Метрология стандартизация и сертификация в строительном материалове

мостатирование не нужно, если температура помещения составляет 20 ± 2 ° С. Чтобы прибор не всплывал, его закрепляют в штативе 3. Прибор наполняют водой или другой жидкостью, инертной по отношению к испытуемому материалу (например, для цемента – керосином), до нижней метки. Точного заполнения можно добиться, заливая жидкость с небольшим избытком и затем отсасывая ее фильтровальной бумагой. После заполнения свободную от жидкости часть прибора протирают тампоном из фильтровальной бумаги.

Рис. 4.4. Прибор Ле Шателье (а) и вид прибора

врабочем состоянии (б): 1 – объемомер, 2 – сосуд

сводой, 3 – штатив, 4 – термометр

На технических весах в стаканчике взвешивают навеску порошка испытуемого материала массой около 70 г с погрешностью не более 0,01 г. Порошок всыпают в прибор ложечкой через воронку небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в приборе не достигнет одного

201

из делений в пределах верхней градуированной части. Остаток порошка со стаканчиком взвешивают.

Для удаления пузырьков воздуха, попавшего в жидкость вместе с порошком, прибор вынимают из сосуда с водой и поворачивают в наклонном положении в течение 10 мин на гладком резиновом коврике. После этого его снова помещают в сосуд с водой не менее чем на 10 мин для термостатирования и определяют уровень жидкости в приборе.

Разность отсчетов между конечным и начальным уровнями жидкости соответствует объему всыпанного порошка V (см3). Истинную плотность исследуемого материала ρ вычисляют по формуле

где т1 – первоначальная масса порошка со стаканчиком, г; m2 – масса остатка порошка со стаканчиком, г.

4.3. ПОРИСТОСТЬ

Пористость – степень заполнения объема материала порами. Исходя из определения, пористость П (%) можно рассчитать по следующей формуле:

где Vест – объем материала в естественном состоянии, см3; Vтв – объем материала в абсолютно плотном состоянии (т.е. объем твердого вещества в материале).

На практике пользуются другой формулой. Если естественный объем материала Vест и объем твердого веще-

202

ства в нем Vтв выразить через массу материала т и среднюю ρm и истинную ρ плотности

Vест = m/ρm Vтв = m/ρ,

то формула для расчета пористости (%) примет вид

П = [(m/ρm – m/ρ/(m/ρm)]100 = [(ρ – ρm)/ρ]100. (4.6)

При расчетах значения ρ и ρm выражают в одних единицах – г/см3 или кг/м3.

4.4.ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ, ВЛАЖНОСТЬ

ИВОДОПОГЛОЩЕНИЕ

Строительные материалы в процессе их эксплуатации и хранения могут поглощать влагу. При этом их свойства существенно изменяются. Так, при увлажнении материала повышается его теплопроводность, изменяются средняя плотность, прочность и другие свойства.

Влажность – содержание влаги в материале в данный конкретный момент, отнесенное к единице массы материала в сухом состоянии. Влажность W (%) определяют по формуле

где т1 – масса материала в естественно-влажном состоянии, г; m2 – масса материала, высушенного до постоянной массы, г.

Водопоглощение – способность материала поглощать влагу и удерживать ее в своих порах. Водопоглощение ха-

203

рактеризуется максимальным количеством воды, поглощаемым образцом материала при выдерживании его в воде, отнесенным к массе сухого образца (водопоглощение по массе W nm или к его объему (объемное водопоглощение

где mнас – масса материала в насыщенном водой состоянии, г; mcyx – масса сухого материала, г; Vест – объем материала в сухомсостоянии, см3; ρH2O – плотностьводы, равная1 г/см3.

Гигроскопичностью материала называют его способность поглощать влагу в виде паров воды, содержащихся в воздухе.

Для определения гигроскопичности высушенный до постоянной массы образец материала помещают в эксикатор над водой и выдерживают его в течение суток. Затем образец взвешивают.

Величинугигроскопичности Гопределяют поформуле

Г = (mнас – mсух)/mнас,

где обозначения, как в (4.8).

Определение влажности материала. Образец (про-

ба) материала, отобранный в соответствии с ГОСТом на метод испытания этого материала, помещают в стаканчик для взвешивания, масса которого известна, и взвешивают

204

вместе с ним. После этого стаканчик с образцом устанавливают в сушильный шкаф при температуре 105…110 °С и высушивают до получения постоянной массы. Перед каждым взвешиванием стаканчик с образцом охлаждают, помещая его в эксикатор на 30 мин. Масса образца считается постоянной, если два последовательных взвешивания дают одинаковый результат.

По результатам испытаний, используя формулу (4.7), рассчитывают влажность V образца с погрешностью не более 0,1 %. Влажность испытуемого материала равна среднему арифметическому результатов определения влажности двух или трех образцов.

Определение водопоглощения материала. Испыта-

ние проводят также на двух или трех образцах, отобранных в соответствии с ГОСТом. Образцы высушивают до постоянной массы и записывают массу сухого образца. Высушенные и охлажденные до комнатной температуры образцы погружают в воду так, чтобы над ними был слой воды не менее 2 и не более 10 см, и выдерживают в течение времени, предусмотренного ГОСТом. После насыщения образцы вынимают из воды, обтирают влажной мягкой тканью, и каждый образец немедленно взвешивают (массу воды, вытекающей из пор образцов на чашку весов, включают в массу образца). Применяют и другие методы насыщения материала водой: постепенное погружение образца в воду, кипячение в воде или насыщение водой после предварительного вакуумирования.

Зная массу сухого образца и его массу после насыщения водой, вычисляют по формуле (4.8) водопоглощение по массе Wm для каждого образца. Водопоглощение материала принимают как среднее арифметическое результатов испытания всех образцов.

205

Водопоглощение по объему W oП рассчитывают по

формуле (4.9) или, если известна плотность материала, используя водопоглощение по массе, по формуле

Won = WmП (ρm / ρH2O ),

где ρm – плотность материала, кг/м3; ρН2О – плотность воды, принимаемая равной 1000 кг/м3.

4.5. МОРОЗОСТОЙКОСТЬ

Многие строительные конструкции (стены и фундаменты зданий, устои мостов, покрытия дорог) подвергаются совместному действию влаги и знакопеременных температур, которые постепенно приводят их к разрушению. Причина разрушения – расширение (примерно на 9 %) воды при замерзании в порах материала.

Морозостойкость – способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения. Испытание строительных материалов на морозостойкость заключается в цикличном попеременном замораживании и оттаивании в насыщенном водой состоянии и последующем определении потери материалом массы и прочности. Замораживание и последующее оттаивание образца составляет один цикл; продолжительность цикла не должна превышать 24 ч. Количество циклов испытания принимают в соответствии с ГОСТом на материал. Так, бетон, применяемый для сооружения стен зданий, должен выдерживать 35…50 циклов, а бетон для гидротехнических сооружений – 300 циклов и более.

206

Выдержавшими испытание на морозостойкость считаются те материалы, которые после установленного для них ГОСТом числа циклов замораживания – оттаивания не имеют видимых признаков разрушения (не крошатся, не растрескиваются, не расслаиваются). Кроме того, потери прочности и массы образцов не должны превышать значений, установленных ГОСТом на данный материал. Например, для бетона потеря прочности при испытании на морозостойкость составляет не более 5 %, для кирпича и строительных растворов – не более 25 %; потеря массы при испытании кирпича не должна превышать 5 %.

Испытывают материалы на морозостойкость на установках с холодильными машинами, создающими низкие температуры за счет испарения сконденсированных (сжатых и переведенных в жидкое состояние) газов: аммиака, фреона и других хладагентов.

В фреоновой однокомпрессорной холодильной установке (рис. 4.5) жидкий фреон под давлением 0,5…0,8 МПа из ресивера 1 через дроссель 2 поступает в испаритель 3. Сечение труб испарителя значительно больше, чем сечение дросселя, в результате давление фреона в испарителе резко падает (до 0,05…0,1 МПа) и фреон, испаряясь, переходит вгазообразное состояние. Этот процесс происходит с поглощением теплоты, поэтому в холодильной камере, где помещен испаритель, температура понижается до –16…–20 °С. Из испарителя пары фреона поступают в компрессор 4, где они вновь сжимаются до 0,5…0,8 МПа, при этом температура фреона повышается. Затем в конденсаторе 5 фреон охлаждается окружающим воздухом или водой, конденсируется при этом и в жидком виде поступает в ресивер 1.

207

для лучшего охлаждения. Если образцы размещают в несколько рядов по высоте, то их укладывают на подкладках толщиной не менее 20 мм. Общий объем загруженных в камеру образцов не должен быть более 50 % объема камеры. Времязамораживанияоговариваетсявстандартенаматериал.

Замороженные образцы вынимают из камеры и укладывают для оттаивания в ванну с водой при температуре 18…20 °С. После полного оттаивания образцы вынимают из ванны, обтирают мягкой тканью, осматривают и вновь помещают в холодильную камеру. Через установленное стандартом для данного материала число циклов образцы после очередного оттаивания в воде взвешивают и испытывают на прочность.

Морозостойкость материала может быть определена ускоренными методами, заключающимися, например, в насыщении образцов раствором хлорида натрия или глубоком (до –60 °С) их замораживании.

ГОСТ 10061.3 предусматривает возможность испытаний на морозостойкость тяжелых бетонов и растворов ускоренным методом.

Для такого определения используют дифференциальный объемный дилатометр ДОД-100К или ДОД-100К3 в комплекте со стандартными образцами, изготовленными из алюминия. Стандартный образец должен иметь одинаковую форму и размеры с бетонными образцами. Кроме того, для проведения испытания используют ванны для насыщения образцов водой, керосин и воду питьевого качества по ГОСТ 23732.

Бетонные образцы изготовляются и отбирают по пп. 4.5–4.10 ГОСТ 10060.0 и ГОСТ 28570. Их измеряют,

определяют начальный объем Vo и насыщают водой по п. 4.11 ГОСТ 10060.0.

209

Насыщенный образец бетона помещают в измерительную камеру дилатометра, во вторую камеру помещают стандартный образец, камеры заполняют керосином и герметизируют.

Дилатометр с образцами устанавливают в морозильную камеру и выдерживают 30 мин, затем начинают замораживание со скоростью 0,3 °С/мин до достижения температуры минус (18 ± 2) ° С.

Графопостроитель во время замораживания непрерывно фиксирует кривую разности объемных деформаций бетонного и стандартного образцов (рис. 4.6).

Рис. 4.6. График зависимости разности объемных деформаций бетонного и стандартного образцов от температуры замораживания

На графике выделяют скачкообразное изменение разности объемных деформаций ni, обусловленное переходом воды в лед.

Определяют значение максимального относительного увеличения разности объемных деформаций Θi бетонного и стандартного образцов по формуле

210