи (лаку) ступінь в’язкості встановлюється стандартом.

Таблиця 13.1 – Визначення густини в’яжучого (оліфи)

Показники	Розм.	Результат
І	ІІ	ІІІ
Ціна поділку ареометра Густина Середній результат	г/см3 г/см3

Перед визначенням в’язкості оліфи воронку та її випускний отвір ретельно промивають бензином та сушать згідно з рис. 13.1.

В’язкість оліфи визначають при 20° С. У внутрішню посудину приладу при закритому отворі наливають оліфу, яка досліджується, до визначеного рівня. Відчиняють випускний отвір і одночасно вмикають секундомір. Показником в’язкості оліфи вважають час у секундах, потрібний для витоку 100 мл оліфи. Дослід повторюють два-три рази, за кінцевий результат приймають середнє арифметичне з трьох визначень. Результати виконання роботи записують до лабораторного журналу.

		Рівень у циліндрі повинен бути на відмітці 100

Форма звіту: лабораторний журнал.

13.3 Визначення властивостей пігментів

Мета роботи: ознайомлення зі стандартними методами визначення лугостійкості, олієємності та покривності пігментів і практичне їх визначення.

Прилади та обладнання: пробірка з 5%-ним розчином їдкого калію (натру), пробірка з водою, як показано на рис. 13.2, пігмент, що досліджується, відбілена льняна олія, порцеляновий тигель зі сферичним дном, бюретка на 20 мл, скляна паличка, технічні ваги, природна оліфа, скляна пластинка (100×300 мм), технічні ваги, пензлі, чорно-білий трафарет згідно з рис. 13.4.

Пігменти (сухі фарби) – це тонкі кольорові порошки, нерозчинні у воді, в’яжучій речовині та розчиннику. Від якості пігменту залежить не тільки колір, але й довговічність лакофарбового покриття. Пігменти бувають природні та штучні, органічні та неорганічні.

Програма занять з визначення властивостей пігментів містить випробування пігменту на лугостійкість, олієєменість та покривність.

Лугостійкість – це властивість пігменту протистояти дії лугу.

Для досліду зважують дві наважки пігменту по 3 г кожна. Одну наважку пігменту насипають в пробірку з розчином їдкого калі (натру), іншу – в пробірку з водою. Вміст пробірок інтенсивно збовтують і дають йому відстоятися. Через 15 хвилин порівнюють вміст пробірок за кольором: якщо він змінився – пігмент нелугоємність. Нелугостійкі пігменти не придатні для виготовлення сумішей, які містять луги: вапняних, цементних, силікатних та казеїнових.

Результати, одержані під час випробувань, заносять до лабораторного журналу (табл. 13.2).

Таблиця 13.2 – Визначення лугостійкості пігменту

Показники		Результат
І	ІІ	ІІІ
Пігмент Наважка пігменту Вид лугу Концентрація лугу Тривалість випробування Зміна кольору Висновок про лугостійкість	г   % год

Олієємність пігменту характеризують кількістю олії, яку слід додати до пігменту для одержання блискучої масляної пасти; вона складає в середньому 10-100 %. Чим менша олієєемність пігменту, тим він економічніший й тим більш стійким буде олійне пофарбування. Схема визначення олієємності показана на рис. 13.3.

З похибкою не більш 0,01 г відважують 5 г пігменту, який потім висипають до порцелянового тигля зі сферичним дном. З бюретки на пігмент приливають відбілену лляну олію: спочатку 0,3 мл, потім 2-3 краплі, потім по одній краплі. При цьому пігмент перемішують скляною паличкою. Спочатку утворюються окремі грудки, які поступово поєднуються в пасту, тобто в суцільну грудку з блискучою масляною поверхнею. Це означає, що точка насичення пігментом досягнута. Кількість витраченої олії обчислюють за різницею рівнів у бюретці до початку досліду та по закінченні його.

Олієємність пігменту визначається за формулою 13.1, %:

, (13.1)

де v – кількість витраченої олії, мл;

ρ – густина оліфи, г/см³;

Q – наважка пігменту, г.

Одержану величину олієємності пігменту порівнюють з олієємністю, встановленою для цього пігменту стандартом.

Результати, одержані під час випробування, занести до лабораторного журналу (табл. 13.3).

Таблиця 13.3 – Визначення олієємності пігменту

Показники	Розм.	Результат
І	ІІ	ІІІ
Пігмент Наважка пігменту Густина оліфи Кількість витраченої оліфи Олієємність пігменту	г г/см3 см3 %

Потім виготовляють фарбу на пігменті, що випробується, для чого використовують фарбову пасту після визначення олієємності, додаючи до неї природну оліфу, та розтиранням доводять до малярної консистенції. Одержані результати записують до лабораторного журналу (табл. 13.4).

Таблиця 13.4 – Виготовлення фарби малярної консистенції

Показники	Розм.	Результат
І	ІІ	ІІІ
Пігмент Наважка пігменту Густина оліфи Загальна кількість витраченої оліфи	г г/см3 см3

Покривність – властивість фарби при мінімальному рівномірному нанесенні її на однокольорову поверхню робити невидимим колір останньої або, у випадку нанесення на чорно-білу підкладку, уникнути контрастність між чорною та білою смугами. Кількісно покривність виражають в грамах фарби, необхідної для того, щоб зробити невидимим колір поверхні площею 1 м², яка фарбується (г/м²).

Покривність лакофарбових матеріалів (фарб, емалей) та неорганічних пігментів визначають за ГОСТом 8784-75.

Сутність візуального методу полягає в нанесенні шарів лакофарбового матеріалу на скляну пластину до припинення просвічування чорних або білих смуг на трафареті, покладеному під скляну пластинку.

Зважують чисту знежирену скляну пластинку, записують її масу (m₁). Пензлем наносять на пластинку один або два шари фарби. Шари наносяться у різних напрямках. Під пластинку з нанесеним матеріалом підкладають трафарет і спостерігають, чи не просвічуються смуги. Якщо смуги просвічують, наносять наступні шари матеріалу до повного зникнення різниці між ними. Підтоки фарби стирають тканиною. Пластинку з матеріалом зважують, масу (m₂) записують.

Покривність (в г/м²) невисушеного лакофарбного матеріалу, що не містить розчинник, обчислюють за формулами: а) рахуючи на фарбу малярної консистенції

; (13.2)

б) рахуючи на пігмент

; (13.3)

де m₁ – маса нефарбованої скляної пластинки, г;

m₂ – маса пластинки з фарбою, г;

S – площа скляної пластинки, см²;

b – вміст оліфи у фарбі малярної консистенції.

Одержані результати записують до табл. 13.5 лабораторного журналу.

Таблиця 13.5 – Визначення покривності пігменту

Показники		Результат
І	ІІ	ІІІ
Кількість фарби малярної консистенції, Площа пластинки, яка покривається Кількість оліфи у складі фарби малярної консистенції Маса скляної пластинки Маса скляної пластинки після досягнення покривності Маса фарби на скляній пластинці Покривність (на фарбну суміш) Покривність (на сухий пігмент)	г см2   % г   г г г/м2 г/м2
Середнє значення

Форма звіту: лабораторний журнал.

Лабораторна робота 14

випробування нафтових бітумів

Нафтові бітуми при нормальній температурі являють собою тверді або напівтверді речовини чорного або темно-коричневого кольору, які застосовуються як органічні в’яжучі та гідроізоляційні матеріали.

За хімічним складом бітуми – складні суміші вуглеводнів та їх неметалевих похідних (сполук вуглецю з сіркою, киснем та азотом). Вони розчинні у сірководні, хлороформі, бензолі та деяких органічних розчинниках та не розчинні у воді. В залежності від вихідної сировини розрізнюють природні (просочуючі гірські породи) та штучні нафтові (які одержуються з нафти різними способами) бітуми. За переважним призначенням бітуми поділяють на дорожні, будівельні, покрівельні, ізоляційні та спеціальні.

За фізико-хімічними властивостями нафтові бітуми поділяють на марки за наступними показниками: в’язкість, розтяжність та поведінка бітуму під час змінення температури.

14.1 Визначення в’язкості (твердості або пенетрації)

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення в’язкості нафтового бітуму та практичне його виконання.

Прилади та обладнання: пенетрометр, ексикатор з водою.

В’язкість (твердість або пенетрація) визначаються на приладі пенетрометрі (рис. 14.1) за глибиною проникнення стандартної голки у випробуваний бітум при певній температурі 25 °С та 0 °С, навантаженні 100 г та 200 г відповідно, тривалістю занурення 5 та 60 с.

Глибину занурення голки виражають в градусах, які визначаються за диском пенетрометра, причому кожний градус відповідає зануренню голки на 0,1 мм.

Визначення виконують три рази й беруть середнє значення. Дані, одержані під час випробування, заносять до лабораторного журналу (табл. 14.1).

Таблиця 14.1 – Визначення в’язкості (твердості або пенетрації)

нафтового бітуму

Показники		Результат
І	ІІ	ІІІ
Температура випробування Витримка бітуму до випробування Тривалість випробування Глибина занурення голки пенетрометра   Середнє значення	°С ч с град (мм) град (мм)

Форма звітності: лабораторний журнал.

14.2 Визначення розтяжності (дуктильності) бітумів

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення розтяжності бітумів та практичне його виконання.

Прилади та обладнання: дуктилометр, бітумні зразки-вісімки.

Розтяжність (дуктильність) визначають на приладі дуктилометр.

Розплавлений бітум заливається у форми «вісімки» (рис. 14.2), після охолодження їх витримують у воді при температурі 25 °С протягом 1-1,5 годин. Після цього зразки поміщують до дуктилометра та розягують зі швидкістю 5 см/хв. Величина подовшення зразка в момент розриву (в см) й характеризує розтяжність бітуму.

Для бітумів покращених марок дуктильність визначають і при температурі 0 °С.

Для кожного виду бітуму виконують три досліди й кінцевий результат беруть як середнє з трьох визначень.

Дані, одержані при випробуванні, заносять до лабораторного журналу (табл. 14.2).

Таблиця 14.2 – Визначення розтяжності (дуктильності) нафтового бітуму

Показники		Результат
І	ІІ	ІІІ
Температура випробування Витримка бітуму до випробування Швидкість розтягування Розтяжність бітуму Середнє значення	°С г см/хв см (см)

Форма звіту: лабораторних журнал.

14.3 Визначення температури розм’якшення бітумів

Мета роботи: ознайомлення зі стандартним методом визначення температури розм’якшення бітумів та його практичне виконання.

Прилади та обладнання: прилад «Кільце та куля», кільце з бітумом, хімічна склянка з дистильованою водою, пристрій для нагрівання.

Температуру розм’якшення бітуму визначають на приладі «Кільце та куля» (КтК), устрій якого показано на рис. 14.3.

а) б)

а) кільце та куля для визначення температури розм’якшення бітуму: 1 – термометр, 2 – диск верхній; 3 – вода; 4 – склянка; 5 – кулька; 6 – кільце; 7 – бітум; 8 – диск середній; 9 – диск нижній; б) кільце з бітумом: І – до випробування; ІІ – після випробування

Рисунок 14.3 – Схема визначення температури розм’якшення бітумів

Розплавлений бітум заливають до кілець, після охолодження надлишок зрізують гарячим ножем. На поверхню бітуму кладуть сталеву кульку масою 3,5 г та поміщують до приладу, який складається з трьох дисків та термометра. Прилад вставляють у хімічну склянку з дистильованою водою, яка має температуру + 5 °С, а по закінченні 15 хв починають підігрівати зі швидкістю 5° на хвилину. Температура, при якій бітум розм’якшиться та під дією маси кульки торкнеться нижнього диску, і характеризує його температуру розм’якшення.

Виконують два досліди і кінцевий результат беруть як середнє з двох визначень.

Дані, одержані при випробуванні, заносять до лабораторного журналу (табл. 14.3).

Таблиця 14.3 – Визначення температури розм’якшення бітуму

Показники		Результат
І	ІІ
Початкова температура випробування Витримка бітуму до випробування Швидкість підйому температури Температурне розм’якшення Середній результат	°С г °С/хв °С °С

Форма звіту: лабораторний журнал.

При поглибленому дослідженні визначають ще такі властивості бітуму, як температура сполоху, зчеплення з мармуром або піском тощо.

На підставі проведених випробувань необхідно встановити марку бітуму в залежності від його призначення. Будівельні бітуми за фізико-хімічними властивостями мають відповідати вимогам ДСТУ.

Лабораторна робота 15