Лабораторна робота № 1

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ

Будівельні матеріали містять комплекс фізичних властивостей які являють здатність матеріалів реагувати на вплив фізичних факторів – гравітаційних, тобто заснованих на законі земного тяжіння, теплових, водного середовища, акустичних, електричних тощо. Числові показники фізичних властивостей визначаються за допомогою методів та приладів. Нижче розглянемо деякі фізичні властивості матеріалів.

1.1 Визначення істинної густини будівельних матеріалів

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.

Залежно від потрібної точності визначення густини досліджуваного матеріалу випробування проводять різними методами. Більш точне визначення істинної густини проводять в спеціальному приладі – об‘ємомірі (прилад Ле Шательє – Кандло).

Для проведення випробування потрібно наступне обладнання:

- об‘ємомір (прилад Ле Шательє – Кандло);

- порцелянова чашечка;

- колба з водою кімнатної температури 15-20⁰ С;

- тарілкоподібні ваги з важками;

- фільтрувальний папір;

- досліджуваний матеріал.

Прилад Ле Шательє – Кандло (рис.1.1) являє собою колбу з вузьким та довгим горлом, яке має розширення, що розміщується в середній частині. На горлі колби вище та нижче розширення нанесені дві риски, об’єм між якими дорівнює 20 см³.

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) всипання 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)

1.2 Визначення густини рідини

Для проведення випробувань потрібне наступне обладнання: скляний циліндр, набір ареометрів.

Густина рідини визначається за допомогою ареометра. Рідину, що випробовується, вливають в скляний циліндр. Потім у неї занурюють ареометр, який залежно від густини рідини встановлюється на певному рівні (рис.1.2), за шкалою ареометра беруть відлік, який виражає величину густини рідини (г/см³; кг/м³).

Слід мати на увазі, що відлік за шкалою беруть зверху вниз. Потрібно слідкувати за тим, щоб ареометр вільно плавав у рідині.

Результат випробування заноситься до лабораторного журналу (табл.1.2).

Таблиця 1.2

Визначення густини рідкого матеріалу

1.3 Визначення середньої густини зразка правильної геометричної форми

Середня густина – маса одиниці об‘єму матеріалу в природному стані разом з порами (пустотами), що визначається за формулою:

, (1.3)

де ρ ₀ – 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.

Для проведення дослідження потрібно наступне обладнання:

- штангенциркуль (точністю до 0, 1 мм) або сталева лінійка з поділками (точністю до 0, 5 мм);

- технічні ваги з важками.

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

Таблиця 1.3

Визначення середньої густини зразка правильної геометричної форми

Матеріал: куб з цементно-піщаного розчину

1.4 Визначення середньої густини зразків щільних матеріалів неправильної форми

У тому випадку, коли зразок матеріалу має довільну форму, для визначення його об‘єму користуються методом, заснованим на витисненні зразком з посудом води або іншої рідини, практично інертної по відношенню до матеріалу, що досліджується. Залежно від ступеня точності визначення, що вимагається для цієї мети, застосовують різні прилади: мірний градуйований циліндр, металевий об‘ємомір. Розглянемо метод гідростатичного зважування зразка в воді. Цей метод заснований на законі Архімеда, згідно з яким, тіло що занурене у воду (рідину), втрачає в своїй вазі стільки, скільки важить витиснена вода (рідина). Для випробування потрібно наступне обладнання:

- технічні ваги з важками;

- посудина з водою;

- зразок із щільного матеріалу неправильної форми.

Зразок, що підлягає випробуванню, попередньо насичують водою до постійної маси, зважують на повітрі, потім занурюють в посудину з водою, закріплюючи на нитці гачка однієї з чашок вагів (рис. 1.4), визначають масу зразка у воді. Різниця у вазі зразка на повітрі та у воді буде відповідати об‘єму зразка, що досліджується.

Густину пористих матеріалів визначають таким саме чином, але попередньо зразки покривають тонким шаром парафіну. Густина зразків обчислюється за формулою (1.4).

(1.4)

де ρ ₀ – середня густина зразка, г/см³;

m – маса зразка на повітрі, г;

m₁ – маса зразка у воді, г;

ρ _в – густина води, г/см³

Результат випробування заноситься до лабораторного журналу (табл. 1.4).

Таблиця 1.4

Визначення густини зразка щільного матеріалу неправильної форми.

Матеріал: зразок з гранітного щебеню

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

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

Для здійснення випробування необхідне наступне обладнання:

- стандартна лійка для сипких матеріалів;

- мірна посудина об‘ємом 1 л;

- технічні ваги з важками.

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 (рис.1.5).

Насипну густину обчислюють за формулою:

(1.5)

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.1.5).

Таблиця 1. 5

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

1.6 Визначення пористості (порожнистості) матеріалів

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

(1.6)

де П – пористість (порожнистість), %;

ρ _і – істинна густина, г/см³, кг/м³;

ρ ₀ – середня (насипна) густина, г/см³, кг/м³.

Пористість матеріалу, наприклад піску, характеризується порожнистістю, якщо кожне зерно піску являє собою щільне тіло. Порожнистість (пористість) піску обчислюють на основі результатів визначення середньої (насипної) густини (див. дослід 1.5). Результат обчислення заноситься до лабораторного журналу (табл. 1.6).

Таблиця 1.6

Визначення пористості (порожнистості) матеріалів

Матеріал: пісок кварцовий (абсолютно щільний, сипкий)