Учебное пособие: Методические указания к лабораторным работам основные свойства строительных материалов
Название: Методические указания к лабораторным работам основные свойства строительных материалов Раздел: Остальные рефераты Тип: учебное пособие | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Министерство образования и науки Российской Федерации ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Инженерный факультет Кафедра «Строительные технологии и конструкции» Методические указания к лабораторным работам ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ (плотность, пустотность, пористость, водопоглощение, влажность, прочность, размягчение, морозостойкость). по курсу «Материаловедение (строительные материалы)» для специальностей: «Промышленное и гражданское строительство» (290300) «Экономика и управление на предприятии строительства» (060800) Ханты-Мансийск 2004 СОДЕРЖАНИЕ
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. 1.1.5. Методика выполнения работы. 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 =V–Vп 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 rо – средняя плотность, г/см3 ; 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= , где 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 ) Истинную плотность (г/см3 ) рассчитать по формуле 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
ВЫВОД. 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 работы1. 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 формыЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ
ВЫВОД. 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 работы1. 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
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ Конечный результат подсчитать как среднее арифметическое трех опытов. 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 где 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 = ВЫВОД. 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
За окончательный результат принять среднее значение 3-х опытов. ВЫВОД. 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
За окончательный результат принять среднее значение пустотности их трех определений. ВЫВОД. 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 %: , где 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: Þ bV =k·bm 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
ПОРИСТОСТЬ
За конечный результат принять среднее значение из 3-х определений. ВЫВОД. 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: , где7 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
Подсчет отклонения отдельного результата от среднего значения. Расчетная часть:
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
Таблица 2. Пористость и водопоглощение керамического кирпича
|