Основные свойства строительных материалов

Цель работы: Знакомство с основными свойствами строительных материалов и методами их определения.

Содержание и порядок работы:

В работе

Для того чтобы материал можно было применять в строительных конструкциях, он должен иметь определённые показатели физических и механических свойств. Показатели свойств материалов для различных конструкций устанавливаются соответствующим ТУ и ГОСТами.

Для материалов, используемых в строительстве, наиболее общими и чаще встречающимися в практике являются следующие физические и механические свойства:

Физические:

Истинная плотность;

Средняя плотность;

Пористость;

Теплопроводность;

Водонасыщение;

Водопоглащение;

Коэффициент водонасыщения;

Морозостойкость.

1. Механические:

Прочность при сжатии (иногда при изгибе);

Прочность на удар;

Коэффициент размягчения;

Коэффициент конструктивного качества.

Ход работы.

В качестве образцов для изучения свойств в данной работе используются три образца строительного материала в виде кубов 2х2х2 см, образец того же материала не правильной формы и материал, измельчённый в порошок. Все материалы высушены при 110⁰С.

1.1 Истинная плотность  - масса единицы объёма материала в абсолютном состоянии (без пор).

Для разрушения пор материал измельчается в тонкий порошок. Берётся навеска порошка m₁. Абсолютно плотный объём её точно определяется при помощи пикнометра. Пикнометр представляет собой колбу с длинным узким горлышком, на котором нанесена черта, точно указывающая объём её внутреннего пространства (рис. 1).

П икнометр наполняют дистиллированной водой до черты и взвешивают – m₂. Затем воду выливают, высушивают пикнометр, всыпают в него навеску порошка материала, наполняют водой до половины колбы и ставят на один час в вакуум шкаф для удаления пузырьков воздуха, затем доливают водой до черты и взвешивают – масса m₃. Очевидно, что абсолютный объём порошка численно равен массе воды в объёме порошка.

1.2 Средняя плотность - масса единицы объёма материала в естественном состоянии (с порами). При определении плотности образца правильной формы его взвешивают в высушенном состоянии, определяют геометрические размеры и объём. Значение плотности получается делением массы на объём.

Далее для краткости вместо термина «Средняя плотность» будет применяться термин «плотность».

Плотность куска материала неправильной формы определяется методом гидростатического взвешивания.

1 — сосуд с водой; 2 — подвес для образца; 3  образец; 4  весы;

5  Разновес

рис. 2

С этой целью взвешивают образец материала неправильной формы в воздухе - m₁ (рис. 2). Образец опускают в расплавленный парафин, затем вынимают и после застывания парафина снова взвешивают в воздухе – масса m₂ (парафинирование образца производится для закрытия пористой поверхности образца). Объём парафина на образце будет равен:

Запарафинированный образец материала взвешивают в воде на гидростатических весах – масса m₃. Согласно закону Архимеда «На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная массе вытесненной жидкости», поэтому можно определить объём образца. Так как жидкость – вода с плотностью равной m₂ – m₃

Объём образца без парафина:

Плотность материала вычисляют по формуле:

1.3 Пористость – относительное количество пор в естественном объеме материала:

1.4 Коэффициент теплопроводности – характеризует количество тепла, которое может пропустить за 1 ч. образец материала площадью 1 м² при толщине в 1 м и разности температур на его поверхностях в 1⁰. Значение коэффициента теплопроводности зависит от структуры и плотности материалов.

1.5 Характерные влажности. Влажность материала характеризуется отношением массы воды, находящейся в порах, к массе сухого материала.

Для определения влажности взвешивают сначала влажный образец – масса m₂, а затем после высушивания до постоянной массы при t – 110⁰С – масса m₁. Определяют влажность:

Для оценки свойств строительных материалов имеют практическое значение две характерные влажности – водопоглащение и водонасыщение.

Водопоглащение – влажность, которую приобретает материал, находясь под водой в течении суток при нормальном давлении воздуха. При водопоглощении вода не заполняет все поры из-за наличия в них воздуха.

Водонасыщение – влажность, которую приобретает материал, находясь под водой в условиях вакуума. При водонасыщении все открытые поры заполняются водой.

При проведении работы используются образцы материала, находящиеся в воде в течении суток. Образцы были взвешены в сухом состоянии и масса образца m₁ записана на их поверхности. Необходимо вынуть образец из ванны, слегка обтереть его поверхность, взвесить – m₂ и определить:

Для определения водонасыщения образцы взвешиваются, определяются m₃. Коэффициент водонасыщения это косвенно характеризует вид открытых пор. При значении его приближающимся к единице в материале преобладает большая открытая пористость, т.к. W_п=W_н, а при значениях приближающихся к нулю – капиллярная, т.к. .

1.6 Морозостойкость – характеризуется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания материалов с влажностью равной W_п без их разрушения. Разрушение материала при замораживании происходит в результате расширения воды в порах при замерзании. Чем больше объём пор материала заполнено водой, тем вероятней его разрушение. Материал будет более морозостойким при содержании в нём большего количества капиллярных пор, т.к. при обычном давлении они не полностью заполняются водой.

Косвенно о морозостойкости можно судить по коэффициенту водонасыщения. Если R_{вн -} материал морозостоек, если R_вн - неморозостоек.

1.7 Прочность при сжатии – образец материала правильной формы и определённых размеров устанавливается между плитами гидравлического пресса и разрушается.

Предел прочности при сжатии R_сж, МПа(кгс\см²) каждого образца вычисляется по формуле:

,

где F – разрушающая нагрузка, Н, МПа

S – площадь поперечного сечения образца м², см²

Кроме испытания на сжатие сухого образца, испытывают аналогичным методом прочность образца после водонасыщения и определяют .

Отношение называется коэффициентом размягчения (Кр) и по его значению можно судить о водостойкости материала, т.е. о способности материала не разрушаться и не терять своей прочности при работе во влажных или водных условиях.

Для наружных строительных конструкций материалы с Кр меньше 0,8 не применяются.

Прочность на удар (ударная вязкость) определяется числом ударов, необходимых для разрушения образца на специальном копре. Образец устанавливают на наковальню копра. С помощью специального приспособления поднимают груз на высоту 1 см и ударяют по образцу. Высота поднятия груза с каждым последующим ударом увеличивается на 1 см. Порядковый номер удара, предшествующий разрушению является показателем сопротивления удару.

1.8 Коэффициент конструктивного качества (к.к.к.) определяют путём деления величины предела прочности при сжатии на плотность материала.

К.к.к. – очень важный показатель материала, характеризующий его технико-экономические качества. При достаточно большом к.к.к. можно изготавливать прочные конструкции с малым расходом материала.

После определения физико-механических свойств делается вывод о применимости материала для тех или иных строительных конструкций зданий.