Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Определение физико-механических свойств строительных материалов для реставраторов. Учебно-методическое пособие
.pdf
Как водопоглощение строительных материалов, так и скорость впитывания в них воды зависят от объема пор, их вида и размеров, а также от
природы вещества и степени его гидрофильности.
Объём пор, численно равный объёмному водопоглошению, т. e. доступный воде, называют видимой (кажущейся) пористостью, в отличие от
действительной (истинной) пористости.
Водопоглощение можно определять:
1) постепенным погружением испытуемого образца в воду;
2) кипячением образца с водой;
3) вакуумированием;
4) с помощью приборов.
Наибольшее применение нашел первый способ. Этот способ является наиболее простым. Постепенное погружение образца в воду вызвано
стремлением исключить так называемую «запрессовку» воздуха в образце,
которая имеет место при его быстром опускании в воду и даёт, как правило, заниженные значения водопоглощения.
Подготовка образцов
Определение водопоглощения производят как на образцах правильной геометрической формы, так и неправильной, в виде отколотых кусков
с размером рёбер не менее 4 см. Образцы должны быть высушены до постоянной массы, охлаждены до комнатной температуры, очищены от рыхлых частиц. При правильной форме образцов для испытаний берутся – 3
образца, при неправильной – 5 образцов.
Проведение испытания
Образцы взвешиваются на технических весах с погрешностью 1г.,
помещаются в стеклянные сосуды или фарфоровые кюветы и заливаются
дистиллированной водой до 1/4 высоты образцов.
Через 2 ч доливают воды до 1/2 высоты и через 3 ч до 3/4 высоты образцов и оставляют на сутки. Через сутки образцы заливают полностью
водой и вновь оставляют на сутки, после чего вынимают. Каждый из них
слегка обтирают влажной тканью, взвешивают и снова спускают в воду на
сутки. Так поступают до тех пор, пока образцы не будут иметь постоянной
массы.
Водопоглощение в процентах по массе и по объёму вычисляют по
проведённым выше формулам.
За окончательный результат испытания водопоглощения принимают
среднее арифметическое трёх определений.
Результаты испытаний оформляют в виде таблице 2.
41
Таблица 2
№
образца
Материал
m
сух, г
m
нас,
г
Объем образца
V, см
3
Wm, %
Wo, %
,
нас
р
сух
R
КR
(4)
Определение водопоглощения
Вывод.
Водостойкость
Водостойкостью называется способность материалов сохранять
прочность в насыщенном водой состоянии. Она характеризуется коэффициентом размягчения (Кр), представляющим собой отношение его прочности в насыщенном водой состоянии к прочности в сухом состоянии.
Коэффициент размягчения вычисляется по формуле:
где: R
МПа; R
– предел прочности при сжатии образцов, насыщенных водой,
нас
– предел прочности при сжатии сухих образцов, МПа.
сух
Коэффициент размягчения строительных материалов колеблется в
широких пределах: от нуля (для сырцовых материалов из глины) – до 1,
например, у стали и стекла, которые полностью сохраняют свою прочность
при действии на них воды.
Снижение прочности материалов при их увлажнении происходит по
ряду причин, к числу которых, прежде всего, должны быть отнесены возникновение расклинивающего давления в результате плёночной сорбции
воды в местах контактов частиц материалов, имеющих коагуляционную
структуру. Основное влияние на снижение прочности материалов в водной
среде оказывает эффект Ребиндера, в соответствии с которым молекулы
воды, при деформациях тел, способствуют раскрытию щелей (дефектов) и
уменьшают межмолекулярные силы сцепления.
В некоторых случаях прочность снижается за счёт частичного или
полного растворения в воде некоторых элементов структуры материалов.
Подготовка образцов
Для проведения испытаний подготавливается шесть образцовкубиков. Из них три кубика насыщаются водой.
Проведение испытания
Испытания осуществляются на гидравлическом пятитонном прессе.
Перед каждым испытанием определяется площадь образца, фиксируется
разрушающая нагрузка и вычисляется предел прочности при сжатии в
МПа, с погрешностью 1 %.
Далее по формуле, приведенной выше, рассчитывают коэффициент
размягчения.
42
В формулу подставляются среднее арифметическое значение предела
№
образца
Материал
R
сух,
МПа
R
сух ср,
Мпа
R
нас,
Мпа
R
нас ср,
Мпа
К
р
прочности при сжатии, полученное при испытании трёх образцов, как в
насыщенном, так и в сухом состоянии. Результаты испытаний записываются в таблицу 3.
Таблица 3
Результаты испытаний
Вывод.
Морозостойкость
Морозостойкость определяют по методике, регламентированной
ГОСТ 7025-91.
Морозостойкость – это способность материала в насыщенном водой
состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного снижения прочности.
По морозостойкости изделия подразделяют на марки F 15,25, 35, 50,
75, 100 и т. д. Тяжелый бетон F50–F500, легкий бетон F25-F500, кирпич,
стеновые керамические камни F15-F100.
Подготовка образцов
Для проведения испытаний подготавливается шесть образцов-кубиков,
по методике, описанной выше. Из них три кубика насыщаются водой.
Проведение испытания
Определение морозостойкости кирпича и камней производят при
объёмном либо одностороннем замораживании.
Объёмное замораживание изделий выполняют в морозильной камере
при температуре минус 15 до минус 20 °С. Продолжительность одного замораживания для кирпича и камней, насыщенных водой, не менее 4 часов,
перерыв в процессе одного замораживания не допускается. После окончания замораживания образцы полностью погружают в сосуд с водой температурой плюс 15 до плюс 20 °С.
Продолжительность одного оттаивания образцов в воде не менее половины продолжительности замораживания. Цикл одного замораживания
и оттаивания не должен превышать 24 часа. Количество циклов испытания
принимают в соответствии с ГОСТом на материал. Так, бетон, принимаемый для сооружения стен зданий, должен выдерживать от 35 до 50 циклов,
а бетон для гидротехнических сооружений – 300 циклов и более.
Изделие считается выдержавшим испытание на морозостойкость, если после установленного стандартом количества циклов попеременного
замораживания и оттаивания ни на одном из пяти образцов не будет обна-
43
ружено видимых повреждений (отколов, отслаиваний, шелушений, тре-
.
мрз
мрз
нас
R
КR
(5)
№
об-
раз-
ца
Материал
Кол-во
циклов
Допу-
стимые
потери в
весе, %
Потери
в весе после
испытания,
кг
Предел прочности при
сжатии,
кгс/см2
К
мрз
влажно-
го
после
испытания
в растворе
щин) и потеря прочности и массы не превышает требований стандарта.
При одностороннем замораживании морозостойкость определяют в
теплоизолирующей кассете с уложенными образцами, которую загружают
в морозильную камеру. При испытании кирпича продолжительность одного замораживания 8 ч. После цикла замораживания теплоизолирующую
кассету с образцами выгружают из морозильной камеры, образцы вынимают из кассеты и оттаивают в воде.
В случае оценки морозостойкости по потере прочности на сжатие и
потере массы кирпичи, установленные в теплоизолирующей кассете, разрезают на две равные части. Половинки образцов подвергают воздействию
отрицательной температуры. Вторые половинки – контрольные.
Морозостойкими называет такие материалы, которые выдержали
определенное количество циклов попеременного замораживания и оттаивания без снижения предела прочности при сжатии не более 25 % для гидротехнического бетона не более 15 % или без потери веса не более 5 %.
Показателем морозостойкости служит коэффициент морозостойкости, который определяют по формуле:
Показателем морозостойкости, где Rмрз – предел прочности при
сжатии после испытания при заданном количестве циклов переменного
замораживания и оттаивания, кгс/см2.
Результаты испытания заносят в таблицу 4.
Таблица 4
Результаты испытания морозостойкости
Считается, что материал выдержал испытание на морозостойкость,
если К
больше или равняется 0,75 и потеря в весе не более 5 %.
мрз
Вывод.
Вопросы для самоконтроля
1. Определите понятия: водопоглощение, водостойкость, морозостой-
кость отделочных строительных материалов, изделий.
2. В каких нормативных документах изложены основные требования к
строительным материалам?
3. Методы определения физических свойств строительных материалов.
44
4. Дайте определение фазовому составам строительных материалов.
№
п/п
Наимено-
вание
материала
Внешний вид
Исходное
сырье
Средняя
плотность,
марка
Светопропус-
кание и др.
свойства
Область
применения
5. Микро -, макро- и внутреннее строение строительных материалов.
6. Особенности строительных материалов кристаллической и аморф-
ной структуры.
7. Дайте определение основных понятий: плотность, пористость, водо-
поглощение, влажность, теплопроводность.
8. В чем различие между истинной, средней и насыпной плотностью?
9. Зачем измельчают материал при определении истинной плотности?
10. Как определяют размеры образцов и материалов?
11. Чему равны показатели средней плотности каменных, деревянных,
металлических материалов?
12. Назовите единицы измерения: плотности, пористости, водопогло-
щения, влажности, теплопроводности, теплоемкости, термостойкости.
СТЕКЛО
Лабораторная работа № 10.
Изучение коллекции материалов и изделий из стекла
Цель работы: у имеющихся образцов коллекции стекла и изделий из
стекла определяют внешний вид, цвет, блеск, светопропускание, область
применения согласно таблице.
Таблица
Определение качественных характеристик стекла.
Вывод.
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите стекло, изделия из стекла и их характеристики.
45
Внешние
признаки
Способ определения признаков или их характер
Форма
Определяют по наружному виду:
кубовидная, плитообразная, правильная, неправильная
Блеск
Блеск отдельных минералов, слагающих горную породу, определяют как:
металлический (пирит), стеклянный (кварц), перламутровый (слюда), жирный (тальк), шелковый (асбест, малахит) и т. д.
Сежесть или
выветрелость
Характеризуется блеклым, тусклым видом минералов с появлением ржавых
и других пятен
Тердость
Определяется по шкале Мооса
Текстура
(сложение)
Определяют осмотром целого куска породы в изломе. Текстура бывает:
плотная – большинство изверженных пород; пористая,
ячеистая, шлаковидная – осадочных пород, землянистая – мел,
ленточная, полосчатая – сланцы
Цвет
Определяют по наружному осмотру общую окраску, ее рисунок и однородность. Например: цвет породы зависит от цвета породообразующих минералов. Для известняков и гипса характерен белый цвет, бурые, тёмные и другие
оттенки окраски указывают на примеси глины и органических соединений.
Для песчаников – жёлто- красные оттенки являются признаком примеси глинисто-железистых веществ, а оливково-зелёный цвет – глауконита. Граниты и
сиениты обычно бывают серого и красноватого цветов. Тёмный цвет указывает на присутствие темноокрашенных минералов, или слюды
Характер плос-
кости раскола и
ребер
Плоскость раскола может быть правильная, неправильная, гладкая, занозистая и т. п. Ребра могут быть острые, режущие, тупые и т. п.
Структура
(строение)
Определяют на свежем изломе куска породы. Кристаллическая и плотная,
зернистокристаллическая – гранит, сиенит, диорит и др.; порфировая;
стекловатая (аморфная) – обсидиан; оолитовая – осадочные породы; зернистая – песчаники и т. п.
Внешние
признаки
Способ определения признаков или их характер
Минерало-
гический
Дают характеристику минералов и их название, определяют степень раномерности их распределения в породе
Цементи-
рующие
вещества
Глинистые цементирующие вещества имеют желтый и бурый цвет, при
смачивании водой издают глинистый запах, при растворении соляной кислотой дают бурный осадок. При действии соляной кислоты аморфный известковый цемент бурно «вскипает», плотный кристаллический - едва заметно «вскипает», доломитовый цемент «вскипает» при подогреве. Гипсовый цемент чертится иглой и при действии на него соляной кислотой дает
неприятный запах сероводорода
ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Лабораторная работа № 11.
Изучение коллекции природных каменных материалов
Цель работы: у имеющихся образцов коллекции природных каменных
материалов определяют форму, цвет, блеск, свежесть или выветрелость,
твердость, минералогический состав, структуру (строение), текстура (сложение), характер плоскости раскола и ребер, цементирующие вещества.
Таблица 1
Признаки природных каменных материалов
46
По способу изготовления природные каменные материалы – горные по-
Применение в
здании, сооруже-
нии, конструкции
Материалы и изделия из
природного камня
Рекомендуемые горные породы
Фундаменты
Бутовый камень (рваный, по-
стелистый, плитняковый),
камни пиленые и тесаные
Все виды горных пород
Стены
Стеновые камни, крупные сте-
новые блоки, тесаный камень
Все виды известняков, туф,
гипсовый камень
Облицовка
наружная
Облицовочные плиты и кам-
ни, профильные изделия
Гранит, сиенит, диорит,
лабрадорит, габбро, базальт,
вулк. туф, кварцит, мрамор
Облицовка
внутренняя
Облицовочные плиты,
профильные элементы
Мрамор, мраморный известняк,
травертин, гипсовый камень,
брекчия, конгломерат, туф
Наружные лестни-
цы и площадки,
парапеты
Ступени,
плиты для площадок,
блоки для парапетов.
Столбов и стенок,
облицовочные плиты
Гранит, сиенит, диорит, габбро,
базальт, песчаник
Внутренние лест-
ницы и площадки,
полы
Ступени,
плиты для лестничных
площадок и полов
Мрамор, гранит, лабрадорит
Дорожные покры-
тия
автодорог
Камни бортовые, брусчатка,
колотый и булыжный
камень, щебень, песок
Гранит, диорит, габбро, базальт,
песчаник, вулк. туф,
известняк плитный
Гидротехнические
сооружения
Камни рваные, колотые,
тесаные, валуны, щебень
Известняк плотный, доломит,
песчаник, гранит, диабаз, диорит,
габбро, базальт
Подземные
сооружения, мосты
Облицовочные камни,
плиты, блоки
Известняк плотный, доломит,
песчаник, гранит, диабаз, диорит,
габбро, базальт
Жаростойкие футе-
ровки, облицовки,
кладка
Плиты, камни, блоки,
фасонные изделия, щебень,
песок и минеральный
порошок
Базальт, диабаз, андезит, туф,
тальковый камень
Химически стойкие
футеровки
Щёлочеизвесть плотная,
доломит, магнезит,
песчаник
Гранит, диорит, кварцит, трахит,
базальт, диабаз, фельзит, песчаник
роды разделяются на виды – пиленые, колотые, грубоколотые, рваные, дробленые, молотые.
Таблица 2
Применение природных каменных
материалов – горных пород в строительстве
Вывод.
1. Назовите природные каменные материалы и их характеристики.
Вопросы для самоконтроля
47
Лабораторная работа № 12.
Минерал
Показатель твердости
Тальк
1
Гипс
2
Кальцит
3
Плавиковый шпат
4
Апатит
5
Ортоклаз (полевой шпат)
6
Кварц
7
Топаз
8
Корунд
9
Алмаз
10
,
Р
НВF
(1)
Определение твердости по шкале Мооса
Цель работы: определение твердости строительных материалов по
шкале Мооса.
При определении твердости хрупких природных и искусственных каменных строительных материалов пользуются шкалой твердости Мооса, состоящей из 10 эталонных минералов. Минералы в шкале подобраны таким
образом, что каждый последующий оставляет черту (царапину) на предыдущем (с меньшим номером), и в то же время сам не прочерчивается им.
Показатели твердости минералов по шкале Мооса приведены в таблице.
Для установления твердости испытуемого материала на гладкой его
поверхности пробуют нанести черту каждым из минералов, входящих в
шкалу, начиная с самого мягкого из них. За твердость принимают величину
между условной твердостью того минерала, который оставляет черту на испытуемом образце, и предыдущим, более мягким минералом, не оставляющим черты на образце.
Таблица
Твердость минералов по шкале Мооса
Твердость материала влияет на легкость его обработки, назначение,
долговечность и др.
Для пластичных материалов (древесины, пластмасс, некоторых металлов и бетонов) твердость определяется вдавливанием в материал стандартного стального шарика на приборе.
Число твердости вычисляют по формуле в кгс/см2 (МПа):
где Р – приложенная не до разрушения нагрузка, Н (кгс); F – площадь поверхности отпечатка, см2, м2.
Вывод.
1. Что такое твердость материала?
2. Является ли определение твердости механическим свойством?
Вопросы для самоконтроля
48
Показатели
Допускаемые отклонения
кирпича и кирпича пластического формования
камней полусухого формо-
вания
Цвет
недожог
пережог
Оранжево-красный
не допускается
не допускается
–
Отклонения от размеров, мм:
по длине
+5
+5
по ширине
+4
+4
по толщине: кирпича
+3
+3
камня
+4
+4
Искривления граней и ребер:
–
–
по постели
+3
+3
по ложку
+3
+3
КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
Лабораторная работа № 13. Определение физико-механических
свойств керамического кирпича и камней
Цель работы: определение физико-механических свойств керамиче-
ского кирпича и камней.
Марку кирпича определяют исходя из результатов испытания его об-
разцов на прочность.
Определение качества керамического кирпича
и камней визуальным осмотром
Для внешнего осмотра и обмера отбирают 5 штук кирпича и произ-
водят сравнение с эталонным образцом. При сравнении устанавливают
наличие недожога или пережога. На недожог указывает более светлый
алый цвет кирпича, глухой звук при ударе молотком. Пережженный кирпич имеет бурый цвет; он, как правило, искривлен, характеризуется оплавлением и вспучиванием.
С помощью металлической линейки проверяют линейные размеры
кирпича с погрешностью до 1 мм и полученные результаты сравнивают с
размерами согласно размерам, указанных в ГОСТ 530-2007 «Кирпич и
камни керамические».
С помощью линейки замеряют дефекты, имеющиеся на образце: тре-
щины, отбитости, искривления записывают величины и сравнивают с ГОСТ.
Качество керамического кирпича и камней, их пригодность следует
определять на основании проверки размеров, правильности формы, определения водопоглощения, средней плотности и прочности. Общее количество кирпича и камней с отбитостями не должно превышать 5 %. Количество половняка в партии не должно быть более 5 %. Пустоты в кирпиче и
камнях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели
и могут быть сквозными или несквозными и должен быть не менее 16 мм,
ширина щелевых пустот – не более 12мм. Качество керамического кирпича
и камней приведено в таблице 1.
Таблица 1
Качество керамического кирпича и камней
49
Продолжение таблицы 1
Показатели
Допускаемые отклонения
кирпича и кирпича пластического формования
кирпича и кирпича пласти-
ческого формования
Отбитости и притупленности,
мм, ребер, не доходящие до
пустот, длиною не более 10-15
мм и глубиной не более 10 мм
2
2
Отбитости углов до 10 - 15 мм,
не более 2 на кирпич
2
2
Включения песка и глины диа-
метром от 5 до 10 мм в изломе
(дутики)
—
—
Отколы верхней постели
пустотных изделий, мм
—
10
Недогас (дефект
недогашеной смеси)
Не допускается
Не допускается
Шероховатость или срыв
нелицевой грани
Не допускается
Не допускается
21
1
100%,
mm
В
m
(1)
Диаметр несквозных пустот не ограничивается. Толщина наружных
стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. Допускается изготовление кирпича и камней с закругленными краями.
Вывод.
Определение водопоглощения керамического кирпича и камней
Водопоглощение керамического кирпича и камней, высушенных до
постоянной массы, для полнотелого кирпича должно быть не менее 6 %,
для пустотелых изделий – не менее 8 %.
Водопоглощение ускоренно следует определять (после погружения
кирпича в воду) кипячением в течение 4 часов. Взвешивать кирпич следует
после остывания его до комнатной температуры в ванне с водой, остужать
кирпич постепенным доливанием в ванну воды комнатной температуры.
Взвешивать после удаления капельной влаги с поверхностей кирпича путем промокания фильтровальной или газетной бумагой.
Водопоглощение вычисляется по формуле:
где В – водопоглощение, %; т2 – масса кирпича в водонасыщенном состоянии, г; m1 – масса кирпича в сухом состоянии, г.
На повышенное водопоглощение кирпича указывает увеличенное число в нем трещин, главным образом мелких, а также редких глубоких. Слоистая структура кирпича также говорит о его повышенном водопоглощении.
Водопоглощение упрощенным способом определения состоит в том,
что на поверхность материала капают воду или, чернила. Водопоглощение
оценивают по быстроте впитывания капли. При водопоглощении до 3 %
капля практически не впитывается, при 5–8 % – впитывается частично, более 10 % – капля быстро впитывается.
Коэффициент морозостойкости определяется по результатам водопоглощения при комнатной температуре и при кипячении. Кипячение следу-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]