Определение истинной плотности

Истинная плотность численно равна массе единицы объема мате­риала в абсолютно плотном состоянии без пор, пустот и трещин. Следова­тельно, истинная плотность – это плотность вещества, из которого состоит материал. Для материалов и изделий, имеющих одинаковый вещественный состав, истинная плотность одинакова (кирпич, керамзит).

Для определения этого показателя используют предварительно вы­сушенную и измельченную пробу материала. Чем больше степень измель­чения, тем плотнее расположение частиц в объеме и, следовательно, меньше погрешность опыта.

Навеску порошкообразного материала 30 г с помощью воронки пе­реносят в пикнометр вместимостью 100 см. Порошок заливают водой примерно на 1,5 см выше уровня материала и ставят пикнометр на водя­ную или песчаную баню в наклонном положении. Для удаления пузырьков воздуха и уплотнения порошка смесь кипятят 15 – 20 мин. После этого колбу охлаждают до комнатной температуры, доливают водой до метки (по нижнему мениску) и взвешивают с точностью до 0,1 г. Затем содержи­мое выливают, пикнометр ополаскивают и, заполнив водой до метки, взвешивают.

Истинную плотность ρ, г/см , рассчитывают по формуле

ρ = m ρв / m + m1 – m2 (6)

где m – масса навески порошка, г; ρ_в – плотность воды, принимаемая рав­ной 1 г/см³; mj – масса пикнометра с водой, г; m₂ – масса пикнометра с на­веской порошка и водой, г.

Определение пористости

Пористость – один из важнейших показателей структуры любого материала. Общая пористость материала состоит из объема замкнутых пор, изолированных от внешней среды, и открытых (капиллярных), доступных проникновению воды, газов. В зависимости от характера пор эксплутацинные свойства материалов – морозостойкость, теплопровод- ность, звуко­поглощение, водонепроницаемость, коррозионная стойкость различны. При одинаковой общей пористости свойства материалов будут зависеть от объема открытых пор.

Пористость П, %, зависит от плотности вещества, из которо­го состоит материал – ρ, его плотности в естественном состоянии – ρ_о, и рассчитывается по формуле

П = (1 – ρо / ρ) · 100 (7)

где ρо – средняя плотность, г/см³; ρ – истинная плотность, г/см³.

Полученные значения сравнивают с данными таблицы 3.

Таблица 3 – Общая пористость и пустотность строительных материалов

Показатель	Материал
бетон тяжелый	стекло	сталь	гра­нит	кирпич керамиче-ский	гравий керамзи- товый	щебень плотный	песок кварцевый
Общая пористость	5 – 15			2 – 3	25 – 35	70 – 72	3 – 4	–
Пустотность						40 – 45	35 – 50	25 – 40

Контрольные вопросы для защиты выполненной лабораторной работы

1 Какие экспериментальные данные надо иметь, чтобы рассчитать истинную плотность материала?

2 От чего зависит истинная плотность материала?

3 Какие экспериментальные данные надо иметь, чтобы рассчитать среднюю плотность материала?

4 Как рассчитать среднюю плотность образца правильной и неправильной формы?

5 От чего зависит средняя плотность материала?

6 Истинная и средняя плотность материала. Что в этих показателях общее и что разное?

7 Что такое насыпная плотность? Как определить этот показатель?

8 С какой целью определяют пустотность рыхлозернистых мате­риалов?

9 Какое влияние оказывают открытая и замкнутая пористость на морозостойкость материала?

Перечень ГОСТов и СТБ, используемых при выполнении лабораторной работы

1 СТБ 4.201-79. Система показателей качества продукции. Строительство. Материалы и изделия теплоизоляционные. Номенклатура показателей.

2 СТБ 4.211-80. Система показателей качества продукции. Строительство. Материалы строительные нерудные и заполнители для бетона пористые. Номенклатура показателей.

Лабораторная работа № 2. Определение водопоглощения и прочности материалов

Вопросы допуска к выполнению лабораторной работы

1 Что такое водопоглощение?

2 От чего зависит водопоглощение?

3 От чего зависит прочность?

4 Как определяют марку прочности материала?

Цель работы:

Учащийся должен приобрести:

1 Навыки:

- определения основных физических свойств строительных мате­риалов;

- работы с используемыми приборами и оборудованием;

- обработки результатов испытаний.

2 Умения:

- устанавливать общую зависимость между характеристиками;

-физических свойств материалов;

- анализировать полученные результаты, оценивать влияние струк­туры исследуемых материалов на их эксплутационные свойства;

- делать выводы о рациональном применении материалов;

- Полученные данные заносят в таблицу 1.

Таблица 1 – Физико-механические свойства материалов

Наименование показателей	Единица Измерения	Материал
Кирпич керамический	Пеносиликат
Водопоглощение по массе	%
Предел прочности	МПа

Используемые приборы и оборудование:

1 Лабораторные и настольные циферблатные весы.

2 Емкость для кипячения образцов.

3 Баня песчаная или водяная.

4 Шкаф сушильный.

5 Гидравлический пресс.

Определение водопоглощения

Водопоглощение – это способность материала впитывать и удерживать в порах воду. Вода заполняет мельчайшие поры и капилляры в материале, но так как часть из них все же оказывается недоступной для воды, а в порах заполняемых водой частично остается воздух, то по количеству воды, поглощаемой материалом, только приблизительно можно установить открытую пористость материалов. Водопоглощение важный показатель с точки зрения его эксплуатации. При насыщении материала водой снижается его проч­ность, увеличиваются средняя плотность, теплопроводность, наблюдаются коррозионные процессы.

Для определения водопоглощения высушенные до постоянной мас­сы образцы взвешивают, помещают в емкость, наполненную водой ком­натной температуры, так чтобы уровень воды был выше верха образца не менее чем на 20 мм. В таком положении образцы выдерживают в течение 48 часов. Затем их вынимают, обтирают влажной тканью и взвешивают. При этом масса воды, вытекающей из образца на чашку весов, должна включаться в массу образца.

Водопоглощение по массе W_m, %, по объему W_о,%, определяют по формулам

Wm = [(m2 – m1 / m1] · 100 (1)

Wо = [(m2 – m1) / V] · 100 (2)

где Wm – водопоглощение по массе, Wо – водопоглощение по объёму, m1 – масса сухого образца, г; m2 – масса образца, насыщенного водой, г; V объём образца в естественном состоянии, см³.

Определение прочности

Прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок. Под воздействием различных нагрузок материалы в зданиях и сооружениях испытывают различные внутренние напряжения (сжатие, растяжение, изгиб, срез и др.)

Прочность является важным свойством большинства строительных материалов, от её значения зависит нагрузка, которую может воспринимать данный элемент при данном сечении. Если материал обладает большей прочностью, то размер сечения элемента может быть уменьшен.

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности при сжатии, при изгибе и при растяжении, её определяют путём испытания образцов в лаборатории на гидравлических прессах или разрывных машинах.

Пределом прочности при сжатии материала называют напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение образца материала. Предел прочности при сжатии Rсж,МПа, определяют по формуле

Rсж = F/A (3)

где F – разрушающая нагрузка, Н; А – площадь поперечного сечения образца см²

Для определения предела прочности при сжатии образцы материала подвергают действию сжимающих внешних сил и доводят до разрушения.

Испытуемые образцы должны быть правильной геометрической формы (куб, параллелепипед, цилиндр). Образцы из природных каменных материалов, имеющих форму кубов, могут быть следующих размеров: 50 ´ 50 ´ 50, 70 ´ 70 ´ 70, 100 ´ 100 ´ 100 мм. Образцы из плотных материалов можно принимать меньшего размера, а из пористых материалов – большего.

Образцы кубической формы изготовляют при помощи специальных дисковых пил. При распиливании камня под лезвие пилы вводят абразивный порошок в смеси с вязкой суспензией из тяжёлой глины.

Для испытания образцов материала на сжатие применяют гидравлические прессы и универсальные испытательные машины. Перед испытанием образец очищают мягкой щёткой или тканью, взвешивают, обмеряют с точностью до 1 мм и устанавливают на нижнюю опорную плиту пресса точно по её центру. Верхнюю опорную плиту при помощи винта опускают на образец и плотно закрепляют его между двумя опорными плитами. Затем, убедившись в правильности установки образца, включают в действие насос пресса и дают на образец нагрузку, следя за скоростью её нарастания (0,5 – 1 МПа в 1 с). В момент разрушения образца, т. е. в момент наибольшей нагрузки на образец, стрелка остановится и пойдёт обратно. Этот момент необходимо зафиксировать.

Каждый материал испытывают не менее чем на трёх образцах. За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов испытаний трёх образцов. Результаты испытаний как отдельные, так и средние заносят в журнал для лабораторных работ.

Контрольные вопросы для защиты выполненной лабораторной работы

1 Какая зависимость существует между водопоглощением по объему и общей пористостью материала? Всегда ли эта зависимость спра­ведлива?

2 Можно ли ориентировочно определить область применения ма­териала (изделия), если известно его водопоглощение?

3 Влияние влажности на прочность материалов

4 Что такое прочность материала и чем она характеризуется?