Надыкто Г.И., Галдина В.Д. Определение показателей физических свойств строительных материалов
Подождите немного. Документ загружается.
10
Таблица 4. Значения истинной, средней плотностей можно приближенно
и пористости для различных горных пород судить об открытой
пористости.
Значения истинной
плотности, средней
плотности и пористости
используют для ряда
инженерных расчетов
(определение массы
элементов сооружений,
перевод объема на
массу материалов при подсчете транспортных перевозок, складов и др.).
4. Определение насыпной плотности строительных
материалов
Насыпная плотность – масса единицы объема материала,
находящегося в рыхлонасыпном состоянии, вычисляют ее по формуле:
отношение массы зернистых материалов ко всему занимаемому ими
объему, включая и пространство между частицами.
Аппаратура: весы настольные циферблатные, шкаф сушильный,
цилиндры мерные по табл. 5.
Порядок определения:
Зернистый материал в объеме,
обеспечивающем проведение испытания,
предварительно высушивают
до
постоянной массы, затем насыпают в
предварительно взвешенный цилиндр с
высоты 10 см до образования конуса (см.
рис. 4), который снимают стальной
линейкой вровень с краями (без
уплотнения), после чего цилиндр со
щебнем
взвешивают.
Рис. 4. Схема засыпки В зависимости от наибольшего
зернистого материала номинального размера применяют
в мерный цилиндр цилиндры в соответствии с табл. 5.
Насыпную плотность ρ
н вычисляют с точностью 10 кг/м
3
по
формуле
Порода
Истинная
плотность,
г/см
3
Средняя
плотность,
г/см
3
Пористость,
%
Гранит
2,65
2,63 0,75
Габбро
2,9
2,89 0,35
Диабаз
2,7
2,63 0,74
Песчаники
2,6
2,4-2,53 21,5-0,77
Известняки
2,6
1,9-2,58 29,9-0,77
Кварцит
2,65
2,63 0,75
11
ρн
V
mm
−
=
1
, (7)
где m – масса мерного цилиндра, кг; m
1
– масса мерного цилиндра со
щебнем, кг; V– объем мерного цилиндра, м
3
.
Таблица 5. Объемы мерных цилиндров в зависимости от размера
зерен материала
Размеры цилиндра, мм Объем мерного
цилиндра, л
диаметр высота
Размер фракции щебня,
мм
5
10
20
50
185
234
234
400
185
234
234
400
5 … 10
Св. 10 … 20
Св. 20 … 40
Св. 40
Результаты определения записывают в табл. 6.
Таблица 6. Результаты определения насыпной плотности материала
Бригада m,
кг
m
1
,
кг
V,
м
3
ρн,
кг/м
3
ρср,
кг/м
3
За результат принимают среднее арифметическое значение двух
параллельных испытаний.
5. Определение пустотности строительных материалов
Межзерновая пустотность – объем пустот в единице объема
материала, находящегося в рыхлонасыпном состоянии, выражают ее в
процентах и вычисляют по формуле
П
м.з=[ 1− ρн ⁄ (ρm · 1000)] · 100 , (8)
где ρ
н – насыпная плотность, кг/ м
3
; ρm – средняя плотность зерен, г/см
3
.
6. Определение водопоглощения строительных
материалов
Под водопоглощением понимают способность строительного
материала впитывать воду при нормальном атмосферном давлении и
температуре 18–20 °С.
По водопоглощению можно узнать, какая часть пор может быть
заполнена водой из окружающей среды при нормальном давлении.
12
Следует иметь в виду, что часть пор водой не заполняется, а в них остается
воздух.
Аппаратура: весы технические, сушильный шкаф, сосуд для
насыщения образцов водой, металлические щетки.
Порядок определения:
1. Образцы материала размером 40–70 мм высушивают в сушильном
шкафу до постоянной массы и охлаждают до комнатной температуры.
2. Образцы насыщают водой,
уровень которой в сосуде выше верха
образца на 20 мм. Насыщение ведется 48 ч, после чего образцы вынимают
из сосуда, удаляют влагу и сразу взвешивают.
Влага, появившаяся из образца в процессе взвешивания, включается в
массу водонасыщенного образца. Водопоглощение W
П
вычисляют с
точностью до 0,1 % как среднее арифметическое пяти испытаний по
формулам:
W
М
П
=
mm
m
1
−
100 (по массе); (9)
W
О
П
=
mm
m
1
−
ρm·100 (по объему), (10)
где т – масса образца или пробы в сухом состоянии, г; m
1
– масса образца
или пробы в насыщенном водой состоянии, г; ρ
m – средняя плотность
материала, г/см
3
. Результаты определения записывают в табл. 7.
Таблица 7. Результаты определения водопоглощения материала
W
П
ср
Бригада m,
г
m
1
,
г
m
2
,
г
W
М
П
,
%
% по массе % по объему
7. Определение водонасыщения строительных
материалов
Водонасыщением называется способность строительного материала
впитывать воду при давлении ниже атмосферного или при кипячении.
Аппаратура: вакуум-аппарат, технические весы, сушильный шкаф,
сосуд для насыщения водой.
Порядок определения:
1. Образцы подготавливают так же, как для определения средней
плотности горной породы. Высушенные до постоянной массы образцы
помещают в сосуд, заполнят его
водой и устанавливают в вакуум-аппарат.
Доводят разряжение в камере до 2000 Па (15 мм рт. ст.). Такое разряжение
13
поддерживают в течение 3 ч, пока не прекратится выделение пузырьков
воздуха из образцов. После этого выключают вакуум-насос, в сосудах
устанавливается нормальное давление, при котором образцы оставляют в
воде еще на 2 ч.
2. Насыщенные водой образцы поочередно вынимают, обтирают
влажной тканью, взвешивают и вычисляют водонасыщение аналогично
водопоглощению [см. формулы (8) и (9)]. Результаты определения
записывают в табл. 8.
Таблица 8. Результаты определения водонасыщения материала
W
н
ср
Бригада m,
г
m
1
,
г
m
2
,
г
W
м
н,
%
% по массе % по объему
Водопоглощение и водонасыщение зависят от количества и диаметра
открытых пор и микротрещин, смачиваемости и адсорбционной
способности поверхности (внутренней и внешней) образцов материала и ее
состояния, а также от состава и температуры воды.
Эти свойства строительных материалов определяют изменение его
состояния в инженерной конструкции, являются прогнозирующим
показателем морозостойкости и погодоустойчивости. Эти
показатели
учитываются также при производстве цементо- и асфальтобетонных
смесей и др.
Приближенные показатели водопоглощения и водонасыщения
некоторых пород приведены в табл. 9.
Таблица 9. Значения водопоглощения и водонасыщения для различных
горных пород
Водопоглощение,
% по массе
Горная порода Водонасыщение, % по
массе
0,1-0,5 Граниты 0,1-0,5
0,1-0,5 Габбро 0,1-0,5
0,1-20 Песчаники 0,1-25
0,2-25 Известняки 0,2-30
0,1-0,5 Кварциты 0,1-0,6
8. Определение морозостойкости строительных
материалов
Морозостойкость строительного материала определяют по потере
массы пробы при попеременном замораживании и оттаивании в
водонасыщенном состоянии.
14
Определение производят в специальных холодильных тер-
морегулируемых камерах, где замораживание продолжается 4 ч, а
оттаивание – не менее 2 ч. Если учесть, что горные породы выдерживают
иногда до 1000 и более циклов, то в условиях учебных лабораторий и
лимита времени данный вид испытаний не проводится.
Ориентировочно о морозостойкости материалов можно судить также
по коэффициенту водонасыщения
Кнас, вычисленному как отношение
объемного водопоглощения W
О
П
к водонасыщению W
О
Н
, определяемому
под вакуумом или кипячением:
К
нас=
О
Н
О
П
W
W
. (11)
Принято считать морозостойкими те материалы, коэффициенты
насыщения которых менее 0,8, т.е. когда водой заполняется не более 80 %
пор.
Для каждого вида строительных материалов определение
морозостойкости проводится по соответствующим методикам [4 – 6].
9. Определение показателя снижения прочности
строительных материалов при насыщении водой
Показатель снижения прочности строительных материалов при
насыщении водой определяют по отношению прочности образцов в
насыщенном водой и сухом состояниях.
Для испытания берут десять образцов правильной формы [4]. Из них
пять образцов насыщают водой, пять – высушивают до постоянной массы.
Испытания насыщенных водой и высушенных до постоянной массы
образцов проводят в следующем порядке.
Образец устанавливают в центре опорной плиты пресса. Нагрузка на
образец при испытании должна возрастать непрерывно и равномерно со
скоростью 0,5 МПа (5 кгс/см
2
) в секунду.
Предел прочности при сжатии образца R
сж, МПа, определяют с
точностью до 1 МПа по формуле
R
сж =
P
F
, (12)
где Р – разрушающее усилие, Н; F – площадь поперечного сечения
образца, см
2
.
За результат принимают среднеарифметическое значение пяти
15
параллельных испытаний.
Показатель снижения прочности горной породы К
В
при насыщении
водой определяют по формуле
К
В
=
R
′
сж
R
сж , (13)
где
R
′
сж– среднеарифметическое значение предела прочности
насыщенных водой образцов, МПа;
R
сж – среднеарифметическое
значение предела прочности образцов, высушенных до постоянной массы,
МПа.
10. Определение удельной эффективной активности
естественных радионуклидов
Естественные радионуклиды (ЕРН) – основные радиоактивные
нуклиды природного происхождения, содержащиеся в строительных
материалах – радий (
226
Ra), торий (
232
Th), калий (
40
K).
Удельная активность радионуклида А – отношение активности
радионуклида в образце к массе образца, Бк/кг;
Удельная эффективная активность ЕРН А
эфф – суммарная удельная
активность ЕРН в материале, определяемая с учетом их биологического
воздействия на организм человека по формуле
А
эфф= А
Ra
+ 1,31A
Th
+ 0,085A
К
, (14)
где A
Ra
, А
Th
, А
К
– удельные активности радия, тория, калия соответственно,
Бк/кг.
Удельную эффективную активность естественных радионуклидов
строительных материалов определяют экспрессным и лабораторным
методами по ГОСТ 30108.
11. Определение теплопроводности строительных
материалов
Сущность метода определения теплопроводности
λ
в Вт/(м⋅°С)
заключается в создании теплового потока, направленного
перпендикулярно к граням плоского образца определенной толщины,
измерении плотности стационарного теплового потока и температур на
противоположных гранях образца.
Теплопроводность вычисляют по формуле
λ
=gср δ
∆
t, (15)
16
где gсp – средняя плотность теплового потока, проходящего через образец,
Вт/м
2
;
δ
– толщина образца, м;
∆
t — перепад температур верхней и
нижней поверхностей образца, °С.
Определение теплопроводности строительных материалов проводится
по ГОСТ 7076.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение влажности материала. Как она может быть
выражена математически? Основы методики определения влажности
материала.
2. Дайте определение водопоглощаемости материала. Как может
быть выражен математически показатель водопоглощения? Основы
методики определения водопоглощения.
3. Дайте определение водонасыщаемости материала. Как может
быть выражен математически показатель водонасыщения? Основы
методики определения водонасыщения.
4. Дайте понятие истинной плотности материала. Методики
определения истинной плотности, их достоинства и недостатки.
5. С какой целью кипятят смесь воды и порошка при определении
истинной плотности материала с помощью пикнометра?
6. Дайте понятие средней плотности материала. Методики
определения средней плотности материалов с различной пористостью.
7. С какой целью выдерживают образцы
плотных материалов в воде
при определении средней плотности?
8. Дайте понятие насыпной плотности рыхлозернистых материалов.
Методики определения насыпной плотности материала.
9. Взаимосвязь показателей влажности, водопоглощения и
водонасыщения материалов, определенных по массе и по объему. Доказать
истинность используемой при этом формулы.
10. Дайте определение пористости материала. Как она может быть
определена
расчетным способом? Доказать истинность используемой при
этом формулы.
11. Как определить открытую и закрытую пористость. Как влияет
характер пористости (соотношение открытых и закрытых пор, их
размеров) на теплопроводность материала?
12. Дайте определение пустотности материала. Как она может быть
определена расчетным способом? Доказать истинность используемой при
этом формулы.
13. Понятие о теплопроводности
материала. Как изменится
теплопроводность материала после водонасыщения, после замерзания
водонасыщенного материала?
17
14. Понятие о морозостойкости материала. Основы методики
определения морозостойкости материала.
15. Понятие о водостойкости материала. Основы методики
определения водостойкости материала.
Библиографический список
1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. – М.: Высшая школа, 2002.–701с.
2. Строительные материалы/Под ред. В.Г. Микульского. – М.: АСВ, 2000. – 536 с.
3. Грушко И.М., Королёв И.В. и др. Дорожно-строительные материалы.–М.:
Транспорт, 1991.
4. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов
промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических
испытаний.
5. ГОСТ 10060.0-95. Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие
требования
.
6. ГОСТ 7025-91. Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы
определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости.
7. ГОСТ 30108-94. Определение удельной эффективной активности естественных
радионуклидов.
8. ГОСТ 7076-87. Материалы и изделия строительные. Метод определения
теплопроводности.
Оглавление
Введение……................................................................................... 3
1. Определение истинной плотности строительных материалов
… 5
2. Определение средней плотности строительных материалов… 7
3. Определение пористости строительных материалов………… . 9
4. Определение насыпной плотности строительных материалов... 10
5. Определение пустотности строительных материалов…………. 11
6. Определение водопоглощения строительных материалов ……. 11
7. Определение водонасыщения строительных материалов…….. 12
8. Определение морозостойкости строительных материалов… 13
9. Определение показателя снижения прочности строительных
материалов при насыщении водой…………………………………… 14
10. Определение удельной эффективной активности
естественных радионуклидов……………………………………………. 15
11. Определение теплопроводности строительных материалов... 15
Контрольные вопросы……………………………………………… 16
Библиографический список………………………………………… 17
18
Учебное издание
Определение показателей физических
свойств строительных материалов
Методические указания к лабораторной работе
Составители:
Григорий Иванович Надыкто,
Вера Дмитриевна Галдина
_________
Редактор И. Г. Кузнецова
Компьютерный набор и верстку выполнил
Г. И. Надыкто
_________
Подписано в печать …………
Формат 60х90 1/16. Бумага писчая
Оперативный способ печати
Гарнитура Таймс
Усл.п.л. …., уч.-изд.л. …
Тираж 200 экз. Заказ…..
Цена договорная
________
Издательство СибАДИ
644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10
Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ
644099, Омск, ул. П.Некрасова, 10