Лабораторная работа №2 Тема: Определение средней плотности и пористости строительных материалов

Краткие теоретические сведения

Средней плотностью материала называется масса единицы объема материала в естественном состоянии (с порами и пустотами), г/см³ (кг/м³):

, (2.1)

где m – масса материала, г (кг); V – объем материала с порами и пустотами, см³ (м³).

Пористость характеризуется степенью заполнения объема материала порами.

Пористость определяют по формуле:

(2.2)

Важнейшие свойства материалов – прочность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и другие зависят от степени и характера их пористости.

Пористость различных природных каменных материалов колеблется от 38% (известняк) до 0,3% (габбро).

Некоторые свойства материалов, например, морозостойкость, зависят не столько от общей величины пористости, сколько от размера и характера пор и степени равномерности их распределения в материале.

Опыт 1. Определение средней плотности образцов правильной геометрической формы.

Аппаратура: весы технические с разновесами; линейка или штангенциркуль; сушильный шкаф; эксикатор.

Методика выполнения опыта.

Образцы материалов правильной геометрической формы (куб, параллелепипед) высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре (105 ± 5) ^оС, охлаждают в эксикаторе, затем измеряют линейкой или штангенциркулем геометрические размеры и определяют массу.

Грань образца измеряют в трех местах по ширине и высоте. За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение. Образцы правильной формы с размерами сторон до 10 см измеряют с точностью до 0,1 мм, размером 10 см и более – с точностью до 1 мм.

Объем образца, имеющего вид куба или параллелепипеда, вычисляют как произведение площади основания на высоту. Объем образца цилиндрической формы, см³:

, (2.3)

где D – средний диаметр цилиндра, см; h – средняя высота цилиндра, см.

При массе образца до 500 г точность взвешивания до 0,1 г, более 500 г – до 1 г. Данные определения записывают в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

Номер опыта	Вид материала	Форма образца	Размер образца			Объем материала V, см3	Масса материала m, г	Cредняя плотность, г/см3,
			Длина l	Ширина b	Высота h
1.	2.	3.	4.			5.	6.	7.

Опыт 2 Определение средней плотности образца неправильной геометрической формы плотной структуры

Аппаратура и материалы: объемомер (мерный сосуд); технические весы с разновесами; сушильный шкаф; вакуумнасос и эксикатор с крышкой; образец; нитки.

Методика проведения опыта

О

Рис. 2.1. Объемомер

1 - объемомер,

2 - водоотводная трубка,

3 – мерный цилиндр

бразцы высушивают и взвешивают. Взвешенный образец помещают в сосуд с водой, так, чтобы уровень воды в нем был выше верха образца не менее чем на 2 см, и кипятят в течение двух часов или выдерживают 24 ч без кипячения. Для ускорения процесса водонасыщения рекомендуется поместить образец в эксикатор, создать в нем разряжение 0,09 МПа и залить образец водой. Через 0,5 мин образец вынимают из воды и погружают в объемомер (рис 2.1). По объему вытесненной воды определяют объем образца. Данные определения записывают в табл. 2.2

Таблица 2.2

Номер опыта	Вид материала	Масса высушенного образца, m, г	Объем воды, вытес- ненной из объемомера, V, см3	Средняя плотность, г/см3
1	2	3	4	5

Опыт 3 Определение средней плотности образца неправильной геометрической формы пористой структуры.

Аппаратура: объемомер и мерный цилиндр; сушильный шкаф; расплавленный парафин; электроплитка; нитки; образец.

Методика проведения опыта

Образец высушивают и взвешивают, обвязывают ниткой и снова взвешивают. На поверхность взвешенного образца наносят тонким слоем парафин и дают ему остыть. При осмотре образца пузырьки и трещины на парафиновой пленке удаляют заглаживанием нагретой металлической проволокой или пластиной. Покрытый парафином образец взвешивают.

Объем парафина, затраченного на покрытие образца, определяют по формуле:

, (2.4)

где -- плотность парафина, =0,86 г/см³.

Для определения объема образца V₁, покрытого парафином, его погружают в объемомер.

Объем образца без парафина, см³: V=V₁-V_n

Данные опыта записывают в табл.2.3

Таблица 2.3

Номер опыта	Вид материала	Масса высушенного образца m1, г	Масса образца, высушен-ного и покрытого парафином, m2, г	Объем парафина, затраченного на покрытие образца, см3,	Объем воды, вытесненной из объемомера образцом, покрытым парафином, V1, см3	Объем образца без парафина, см3, V=V1-Vn	Средняя плотность, г/см3,
1	2	3	4	5	6	7	8

Опыт 4 Определение средней плотности образцов неправильной геометрической формы методом гидростатического взвешивания.

Аппаратура: гидростатические весы и разновесы; сушильный шкаф; вакуум-насос; эксикатор с крышкой; нитки; образец.

Методика проведения опыта

Высушенный и взвешенный образец помещают в эксикатор, создают разряжение не менее 0,09 МПа и заливают водой. Насыщенный образец взвешивают на воздухе и в воде (рис. 2.2).

М асса образца в воде m₂ меньше массы образца на воздухе m₁ на значение выталкивающей силы, которая по закону Архимеда равна массе вытесненной жидкости. Учитывая, что плотность воды ρ_в=1 г/см³, масса вытесненной воды равна объему образца:

(2.5)

средняя плотность:

(2.6)

Рис. 2.2. Взвешивание образца на

гидростатических весах

где m – масса сухого образца, г.

Результаты испытаний записывают в табл. 2.4

Таблица 2.4

Номер опыта	Вид материала	Масса сухого образца m, г	Масса высушенного образца, г		Средняя плотность, г/см3
			на воздухе m1	в воде m2
1	2	3	4		5

Опыт 5. Определение насыпной плотности.

Насыпная плотность (ρ_н) – отношение массы сыпучего материала ко всему занимаемому им объему, включая пространство между зернами

, г/см³ (2.7)

где m – масса материала, г; V – объем сыпучего материала с пустотами, см³.

Методика проведения опыта

Для определения насыпной плотности используют воронку – конус с сосудом известной ёмкости – 1000 см³.

1

Рис. 2.3 Воронка ЛОВ

1. воронка;

2. задвижка;

3. мерный цилиндр объемом 1000 см³

2

3

Таблица 2.5

Номер опыта	Вид материала	Масса материала с сосудом, m1, г	Масса сосуда, m2, г	Объем сосуда, V, см3 (л)	Насыпная плотность , г/см3
1	2	3	4	5	6

Опыт 6 Вычисление общей пористости.

Используя результаты определения истинной, средней и насыпной плотности исследуемого материала, определяют его пористость или пустотность.

(2.8)

где – истинная плотность материала, г/см³;

– средняя плотность материала, г/см³.

– насыпная плотность материала, г/см³.

Контрольные вопросы по лекционному курсу

1. Каким воздействиям подвергаются строительные материалы и конструкции зданий и сооружений?

2. На какие группы подразделяются свойства строительных материалов? Охарактеризуйте каждую из них.

3. Сформулируйте понятие прочности.

4. Какова физическая природа прочности?

5. Что такое напряжение?

6. Что такое модуль упругости?

7. Что такое деформации: абсолютные, относительные?

8. Чем вызывается снижение реальной прочности по сравнению с теоретической?

9. Что такое дислокация?

10. Как определить предел прочности на сжатие, изгиб и растяжение?

11. В чем выражается влияние пор и влажности на прочность материала?

12. Почему с уменьшением размера образца прочность возрастает?

13. Какие показатели конструкций определяются прочностью?