лр №1. Лабораторная работа №1. Лабораторная работа 1 Определение истинной, средней, насыпной плотности. Расчёт пористости
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
Лабораторная работа № 1 Определение истинной, средней, насыпной плотности. Расчёт пористости Цель: ознакомление с понятиями структурных характеристик строительных материалов, а именно: с истинной плотностью, со средней плотностью, с насыпной плотностью, с пористостью образцов правильной геометрической формы и образцов неправильной формы; ознакомление с методами определения истинной плотности, средней плотности, насыпной плотности песка, расчёта пористости образцов правильной геометрической формы и образцов неправильной формы. Материалы: образцы правильной геометрической формы (кирпич керамический, бетонные цилиндрические из тяжелого бетона, образцы прямоугольников из разных пород древесины, цилиндры металлические из меди, латуни, стали и образцы неправильной формы строительных материалов камней из гравийно-песчаной смеси. Приборы и приспособления: весы лабораторные технические с приспособлением для гидростатического взвешивания, весы торговые, стандартный объёмомер Ле-Шателье, стеклянная палочка, стеклянные (фарфоровые) стаканы вместимостью 100 и 500 см3, линейки металлические измерительные ГОСТ 427, чашечка фарфоровая, штангенциркуль, мензурка, стандартная воронка, стакан, мерный цилиндрический сосуд вместимостью 1 дм3 . Методика проведения работы Знать структурные характеристики строительных материалов, а именно среднюю плотность материала, необходимо для расчета веса строительных материалов, потребности для перевозки в транспортных средствах и складских площадок для хранения, разгрузки и подачи строительных материалов и конструкций при выполнении строительно-монтажных работ. Значение пористости строительных материалов зависит от средней и истинной плотности. Чем больше твердого вещества в объёме строительного материала замещено воздухом, тем меньше будет его средняя плотность. Плотность строительных материалов влияет на механические свойства - прочность и теплопроводность. 1.Определение истинной плотности Истинной плотностью материала называют физическую величину, равную отношению массы материала к его объёму в абсолютно плотном состоянии. Истинную плотность строительного материала (ρ), кг/м3, определяют по формуле: ρ= m/V, (1) где: m - масса материала, кг; V - объем материала, м3. Для определения истинной плотности каменного материала из отобранной и тщательно перемешанной средней пробы отвешивают 200-220 г. Кусочки отобранной пробы; материала сушат в сушильном шкафу при 110 ±5°С до постоянной массы; затем их мелко измельчают в фарфоровой ступке. Полученный порошок просеивают через сито с сеткой № 02 (размер ячейки в свету 0,2x0,2 мм). Отвесив в фарфоровой чашке навеску около 180 г просеянного порошка, его снова высушивают при 110±5°С, а затем охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе, где порошок хранят до проведения испытания. Истинную плотность твердого материала определяют при помощи объёмомера Ле- Шателье (рис.1). Объёмомер представляет собой стеклянную колбу объемом 120 - 150 см3 с узкой шейкой, несколько расширяющейся в средней части. На шейке колбы выше и ниже шаровидного уширения нанесены две черты, объем между которыми равен 20 см3. Шейка градуирована, цена деления 0,1 см3.  Прибор Ле - Шателье  Рис. 1. Объёмомер Ла-Шателье:1 - объёмомер; 2 - сосуд с водой; 3 - термометр Объёмомер наполняют до нижней, нулевой черты жидкостью, инертной по отношению к порошку материала: водой, безводным керосином или спиртом. Затем объёмомер помещают в стеклянный сосуд с водой, в котором температура + 20 °С. В воде объёмомер остается все время, пока идет испытание. Чтобы объёмомер в этом положении не всплывал, его закрепляют на штативе так, чтобы вся градуированная часть шейки находилась в воде. От подготовленной пробы, находящейся в эксикаторе, отвешивают материал в количестве 80 г с точностью до 0,01 г и высыпают его ложечкой через воронку в прибор небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в нём не поднимется до черты в пределах 20 или до черты в пределах верхней градуированной части прибора. Разность между конечным и начальным уровнями жидкости в объёмомере показывает объём порошка, всыпанного в прибор. Остаток порошка взвешивают. Масса порошка, всыпанного в объёмомер, будет равна разности между результатами первого и второго взвешивания. Истинную плотность (ρ), кг/м3 строительного материала определяют по формуле: ρ = (m – m1)/V, (2) где: m –масса навески песка, г; m1 –масса остатка песка, г; V - объем жидкости, вытесненной навеской материала, мл. Навеска весом 75 г., остаток 22 г., объём жидкости 20 мл., ρ1 = 2,65 г/см3 Навеска весом 80 г., остаток 26 г., объём жидкости 21 мл., ρ2 = 2,57 г/см3 Навеска весом 77 г., остаток 25 г., объём жидкости 19 мл., ρ3 = 2,74 г/см3 Истинную плотность материала вычисляют с точностью до 0,01 кг/см3, как среднее арифметическое двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см3. Определения истинной плотности с помощью мерного цилиндра Цилиндр (рис. 1), примерно, до половины высоты шкалы, заполняют инертной жидкостью и определяют ее объем. Отвешивают 100 г порошка, засыпают его в цилиндр, определяют объем жидкости с порошком. Истинную плотность материала вычисляют по формуле: ρ = m /V2 - V1, г/см3 m масса порошка, г; V1 объем жидкости, см3; V2 объем жидкости и порошка, см3. Производим вычисления и результаты определения заносят в таблицу № 1 Таблица № 1 Результаты определения истинной плотности
 Мерные цилиндрыОпределение средней плотности Средняя плотность - отношение массы материала в естественном состоянии, т.е. вместе с порами и пустотами, к его объёму. Среднюю плотность (ρо), кг/м3 , строительного материала определяют по формуле: ρо =m/V1, (3) где: m - масса материала в сухом состоянии, кг; V1, - объём материала в естественном состоянии, м3. При определении средней плотности строительного материала можно использовать образцы правильной геометрической формы и образцы неправильной форм. Определение средней плотности образца правильной геометрической формы Для выполнения этой работы заранее подготовлены образцы керамического кирпича, образцы кубиков из раствора, образцы в виде цилиндров из тяжелого бетона, образцы в виде параллелепипедов древесины разных пород и образцы цилиндрической формы из меди, латуни, стали и алюминия. При помощи штангенциркуля измеряют размер образцов строительного материала и вычисляют его объем, после чего образец взвешивают на технических торговых весах. Объем образца строительного материала (V), см3, имеющего вид куба или параллелепипеда, определяют по формуле V = a*b*h, (4) где: a, b, h - значения размеров граней образца, см. А объем образца строительного материала (V), см3, в виде цилиндрической формы вычисляют по формуле: v =πr2H, (5) где: π = 3,14; R – радиус цилиндра, см; H - высота цилиндра,см. Определив объём и массу любого образца строительного материала, можно определить его среднюю плотность. Размеры образцов определяют металлической линейкой или штангенциркулем, вычисляют объём. Результаты определения средней плотности заносим в таблицу № 2. Таблица № 2 Определение средней плотности образцов правильной формы
Определение средней плотности материала в образце неправильной формы При выполнении данной работы используют объёмомер (рис.1). С помощью объёмомера определяют среднюю плотность строительного материала методом вытеснения образцом из сосуда жидкости, погруженного в него. Кроме объёмомера, можно использовать для определения средней плотности строительных материалов и гидростатические весы. Определение средней плотности при помощи объёмомера. Объёмомер – это прибор, который состоит из металлического цилиндра с внутренним диаметром 150 мм и высотой 320 мм. На высоте 250 мм в него впаяна латунная трубка диаметром 8-10 мм, имеющая загнутый вниз конец. Объёмомер наполняют водой несколько выше трубки и ждут, пока избыток воды стечет, затем под трубку подставляют стакан, который предварительно взвешивают на торговых весах. Каждый образец высушивают, взвешивают, а затем покрывают (при помощи кисти) тонким слоем расплавленного парафина. После того как парафин застынет, образец осматривают, обнаруженные при осмотре на парафиновой пленке пузырьки или трещины удаляют, заглаживая нагретой металлической проволокой или пластинкой. После вторичной обработки образца парафинированием, его перевязывают прочной нитью и вторично взвешивают. При погружении испытуемого образца в объёмомер, вытесняемая вода будет вытекать по латунной трубке в стакан. После тог, как падение капель прекратится, стакан с водой взвешивают и определяют массу воды, вытесненной образцом строительного материала. Среднюю плотность образца строительного материала вычисляют следующим образом: Сначала определяют объем парафина (Vn), м3 затраченного на покрытие образца строительного материала, по формуле: Vn - (m – m1)/pn , (6) где: m - масса сухого образца, кг; m1, - масса образца, покрытого парафином, кг; рп- средняя плотность парафина, равная 930 кг/м3. Затем определяют среднюю плотность образца строительного материала (ро), кг/м3, по формуле: ро = m/(V1- Vn ), (7) где: m - масса сухого образца, кг; V1, - объем образца с парафином (численно равный массе воды, вытесненной образцом), м3; Vn - объем парафина, м3. Определение средней плотности материала методом гидростатического взвешивания Сухой образец камня-голыша из песчано-гравийной смеси неправильной геометрической формы взвешивают на технических торговых весах, затем покрывают (при помощи малярной кисти) тонким слоем расплавленного парафина и снова взвешивают После этого образец покрытый парафином подвешивают на тонкой нити к крючку-приспособления, закрепленного на левом конце коромысла гидростатических весов (рис.2). Массу образца, обработанного парафином, уравновешивают гирями, устанавливая их на правую чашку гидростатических весов. После чего образец медленно погружают в стакан с водой так, чтобы он не касался стенок и дна (при этом равновесие весов нарушается). Весы снова уравновешивают, сняв с правой чашки часть гирь, и определяют массу образца в воде.  Рис. 2. Взвешивание образца на гидростатических весах Среднюю плотность образца строительного материала неправильной геометрической формы покрытого парафином (ро), кг/м3 определяют по формуле [10]: ро = m/(m1 – m 2( m1 – m ) / ρo, (8) где: m - масса сухого образца, кг; m1 - масса образца, покрытого парафином, кг; m2 - масса образца, покрытого парафином в воде, кг; ро - средняя плотность парафина, равная 930 кг/м3; (m1,-m)/pn) - значение, соответствующее объему образца, покрытого парафином, м3. Среднюю плотность плотного строительного материала определяют по формуле: Р = m /V, кг/м3, (9) где: m - масса-вес, кг; V- объём, м3. Результатом средней плотности одного и того же строительного материала неправильной геометрической формы определяют, как среднее арифметическое трех - пяти образцов строительного материала, в нашем случае камней-голышей из песчано-гравийной смеси. Результаты средней плотности строительных материалов оформляем в табл. 3 Таблица №3 Результаты средней плотности материалов
Таблица №4 Таблица сравнения истинной и средней плотностей материалов
Расчет пористости Целью расчетов является определение пористости строительных материалов, используя их структурные характеристики – среднюю плотность и истинную плотность. Пористость строительных материалов, применяемых в строительстве, в значительной степени определяет эксплуатационные свойства строительных материалов: водопоглощение, водонепроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др. Пористость строительного материала характеризуется степенью заполнения его объема порами или пустотами. Пористость определяют по формуле: П = [1- (Ро/Р) х`100(%)], (11) где: П - пористость материалов, %; Рo - средняя плотность материала, кг/м3; Р - истинная плотность материала, кг/м3. Подводя итоги лабораторной работы №1, для закрепления знаний по структурным техническим характеристикам строительных материалов, представляем определить пористость строительных материалов и заполнить таблицу № 5 Таблица №5 Пористость строительных материалов
Средняя плотность: - Кирпича – 1720 кг/м 3; - Сосны – 537 кг/м 3; - Строительного песка – 1520 кг/м 3; - Стали - 7848 кг/м 3. Определение насыпной плотности Насыпную плотность определяют путём взвешивания материала в мерных сосудах. При определении насыпной плотности песка испытания проводят в мерном цилиндрическом сосуде вместимостью 1 дм3, используя около 5 кг песка. Высушенного до постоянной массы и просеянного через сито с диаметром 5 мм. Песок насыпают с высоты 10 см. от верхнего края до образования над верхом цилиндра конуса. Конус без уплотнения песка снимают вровень с краями сосуда металлической линейкой, после чего сосуд с песком взвешивают. 7.1. Обработка результатов Насыпную плотность песка (Р) в кг/м3, вычисляют по формуле Рн == (m1 – m) / v , Где m – масса мерного сосуда, кг; m1 – масса мерного сосуда с песком, кг; v – вместимость сосуда, м3. Определение насыпной плотности песка проводят два раза, при этом каждый раз берут новую порцию песка. Результаты оформляют в таблицу № 6 Таблица № 6
Вывод: Насыпная плотность песка 145 кг/м3 Вопросы 1.Расскажите о составе и строении строительных материалов. 2.В чем отличие истинной и средней плотности материала? 3.Назовите физические свойства строительных материалов и дайте их характеристику. 4. Что такое эксикатор? Его назначение. 5. В каких материалах определяют насыпную плотность? 6. Как определяется насыпная плотность сыпучих материалов? Ответы на вопросы: Строительный материал характеризуется химическим, минеральным и фазовым (твердым, жидким, газообразным) составом. Химический состав строительных материалов позволяет судить о ряде свойств материала: огнестойкости, биостойкости, прочности. Минеральный состав показывает, какие минералы и в каком количестве содержатся в вяжущем веществе или в каменном материале. Фазовый состав и фазовые переходы воды, находящейся в порах, оказывают большое влияние на все свойства и поведение материала при эксплуатации. В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки пор, т. е. «каркас» материала, и поры, заполненные воздухом или водой. Строение материала изучают на трех уровнях: 1) макроструктура материала – строение, видимое невооруженным глазом; 2) микроструктура материала – строение видимое в оптический микроскоп; 3) внутреннее строение веществ, составляющих материал, на молекулярно-ионном уровне, изучаемом методами рентгено-структурного анализа, электронной микроскопии и т.п. Макроструктура твердотелых строительных материалов делится на следующие типы: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая, рыхлозернистая (порошкообразная). Микроструктура веществ, составляющих материал, может быть кристаллическая и аморфная. Внутреннее строение веществ, составляющих материал, определяет механическую прочность, твердость тугоплавкость и другие важные свойства материала. Отличие средней и истинной плотности материала состоит в том, что средняя плотность характеризует массу материалов вместе с порами, а истинная плотность - это масса в плотном состоянии, без учёта пор и трещин. Физические свойства: плотность - прочность материала, различают истинную и среднюю плотность - (для рыхлых материалов насыпная плотность); пористость-степень заполнения объёма материала порами, определяет свойства материала такие как: прочность, водопроницаемость, теплопроводность; гидрофизические - водопоглощение, водопроницаемость, влагоотдача, морозостойкойсть, гигроскопичность, водостойкость; теплофизические - теплоёмкость, теплоотдача, огнестойкость. Эксикатор — сосуд, в котором поддерживается определённая влажность воздуха (обычно близкая к нулю), изготовленный из толстого стекла или (реже) пластика. Предназначен для хранения или высушивания химических реактивов и веществ. Насыпную плотность определяют для сыпучих строительных материалов: цемента, песка, щебня, гравия и др. Насыпная плотность таких материалов может быть определена в рыхлонасыпном, уплотненном и естественном состоянии. Насыпная плотность определяется, как отношение массы материала в свободном рыхло насыпанном состоянии к его объему:  Керамический кирпич  Силикатный кирич  Клинкерный кирпич  Шамотный кирпич  Облицовочный кирпич  Рядовой кирпич  Трепельный кирпич  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
