Лабораторна робота № 1

ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ

Мета лабораторної роботи: ознайомлення з методиками визначення основних властивостей будівельних матеріалів і виробів для оцінки їх якості та галузей раціонального використання.

Загальні свідомості. Доцільне застосування будівельних матеріалів можливе за умови знання їх властивостей. Властивості будівельних матеріалів зумовлені хімічним, мінералогічним або фазовим складом, а також мікро- та макроструктурою. За сукупністю ознак властивості будівельних матеріалів поділяють на фізичні, фізико-механічні, експлуатаційні (спеціальні) та естетичні. Оцінку якості будівельних матеріалів здійснюють порівнюючи певні їх властивості з вимогами до цього матеріалу залежно від особливостей його використання. Вибір матеріалів відповідної якості і вартості для будівництва кожного об’єкта є одним з основних елементів будівельного проектування.

Будівельні матеріали мають комплекс фізичних та фізико-механічних властивостей. Перші виражають здатність матеріалів реагувати на вплив фізичних факторів (гравітаційних, теплових, водного середовища, акустичних, електричних). Другі - здатність матеріалу чинити опір усім видам зовнішнього впливу з прикладенням сили.

До фізичних властивостей відносять структурно-фізичні (вага, істинна густина, середня густина, насипна густина, пористість, пустотність), гідрофізичні (гігроскопічність, вологість, водопоглинення, водостійкість, водопроникність) та теплофізичні (теплопровідність, теплоємність, теплопередача, вогнестійкість).

До механічних властивостей відносять деформаційні властивості, які включають в себе міцність, пружність, пластичність, твердість, коефіцієнт конструктивної якості, стиранність, знос, а також довговічність, надійність тощо.

В залежності від навантажень, що сприймає матеріал, розрізняють міцність будівельного матеріалу при стиску, згині, розтягу, ударі та інші, тому що найбільш характерними навантаженнями для будівельних матеріалів є стиск, згин, розтяг та удар.

Природні (граніт) та штучні (бетон) кам‘яні матеріали добре чинять опір стиску, а згину та розтягу в 10-15 разів гірше. Метал та деревина добре сприймають розтягуючи та згинаючі навантаження. Враховуючи це, вказані матеріали використовують в конструкціях, що підлягають саме цим навантаженням.

Міцність – властивість матеріалу чинити опір руйнуванню під дією внутрішніх напружень, які викликані зовнішніми силами. Вона характеризується границею міцності, тобто напруженням в матеріалі конструкції або зразка, яке відповідає тому навантаженню, при якому зразок руйнується.

Границю міцності визначають в результаті досліджень на стандартних зразках, які мають певні розміри і форми. Міцність будівельних матеріалів залежить від ряду факторів будови, густини, неоднорідності, пористості, вологості, динамічних дій та інше.

Функціональне призначення матеріалу (стінові, опоряджувальні, покрівельні, теплоізоляційні та інші) потребує певного набору фізичних та механічних властивостей з наведенням їх чисельних значень, які визначають марки матеріалу.

В даній лабораторній роботі проводиться визначення структурно-фізичних властивостей та міцності будівельних матеріалів. Зі структурно-фізичних властивостей визначатиметься істинна, середня та насипна густина матеріалу. З механічних властивостей - міцність при стиску та вигині матеріалу.

Після виконання лабораторної роботи студент повинен:

- Знати основні властивості будівельних матеріалів, стандартні методики їх визначення, розрахункові формули визначення кількісних характеристик властивостей, одиниці їх виміру;

- Вміти визначати істинну, середню, насипну густину матеріалів, границі міцності при стиску та поперечному вигину матеріалу, оцінювати пористість (пустотність) будівельного матеріалу та коефіцієнт його конструктивної якості.

1.1 Визначення структурно-фізичних властивостей будівельних матеріалів

1.1.1 Визначення істинної густини будівельних матеріалів

Прилади, обладнання та матеріали: об‘ємомір (прилад Ле Шательє – Кандло); порцелянова чашечка; колба з водою кімнатної температури 15-20⁰ С;

тарілкоподібні ваги з важками; фільтрувальний папір; досліджуваний матеріал, сито №008.

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

, (1.1)

де ρ_і – істинна густина, г/см³, кг/м³;

m – маса зразка г, кг;

V_a – 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.

Стандартне визначення істинної густини проводять в спеціальному приладі колбі Ле Шательє–Кандло – об‘ємомірі (рис.1.1), що являє собою колбу з вузьким та довгим горлом з сферичним розширенням в середній частині.

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) сипання 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)

Опис роботи

Висновок:

1.1.2 Визначення середньої густини зразка правильної геометричної форми

Прилади, обладнання і матеріали: штангенциркуль (точністю до 0,1 мм) або сталева лінійка з поділками (точністю до 0,5 мм); технічні ваги з важками.

Середня густина – маса одиниці об‘єм у 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.

За формулою (1.3) визначають середню густину зразка. Результат випробування заноситься до лабораторного журналу (табл.1.2).

Таблиця 1.2 - Визначення середньої густини зразка правильної геометричної форми

Матеріал: куб з цементно-піщаного розчину

Опис роботи

Висновок:

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

Прилади, обладнання і матеріали: стандартна лійка для сипких матеріалів (рис. 1.3); мірна посудина об‘ємом 1л; технічні ваги з важками; кварцовий пісок.

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

Випробування 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

Насипну густину обчислюють за формулою:

(1.4)

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.1.3).

Таблиця 1.3 - Визначення середньої (насипної) густини сипкого матеріалу. Матеріал: пісок кварцовий (абсолютно щільний, сипкий)

Опис роботи

Висновок:

1.1.4 Визначення пористості (пустотності) матеріалів

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

(1.5)

де П – пористість (пустотність), %;

ρ_і – істинна густина, г/см³, кг/м³;

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

Пористість матеріалу, наприклад піску, характеризується пустотністю, якщо кожне зерно піску являє собою щільне тіло. Пустотність (пористість) піску обчислюють на основі результатів визначення середньої (насипної) густини та істинної густини (див. досліди 1.1.1 та 1.1.3). Результат обчислення заноситься до лабораторного журналу (табл. 1.4).

Таблиця 1.4 - Визначення пустотності матеріалів

Матеріал: пісок кварцовий (абсолютно щільний, сипкий)

Опис роботи

Висновок:

1.2 Визначення фізико-механічних властивостей будівельних матеріалів

1.2.1 Визначення границі міцності при стиску

Прилади, обладнання і матеріали: гідравлічний прес, штангенциркуль або лінійка; зразки з затверділого цементно-піщаного розчину.

Границя міцності при стиску являє собою основну технічну характеристику багатьох будівельних матеріалів, її доводиться застосовувати при всіх дослідженнях будівельних матеріалів.

Границю міцності при стиску визначають на зразках правильної геометричної форми у вигляді кубів, циліндрів (рис. 2.1).

Зразки циліндричної форми виготовляють з бурового керна: їхній діаметр залежить від розмірів бурової коронки, а висота повинна бути не більше їхніх двох діаметрів. Зразки у формі куба можуть мати розміри залежно від міцності і пористості матеріалу. Зразки щільних матеріалів приймають меншого розміру, а пористі зразки - більшого.

Для визначення міцності при стиску мінеральних в’яжучих речовин (портландцементу, гіпсових в’яжучих тощо) використовують половинки стандартно виготовлених зразків-балочок розмірами 4x4x16 см, що залишаються після випробування міцності при вигину. При випробуванні таких зразків застосовують спеціальні фіксуючі металеві пластинки площею 25 см².

При проведенні дослідження на стиск застосовують спеціальні машини, що працюють згідно з принципом гідравлічного преса. Вони мають різні розміри і розвивають різні за величиною зусилля залежно від міцності випробуваних матеріалів. Машини складаються з трьох головних частин:

- пристосування для закріплення зразків;

- пристрою для створення тиску;

- вимірника тиску.

Пристосування для закріплення зразків, що забезпечує одержання правильних результатів при випробуванні, повинне задовольняти двом наступним умовам:

1) поверхні, що передають тиск на зразок, повинні щільно зіштовхуватися з усією площею грані зразка;

2) рівнодіюча тиску повинна збігатися з геометричною віссю зразка.

Спеціальний пристрій повинен забезпечувати плавне підвищення тиску на зразок з визначеною швидкістю, без поштовхів.

Для обчислення границі міцності за результатами випробування використовують формулу:

(2.1)

де R_ст - границя міцності на стиск, (кгс/см²; МПа); 1МПа = 10 кгс/см²;

Р_руйн - руйнівне навантаження, кгс;

S - первинна площа зразка, що сприймає навантаження, см².

.

Результати випробувань заносять до лабораторного журналу (табл. 2.1).

Таблиця 2.1 - Визначення границі міцності на стиск

Зразок: куб з цементно-піщаного розчину

Опис роботи

Висновок:

1.2.2 Визначення границі міцності при поперечному вигині

Прилади, обладнання і матеріали: машина випробувальна на вигин «МИИ-100» або прес гідравлічний; штангенциркуль; зразок матеріалу з затверділого цементно-піщаного розчину.

Дуже часто будівельний матеріал у конструкції працює на вигин, наприклад, ригель, балка. При випробуваннях зразки будівельних матеріалів виготовляють у вигляді балочок (прямокутний паралелепіпед). Випробовуваний зразок установлюють симетрично на дві циліндричні опори; руйнівне навантаження прикладається зверху посередині також на циліндричну опору. Схема випробування наведена на рис. 2.2.

1- зразок 40×40×160 (мм); 2- опори циліндричні Рисунок 2.2 – Схема випробування матеріалу при поперечному вигину на машині «МИИ-100»

У даній лабораторній роботі для визначення границі міцності при поперечному вигину використовують машину «МИИ-100». Машина «МИИ-100» призначена для стандартних випробувань зразків матеріалів у формі балочок з затверділого цементного розчину і гіпсу. Зручність використання «МИИ-100» полягає у тому, що її лічильник фіксує безпосередньо значення границі міцності матеріалу. Але суттєвим недоліком є те, що максимальне значення границі міцності при поперечному вигині матеріалу становить 100 кгс/см2. У разі відсутності такої випробувальної машини, зразок випробують гідравлічному пресі за допомогою спеціальної металевої підставки з двома опорами та металевого стержня, що укладається по середині грані зразка, протилежної обпиранню. У цьому випадку границя міцності при поперечному вигину Rвиг. обчислюється за формулою:

, МПа (кгс/см²), (2.3)

де Р_руйн -руйнівне навантаження, кгс;

l - відстань між опорами, см;

b і h -боки перерізу зразка, см.

При проведенні випробувань стандартним методом величину границі міцності при поперечному вигину будівельного матеріалу визначають на лічильнику машини «МИИ-100». У разі якщо значення за лічильником більше за 100 кгс/см², результат не зараховується і випробується наступний зразок на гідравлічному пресі.

Результати випробувань заносять до лабораторного журналу (табл. 2.3)

Таблиця 2.3 - Визначення границі міцності при поперечному вигину

Зразок: балочка з затверділого цементно-піщаного розчину

Опис роботи

Висновок:

Контрольні питання:

1. Що називається істинною густиною матеріалу і як її визначити?

2. Що називається середньою (насипною) густиною матеріалу і як її визначити?

3. У чому полягає різниця істинної та середньої (насипної) густини? Для яких структур матеріалів вони відмінні, а для яких збігаються?

4. Як визначається пористість (пустотність) матеріалів?

5. Що називається міцністю матеріалу? Які інші властивості відносяться до механічних?

6. Як визначається міцність при стиску матеріалу?

7. Як визначається міцність при поперечному вигину матеріалу?

Рекомендована література:

1. «Матеріалознавство (для архітекторів та дизайнерів)»: Підручник /Пушкарьова К.К., Кочевих М.О., Гончар О.А., Бондаренко О.П. – К.:

Видавництво «Ліра-К», 2012. – 592 с.

2. Будівельне матеріалознавство: Підручник / Кривенко П.В., Пушкарьова К.К.,Барановський В.Б., Кочевих М.О., Гасан Ю.Г., Констатинівський Б.Я., Ракша В.О. (3-є видання).– К.: «Ліра-К», 2012. – 624 с.

3. Справочник по строительному материаловедению /Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. – М.: Инфра-Инженерия, 2010. – 472 с.

Лабораторна робота №2

ЦЕГЛА КЕРАМічна

Мета роботи: навчитися оцінювати якість звичайної повнотілої керамічної цегли та визначати її марку стандартними методами випробувань.

Загальні відомості. Цегла керамічна – найбільш розповсюджений керамічний будівельний матеріал являє собою штучний камінь встановленої форми і розміру, виготовлений шляхом формування і випалу з глини з добавками або без них (рис. 2.1).

Цеглу застосовують для мурування зовнішніх і внутрішніх стін та інших елементів будинків і споруд, а також для виготовлення стінових панелей і блоків.

До програми лабораторних випробувань внесено лабораторне визначення властивостей керамічної цегли, що характеризують її якість та марку.

Після виконання лабораторної роботи студент повинен:

- знати стандартні вимоги до керамічної цегли та методи визначення її фізичних та механічних властивостей;

- вміти визначать середню густину цегли, її водопоглинання, міцність при стиску та поперечному вигину, на підставі чого визначати марку.

1.1. Визначення середньої густини цегли

Прилади, обладнання та матеріали: штангенциркуль, ваги з важками, зразки керамічної цегли.

Висушена до постійної маси цегла керамічна повинна мати середню густину 1600-1900 кг/м³. Для її визначення цеглу зважують з похибкою до 1 г. Штангенциркулем вимірюють (у см) довжину, ширину і товщину цегли по серединах його граней. Об'єм цегли знаходять за допомогою множення раніше отриманих показників між собою. Знаючи масу й об'єм цегли, обчислюють її середню густину за формулою:

, [г/см³; кг/м³], (2.1)

де т - маса сухої цегли, г;

V - об'єм цегли, см³.

Отримані результати заносять до лабораторного журналу (табл. 2.1).

Таблиця 2.1 - Визначення середньої густини цегли

Опис роботи

Висновок:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: