ЛР №3. Опред.физич.св-в. Нмм. Осень 2022. Определение физических свойств материалов

• Название: Нмм. Осень 2022. Определение физических свойств материалов
• Дата: 14.10.2022
• Размер: 284.07 Kb.
• Имя файла: ЛР №3. Опред.физич.св-в.docx
• Тип: Практикум; #734321

ЛР № 3. НММ. Осень 2022.

Определение физических свойств материалов.

( С.В.Черкасов, Л.Н.Адоньева. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Лаб.практикум. Воронеж 2010)

1.1. Общие сведения

Физические свойства определяют способность материалов реагировать на воздействие различных физических факторов: гравитационных, тепловых, водной среды, электрических и т.д. К физическим свойствам относятся : средняя, истинная и насыпная плотности, пористость, влажность, водопоглощение, теплопроводность, теплоемкость, коэффициент размягчения, морозостойкость и др.

Пористость, истинная и средняя плотности являются важнейшими параметрами физического состояния любого строительного материала, которые обусловливают его отношение к действию факторов окружающей среды: воздействию влаги, температуры, газов и др. От параметров состояния функционально зависят такие свойства материалов, как прочность, деформативность, теплопроводность, морозостойкость и др. Они учитываются при определении рациональной области применения материалов, при проектировании строительных конструкций и сооружений, при решении ряда технологичес-ких вопросов их производства, хранения, транспортировки и т.д.

1.2. Цель работы

Изучение методики и порядка определения показателей основных физических свойств различных материалов.

1.3. Порядок выполнения работы

Задание 1. Определение истинной плотности

Истинная плотность – это масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот).

Истинную плотность материала определяют делением его массы (m) на объем в абсолютно плотном состоянии (объем твердой фазы – Vт.ф.).



Абсолютный объем материала определяется по методу вытесненной инертной жид-кости. Для этого пробу материала предварительно высушивают при температуре 105 °С до постоянной массы и измельчают до полного прохождения через сито № 0,063. Истинную плотность определяют с помощью мерного цилиндра, пикнометра или прибора Ле-Шателье.

1.1. Определения истинной плотности с помощью мерного цилиндра

Цилиндр, 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:



где: m - масса порошка, г; V1 - объем жидкости, см3; V2 - объем жидкости и порошка, см3 .

Результаты определения заносят в табл. 1


1.2. Определения истинной плотности с помощью прибора Ле-Шателье.

Прибор (рис. 2) наполняют инертной жидкостью до нулевой отметки по нижнему мениску. Отвешивают 70 г порошка и засыпают его в прибор до тех пор, пока уровень жидкости не поднимется до любого деления в пределах градуированной части прибора выше компенсатора. Остаток порошка взвешивают. Истинная плотность вычисляется по формуле , где m - масса первоначальной навески порошка, г; m1 - масса остатка от первоначальной навески, г; V - объем порошка, см3 .

Для определения плотности проводят не менее 2х испытаний и вычисляют среднее арифметическое из полученных результатов. Результаты эксперимента заносят в табл. 2.



1.3. Определения истинной плотности с помощью пикнометра

Навеску порошка материала массой 10…15 г высыпают в предварительно взвешенный пикнометр (рис. 3). Пикнометр взве- шивают вместе с навеской, заполняют инертной жидкостью до метки и вновь взвешивают. Затем пикнометр освобождают от содержимого, промывают, заполняют до метки жидкостью и взвешивают. Истинную плотность материала вычисляют по формуле:

где: m1 - масса пикнометра, г;

m2 - масса пикнометра с навеской, г;

m3 - масса пикнометра с навеской и жидкостью, г;

m4 - масса пикнометра с жидкостью, г;

ρ_жид - плотность инертной жидкости, г/см3.

Результаты определений заносят в табл. 3.



Задание 2. Определение средней плотности.

Средняя плотность – это масса единицы объема материала в естественном состоянии.

Среднюю плотность материала определяют отношением массы (m) материала ко всему занимаемому им объему (Vмат ), включая имеющиеся в них пустоты и поры (Vпор), и рассчитывают по формуле:



Средняя плотность находится в обратной зависимости от пористости материала. Среднюю плотность материалов определяют на изделиях или образцах правильной и неправильной формы в состоянии естественной влажности, в воздушно-сухом и сухом состоянии. Образцы правильной геометрической формы в виде куба, параллелепипеда или цилиндра должны иметь размер по наименьшему измерению не менее 50 мм. Образцы неправильной геометрической формы должны иметь массу не менее 300 г каждый. Среднюю плотность пустотелых изделий определяют на целых изделиях без вычета пустот.

Среднюю плотность определяют не менее чем на трех образцах.

2.1. Определение средней плотности образцов правильной геометрической формы

Размеры образцов определяют металлической линейкой или штангенциркулем, вычисляют объем. Затем взвешиванием определяют массу образцов.

Среднюю плотность материала вычисляют по формуле:



где m - масса образца, г;

Vмат - объем образца в естественном состоянии, см3 .

Результаты определения средней плотности заносят в табл. 4.



2.2. Определение средней плотности образцов неправильной формы

Опыт осуществляется с помощью гидро- статического взвешивания (рис. 4). Предварительно взвешенный образец по- крывают пленкой из парафина. Затем образец охлаждают и взвешивают, сначала на воздухе, затем на гидростатических весах в воде (рис. 4). Среднюю плотность материала вычисляют по формуле:

где ρводы - плотность воды, 1 г/см 3 ;

ρпар - плотность парафина, 0,93 г/см ;

m - масса образца, г;

m1 - масса парафинированного образца на воздухе, г;

m2 - масса парафинированного образца в воде, г;

m1 - m2 потеря массы в воде, равная массе вытесненной воды, г

Результаты определения средней плотности материала заносят в табл. 5.



Задание 3. Определение насыпной плотности

Насыпная плотность – это масса единицы объема материала в рыхло- насыпном состоянии.

Насыпную плотность материала определяют отношением массы (m) зернистого материала ко всему занимаемому им объему (Vмат), включая имеющиеся в нем поры (Vпор) и межзерновые пустоты (Vпуст), и рассчитывают по формуле:



Сущность испытания заключается в заполнении мерного сосуда рыхло- зернистым материалом.

В зависимости от крупности частиц материала используют сосуды различной вместимости. Если размер частиц материала составляет 0…5 мм, то объем сосуда должен быть 1…2 л, если размер частиц 5…40 мм, то объем со- суда – 10 л, и если размер частиц более 40 мм, то объем сосуда 20 л.

Насыпную плотность сыпучих материалов определяют с помощью воронки в виде конуса с заслонкой в нижней части (рис. 5).

Под воронку ставят заранее взвешенный мерный сосуд емкостью 1 л. В воронку засыпают сухой материал, открывают заслонку и с высоты 10 см заполняют сосуд с избытком. Металлической линейкой срезают излишек материала вровень с краями сосуда (без уплотнения) и взвешивают. Насыпную плотность материала вычисляют по формуле:

где m1 - масса сосуда, г;

m2 - масса сосуда с материалом, г;

V - объем сосуда, см3 .

Результаты определения насыпной плотности заносят в табл. 6.



Задание 4. Определение пористости материала

Пористость - это степень заполнения материала порами.



Различают полную, открытую и закрытую пористости. Полная пористость ( П ) включает в себя открытую ( По ) и закрытую пористости ( Пз ). Открытыми считаются поры, которые при помещении материала в воду заполняются ею, закрытыми – которые не заполняются водой.

Полную пористость рассчитывают по формуле:



где ρ - истинная плотность материала, г/см 3;

ρт - средняя плотность материала, г/см3 .

Открытую пористость можно приближенно определить по величине водопоглощения по объему:



Закрытую (замкнутую) пористость в процентах определяют по формуле:



Пористость материалов колеблется в широких пределах: у стекла и металла она составляет 0 %, гранита и мрамора 0,2...0,8 %, керамического кирпича 18...35 %, тяжелого бетона 5...10 %, газобетона 55...85 %, ячеистых пластмасс 90...9 5 %. От величины пористости, размера и формы пор, равномерности распределения их в материале зависят важнейшие его свойства: прочность, плотность, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость и др.

Задание 5. Определение межзерновой пустотности

Межзерновая пустотность ( Vп ) для зернистых и порошкообразных материалов рассчитывается по формуле:



где ρн - насыпная плотность материала, г/см3;

ρm - средняя плотность материала, г/см3.

Задание 6. Определение водопоглощения материалов

Водопоглощение - это способность материала впитывать и удерживать в порах воду. Водопоглощение характеризует максимальную степень увлажнения материала, т.е. такое состояние, при котором все открытые поры заполнены водой. Различают водопоглощение по массе и объему:

водопоглощение по массе

где mводы – масса поглощенной материалом воды, г;

mмат. – масса материала, г;

водопоглощение по объему

где Vводы – объем поглощенной материалом воды, см3;

Vмат. – объем материала, см3.

Водопоглощение материала по объему и массе связаны между собой следующей зависимостью:



Водопоглощение определяют не менее чем на трех образцах материала. Образцы предварительно высушивают в сушильном шкафу при температуре 105 °С до постоянной массы, охлаждают до комнатной температуры, взвешивают, обмеряют и вычисляют объем. Затем укладывают в емкость с водой, имеющей температуру +20 °С. В воде образцы выдерживают 48 ч, затем вынимают, обтирают влажной мягкой тканью и сразу взвешивают.

Водопоглощение образцов по массе и объему вычисляют по формулам:



где mнас – масса насыщенного водой материала, г;

mсух. – масса сухого материала, г;

Vмат. – объем материала, см3;

ρводы - плотность воды, г/см3.

Результаты определения водопоглощения заносятся в табл. 7.



Задание 7. Определение влажности материалов
Влажность – это степень увлажнения материала.

Влажность материала оказывает значительное влияние на долговечность, теплоизоляционные, электрические и др. свойства материалов.

Влажность определяют не менее чем на 3-х образцах материала. Образцы взвешивают, затем высушивают в сушильном шкафу при температуре 105 °С до постоянной массы. После охлаждения взвешивают.

Абсолютную влажность вычисляют по формуле:



где mвл – масса материала, в естественном состоянии г;

mсух – масса сухого материала, г

Результаты определения водопоглощения заносятся в табл. 8


Абсолютная влажность, в зависимости от окружающих условий, может меняться в пределах от 0 до полного насыщения водой (Вm).

Приборы, инструменты, материалы: весы технические по ГОСТ 16474, сушильный шкаф по ГОСТ 13474, электроплитка с закрытым нагревательным элементом по ГОСТ 13474, весы торговые по ГОСТ 16474, мерный цилиндр вместимостью 100 или 250 мл, объемомер Ле-Шателье-Кандло, пикнометр вместимостью 50 или 100 мл по ГОСТ 6427, стандартная воронка для определения насыпной плотности материалов, мерный сосуд вместимостью 1 л, металлическая линейка по ГОСТ 421, штангенциркуль по ГОСТ 166, образцы различных материалов.
Литература:
1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение: учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 2003.- 701 с.

2. Грушко И.М., Золотарев В.А., Глущенко и др. Испытание дорожно- строительных материалов. Лабораторный практикум.- М.: Транспорт, 1985.- 200 с.