Надыкто Г.И., Галдина В.Д. Определение показателей физических свойств строительных материалов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания

к лабораторной работе

Федеральное агентство по образованию

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Кафедра дорожного и строительного материаловедения

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Методические указания

к лабораторной работе

Составители: Г. И. Надыкто, В. Д. Галдина

Омск

Издательство СибАДИ

2006

2

УДК 691: 666

ББК 38.3

Рецензент д-р техн. наук, профессор В.Н. Шестаков

Работа одобрена методической комиссией факультета АДМ в качестве методических

указаний для проведения лабораторной работы по специальностям 270205, 270201, 270102,

270105, 270106, 270109, 270114, 270115, 080502.

Определение показателей физических свойств строительных материалов:

Методические указания к лабораторной работе / Сост.: Г. И. Надыкто, В. Д. Галдина. – Омск:

Изд-во СибАДИ, 2006.– 18 с.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 270205, 270201,

270102, 270105, 270106, 270109, 270114, 270115, 080502 при проведении лабораторной работы по

дисциплине «Материаловедение».

При составлении методических указаний использованы действующие нормативно-

технические документы.

Ил. 4. Табл. 9. Библиогр.: 8 назв.

В. Д. Галдина. 2006

3

Введение

Строительный материал – вид материи, обладающий определенным

вещественным составом, структурой и свойствами, что обеспечивает

возможность его эффективного использования для изготовления заданного

объекта.

Материалы, применяемые в строительстве, получают в результате

переработки горных пород, отходов промышленности, а также

выпускаются промышленностью строительных материалов (стекло,

керамика, бетоны).

Строительные материалы в сооружениях подвергаются действию

статических и динамических нагрузок и воздействию различных факторов

окружающей среды (масса конструкций, лед, вода, ветер, транспортные

нагрузки, колебания температуры воздуха, грунтовые воды, инсоляция).

Пригодность материалов для условий строительства оценивают по их

свойствам.

Свойства материала характеризуются показателями, с помощью

которых можно оценить сложное и многообразное взаимодействие

материала с окружающей средой. В

соответствии с этим выделяют

следующие группы свойств строительных материалов: физические,

механические,

химические и биологические.

Настоящие методические указания рассчитаны на ознакомление

студентов с основными физическими свойствами строительных

материалов и методами их определения.

Физические свойства ─ характеризуют физическое состояние

материалов, а также определяют его отношение к физическим процессам

окружающей среды. К данной группе относят следующие свойства:

истинная плотность; средняя плотность; насыпная плотность;

пористость;

теплопроводность; пустотность; водопоглощение;

водонасыщение; коэффициент водостойкости; морозостойкость; удельная

эффективная активность естественных радионуклидов.

В методических указаниях рассматриваются только стандартные

испытания определения физических свойств, общие для большинства

строительных материалов, при проведении которых необходимо

руководствоваться следующими требованиями:

1. Образцы и навески взвешивают с точностью до 0,1 % от массы.

2. Материалы высушивают до постоянной массы при температуре

105-110 °С до тех пор, пока разница результатов двух последних

взвешиваний будет не более 0,1 % от массы образцов или навесок.

3. Линейные размеры образцов измеряют штангенциркулем с

точностью до 0,1 мм.

4. Гидравлические прессы, применяемые при испытаниях, должны

4

отвечать требованиям ГОСТ 28840.

Тема «Общие свойства строительных материалов» рассчитана на

четырехчасовое лабораторное занятие. На лабораторном занятии

проводится определение основных физических свойств материала,

например гранита. Определяются такие общие для всех строительных

материалов свойства, как истинная плотность, средняя плотность,

насыпная плотность, пористость, межзерновая пустотность,

водопоглощение, водонасыщение. Методики определения

морозостойкости, водостойкости, теплопроводности и удельной

эффективной активности естественных радионуклидов студенты изучают

самостоятельно по нормативно-техническим документам. После

окончания лабораторной работы и обработки полученных данных

студент должен сопоставить полученные результаты с требованиями к

материалам для различных видов работ и дать заключение о возможных

областях применения исследуемого материала. Пригодность материалов

для различных строительных работ устанавливают путем сопоставления

результатов испытаний строительных материалов с требованиями и

нормами СНиПов, ГОСТов, технических условий или других нормативных

документов.

В конце занятия проводится проверка знаний по контрольным

вопросам.

Обязательным условием подготовки студентов к занятиям является

предварительное изучение лекционного материала по теме.

5

1. Определение истинной плотности строительных

материалов

Истинная плотность – масса единицы объема материала в абсолютно

плотном состоянии (т.е. без учета имеющихся в нем пустот и пор).

Определение истинной плотности производится при помощи

пикнометра или ускоренного метода с помощью прибора Ле Шателье.

1.1. Пикнометрический метод

Истинную плотность строительных материалов определяют путем

измерения массы единицы объема измельченного высушенного материала.

Аппаратура: пикнометр емкостью 100 мл

(рис. 1), технические весы, стакан (бюкс) для

взвешивания, чугунная или фарфоровая ступка,

эксикатор, сушильный шкаф, песчаная или

водяная баня, стеклянная воронка, сито № 014.

Порядок определения:

1. Мелкие куски пробы измельчить в ступке и

просеять

через сито №014.

2. Полученный порошок перенести в

фарфоровую чашку, поместить в сушильный шкаф

при 105–110 °С, высушить до постоянной массы,

затем охладить в эксикаторе до комнатной

Рис. 1. Пикнометр

температуры.

3.

Отвешивают две навески порошкообразного материала массой 10 г

каждая.

Каждую навеску всыпают в чистый сухой пикнометр и наливают

дистиллированную воду комнатной температуры в таком количестве,

чтобы пикнометр был заполнен не более чем на половину своего объема.

4. Пикнометр в слегка наклонном положении ставят на песчаную или

водяную баню и кипятят его содержимое

в течение 15–20 мин для

удаления пузырьков воздуха (пузырьки воздуха могут быть удалены путем

выдерживания пикнометра под вакуумом в эксикаторе).

После кипячения

необходимо охладить пикнометр с содержимым до комнатной

температуры.

5. Долить пикнометр до риски дистиллированной водой и взвесить с

точностью до 0,01 г, затем освободить пикнометр от содержимого,

сполоснуть, заполнить его до черты дистиллированной водой комнатной

температуры и взвесить.

6. Истинную плотность

ρ

, г/см

3

, определяют по формуле

6

ρ

=

+−

m

mm m

в

12

, (1)

где m – масса навески порошка, высушенного до постоянной массы, г;

ρ

в – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см

3

; m

1

– масса пикнометра с

дистиллированной водой, г; m

2

– масса пикнометра с навеской и

дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г.

Расхождение между результатами двух определений не должно быть

более 0,02 г/см

3

. В случае больших расхождений производят третье

определение и принимают для расчета два ближайших значения.

За результат принимают среднеарифметическое значение двух

параллельных испытаний.

Результаты записывают в табл. 1

Таблица 1. Результаты определения истинной плотности материала

пикнометрическим методом

ρ

ср

Бригада m,

г

m

1

,

г

m

2

,

г

ρ,

г/см

3

г/см

3

кг/м

3

1. 2. Ускоренное определение истинной плотности

с использованием прибора Ле Шателье

Аппаратура: прибор Ле Шателье (рис. 2), технические весы, стаканчик

для взвешивания или фарфоровая чашка, эксикатор, шкаф сушильный.

Порядок определения:

Пробу готовят по пп. 1 – 2 подразд. 1.1.

1. После этого отвешивают две навески

массой по 50 г каждая.

2. Прибор заполняют водой до нижней

отметки

, уровень воды определяют по нижнему

мениску.

3. Каждую навеску через воронку прибора

всыпают небольшими порциями до тех пор,

пока уровень жидкости в приборе,

определяемый по нижнему мениску, не

поднимется до риски с делением 20 мл или с

другим делением в пределах верхней

градуированной части прибора.

Для удаления пузырьков воздуха прибор

Рис. 2. Прибор Ле Шателье рекомендуется слегка встряхнуть.

4. Остаток измельченной пробы щебня

(гравия), не вошедший в прибор, взвешивают и определяют плотность

7

порошка

ρ

, г/см

3

, по формуле

ρ

=

−mm

V

1

, (2)

где т – масса высушенной навески порошка, г; m

1

– масса остатка, г;

V – объем воды, вытесненной порошком, определяемый по

градуированной шкале, см

3

.

Расхождение между результатами двух определений плотности

не должно быть более 0,02 г/см

3

. В случае больших расхождений

производят третье определение и принимают для расчета два ближайших

значения. Результаты определения записывают в табл. 2.

Таблица 2. Результаты определения истинной плотности материала

на приборе Ле Шателье

ρ

ср

Бригада m,

г

m

1

,

г

V,

см

3

ρ,

г/см

3

г/см

3

кг/м

3

За результат принимают среднеарифметическое значение двух

параллельных испытаний.

2. Определение средней плотности строительных материалов

Средняя плотность – масса единицы объема материала в естественном

состоянии, включая имеющиеся в нем пустоты и поры.

От средней плотности материала во многом зависят его строительные

свойства, например прочность и теплопроводность. Знать эту величину

надо для определения массы строительных конструкций. Ею пользуются

для вычисления пористости материалов и для подсчета транспортных

расходов.

Среднюю плотность образцов правильной геометрической формы

определяют по объему V и массе образца m. Для вычисления объема

измеряют длину, ширину (или диаметр) и высоту образца. Перед

взвешиванием образцы высушивают до постоянной массы. Среднюю

плотность вычисляют по формуле как среднее арифметическое трех

определений:

V

m

=

ρ

. (3)

Среднюю плотность образцов неправильной формы определяют

методом гидростатического взвешивания.

8

Аппаратура: весы технические с приспособлением для

гидростатического взвешивания (рис. 3), сушильный шкаф, сосуд для

насыщения водой или парафинирования образцов, металлическая щетка,

нитки для подвешивания образцов при парафинировании и

гидростатическом взвешивании.

Порядок определения:

1. Для определения средней плотности берут 3-4 образца материала

размером 40-70 мм. Каждый образец тщательно очищают металлической

щеткой, обтирают сухой тряпкой, высушивают

в сушильном шкафу до

постоянной массы.

Рис. 3. Весы для гидростатического

взвешивания: 1 – сетчатый

(перфорированный) стакан; 2 – сосуд со

сливом для воды; 3 – стаканчик с

дробью для уравновешивания массы

сетчатого стакана в воде, 4 – разновесы

Для определения средней

плотности зерен материала

размером до 40 мм берут аналитическую пробу массой не менее 2,5 кг.

Пробу высушивают до постоянной массы, просеивают через сито с

размером отверстий, соответствующим наименьшему номинальному

размеру зерен данного материала, и из остатка на сите отвешивают две

пробы по 1000 г каждая.

2. Образцы материала произвольной формы или

навеску материала

насыщают водой, погружая их в воду комнатной температуры на 2 ч так,

чтобы уровень воды в сосуде был выше поверхности образцов или щебня

(гравия) не менее чем на 20 мм.

3. Насыщенные образцы породы или пробу материала вынимают из

воды, удаляют влагу с их поверхности мягкой влажной тканью и сразу

же

взвешивают на воздухе, а затем на гидростатических весах. Образцы

материала погружают в воду, подвешивая на нитке, а пробу материала

помещают в сетчатый (перфорированный) стакан, погруженный в воду.

4. Среднюю плотность образцов горной породы произвольной формы

или навески материала

ρ

m

, г/см

3

, определяют по формуле

Вm

mm

m

ρρ

21

−

=

, (4)

где т – масса образца или пробы в сухом состоянии, г; m

1

– масса образца

или пробы в насыщенном водой состоянии на воздухе, г; т

2

– масса

9

образца или пробы в насыщенном водой состоянии в воде, г;

ρ

В

–

плотность воды, принимаемая равной 1 г/см

3

.

5. Образцы горной породы с крупными открытыми порами покрывают

тонкой пленкой парафина. Для этого их высушивают до постоянной

массы, перевязывают ниткой и быстро погружают в расплавленный

парафин, после чего охлаждают на воздухе. Подготовленные образцы

взвешивают на гидростатических и технических весах и вычисляют

среднюю плотность ρ

m

(г/см

3

) по формуле

ПB

m

mmmm

m

ρρ

ρ

−

=

1

2

1

, (5)

где m – масса сухого образца, г; m

1

– масса парафинированного образца

на воздухе, взвешенная на технических весах, г; m

2

1

– масса

парафинированного образца, взвешенная на гидростатических весах, г; ρ

П

–

плотность парафина, г/см

3

, в расчете можно принимать ρ

П

=0,93 г/см

3

.

Результаты определения записывают в табл. 3.

Таблица 3. Результаты определения средней плотности материала

ρ

СР

Бригада m,

г

m

1

,

г

m

2

,

г

ρ

m

,

г/см

3

г/см

3

кг/см

3

Средняя плотность строительных материалов колеблется в очень

широких пределах – от 20 кг/м

3

(например, некоторые теплоизоляционные

материалы) до 2800 (гранит) и 7850 кг/м

3

(сталь).

3. Определение пористости строительных материалов

Пористость – объем пор и микротрещин в единице объема образца

строительного материала – выражают в процентах и вычисляют по

формуле

V

пор =

)1(

ρ

m

−

100, (6)

где

ρ

m – средняя плотность материала, г/см

3

;

ρ

– истинная плотность

материала, г/см

3

.

В табл. 4 приведены истинная, средняя плотности и пористость

наиболее применимых в строительстве горных пород.

Пористость дает представление о суммарной пористости породы

(открытых и закрытых пор) и не характеризует расположение и диаметр

пор. Сопоставляя показатель пористости с показателем водонасыщения,

Надыкто Г.И., Галдина В.Д. Определение показателей физических свойств строительных материалов

Подождите немного. Документ загружается.