1. WSTĘP
Materiały budowlane są to tworzywa z których wykonywane są obiekty budowlane. Dzielą się one na naturalne, wytworzone przez przyrodę (kamień naturalny, glina, drewno, słoma, torf) i sztuczne, czyli stworzone przez człowieka (beton, zaprawa, spoiwa, wyroby ceramiczne). Wszystkie materiały budowlane mają swoje właściwości fizyczne, czyli cechy charakterystyczne za pomocą których można określić substancje z jakich zbudowany jest materiał, jego rodzaj i reakcje tych materiałów na poszczególne czynniki. Pozwala to dobrać odpowiednie materiały do warunków atmosferycznych w których, dany obiekt będzie się znajdował.
Zaliczamy do nich:
· Gęstość ρ, gęstość objętościowa ρo i gęstość nasypowa (dotyczy tylko materiałów sypkich) ρn [kg/m3]
· Ciężar właściwy γ i ciężar objętościowy γ [N/m3; kN/m3]
· Szczelność s[%]
· Porowatość P [%]
· Nasiąkliwość wagowa nw i objętościowa no [kg/m3]
· Wilgotność w [%]
· Kapilarność
· Przesiąkliwość (istotne dla materiałów w budownictwie hydrotechnicznym) wyróżniamy : wodoszczelność, gazoszczelność i paroszczelność
· Mrozoodporność
· Przewodność cieplna λ [W/mK]
· Pojemność cieplna
· Rozszerzalność cieplna
· Skurcz i pęcznienie
· Higroskopijność
· Ogniotrwałość
· Ognioodporność
· Palność
2. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest poznanie wybranych właściwości fizycznych różnych materiałów:
· ciężar objętościowy i nasypowy
· nasiąkliwość wagową i objętościową
· wilgotność naturalną
· szczelność i porowatość niektórych materiałów.
Wyznaczenie tych właściwości możliwe jest za pomocą wyników badań:
· Gęstości objętościowej metodą bezpośrednią
· Gęstości objętościowej metodą hydrostatyczną
· Gęstości nasypowej w stanie luźno usypanym i utrzęsionym
· Podciągania kapilarnego
3. OPIS BADAŃ
Opis próbek
Do badań używaliśmy różnych rodzajów cegieł (klinkierowe, pełne, szamotowe), betonów (drobnoziarniste, komórkowe szare i białe, z popiołem, z jazu i z bazaltem ), zapraw cementowych, drewna (świerk, sosna, dąb, buk), izolacji cieplnych (wata szklana, wełna mineralna, styropian) i kruszyw naturalnych (pospółka, żwir, piasek, kliniec bazaltowy). Próbki miały kształt prostopadłościanów, sześcianów lub walców i o nieregularnych kształtach o zamkniętych porach, oraz luźne
Opis wykonywania badań
I. Badanie i obliczanie gęstości objętościowej metodą bezpośrednią
Metodą bezpośrednią badaliśmy próbki, które miały kształt prostopadłościanów, sześcianów lub walców. Objętość V obliczaliśmy za pomocą pomiarów metrówki, a masę próbki po nasyceniu mm za pomocą wagi. Określenie masy próbki po wysuszeniu ms poprzez odczytanie wartości z tablic.
Obliczenie gęstości objętościowej ze wzoru:
[g/cm3]
Gdzie;
ρo- gęstość objętościowa [g/cm3]
ms- masa próbki po wysuszeniu [g]
V- objętość [cm3]
Przykładowe obliczenia dla cegły szamotowej (3SZ):
ρo=1908,3911,03=2,095 gcm3
Obliczanie ciężaru objętościowego ze wzoru:
[kN/m3]
- ciężar objętościowy [kN/m3]
- gęstość objętościowa [g/cm3]
g- przyśpieszenie ziemskie, przyjęto 9,81 [m/s]
γo=2,095∙9,81=20,49
Pozostałe wyniki przedstawiono w tablicy nr 1
II. Badanie i obliczanie gęstości objętościowej za pomocą wagi hydrostatycznej
Metodą hydrostatyczną badaliśmy próbki o nieregularnych kształtach o zamkniętych porach za pomocą wagi hydrostatycznej. Masę próbki po nasyceniu mm obliczaliśmy za pomocą wagi. Masę próbki po nasyceniu w wodzie mmw obliczaliśmy za pomocą wagi hydrostatycznej. Określenie masy próbki po wysuszeniu ms poprzez odczytanie wartości z tablic.
Objętość obliczaliśmy za pomocą wzoru:
[cm3]
V- objętość próbki [cm3]
mm- masa próbki po nasyceniu [g]
mmw- masa próbki mokrej pod wodą [g]
- gęstość wody, przyjęto 1[g/cm3]
Przykładowe obliczenia dla betonu zwykłego (B10):
V=2507-14321=1057 cm3
Gęstość objętościową i ciężar objętościowy obliczane tak jak w metodzie bezpośredniej.
ρo=2,213 g/cm3
γo=21,71 kN/m3
Wyniki przedstawiono w tablicy nr 2
III. Badanie i obliczanie gęstości nasypowej i objętościowej materiałów sypkich
Do naczynia pomiarowego o określonej pojemności, i masie wsypujemy kruszywo i określamy masę kruszywa z naczyniem.
Gęstość nasypową kruszywa w stanie luźnym obliczamy ze wzoru:
- gęstość nasypowa [g/cm3]
mk,n- masa naczynia z kruszywem [g]
mn –masa naczynia [g]
Vn- objętość naczynia [cm3]
Przykładowe obliczenia dla bazaltu 4/16:
ρn=22421500=1,495 gcm3
Pozostałe wyniki przedstawiono w tablicy nr 3
IV. Badanie szczelności i porowatości próbek
Szczelność i porowatość sprawdzaliśmy tylko dla dwóch pierwszych próbek tj. bazalt 4/16 i kruszywo kamienne 32/64.
Szczelność próbek obliczaliśmy za pomocą poniższego wzoru:
[%]
s-szczelność [%]
- gęstość objętościowa materiału z „porami” [g/cm3]
- gęstość materiału bez porów [g/cm3]
s=1,4952,86∙100%=52,27%
Porowatość określamy ze wzoru:
P=1-s [%]
P=1-0,5227=0,4773=47,73%
Wyniki przedstawiono w tablicy nr 3
V. Badania podciągania kapilarnego
Kapilarność jest to zdolność do podciągania wody na określoną wysokość przez badany materiał. W naszym doświadczeniu badaliśmy 3 próbki betonowe, 2 próbki gipsowe i 2 próbki cegieł. Wszystkie próbki ustawiamy do naczynia, wlewamy wodę i odczytujemy wysokość podciągnięcia wody przez poszczególne materiały. Dalsze odczyty prowadzimy co 15 minut.
Wyniki doświadczenia przedstawione są w tabeli nr 5 i na wykresie.
VI. Badanie wilgotności naturalnej i nasiąkliwości próbek
Wilgotność naturalną próbek obliczamy za pomocą wzoru:
w- wilgotność naturalna [%]
mn- masa próbki przechowywana w warunkach naturalnych [g]
w=1922-1908,31908,3∙100%=0,76%
Nasiąkliwość wagową wyznaczamy ze wzoru:
nw- nasiąkliwość wagowa [%]
nw=2044-1922,81922,8∙100%=7,111%
Nasiąkliwość objętościową wyznaczamy ze wzoru:
no- nasiąkliwość objętościowa [%]
no=2044-1922,8911,03=14,9%
Wszystkie pozostałe wyniki przedstawiono w tablicy nr 4
4. WYNIKI BADAŃ
Wyniki badań przedstawiono w tablicach.
5. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ
· Analiza wyników badań gęstości objętościowej poszczególnych materiałów
Na podstawie przeprowadzonych badań wynika, że największą gęstość objętościową mają takie materiały jak cegły, zaprawy cementowe i niektóre rodzaje betonu (kostka brukowa, beton z jazem lub bazaltem). Wartości te mieszczą się w granicach 2,3-1,7 g/cm3.
Porównując gęstość ceramiki porowatej z ceramiką zwartą widać, że średnia gęstość objętościowa cegły klinkierowej jest większa od cegły pełnej o około 0,2 g/cm3, a od cegły szamotowej o około 0,4 g/cm3. Świadczy to o tym, że jest ona gorszym izolatorem (ma największy współczynnik przewodzenia ciepła λ) ponieważ duża gęstość świadczy o małej ilości i wielkości porów.
Analizując wyniki średniej gęstości objętościowej różnych rodzajów betonów wynika że największą gęstość ma kostka brukowa, a następnie próbki betonu z domieszkami takimi jak jaz, bazalt czy popiół. Najmniejszą gęstość mają betony komórkowe białe i szare. Mają one blisko 4-krotnie mniejszą gęstość. Wynika to z tego, że do mieszanki cementowej wprowadza się pod dużym ciśnieniem gaz (zazwyczaj powietrze) przez co powstają jednorodne pory (komórki). Są to betony lekkie i są dobrymi izolatorami.
Znacznie mniejszą gęstość objętościową od ww. mają drewna (wielkość porównywalna z wielkością gęstości betonu komórkowego). Największą gęstość ma buk a najmniejszą świerk. Najmniejszą gęstość objętościową mają izolacje cieplne. Mają one 100 razy mniejszą wartość.
Różnice gęstości objętościowych zależą od ilości i wielkości porów, wpływa to zarówno na masę danego materiału i na jego objętość.
Wartości charakterystyczne ciężaru objętościowego wg normy są w porównywalne. Wyniki ciężarów objętościowych dla cegieł i zapraw cementowych są trochę większe od podanych w normach. Dla betonów nie można określić czy otrzymane wyniki są zgodne z normami, ponieważ nie były one podane...
mala18mi