Лабораторна робота № 1

ФІЗИЧНІ  ВЛАСТИВОСТІ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ

ПОПЕРЕДНЯ     ЗМІСТ      НАСТУПНА

Будівельні матеріали містять комплекс фізичних властивостей які являють здатність матеріалів реагувати на вплив фізичних факторів – гравітаційних, тобто заснованих на законі земного тяжіння, теплових, водного середовища, акустичних, електричних тощо. Числові показники фізичних властивостей визначаються за допомогою методів та приладів. Нижче розглянемо деякі фізичні властивості матеріалів.

1.1   Визначення істинної густини будівельних матеріалів

Істинна густина – маса одиниці об‘єму однорідного матеріалу в абсолютно щільному стані, тобто без урахування пор та пустот, визначається за формулою:

 

 

                                               ,                                           (1.1)

                                                                     

де   ρі   істинна густина, г/см3, кг/м3;

      m – маса зразка г, кг;

      Va –об‘єм зразка в абсолютно щільному стані, см3, м3.

 У зв‘язку з тим, що більшість будівельних матеріалів пористі, для визначення об‘єму щільної маси зразка, його попередньо висушують до постійної маси і роздрібнюють до проходження крізь сито, яке має 980 отв/см2 (розмір отворів – 0,2 мм). Абсолютний об‘єм сипких матеріалів зі щільними зернами (пісок кварцовий ) визначають без попереднього роздрібнення.

Залежно від потрібної точності визначення густини досліджуваного матеріалу випробування проводять різними методами. Більш точне визначення істинної густини проводять в спеціальному приладі – об‘ємомірі (прилад Ле   ШательєКандло).

Для проведення випробування потрібно наступне обладнання:

-         об‘ємомір (прилад Ле ШательєКандло);

-         порцелянова чашечка;

-         колба з водою кімнатної температури 15-200 С;

-         тарілкоподібні ваги з важками;

-         фільтрувальний папір;

-         досліджуваний матеріал.

Прилад Ле ШательєКандло (рис.1.1) являє собою колбу з вузьким та довгим горлом, яке має розширення, що розміщується в середній частині. На горлі колби вище та нижче розширення нанесені дві риски, об’єм між якими дорівнює 20 см3.

Якщо випробуванню підлягає матеріал, що не реагує з водою, то прилад до випробування заповнюється дистильованою водою; при дослідженні матеріалів, що реагують з водою (наприклад, гіпс або цемент), колбу заповнюють гасом або іншою інертною рідиною відносно даного матеріалу. Рідину наливають до нижньої нульової риски, встановлюючи рівень за нижнім меніском.

Підготовлений до випробування матеріал зважують в порцеляновій чашечці з точністю до 0,01г у кількості 100г. Окремо чашечку зважувати не потрібно. Після наповнення приладу до нульової позначки, шийку об‘ємоміра та скляну лійку протирають фільтрувальним папером. Крізь лійку приладу обережно, невеликими порціями всипають матеріал.

Коли рідина в приладі підніметься до верхньої позначки (20см3) всипання матеріалу припиняють.  Матеріал, що замішується у чашечці, знову зважують разом  з чашечкою. Різниця зважувань являє собою масу матеріалу, що був всипаний в прилад (об‘єм 20 см3).

Дослід виконується два рази. Результат випробування заноситься до   лабораторного журналу (табл. 1.1).

Істинна густина матеріалу визначається за формулою:

,                                                     (1.2)

де m1 – маса матеріалу, що був взятий для дослідження (разом з посудом), г;

        m2 – маса залишку матеріалу (разом з посудом), г;

      V – абсолютно щільний об‘єм матеріалу, см3.

Таблиця 1.1

Визначення істинної густини матеріалу стандартним методом

Матеріал: пісок кварцовий (абсолютно щільний, сипкий)

 

Показники

Розмірність

Результати

1

2

3

Маса матеріалу, що був взятий для дослідження (разом з посудом)

г

100

100

100

Маса залишку матеріалу (разом з посудом)

г

 

 

 

Маса матеріалу, що був всипаний в прилад

г

 

 

 

Об‘єм витисненої рідини

см3

20

20

20

 

Продовження таблиці 1.1


Абсолютно щільний об‘єм матеріалу

см3

20

20

20

Істинна густина матеріалу

г/см3

 

 

 

Середнє значення істинної густини матеріалу

г/см3

 

1.2 Визначення густини рідини

Для проведення випробувань потрібне наступне обладнання: скляний циліндр, набір ареометрів.

Густина рідини визначається за допомогою ареометра. Рідину, що випробовується, вливають в скляний циліндр. Потім у неї занурюють ареометр, який залежно від густини рідини встановлюється на певному рівні (рис.1.2), за шкалою ареометра беруть відлік, який виражає величину густини рідини (г/см3; кг/м3).

Слід мати на увазі, що відлік за шкалою беруть зверху вниз. Потрібно слідкувати за тим, щоб ареометр вільно плавав у рідині.

Результат випробування заноситься до лабораторного журналу (табл.1.2).    

                                                                                             Таблиця 1.2

                                         Визначення густини рідкого матеріалу

Найменування рідини

Розмірність

Показники приладу (густина)

1

 Вода питна

г/см3 (кг/м3)

 

2

Розчин кухонної солі

г/см3 (кг/м3)

 

3

 Мастило машинне

г/см3 (кг/м3)

 

1.3 Визначення середньої густини зразка правильної геометричної форми

Середня густинамаса одиниці об‘єму матеріалу в природному стані разом з порами (пустотами), що визначається за формулою:

,                                                                                (1.3)

де ρ0  середня густина, г/см3, кг/м3;

     m – маса зразка, г, кг;

     V – об‘єм зразка, см3, м3.       

Випробування проводять на зразках, які висушені до постійної маси. Коли зразок має правильну геометричну форму, його об‘єм визначають вимірюванням довжини, ширини, діаметра, а масу визначають зважуванням.

Для проведення дослідження потрібно наступне обладнання:

-         штангенциркуль (точністю до 0,1 мм) або сталева лінійка з поділками (точністю до 0,5 мм) ;

-         технічні ваги з важками.


Вимірювальним приладом вимірюють розміри зразка та, беручи середнє трьох вимірювань кожного елемента, обчислюють його об’єм (рис.1.3), потім зразок зважують з точністю до 1 г.

Надпись: Рис. 1.3 Схема вимірювання зразків геометричної форми

За формулою (1.3) визначають середню густину зразка. Результат випробування заноситься до лабораторного журналу (табл.1.3).  

Таблиця 1.3

Визначення середньої густини зразка правильної  геометричної форми

Матеріал: куб з цементно-піщаного розчину

Показники

Розмір-ність

Результати

1

2

3

Розміри зразка:

довжина ( а )

 

см

 

 

 

ширина ( b )

см

 

 

 

висота ( h )

см

 

 

 

Об‘єм зразка

см3

 

 

 

Маса зразка

г

 

 

 

Середня густина зразка

г/см3, (кг/м3)

 

 

 

Середнє значення середньої густини

г/см3,

(кг/м3)

 

 

1.4 Визначення середньої густини зразків щільних матеріалів неправильної форми

У тому випадку, коли зразок матеріалу має довільну форму, для визначення його об‘єму користуються методом, заснованим на витисненні зразком з посудом води або іншої рідини, практично інертної по відношенню до матеріалу, що досліджується. Залежно від ступеня точності визначення, що вимагається для цієї мети, застосовують різні прилади: мірний градуйований циліндр, металевий об‘ємомір. Розглянемо метод гідростатичного зважування зразка в воді. Цей метод заснований на законі Архімеда, згідно з яким, тіло що занурене у воду (рідину), втрачає в своїй вазі стільки, скільки важить витиснена вода (рідина). Для випробування потрібно наступне обладнання :

-         технічні ваги з важками;

-         посудина з водою;

-         зразок із щільного матеріалу неправильної форми.

Зразок, що підлягає випробуванню, попередньо насичують водою до постійної маси, зважують на повітрі, потім занурюють в посудину з водою, закріплюючи на нитці гачка однієї з чашок вагів (рис. 1.4), визначають масу зразка у воді. Різниця у вазі зразка на повітрі та у воді буде відповідати об‘єму зразка, що досліджується.

     Густину пористих матеріалів визначають таким саме чином, але попередньо зразки покривають тонким шаром парафіну. Густина зразків обчислюється за формулою (1.4).

(1.4) 

     

 де ρ0 середня густина зразка, г/см3;

      m маса зразка на повітрі, г;

      m1 маса зразка у воді, г;

      ρв – густина води, г/см3

Результат випробування заноситься до лабораторного журналу (табл. 1.4).

Таблиця 1.4

Визначення густини зразка щільного матеріалу неправильної  форми.

Матеріал: зразок з гранітного щебеню

Показники

Розмір-ність

Результати

1

2

3

Маса зразка на повітрі

г

 

 

 

Маса зразка у воді

г

 

 

 

Втрата у масі при зануренні у воду

г

 

 

 

Об‘єм зразка (рівний об‘єму витисненої води)

см3

 

 

 

Густина зразка

г/см3

 

 

 

Середнє значення густини зразків

г/см3

 

 

1.5 Визначення середньої (насипної) густини зразка сипких (пухких) матеріалів

Середня (насипна) густина сипких матеріалів визначається шляхом зважування стандартних об‘ємів (мірна посудина), які заповнені матеріалами.

Для здійснення випробування необхідне наступне обладнання :

         -    стандартна лійка для сипких матеріалів;

-         мірна посудина об‘ємом 1 л;              

-         технічні ваги з важками.

Надпись: 4Випробування проводять в наступному порядку.

Зважують мірну посудину. Установлюють її під лійку, заповнюють посудину піском з надлишком до утворення конусу нормального осипання. Надлишок обережно знімають лінійкою. Зважують посудину з піском (рис.1.5).

Надпись: Рис. 1.5 Лійка для визначеннясередньої (насипно густоти: 1 – Насипну густину обчислюють за формулою:

               (1.5)            

 де  m1 – маса мірної посудини, г;

       m2 – маса мірної посудини разом з піском, г;                                                               

                                                                  V1 – об‘єм мірної посудини (1000 см3) .

  Результати випробування заносяться до лабораторного журналу (табл.1.5).

Таблиця 1. 5

Визначення середньої (насипної) густини сипкого матеріалу. Матеріал: пісок кварцовий (абсолютно щільний, сипкий)

Показники

Розмір-ність

Результати

1

2

3

Маса мірної посудини разом з піском

г

 

 

 

Маса мірної посудини

г

 

 

 

Маса матеріалу

г

 

 

 

Об‘єм матеріалу (який дорівнює об‘єму мірної посудини)

см3

1000

1000

1000

Середня густина матеріалу

г/см3 (кг/м3)

 

 

 

Середнє значення середньої густини матеріалу

г/см3 (кг/м3)

 

1.6 Визначення пористості (порожнистості) матеріалів

Пористість характеризується наявністю пор (пустот) в матеріалі, тобто об‘єм пор відноситься до об‘єму зразка. Пористість може бути визначена за відомими істинною густиною та середньою густиною за формулою:

                                                            (1.6)

 де П – пористість (порожнистість) ,  % ;

       ρі – істинна густина, г/см3, кг/м3;

         ρ0  середня (насипна) густина, г/см3, кг/м3.

Пористість матеріалу, наприклад піску, характеризується порожнистістю, якщо кожне зерно піску являє собою щільне тіло. Порожнистість (пористість) піску обчислюють на основі результатів визначення середньої (насипної) густини (див. дослід 1.5). Результат обчислення заноситься до лабораторного журналу (табл. 1.6).

Таблиця 1.6

Визначення пористості (порожнистості) матеріалів

Матеріал: пісок кварцовий (абсолютно щільний, сипкий)

Показники

Розмір-ність

Результати

1

2

3

Істинна густина піску

г/см3

 

 

 

Середня (насипна) густина піску

г/см3

 

 

 

Пористість піску

%

 

 

 

Середнє значення

%