Таблица 1 - Результаты определения средней плотности

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Показатели

Наименование материалов

Масса образца , г

Размеры куба, см:

длина:

ширина:

; ;

высота:

Размеры цилиндра, см:

диаметр:

высота:

Объем образца , см3

Средняя плотность , г/см3

Средняя плотность , кг/м3

3. Определение средней плотности пористых материалов в образцах неправильной геометрической формы

3.1 Метод гидростатического взвешивания является наиболее распространенным при определении средней плотности образцов неправильной геометрической формы как плотных, так и пористых материалов. Метод основан на использовании закона Архимеда, в соответствии с которым на тело, погруженное в воду, действует выталкивающая сила, равная массе вытесненной им воды. Чтобы определить эту силу испытуемый образец взвешивают на воздухе и в воде; разность этих весов и есть выталкивающая сила, величина которой численно равна объему образца.

3.2 Средства контроля (должны соответствовать требованиям нормативно-технической документации на материал):

- весы технические коромысловые;

- стеклянный сосуд с водой;

- разновесы,

- парафин технический,

- электрическая печка.

Испытания производят с использованием метода гидростатического взвешивания (рисунок 2).

1 - образец; 2 - нить; 3 - крючок для подвешивания образца;

4 - сосуд с водой; 5 - весы технические коромысловые

Рисунок 2 – Испытания с применением метода

гидростатического взвешивания

3.3 Проведение испытания.

Испытания проводят на двух образцах в следующей последовательности:

- определяют массу образца в граммах, взвешивая его на технических коромысловых весах;

- образец обвязывают нитью и покрывают его поверхность тонким слоем парафина, расплавленного при температуре (75 - 85) ^оС. Охлажденный образец осматривают. Образовавшиеся на парафиновой пленке трещины и пузырьки удаляют при помощи горячей иглы;

- определяют массу образца, покрытого парафином, , в граммах_, взвешивая его на технических коромысловых весах;

- рассчитывают массу парафина, покрывающего образец, , г

(9)

- вычисляют объем парафина, покрывающего образец, , см³

, (10)

где – плотность парафина, равная 0,93 г/см³;

- за нить образец подвешивают к крючку, закрепленному на левом конце коромысла весов, и погружают его в сосуд с водой. Определяют массу образца в воде в граммах. При взвешивании образец не должен касаться стенок и дна стеклянного сосуда;

- рассчитывают объем образца, покрытого парафином, , см³

, (11)

где – плотность воды; = 1,0 г/см³;

- вычисляют объем образца в естественном состоянии , см³

; (12)

- по формуле (1) рассчитывают среднюю плотность , г/см³.

Результаты испытаний и промежуточных вычислений заносят в таблицу 2.

Таблица 2 – Результаты определения средней плотности

_________________________________________________

^{(наименование материала)}

Показатели	Наименование материала
	1	2	1	2
Масса образца , г
Масса образца, покрытого парафином, , г
Масса парафина , г
Плотность парафина , г/см3	0,93	0,93	0,93	0,93
Объем парафина , см3
Масса образца, покрытого парафином, в воде , г
Объем образца, покрытого парафином, , см3
Объем образца , см3
Средняя плотность , г/см3
Среднее значение средней плотности , г/см3
Среднее значение средней плотности , кг/м3

За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение результатов двух определений средней плотности.

4. Определение истинной плотности материала

4.1 Истинная плотность – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (т.е. без пор и пустот). Истинную плотность , кг/м³ (г/см³), рассчитывают по формуле

, (13)

где - масса материала, кг (г);

- объем в абсолютно плотном состоянии, м³ (см³).

4.2 Средства контроля (должны соответствовать требованиям нормативно-технической документации на конкретный строительный материал):

- весы технические квадрантные;

- прибор Ле-Шателье;

- стеклянная воронка;

- стеклянный или фарфоровый стакан со стеклянной палочкой.

4.3 Подготовка к испытаниям.

Куски испытываемого материала высушивают при температуре (100 ± 5) ^оС до постоянной массы, охлаждают и измельчают до порошкообразного состояния. Отвешивают (180 – 200) г измельченного материала, повторно сушат его при температуре (100 ± 5) ^оС и охлаждают до комнатной температуры.

Прибор Ле-Шателье заполняют водой до нижней нулевой отметки. Уровень жидкости определяют по нижнему мениску. Свободную от жидкости часть прибора протирают тампоном из фильтровальной бумаги. Прибор закрепляют в штативе и помещают в стеклянный сосуд с водой так, чтобы вся его градуированная часть была погружена в воду (рисунок 3).

1 – прибор Ле-Шателье; 2 – стеклянный сосуд с водой; 3 – штатив; 4 - воронка

Рисунок 3 – Определение истинной плотности

4.4 Проведение испытания.

Испытания проводят два раза. Пробу подготовленного материала засыпают в стеклянный или фарфоровый стакан. Помещают в него стеклянную палочку. Определяют массу стакана с засыпанным в него измельченным материалом и палочкой в граммах.

Через стеклянную воронку небольшими порциями с помощью стеклянной палочки измельченный материал засыпают в прибор. Заполнение прибора осуществляют до тех пор, пока уровень жидкости поднимется до верхней отметки или будет находиться в пределах градуированной верхней части прибора. Для удаления пузырьков воздуха прибор вынимают из сосуда с водой и поворачивают его в наклонном положении в течение 10 мин на гладком резиновом коврике. После этого его снова помещают в сосуд с водой. Не ранее, чем через 10 мин после этого производят отсчет уровня жидкости в приборе. Объем, занимаемый измельченным материалом, равен объему вытесненной им воды см³_.

Определяют массу стакана с остатком измельченного материала и стеклянной палочкой в граммах. Рассчитывают массу материала, находящегося в колбе , г

(14)

Результаты испытаний и промежуточных вычислений заносят в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты определения истинной плотности

_________________________________________________

^{(наименование материала)}

Показатели	Наименование материала
	1	2	1	2
Масса стакана с измельченным материалом и палочкой , г
Масса стакана с остатком измельченного материала и палочкой , г
Масса материала в колбе , г
Объем вытесненной воды см3
Истинная плотность г/см3
Среднее значение истинной плотности , г/см3
Среднее значение истинной плотности , кг/м3

Полученные значения истинной плотности сравнивают. Если расхождение между ними не превышает 0,02 г/см³, рассчитывают среднее арифметическое значение истинной плотности по этим результатам. Если расхождение между отдельными результатами испытаний превышает 0,02 г/см³, выполняют третье определение. В этом случае за окончательный результат принимают среднее арифметическое значение, рассчитанное по правилам, установленным в нормативно-технической документации на конкретный строительный материал.

5. Определение насыпной плотности материала

5.1 Насыпная плотность - масса единицы объема материала в рыхло насыпанном состоянии. При установлении насыпной плотности рыхлых (зернистых) материалов их объем измеряют мерными цилиндрическими сосудами, вместимость которых зависит от крупности зерен используемого материала.

5.2 Средства контроля

Крупнозернистые материалы с размером зерен более 5 мм засыпают в мерные сосуды емкостью 5; 10; 20; 50 л совком с высоты 10 см без последующего уплотнения. Объем мерного цилиндра выбирают в зависимости от максимальной крупности зерен:

при крупности до 10 мм – 10 л

до 20 мм – 20 л

до 40 мм – 40 л.

Мелкозернистые материалы - песок (с размером зерен менее 5 мм) засыпают в предварительно взвешенный с точностью до 1 г мерный сосуд емкостью 1 л из стандартной воронки (рис.4), конусообразный металлический усеченный корпус которой заканчивается выходной трубкой с затвором. Расстояние между этим затвором и верхней кромкой мерного сосуда соответствует 10 см.

1 – воронка; 2 – трубка; 3 – задвижка; 4 – мерный сосуд

Рис. 4. Стандартная воронка

5.3 Проведение испытания.

Используемый материал засыпают в мерную емкость с избытком, который срезают вровень с краями сосуда от середины в обе стороны металлической линейкой.

После удаления этого излишка сосуд с материалом взвешивают и по разности между массой сосуда с материалом (m₂) и массой пустого сосуда (m₁) определяют массу материала, всыпанного в сосуд. Зная объем мерного сосуда (V_c) и массу материала, рассчитывают насыпную плотность (ρ_н) по формуле (15):

(15)

Насыпную плотность устанавливают как среднее значение из двух определений с погрешностью не более 10 кг/м³. При проведении указанных экспериментов материалы либо предварительно высушивают до постоянной массы, либо испытывают в состоянии естественной влажности.

Результаты испытаний заносят в таблицу 4.

Таблица 4 – Результаты определения насыпной плотности

_________________________________________________

^{(наименование материала)}

Показатели	Наименование материала
	1	2	3
Масса пустого сосуда m 1, г
Объем мерного сосуда V , см3
Масса сосуда с материалом m 2, г
Насыпная плотность г/см3
Среднее значение насыпной плотности , кг/м3

6. Определение истинной пористости

6.1 Пористость – степень заполнения объема материала порами.

Поскольку поры в материале могут быть открытыми и условно замкнутыми, то при оценке этого показателя различают пористость истинную (П_и), включающую все виды пор, и пористость кажущуюся, учитывающую только открытые, доступные для воды, поры (П_к).

От характера и степени пористости материалов зависят важнейшие их свойства – водопоглощение, водопроницаемость, температура и теплопроводность, морозостойкость, механическая прочность и пр.

Истинная пористость П_и, %, рассчитывают с использованием экспериментально установленных значений средней , и истинной , плотности.

. (16)

Все результаты заносят в таблицу 5.

Таблица 5 - Результаты определения пористости

Показатели	Наименование материалов
Средняя плотность , г/см3
Истинная плотность , гсм3
Истинная пористость Пи , %

7. Определение водопоглощения

7.1 Водопоглощение – свойство, характеризующее способность материала поглощать и удерживать в себе воду при непосредственном контакте с ней.

Различают водопоглощение по массе и водопоглощение по объему . Расчет показателей водопоглощения, %, производят по формулам:

(17)

(18)

где - масса насыщенного водой образца, г;

- масса образца, высушенного до постоянной массы, г;

- объем сухого образца, см³;

- плотность воды; = 1,0 г/см³.

Между водопоглощением по объему и водопоглощением по массе существует зависимость

(19)

7.2 Средства контроля

- кристаллизатор (стеклянный сосуд),

- весы электрические,

- секундомер.

7.3 Подготовка к испытанию.

Предназначенные для испытания куски строительных материалов высушивают в сушильном шкафу при температуре (100 ± 5) ^оС до постоянной массы и охлаждают.

7.4 Проведение испытаний.

Определяют массу сухого образца в граммах. На одной из сторон образца мелом или карандашом проводят линии, делящие его на четыре примерно одинаковые по высоте части. Образец устанавливают в кристаллизатор и заливают в него воду. Уровень воды должен доходить до нижней линии на образце (до уровня, соответствующего ¼ высоты образца) и выдерживают в таком состоянии в течение 5 мин. Образец вынимают, протирают его поверхность влажной тканью. Определяют массу образца, насыщенного водой в граммах.

Образец снова помещают в кристаллизатор. Доливают в кристаллизатор воду до уровня, соответствующего следующей отметке. Повторно выдерживают образец в течение 5 мин, вынимают, протирают его поверхность влажной тканью, взвешивают. Эти действия повторяют на каждой глубине погружения образца.

После каждого взвешивания образца, насыщенного водой, по формуле (17) рассчитывают водопоглощение по массе _, %.

Результаты взвешивания образцов и вычислений заносят в таблицу 6.

Таблица 6 – Результаты определения водопоглощения

______________________________________________

^{(наименование материала)}

Показатели	Глубина погружения образца по высоте на
	¼	½	¾	полное
Время насыщения, мин	5	5	5	5
Масса сухого образца , г
Масса водонасыщенного образца , г
Водопоглощение по массе %
Водопоглощение по объему , %
Пористость , %	-	-	-
Коэффициент насыщения пор водой	-	-	-

Используя фактическое значение средней плотности материала , приведенное в таблице 6, по формуле (18) рассчитывают водопоглощение по объему .

По значению водопоглощения по объему , полученному при полном погружении образца в воду, рассчитывают коэффициент насыщения пор водой:

(20)

По фактическим данным строят график кинетики водопоглощения материала (рисунок 5).

Рисунок 5 - Кинетика водопоглощения

8. Прочность строительных материалов

8.1 Прочность - является одной из важнейших механических характеристик материалов, которой оценивают их способность в определенных условиях сопротивляться разрушению под воздействием внутренних напряжений, вызванных внешними (сжимающими, изгибающими, растягивающими, скалывающими и др.) силами. На показатели прочности оказывает влияние ряд факторов – неоднородность вещественного состава и строения материала; его температура и влажность; форма и размеры испытуемых образцов; характер обработки их поверхностей, контактируемых с поверхностью плит пресса, на котором производят испытания; скорость приложения нагрузки; направление приложения нагрузки по отношению к расположению слоев или волокон материала. Именно поэтому при оценке прочностных характеристик материалов испытаниям подвергают серию (не менее трех) образцов и за конечный результат принимают среднее значение показателей прочности.

Поскольку форма и размеры образцов (масштабный фактор) оказывают влияние на показатели прочности, то соответствующими ГОСТами предусмотрено определение механических характеристик материалов на образцах стандартных размеров – кубы с ребром 15 см для цементных бетонов; кубы с ребром 7,07 см для строительных растворов; кубы с ребром 15 см или цилиндры с диаметром и высотой 4-5 см для природного камня и т.п.

Мерой прочности служит предел прочности материала при соответствующей деформации (R), равный предельному напряжению, превышение которого вызывает разрушение испытуемого образца. В строительной практике чаще всего оперируют пределами прочности при сжатии (R_сж) и при изгибе (R_и).

Предел прочности при сжатии рассчитывают по формуле:

(МПа, кГс/см²) (21)

где Р – разрушающая нагрузка, (Н, кГс);

S – площадь поперечного сечения образца (м², см²) (для куба и призмы S= a², для цилиндра π d²/4)

Предел прочности при изгибе (R_и) при сосредоточенной нагрузке в середине пролета (рис.6) рассчитывают по формуле:

= (МПа, кГс/см²) (22)

где Р – разрушающая нагрузка (Н, кГс);

l – расстояние между опорами испытуемого образца (свободная длина, пролет), (м, см);

b и h – ширина и высота образца (м, см).

Рис. 6. Схема испытания кирпича на изгиб

1 –плита пресса; 2 – выравнивающий материал; 3 - кирпич

При сосредоточенной нагрузке, приложенной в 2/3 пролета (рис.7), расчетная формула приобретает вид:

(МПа, кГс/см²) (23)

Рис. 7. Схема приложения сил при испытании на статический изгиб

Зная среднюю плотность (ρ_о) и предел прочности материала при соответствующей деформации (R) можно рассчитать удельную прочность – коэффициент конструктивного качества (ККК) – материала по формуле (24).

(24)

Чем выше этот коэффициент, тем эффективнее считается данный материал. Повышения ККК можно добиться либо понижением ρ_о, либо повышением R.

ДЛЯ ЗАМЕТОК

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________