Средняя плотность материала зависит от его. Шпаргалка по Информационным системам и технологии. Структурные свойства строительных материалов

Истинная плотность материала р и – физическая величина, определяемая отношением массы m , г, однородного материала к его объему V a , см 3 , в абсолютно плотном состоянии, т. е. без учета пор и пустот, а именно:

р и = m /V a , г/см 3 . (1.18)

Выполнение работы. Для определения истинной плотности каменного материала из отобранной и тщательно перемешанной средней пробы отвешивают 200...220 г. Кусочки отобранной пробы сушат в сушильном шкафу при температуре 110±5 о С до постоянной массы, затем тонко измельчают в фарфоровой ступке. Полученный порошок просеивают через сито № 02 (размер ячейки в свету – 0,2×0,2 мм). Отвесив в фарфоровой чашке навеску массой около 180 г просеянного порошка, его снова высушивают, а затем охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе, где порошок хранят до проведения испытания.

Истинную плотность твердого материала определяют с помощью объемомера Ле Шателье (рис. 1.1), который представляет собой стеклянную колбу вместимостью 120...150 см 3 с узкой шейкой, несколько расширяющейся в средней части. На шейке колбы выше и ниже шаровидного уширения нанесены две черты, объем между которыми равен 20 см 3 . Шейка градуирована, цена деления 0,1 см 3 .

Рис. 1.1. Объемомер Ле Шателье:

1 – объемомер; 2 – сосуд с водой;

3 – термометр

Объемомер наполняют до нижней нулевой черты жидкостью, инертной по отношению к порошку материала: водой, безводным керосином или спиртом. После этого свободную от жидкости часть (выше нулевой черты) тщательно протирают тампоном из фильтровальной бумаги. Затем объемомер помещают в стеклянный сосуд с водой, имеющей температуру 20 °С (температура, при которой градуировали его шкалу). В воде объемомер остается все время, пока идет испытание. Чтобы объемомер в этом положении не всплывал, его закрепляют на штативе так, чтобы вся градуированная часть шейки находилась в воде.

От подготовленной пробы, находящейся в эксикаторе, с точностью до 0,01 г отвешивают 80 г материала и высыпают его ложечкой через воронку в прибор небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в нем не поднимется до черты с делением 20 см 3 или до черты в пределах верхней градуированной части прибора. Разность между конечным и начальным уровнями жидкости в объемомере показывает объем порошка, всыпанного в прибор. Остаток порошка взвешивают. Масса порошка, всыпанного в объемомер, будет равна разности между результатами первого и второго взвешиваний.

Истинную плотность материала вычисляют по формуле

р и = (m – m 1)/V a , (1.19)

где m – масса навески материала до опыта, г;

m 1 – остаток от навески, г;

V a – объем жидкости, вытесненной навеской материала (объем порошка в объемомере), см 3 .

Истинную плотность материала вычисляют с точностью до 0,01 г/см 3 как среднее арифметическое результатов двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см 3 .

Результаты определения истинной плотности материала записывают в журнал для лабораторных работ и сравнивают с данными, приведенными в табл. 1.2.

Т а б л и ц а 1.2. Истинная и средняя плотность материалов

Министерство образования и науки Российской Федерации

ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерный факультет

Кафедра «Строительные технологии и конструкции»

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

(плотность, пустотность, пористость, водопоглощение, влажность , прочность, размягчение, морозостойкость).

по курсу «Материаловедение (строительные материалы)»

для специальностей:

«Экономика и управление на предприятии строительства» (060800)

Ханты-Мансийск

	Общие положения………………………………………………………
	Структура лабораторной работы………………………………………
	Общая классификация основных свойств…………………………….
	Лабораторная работа №1 Определение истинной и средней плотности………………………...
	Определение истинной плотности кирпича……………………………………
	Определение средней плотности материалов…………………….…..
	Образец материала правильной формы……………………………….
	Образец неправильной формы…………………………………….…...
	Лабораторная работа №2……………………………………………….
	Определение насыпной плотности материалов………………………
	Пустотность……………………………………………………………..
	Теоретическая часть…………………………………………………….
	Лабораторная работа №3 Пористость и водопоглощение строительных материалов…………..
	Теоретическая часть…………………………………………………….
	Лабораторная работа №4 Определение влажности строительных материалов………………….
	Теоретическая часть…………………………………………………….
	Лабораторная работа №5 Прочность строительных материалов…………………………………
	Теоретическая часть…………………………………………………….
	ЧАСТЬ 1. Определение прочности при сжатии и коэффициента конструктивного качества………………………………………….….
	ЧАСТЬ 2. Определение коэффициента размягчения…………….…..
	Теоретическая часть…………………………………………………….
	ЧАСТЬ 3. Определение предела прочности при изгибе……………...
	Лабораторная работа № 6 Морозостойкость………………………………………………………..
	Определение марки по морозостойкости……………………………...
	Теоретическая часть…………………………………………………….
	Контрольные вопросы…………………………………………………..
	Список литературы……………………………………………………..

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.

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=, г/см3 , где

rи – истинная плотность, г/см3;

m – масса материала в абсолютно уплотненном состоянии, г;

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=, г/см3 , где

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=, г/см3 , где

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 – 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)

ρ=(m1–m2)/Vп

Рис 1.1. Объемомер Ле Шателье

1 – объемомер; 2 – сосуд с водой; 3 – термометр.

Все результаты занести в лабораторный журнал.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

	масса пробы	объем порошка		масса порошка в объемомере	Истинная плотность

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.

Ход работы

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

а – кубической формы; б – цилиндрической формы

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

	материал		размеры образца, см		Истинная плотность
			D

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.

Ход работы

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.

Все результаты занести в лабораторный журнал.

Рис. 1.3. Взвешивание образца на гидростатических весах

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

	масса образца, г	парафина		плотность
		m2

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

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

А – сила Архимеда;

g – ускорение свободного падения, м/сек2.

Vо. п.*rв= m1–m2 Þ Vо. п.= , но Vо. п.=V+Vп Þ

Þ V= Vо. п.– Vп=

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.

Рис. 1.4. Стандартная воронка

1 – корпус; 2 – трубка; 3 – задвижка; 4 – мерный цилиндр

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

	материал	мерный цилиндр	цилиндра с песком,	масса песка,	насыпная плотность
объем,	масса

За окончательный результат принять среднее значение 3-х опытов.

2. Пустотность

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Пустотность – это доля межзерновых пустот в насыпном объеме материала.

Расчетная формула:

, где

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

	материал	цилиндра,	цилин-дра,	материала,	насыпная плотность,	плотность	пустотность

За окончательный результат принять среднее значение пустотности их трех определений.

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

	масса кирпича,	геометрические размеры кирпича,		водопоглощение
массовое	объемное
	ного водой

ПОРИСТОСТЬ

	плотность	пористость	коэф. насыщения пор водой
	открытая	закрытая Пзак=По-Поткр, %
истинная

За конечный результат принять среднее значение из 3-х определений.

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

	масса бюкса,	масса бюкса с сухими песком, г	влажность
значение влажности

Подсчет отклонения отдельного результата от среднего значения.

Расчетная часть:

	влажность	Отклонения отдельного результата
		абсолютное	относительное

ВЫВОД.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите свойства материалов, характеризующие особенности физического состояния строительных материалов.

2. Сравните массовое и объемное водопоглощение для испытуемых материалов. Какая величина – или больше для сравниваемых материалов? Ответ мотивируйте.

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
Известняки: ракушечники Туф вулканический Кирпич керамический: обыкновенный пустотелый пористый Древесина сосны Пенопласты Сталь строительная особотяжелый облегченный особолегкий Гипс и гипсовые изделия силикатный шлаковый трепельный Минеральная вата Пенобетон и газобетон Пеносиликат Пеностекло Растворы: известковые известково-цементные цементные Шлакобетон гранулированный топливный Фибролит: магнезиальный цементный

Таблица 2.

Пористость и водопоглощение керамического кирпича

Вид керамического	Средняя плотность,	Пористость, %	Водопоглощение, %
Обыкновенный Условно эффективный Эффективный

морозостойкость

Для строительных материалов это самые важные свойства, характеризующие материал. Зная плотность, можно предполагать, какая будет прочность, теплофизические свойства, морозостойкость.

Определяют плотность как массу единицы объёма, как правило, это масса 1 см 3 или 1 м 3 .

Если взвесить единицу объёма пористого и абсолютно плотного этого же материала, то получим разные массы, и разница будет тем больше, чем больше пор в материале. Поэтому в строительной практике различают плотность истинную , когда материал уложен в абсолютно плотном объёме, поры отсутствуют, между частичками твёрдого тела нет промежутков (г/см 3):

Плотность материала в единице объёма с порами и неплотностями характеризует среднюю плотность или, как её раньше называли, объёмной массой (г/см 3):

Если материал без пор и неплотностей, его средняя плотность равна истинной. Так, у металлов, стекла, плотных пластиков, глубинных каменных пород истинная плотность равна средней. У пористых материалов часть объёма занимают поры, поэтому масса меньше. Объём в естественном состоянии равен объёму твёрдого тела и объёму пор (см 3):

Для сыпучих материалов определяют насыпную плотность, когда единица объёма заполнена зернистыми или порошковыми материалами, в зёрнах которых могут быть поры, а могут и не быть, но всегда есть воздушные прослойки между зёрнами, например, ёмкость с цементом, песком или щебнем. В этом случае между сыпучими зёрнами или частичками остаются неплотности – пустоты и поэтому насыпная плотность всегда меньше средней и тем более истинной плотности.

Она обозначается в тех же единицах – г/см 3 или кг/м 3:

Относительная плотность d выражает плотность материала по отношению к плотности воды. Как правило, она соответствует средней плотности:

Пористость общая материала определяется как отношение объёма пор к объёму материала в естественном состоянии, обозначается в долях единицы или в %:

Если объём пор не известен, общую пористость определяют по плотности. Для этого необходимо знать истинную и среднюю плотности:

где отношение плотности истинной к средней есть коэффициент плотности:

Пористость вместе с коэффициентом плотности составляют одно целое, единицу:

В материале поры могут быть открытые и закрытые, обособленные, куда вода при погружении в неё материала проникнуть не может. Как узнать, есть такие поры или нет?

Легко определить открытую пористость, погрузив материал в воду. И, зная общую пористость, определяют закрытую по разности:

.

Открытую пористость определяют по водопоглощению. Она равна водопоглощению по объёму, которое вычисляют по разнице масс влажного и сухого материала:

Чем больше в материале закрытых пор, тем меньше влаги может удерживать материал при намокании, тем будет выше его морозостойкость и теплоизоляционные свойства.

По открытым сообщающимся капиллярам вода заполняет поровое пространство, снижая теплоизоляцию, морозостойкость и даже прочность.

Водопоглощение обозначают буквой W и определяют как по объёму ( равно ), так и по массе . По массе определяют и влажность материалов в %:

Отношение

.Водопоглощение по массе может быть и больше пористости, но по объёму не может превышать пористость.

По количеству поглощенной воды вычисляют коэффициент насыщения , равный отношению водопоглощения по объёму к общей пористости материала:

Открытая пористость специально создаётся, если нужен звукогасящий материал, когда звуковая волна ослабевает в лабиринте капилляров. Для этой цели материалы специально перфорируют, создают открытую пористость. Для теплоизоляции, наоборот, нужны закрытые поры с неподвижным воздухом, так как у воздуха самая низкая теплопроводность.

Чем больше в материале пор или чем тоньше помол материала, тем больше становится его поверхность контакта с воздухом – удельная поверхность (поверхность в см 2 , приходящаяся на 1 г вещества), оказывающая значительное влияние на свойства материала. Чем выше удельная поверхность, тем выше сорбционные свойства материала – способность поглощать влагу из воздуха и при охлаждении образовывать конденсат. Это свойство называют гигроскопичностью, а такие материалы – гигроскопичными .

Сорбция или адсорбция возникает у любого материала в силу ненасыщенности энергией крайних молекул твёрдого тела, но у плотных материалов или крупнопористых с незначительной удельной поверхностью сорбционные способности незначительны. У гигроскопичных материалов, например, у древесины во влажном воздухе влажность может возрасти до 30%, у ячеистых бетонов – до 7-8%, что отразится на теплопроводности (если материалы не будут высыхать).

Чем тоньше капилляры, тем выше по ним может подняться влага и увлажнить конструкцию. Такое явление называют капиллярным всасыванием. Оно опасно для стен, поэтому между фундаментом и стеной всегда кладут гидроизоляционный материал.

Влага в материал может попасть 3 способами: с помощью капиллярного всасывания ; с помощью капиллярной фильтрации или водопроницаемости, когда вода давит сверху; с помощью капиллярной конденсации , когда адсорбированная влага в виде пара внутри стены при понижении температуры превращается в воду и может там замёрзнуть.

Насыщаясь влагой и при изменении её в воздухе, высыхая, материал испытывает влажностные деформации, происходит усадка, при насыщении влагой – набухание . Чередование высыхания и увлажнения пористых материалов сопровождается попеременными деформациями, ускоряющими растрескивание и разрушение материала.

Чем больше может материал поглотить влаги, тем больше он имеет усадку, тем больше пострадает его структура при высыхании и при замерзании в насыщенном водой состоянии.

Усадка для некоторых строительных материалов (мм/м):

Морозостойкость – способность материала выдерживать попеременное замораживание в насыщенном водой состоянии и оттаивание в воде. Вода при замерзании увеличивается в объёме более чем на 9%, образующиеся кристаллы льда ломают тонкие стенки капилляров, и материал разрушается, отслаивая более насыщенные водой поверхности. Морозостойкость количественно оценивается циклами и обозначается марками: F25, F50, F100, F200, F300 или более, т.е. по тому, сколько циклов замораживания образцы выдержали без потери прочности не более 5% или потери массы не более 3%. Один цикл – это замораживание до полного промерзания образцов и оттаивание их в воде.

Кирпич и пористый бетон имеют небольшую морозостойкость, так как в их структуре мало закрытых пор, много сообщающихся капилляров (большое водонасыщение). А материал, насыщенный водой, имеет низкую морозостойкость.

Насыщенный влагой материал снижает свои теплозащитные свойства. Лучший теплоизолятор в нормальных условиях – это сухой неподвижный воздух, который может находиться в закрытых порах или изолированных ячейках. Все утеплители содержат мелкие закрытые поры. Коэффициент теплопроводности воздуха равен λ = 0,023 Вт/(м°С), тогда как воды – 0,58 Вт/(м°С), льда – 2,3 Вт/(м°С). Поэтому все теплоизоляционные материалы насыщают воздухом, делают ячеистыми или волокнистыми, и их надо защищать от увлажнения.

Огнестойкость – свойство материала сопротивляться действию огня в течение определённого времени. Это свойство зависит от способности материала воспламеняться и гореть. Строительные материалы по огнестойкости разделены на: несгораемые (кирпич, бетон, сталь, камень), трудносгораемые (асфальтобетон, фибролит, пропитанная антипиренами древесина), сгораемые (древесина, пластики, рубероид). Для некоторых материалов определяют температуростойкость , т. е. температуру, при которой сохраняется работоспособность материала без его деформации. Так, для металлов есть температура текучести, когда начинается размягчение и значительные деформации, – у стали это 600ºС. Конструкция при такой температуре не способна выполнять свои функции. У сплавов алюминия – это 150-200°С.

Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) имеет значение при колебаниях температуры для материалов, работающих совместно под нагрузкой. При сезонном или суточном изменении температуры у разных материалов возникают разные деформации. Так, в железобетоне стальная арматура имеет КЛТР 10 · 10 -6 град -1 , такой же коэффициент и у бетона, поэтому они работают синхронно, не отслаиваясь. Если вместо стальной арматуры забетонировать древесину, у которой КЛТР в два раза выше, произойдёт отделение одного материала от другого, конструкция будет слабее, по бетону пойдут трещины. Температурные деформации при суточных колебаниях температуры достигают 0,5-1 мм/м, что особенно нежелательно на линейных многометровых конструкциях, поэтому длинномерные конструкции разрезают температурными или деформационными швами.

При создании новых композиционных материалов этот фактор является одним из условий, обязательных для выполнения. Другим условием является химическая совместимость компонентов: материалы не должны реагировать друг с другом. Так, при армировании цементного бетона стекловолокном, стекло должно быть щелочестойким, тогда стекловолокно будет работать как арматура, а не вступать в химическое взаимодействие с цементным камнем.

Полнотекстовый поиск:

Где искать:

везде
только в названии
только в тексте

Выводить:

описание
слова в тексте
только заголовок

Главная > Шпаргалка >Строительство

Понятие «материалоемкость»

«Материалоемкость» –свойство эффективных материалов, которые обладают опреде-

ленными признаками.

эксплуата­ционно-технических и эстетических свойств -простые и сложные. Прос­тые свойства нельзя подразделить на другие. Например, простые свойства «масса», «длина» материалов не могут быть представлены другими более прос­тыми свойствами.

Сложные свойства могут быть раз­делены на несколько менее сложных или простых свойств. Например, фун­кциональность - сложное свойство, определяемое совокупностью эксплуа­тационно-технических свойств. Эконо­мичность слагается из технико-эконо­мических характеристик, отражающих затраты на производство, применение и эксплуатацию строительного материала в течение всего расчетного срока служ­бы. К сложным свойствам относятся качество и интегральное качество.

Применение принципов квалиметрии для оценки качества строительных материалов

знакомстве с его методическими осно­вами необходимо учитывать следующие положения: 1) оценка качества строи­тельного материала зависит от того, для какой цели и для каких условий делается эта оценка, поэтому один и тот же материал может иметь несколько различных оценок качества. Прежде чем приступить к оценке качества, не­обходимо установить все необходимые условия и цель оценки; 2) качество сле­дует рассматривать как иерархическую совокупность свойств материала, рас­положенных на разных уровнях. Каж­дое свойство одного уровня зависит от ряда других свойств более низкого уро­вня; оценка качества материала зависит от принятых показателей его свойств.

Проведение квалиметрического ана­лиза предполагает выполнение нескольких основных этапов, из которых самый ответственный - построение дерева свойств, т. е. изображение всей сово­купности свойств материала в виде многоуровневой структуры.

«Ри­сунок» дерева может изменяться в зависимости от вида материала, цели оценки и дру­гих факторов..

Количественная оценка качества сравниваемых строительных материа­лов (изделий) может быть получена как средняя взвешенная арифметичес­кая из относительных оценок свойств К i , с учетом их весомости М i ,. мы полу­чим комплексную оценку качества ма­териала, характеризующую его способ­ность удовлетворять всем функцио­нальным и эстетическим требованиям к материалу в соответствии с его назначе­нием. Если же суммируются все без ис­ключения показатели, полученный ре­зультат дает наиболее полную оценку интегрального качества материала К ∑

К ∑ = K i х M i

При оценке результатов тот из срав­ниваемых строительных материалов яв­ляется лучшим по интегральному ка­честву, у которого показатель К ∑ будет иметь большее значение.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА

К функциональнымм свойствам относят: структурные (средняя и истинная плотность, пористость), гидрофизические (гигро­скопичность, водопоглощение, влагоотдача, водо-стойкость, водопроницаемость, влажность), теплофизические (теплопроводность, тепло-емкость, морозостойкость, огне­стойкость, огнеупорность), комплексные (долговечность,

надежность, совметимость).

Структурные свойства строительных материалов

Плотностью называют массу единицы объема материала. Раз­личают среднюю, истинную и насыпную плотности.

Средняя плотность - масса единицы объема материала в ес­тественном состоянии, т.е. с порами и пустотами. Среднюю плотность ρ 0 , кг/м 3 , г/см 3 , вычисляют по формуле

где т - масса материала (образца) в сухом состоянии, кг или г; V- объем материала (образца) в естественном состоянии, м 3 или см 3 .

Массу материала определяют путем взвешивания образцов на весах различного типа.

Определение объема зависит от формы образца. Образцы бы­вают правильной (куб, параллелепипед, цилиндр) и неправильной геометрической формы. В первом случае объем образца определяют путем вычислений по геометрическим размерам. Например, для куба V = abc , где а, Ь, с - размеры сторон куба. Если образец неправиль­ной формы (кусочек кирпича), то объем образца определяют по объе­му вытесненной жидкости (закон Архимеда).

Средняя плотность для материала не является величиной по­стоянной. Искусственные материалы можно получить с требуемой средней плотностью. Изменяя структуру, можно получить тяжелый бетон плотностью до 2500 и особо легкий плотностью менее 500 кг/м 3 .

Истинная плотность , кг/м 3 , г/см 3 - масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот). Вычис­ляют ее по формуле согласно СТБ 4.211-94

где V а - абсолютный объем материала, м 3 или см 3 .

Истинная плотность - это плотность вещества, из которого со­стоит материал, поэтому истинная плотность материала является фи­зической постоянной характеристикой.

У плотных материалов числовые значения истинной и средней плотности одинаковы. Например, у стали р 0 = р и = 7850 кг/м 3 . У по­ристых материалов истинная плотность больше средней. Например, у керамического кирпича р о = 1600...1900 , а р и = 2500 кг/м 3 .

Плотность материала в большой степени влияет на его долго­вечность. Средняя плотность материалов непосредственно влияет на эффективность строительства, а также на трудоемкость транспорти­рования и монтажа. Снижение средней плотности строительных ма­териалов при сохранении необходимых прочности и долговечности - путь к снижению материалоемкости строительства, повышению его технико-экономической эффективности.

Пористость материала П - это степень заполнения объема материала порами. Пористость по значению дополняет плотность до единицы или до 100% и определяется по формуле П= V п / V , где

V п - объем, занимаемый порами, V- объем материала в естествен­ном состоянии, т.е. вместе с порами.

Преобразовав эту формулу, получим П = (1-ро /ри)100%, или

Пористость выражают в процентах (ГОСТ 12730.1-78). Пористость строительных материалов колеблется в широком диапазоне: от 0 (сталь, стекло) до 90...95 (пено- и поропласты); у тя­желого бетона - 5.-.15%.

Коэффициент плотности Кпл - степень заполнения материала твердым веществом: Кпл = ро I pи.

В сумме П + Кпл= 1 или 100%, т.е. высушенный материал состо­ит из твердого каркаса, обеспечивающего прочность, и воздушных пор.

Поры (от греч. poros - выход, отверстие) в материале - это промежутки, полости между элементами структуры материала, за­полненные воздухом или водой. Поры возникают в материалах на различных стадиях их приготовления (у искусственных материалов) и образования (у природных материалов), отсюда и поры бывают искус­ственные и естественные. Форма, размеры и структура пор различны.

Более крупные поры в изделиях или полости между кусками рыхло насыпанного сыпучего материала (песок, гравий, щебень) на­зывают пустотами.

В зависимости от пористости различают низкопористые (конст­рукционные материалы- П 50%).

Для рыхлых (сыпучих и волокнистых) материалов (песок, ще­бень, цемент, минеральная и стекловата), а также для материалов с искусственными пустотами (пустотелые керамические кирпичи и камни, бетонные и железобетонные плиты с технологическими пусто­тами) отношение объема пустот к общему объему материала называ­ют пустотностью.

Гидрофизические свойства строительных материалов

Гигроскопичность - свойство пористого материала поглощать водяной пар из воздуха

Влажность (W ) - это количество воды в материале. Различают абсолютную влажность (г) и относительную (%). Относительную влаж­ность вычисляют по формуле

где т с - масса сухого образца, г; т в - масса влажного образца, г.

При увлажнении материалы изменяют свои свойства увеличи­ваются плотность, теплопроводность и снижается прочность.

Поэтому при хранении и перевозке строительных материалов ГОСТ требует предохранения их от увлажнения.

Водопоглощением называют свойство материалов впитывать и удерживать воду. Водопоглощение определяют по стандартной мето­дике, погружая образцы материала в воду с температурой 20 ± 2 °С и выдерживая их в воде определенное время. Водопоглощение можно определить по отношению к массе сухого материала или по отноше­нию к естественному объему материала. Различают водопоглощение по массе - W и по объему - W и вычисляют их по формулам (в %):

где т с - масса сухого образца, г; т н - масса образца, насыщенного

водой, г; V- объем образца в естественном состоянии, см 3 .

Водопоглощение материала обычно меньше его пористости, так как поры могут быть закрытыми или очень мелкими и вода в них не проникает, а в очень крупных порах вода не удерживается. У высокопористых материалов (древесина, минераловатные и стекловолок-нистые плиты) водопоглощение по массе может быть более 100%; объем­ное водопоглощение всегда меньше 100%.

Для насыщения водой образец погружают в воду постепенно или выдерживают его в кипящей воде (СТБ 4.2306-94).

В результате насыщения водой свойства материалов значи­тельно изменяются: увеличиваются теплопроводность, плотность, а у некоторых материалов (например, у дерева) также и объем.

Установим зависимость между водопоглощением по массе и по объ

Показатели водопоглощения строительных материалов различны. Например, водопоглощение по массе гранита 0,1...0,8%, керамических плиток для полов - 1...4, тяжелого бетона - 2...3, керамического кирпи­ча - 8...15, теплоизоляционных газосиликатных материалов - 50...75%.

Увлажнение и насыщение водой отрицательно влияет на проч­ность материалов, снижая ее.

Водостойкостью материала называют его способность сопротив­ляться разрушительному действию влаги. Количественно водостой­кость материала оценивают коэффициентом размягчения К р. Послед­ний равен отношению предела прочности материала, насыщенного водой R н , к пределу прочности сухого материала R с: К р = R н /R с.

Коэффициент размягчения колеблется в пределах от 0 (у гли­няных необожженных материалов) до 1 (у стали, битумов). Материа­лы с коэффициентом размягчения больше 0,8 называют водостойкими.

Водостойкость - важная характеристика строительных мате­риалов, которые применяют в гидротехнических сооружениях. Водо­стойкость можно повысить искусственно, снижая гидрофильность, уменьшая смачиваемость материалов водой, а также нанесением гидрофобных покрытий.

Высокая гидрофобность и водостойкость некоторых материалов позволяют применять их в качестве гидроизоляционных материалов (битумы, полимерные пленки).

Влагоотдача - свойство материала отдавать воду при наличии соответствующих условий в окружающей среде (повышении темпера­туры, движении воздуха, снижении влажности воздуха).

Водопроницаемостью называют способность материала пропус­кать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризу­ется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 см 2 площади испытуемого материала (образца) при постоянном давлении. Ма­териалы особо плотные, т.е. у которых истинная и средняя плотности равны (металл, стекло), являются водонепроницаемыми.

Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтра­ции Кф (м 2 /ч). Коэффициент фильтрации обратно пропорционален водонепроницаемости материала.

Архитектуры , работы по математике, биологии, геологии, анатомии... отличать от животного и по плоским ногтям, и по улыбке, и по уму, и по религии и т. д. Но...

Шпаргалка по Истории (5)

Шпаргалка >> История

Стороны специально организованной прокуратуры (с 1722 г.);"Шпаргалка по отечественной истории"3) были сформированы центральные... , скульптура и архитектура данного периода находились под влиянием европейского классицизма. "Шпаргалка по отечественной истории" ...

Шпаргалка по Информационным системам и технологии

Шпаргалка >> Информатика

Серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86. RISC-процессоры... серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86. RISC-процессоры... через сети GSM. Открытость архитектуры По структуре контроллеры подразделяются на...

Шпаргалка по Административному праву (1)

Шпаргалка >> Государство и право

Ольга Владимировна Костькова Шпаргалка по административному праву Аллель, 2010 г., 64 ... документации; б) подготовку и переподготовку специалистов в области архитектуры и градостроительства; в) формирование и ведение государственного фонда...