диаметра открытых пор и микротрещин, смачиваемости и адсорбционной способности поверхности (внутренней и внешней) образцов материала и ее состояния, а также от состава и температуры воды. Эти свойства строительного материала определяют изменение его состояния в инженерной конструкции, являются прогнозирующим показателем морозостойкости и погодоустойчивости. Ориентировочно о морозостойкости материалов можно судить по коэффициенту водона-

сыщения Кнас, вычисленному как отношение объемного водопоглощения к водонасыщению

Кнас = / о.

Коэффициент водонасыщения может изменяться от 0 (все поры

(при той же пористости) свидетельствует о Исокращении открытой пористости, что обычно проявляется в повышении морозостойкости. Принято считать морозостойкими те материалы, коэффициенты насыщения которых менее 0,8, т.е. когда водой заполняется не более 80% пор.

в материале замкнутые) до 1 (все поры открытые). Уменьшение Кнас

Материалы и оборудование: образцы материала (указать) размером 40 70 мм, весы технические, сосуд для насыщения образцов водой.

Ход работы:

1.Взвесить образцы. Взвешивание производить с точностью до

0,01 г.

2.Насытить образцы водой, уровень которой в сосуде должен быть выше верха образца на 20 мм. Насыщение ведется 48 ч (в лабораторной работе – 30 мин).

3.Вынуть насыщенные образцы материала из воды, удалить влагу с их поверхности мягкой влажной тканью и сразу взвесить. Влага, появившаяся из образца в процессе взвешивания, включается в массу водонасыщенного образца.

4.Вычислить водопоглощение с точностью до 0,1% как среднее

арифметическое трех испытаний по формулам

где – масса образца после водопоглощения, г; – масса сухого образца, г.

5. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 9.

2. Определение водонасыщения

Материалы и оборудование: образцы материала (указать) размером 40 70 мм, весы технические, сосуд для насыщения образцов

разряжение поддержСивать в течение 3 ч (в лабораторной работе – 1 ч), пока не прекратится выделение пузырьков воздуха из образцов.

4. Выключить вакуум-насос, в сосуде устанавливается нормальное давление, при котором образцы оставляют в воде еще на 2 ч (в лабораторной работе – на 30 мин).

5. Вынуть насыщенные водой образцы, обтереть влажной тканью и взвесить. Влага, появившаяся из образца в процессе взвешивания, включается в массу водонасыщенного образца.

6. Вычислить водонасыщение с точностью до 0,1% как среднее арифметическое трех испытаний по формулам

где – масса образца после водонасыщения, г.

7.Результаты измерений и вычислений занести в табл. 10.

8.Вычислить коэффициент водонасыщения материалов.

Таблица 10

Результаты определения водопоглощения и водонасыщения материала

1. Дайте определение водопоглощениюДи водонасыщению мате-

риала. Как может быть выражен математически показатель водопоглощения и водонасыщения?

поглощения материала от длительности пребывания его в воде.

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Цель работы: приобрести практические навыки при работе с прибором, измеряющим теплопроводность и установить зависимость коэффициента теплопроводности от средней плотности материала.

состава и строен я, а также условий эксплуатации (влажности, температуры).

Кристаллические материалы, как правило, более теплопроводны,

заключенный в мелких замкнутых порах, в которых практически не возможен конвективный теплообмен. В этом случае теплопроводность воздуха составляет 0,023 Вт/(м· С). Следовательно, главный фактор, определяющий теплопроводность материала, – пористость. Увеличение пористости является основным способом уменьшения теплопроводности материалов. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость одинакова.

Так как плотность материала, так же как и теплопроводность, обратно пропорциональна пористости, то она может служить характеристикой теплопроводности материала.

Теплопроводность материалов значительно возрастает с увлажнением. Это объясняется тем, что влага, попадающая в поры, частично замещает воздух и увеличивает теплопроводность материала, т.к. теплопроводность воды 0,58 Вт/(м·С) в 25 раз больше, чем теплопроводность воздуха. Замерзание воды в порах с образованием льда еще больше увеличивает теплопроводность, т.к. теплопроводность льда 2,3 Вт/(м·С), т.е. в 4 раза больше, чем воды. Поэтому теплоизоляционные материалы и изделия принято защищать от увлажнения.

Теплопроводность является главным свойством как для большой группы теплоизоляционных материалов, так и для материалов, применяемых для устройства наружных стен и покрытий зданий. Снижение коэффициента теплопроводности материалов позволяет

–по приложению к СП 50.13330.2012ДИ«СНиП 23 02 2003. Тепловая защита зданий»; А

–экспериментально при помощи различных приборов;

–эмпирически, с помощью формулы В.П. Некрасова, связывающей теплопроводностьбс относительной плотностью материала:3получать технико-экономический эффект за счет уменьшения толщи-и

где – средняяСплотность материала, кг/м ; – плотность воды, кг/м3.

Материалы и оборудование: образцы-кубы (указать материал) размером 150×150×150 мм, прибор ИТ-1 (рис. 9), штангенциркуль, весы технические.

Измеритель теплопроводности ИТ-1 предназначен для оперативного определения коэффициента теплопроводности строительных материалов (легких, ячеистых, тяжелых бетонов, глиняного и силикатного кирпича, теплоизоляционных материалов) в изделиях и отдельно изготовленных образцах.

Рис. 9. Измеритель теплопроводности ИТ-1: 1 – пульт управления и регистрации показаний; 2 – цилиндрический зонд; 3 – секундомер; 4 – образец

ружающего его материала. Измерение теплопроводностиИ производится с помощью теплового цилиндрического зонда постоянной электри-

Метод измерения теплопроводности основан на принципе регу-

лярного режима и устанавливает зависимость температуры помещен-

ного в материал нагреваемого тела (зонда) от теплопроводности ок-

чтобы он имел надежный термический контакт с материалом изделия.

«Зонд» одновременно с пуском секундомера;

б) фиксировать показания температуры – ; ; ; ; ; в моменты времени – 2; 2,5; 3; 4; 5; 6 мин;

в) отключить прибор после снятия показаний.

5. Обработать результаты измерений и занести в табл. 11.

где − коэффициент теплопроводности, Вт/(м·С); R0 − температура среды испытания в начальный момент времени, условные единицы; − удельная мощность нагрева зонда (при начальной температуре +20

легких бетонов, минеральной ваты – = 0,84; для полистиролбетона – = 1,06; для пенополистирола – = 1,34); – средняя плотность ма-

териала, кг/м3;

6. По результатам вычислений построить графическую зависимость коэффициента теплопроводности от средней плотности материала.

Контрольные вопросы и задания

1. Понятие о теплопроводности строительных материалов. Какое значение имеет теплопроводность при выборе материалов для ограждающих конструкций зданий и сооружений?

2.Чем характеризуется коэффициент теплопроводности и в каких единицах измеряется?

3.Какие факторы оказывают влияние на теплопроводность?

4.Как влияет характер пористости материала на его теплопроводность?

5.Как изменится теплопроводность при увлажнении материала

ипосле замерзания водонасыщенного материала? Чем это объяснить?

6.Построить и пояснить график зависимости коэффициента теплопроводности от средней плотности материала в сухом и влажном состоянии.

7.Построить и пояснить график зависимости коэффициента теплопроводности от общей пористости материала.

Лабораторная работаИ№ 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ И ВОДОСТОЙКОСТИ

Цель работы: освоить метод экспериментального определения

рый условно равен максимальному напряжению в образце материала в момент его разрушения. Чаще всего определяют предел прочности

при сжатии Rсж, растяжении Rраст и изгибе Rизг.

У одного и того же материала прочность при сжатии, растяжении и изгибе может сильно различаться. В зависимости от соотношения прочностей материалы можно условно разделить на 3 группы. К первой относятся материалы, у которых Rизг > Rсж (волокнистые – древесина, пластмассы); ко второй у которых Rраст ≈ Rсж (сталь); к третьей относятся материалы, у которых Rизг < Rсж (хрупкие природные камни, бетон, кирпич).

Для хрупких материалов основной прочностной характеристикой является предел прочности при сжатии. Для определения предела

прочности при сжатии образцы материала подвергают действию сжимающих внешних сил и доводят до разрушения.

(МПа, кгс/см2) опре-

деляют по формуле

Rсж = Pmax ,

S

где Pmax – разрушающая нагрузка, Н (кгс); – площадь поперечного сечения образца, м2 (см2).

Прочность является важным свойствомДбольшинства строительных материалов. От ее значениябзависит нагрузка, которую может воспринимать данный элемент при заданном сечении. Чем больше прочность материала, тем меньшим может быть размер сечения элемента. Для испытан я матер алов применяют специальные машины, снабженные механ змом для силового воздействия на образец и из-

мерительными устройствамии(рис. 11).

Физическое состояние материала оказывает большое влияние на прочность образцов. Увлажнение многих материалов снижает их

прочность в водонасыщенном состоянии. Степень понижения прочности материала, насыщенного водой, характеризуется коэффициентом размягчения

Кр

Rнас ,

Rсух

где – прочность материала в насыщенном водой состоянии, МПа;

– прочность материала в сухом состоянии, МПа.

Значение Кр для разных материалов колеблется от 0 (необож-

женная глина) до 1 (стекло, сталь, битум). Строительные материалы принято считать водостойкими, если коэффициент размягчения составляет не менее 0,8. Их применяют в конструкциях, находящихся в воде, и в местах с повышенной влажностью.

душно-сухом и насыщенном водой состоянии, штангенциркуль, весы

иХод работы:

технические, гидравл ческ й пресс. С

1. Взвесить образец с точностью до 1 г.

2. Определить геометрические размеры образца с точностью до

0,1 мм. По результатам измерений вычислить площадь сечения образца, перпендикулярную к направлению разрушающего усилия.

3. Провести испытание сухих и насыщенных водой образцов на сжатие на гидравлическом прессе. Для этого:

а) установить образец на нижнюю опорную плиту пресса точно по ее центру;

б) установить на ноль стрелки силоизмерителя; в) опустить верхнюю опорную плиту с помощью винта для

плотного закрепления образца между опорными плитами; г) включить насос пресса и дать на образец нагрузку, отрегули-

ровав скорость ее приложения (обычно 0,5 1,0 МПа/с).

д) зафиксировать момент разрушения образца, при котором стрелка силоизмерителя останавливается и начинает двигаться обратно;

е) выключить пресс; ж) поднять верхнюю опорную плиту, убрать разрушенный образец

и тщательно очистить плиту от остатков материала.

4. Вычислить предел прочности при сжатии образца Rсж с точностью до 1 МПа.

5.Вычислить коэффициент размягчения образцов. Каждый материал испытать не менее чем на трех образцах. За окончательный результат принимается среднее арифметическое результатов всех испытаний.

6.Результаты измерений и вычислений занести в табл. 12.

Таблица 12

Результаты определения предела прочности при сжатии и водостойкости материала

Контрольные вопросы

1. Понятие о механических свойствах материалов. На какие группы делятся механические свойства?

2. Понятие о прочности материала. Как определить предел прочности при сжатии? Применяемое оборудование и схема испытания.

3. Какая существует зависимость между прочностью и плотностью (пористостью) материала?

4. Что такое водостойкость материала?

5. Какова методика определения водостойкости материала?

Лабораторная работа № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ

Цель работы: освоить метод экспериментального определения предела прочности при изгибе.

Теоретическая часть

Предел прочности при изгибе Rизг определяют путём испытания образца материала в виде балочек на двух опорах. Их нагружают одной или двумя сосредоточенными силами до разрушения.

Предел прочности на растяжение при изгибе Rизг определяют по следующим формулам:

опорами, м (см); – ш р на поперечного сечения балочки, м (см) ; – высота поперечного сечения балочки, м (см).

Рис. 12. Схемы испытаний на изгиб: а – при одном сосредоточенном грузе; б – при двух одинаковых грузах

Лабораторная работа № 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: освоить методы определения прочностных свойств материалов при статической нагрузке и установить, что показатели прочностных свойств материалов являются величинами условными, зависящими от целого ряда факторов.

Теоретическая часть

Показатели прочности строительных материалов, используемые как характеристики их качества, являются условными величинами, получаемыми по оговорённым в стандартах методам. Это очень важно понимать, так как на получаемый при испытании материалов результат существенное влияние оказывают различные факторы: размер

ности при сжатии обусловленоАдвумя факторами: образованием при сжатии поперечных растяг вающих усилий и наличием в большем

объёме образца большегобкол чества дефектов структуры, влияющих на прочностные свойства материалов. Поэтому у кубиков малых раз-

меров предел Спрочностиипри сжатии оказывается выше, чем у кубиков больших размеров из того же материала. В этой связи при испытании кубиков различного размера из цементобетона используют масштабные коэффициенты.

Призмы показывают меньшее сопротивление сжатию, чем кубы одинакового поперечного сечения. При одноосном сжатии, благодаря наличию у образца свободных вертикальных поверхностей, образуются поперечные растягивающие усилия. Между опорными гранями образца и плитами пресса эти усилия уравновешиваются силами трения. По мере удаления от поверхностей, соприкасающихся с плитами пресса, растягивающие усилия растут, достигая своего максимума по высоте к середине образца.

Особенности поведения материала на границе соприкосновения поверхностей образца и плит пресса приводят также к тому, что при испытании кубов из хрупких материалов (бетона, раствора, камня) получается форма разрушения в виде двух усеченных пирамидок, сложенных вершинами. Если же хорошо смазать опорные грани куба и тем самым уменьшить силы трения, то под нагрузкой куб вследствие свободного поперечного расширения распадается на ряд слоев, параллельных действующей нагрузке. Прочность куба при сжатии будет ниже, чем у такого же образца с несмазанными опорными поверхностями (рис. 13).

Если нагрузка возрастает ыстрее, чем установлено стандартом, то результат испытанСя получают завышенным, так как не успевают развиваться пласт ческ е деформации. В этой связи степень влияния скорости нагружения образца на результаты испытаний будет различна у материалов пластичных и хрупких. Материалы хрупкие мало реагируют на изменение скорости деформирования (в определенных пределах ее изменения).

Для большинства хрупких и пластичных материалов повышение температуры при испытании снижает прочностные показатели образцов, особенно при растяжении и изгибе. Это связано с явлением температурного расширения и увеличением межатомного расстояния. У хрупких материалов при незначительных отклонениях от нормальной температуры (20±2 °С) изменения прочности несущественны. У пластичных материалов эти отклонения проявляются более резко.

Материалы и оборудование: образцы материала (указать), штангенциркуль, гидравлический пресс, прибор МИИ-100, сушильный шкаф.

Ход работы:

1. Провести испытание материалов в соответствии с заданием. Содержание заданий и необходимое количество образцов для испытаний представлено в табл. 14.

2.Представить все результаты испытаний в табличной форме. При необходимости сделать рисунки и схемы. Схемы стандартных

методов определения пределов прочности при сжатии, изгибе и растяжении показаны в табл. 15.

3.Сделать выводы по каждому виду испытанийИв соответствии сД

Окончание табл. 14

5.Построить и объяснить график зависимости показателя прочности пластичного материала при статической нагрузке от скорости ее приложения.

6.Как будет изменяться прочность образцов из хрупких и пластичных материалов при изменении температуры при испытании?

7.Как будет изменяться прочность материалов при изменении их влажности?

8.Какие схемы испытаний используют для определения прочности материалов при сжатии, изгибе, растяжении?

Лабораторная работа № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТИРАЕМОСТИ

Цель работы: определить истираемость различных видов бетона на круге истирания и установить зависимость истираемости от вида

которые применяют для устройстваАдорожных покрытий, тротуарных

плит, полов, лестн чных ступеней и т.п. Чем выше истираемость, тем менее износостоекСматер ал. Постепенное разрушение материала происходит в результате отрывания и удаления мелких частиц с его поверхности. ледовательно, истираемость в первую очередь зависит от плотности и твердости материала.

Истираемость бетона , г/см2, характеризуемую потерей массы образца, вычисляют по формуле

G = m1 m2

где m1 – масса образца до испытания, г; m – масса образца после

четырех циклов испытания, г; – площадь истираемой грани образца, см2.

Определяют истираемость на специальных приборах, снабженных абразивными насадками и моделирующих реальный процесс изнашивания.

Материалы и оборудование: цементобетонные образцы-кубы с ребром 7,07 мм; асфальтобетонные образцы-цилиндры диаметром и высотой 7,07 мм; кварцевый песок; штангенциркуль; весы технические; круг истирания типа ЛКИ-3 (рис. 14).

Рис. 14. Круг истирания типа ЛКИ-3: 1 – истирающийИдиск; 2 – испытуемые образцы; 3 – нагружающее устройство; 4 – счетчик оборотов

плоскости диск, изготовленныйАизДсерого чугуна. Скорость вращения истирающего диска под нагрузкой – 30 об/мин. Круг оборудован приспособлениями для сво одной (в вертикальной плоскости)

Круг истирания имеет съемный вращающийся в горизонтальной

установки образцов и их загружения вертикальной нагрузкой, а также

1. Взвесить образцы с точностью до 0,01 г.

2. Измерить высоту образцов с точностью до 0,1 мм. Места измерения высоты образцов (перпендикулярно к истираемой грани) отметить маркером. Боковые грани образцов-кубов, перпендикулярные истираемой грани, перед испытанием нумеровать цифрами 1, 2, 3, 4 и в последовательности этой нумерации образец поворачивать при проведении испытаний.

3. Вычислить площадь истираемой грани образцов.

4. Установить образцы в рамку для крепления и загрузить с помощью рычага нагрузкой 30 кгс (300 Н).

5. Насыпать на истирающий диск равномерным слоем 20 г песка; включить прибор и производить истирание образцов.

6. Через 28 оборотов (30 м пути истирания) диск остановить,

очистить, насыпать новую порцию песка и снова включить прибор. Указанную операцию повторить 5 раз, что составит 140 оборотов (150 м пути истирания) или 1 цикл испытаний.

7.После 1 цикла испытаний образцы вынуть из гнезда, измерить их массу и высоту.

8.Установить образцы обратно, повернув их вокруг вертикальной оси на 90° и провести следующие циклы испытаний. Всего следует выполнить 4 цикла (общий путь истирания равен 600 м).

9.Вычислить истираемость образцов после каждого цикла испытания.

10.Результаты испытаний занести в табл. 16.

11.Построить график зависимости истираемости от количества циклов для цементобетона и асфальтобетона.