Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы материаловедения, проектирования и конструирования. Учебное пособие.pdf
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2
,
(1)
Материал
p, кг/м
3
Материал
p, кг/м3
Цемент
1200…1300
Щебень
1500…1700
Гипс
800…1100
Керамзит
300…900
Песок кварцевый
1450…1650
Песок перлитовый
80…250
Размер частиц, мм
Рекомендуемый объем сосуда, л
0…5
1…2
5…40
10
более 40
20
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
И РАСЧЕТ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ,
ПОРИСТОСТИ И ПУСТОТНОСТИ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: определение насыпной плотности строительных ма-
териалов и расчет относительной плотности, пористости и пустотности материалов.
Насыпной плотностью (рн, кг/м3) называется масса единицы объема
сыпучих материалов: порошкообразных (цемент, гипс и др.), зернистых
(песок, щебень, керамзитовый гравий и др.) и комовых (комовая известь,
комовый мел и др.) вместе с пустотами:
где т – масса материала, кг; V – объём материала, м3.
Значения насыпной плотности строительных материалов приведены
в таблице 1.
Таблица 1
Значение насыпной массы
Насыпная плотность в зависимости от крупности частиц материала
определяется в сосудах различного объёма (табл. 2).
Таблица 2
Насыпная плотность материала
Подготовка образцов
Пробу материала при необходимости подсушивают до постоянного
веса. Необходимое количество материала для одного определения устанавливается по его крупности.
Проведение испытания
При определении насыпной массы порошкообразных и мелкозернистых материалов (используют сита для рассева) берут цилиндрический сосуд объёмом 1–2 л и взвешивают его на весах. Затем совком с высоты 5 см
11
точно по центру осторожно насыпают в сосуд сыпучий материал до обра-
,
(2)
№
пробы
Вид мате-
риала
m
кг
m2, кг
V, м
3
p
, кг/м
3
pн,
кг/м
3
%100
0
⋅=
p
p
d
(3)
зования над верхом цилиндра конуса. Конус без уплотнения материала
снимают вровень с краями сосуда металлической линейкой, после чего сосуд с материалом взвешивают.
Рис. Воронка для определения насыпной плотности строительных материалов:
1 – воронка,2 – сток,3 – задвижка,4 – мерная емкость
Вычисление насыпной плотности сыпучего материала производится
по формуле:
где m1 – вес мерного сосуда, кг; т2 – вес мерного сосуда с материалом, кг;
V – объём сосуда, м3.
Насыпная плотность вычисляется как среднее арифметическое результатов испытания двух проб (табл. 3).
Таблица 3
Результаты испытаний
1,
н
средн.
Используя средние значения результатов определения средней и истинной плотности, полученных в предыдущих экспериментах, вычисляют пористость, пустотность и относительную плотность по следующим формулам.
Относительную плотность d определяют по формуле:
.
12
Пористость (П) находят эспериментально-расчетным методом.
%100)1(%,100)(
00
⋅−=⋅
−
=
p
p
илиП
p
pp
П
(4)
(5)
№
образца
Вид
материала
p, кг/м
3
p
кг/м
3
p
, кг/м
П, %
a, %
Пористостью называется степень заполнения объёма материала порами. Параметр пористости материала характеризуется как важнейшая характеристика его макро- и микроструктуры (параметр состояния), это количественные параметры (объем, размер пор, их общая удельная поверхность) и структурные параметры (форма пор, их характер: открытые, замкнутые, сообщающиеся и т.д.).
Основными методами определения пористости являются: метод замещения пор жидкостями, метод замещения воздушных пор водой, метод
газовой абсорбции.
Определив эспериментально-расчетным методом истинную плотность (р) и среднюю плотность (р0), можно вычислить пористость (П) материала по формуле:
.
Пустотность рыхлых материалов вычисляют по такой же формуле,
но вместо средней плотности материала в формулу подставляется насыпная плотность, а вместо истинной плотности – средняя плотность материала в куске (зерне), которая для некоторых плотных материалов может совпадать с плотностью
.
Результаты вычислений записываются в таблицу 4.
Результаты испытаний
0,
н
Выводы.
Вопросы для самоконтроля
1. Что называется плотностью строительных материалов?
2. Методы определения плотности.
Таблица 4
13
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3
Направление движения
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ
Цель работы: определение твердости лакокрасочного покрытия
с помощью карандаша.
Твердость защитных покрытий определяют с помощью карандаша
в соответствии с международным стандартом ИСО 15184-98 (твердость
по карандашу).
Оборудование: карандаши KOH-I-NOOR, тип 1500 следующей твердости: 6В-5В-4В-ЗВ-2B-HB-F-2H-3H-4H-5H-6H7H-8H-9H; автоматическая
точилка; шкурка шлифовальная с зернистостью 4 по ГОСТ 13344-79; лупа
с увеличением 4х.
Определение твердости защитных покрытий производится следующим образом: осторожно снимают дерево с грифеля каждого карандаша на
5–7 мм, чтобы не повредить грифель.
Нажатием обнаженного грифеля на наждачную бумагу и осторожным
вращением добиваются получения цилиндрической формы грифеля. Держа
карандаш под углом 45°, и прижимая грифель к покрытию, прочерчивают на
покрытии линию длиной не менее 7 мм грифелем вперед (Р = 8–10 Н).
Рис. Схема определения твердости лакокрасочных покрытий с помощью карандаша
Сила воздействия на грифель при этом должна быть постоянной и
лежать в пределах 8-10Н (0,8–1 кгс). Метку от грифеля удаляют водой с
мылом, чертежным ластиком или мягкой ватой.
Любое повреждение поверхности покрытия при рассмотрении с помощью лупы с увеличением 4х под наклонным углом при сильном освещении указывает на то, что грифель карандаша тверже, чем пленка покрытия.
Если визуально нарушение покрытия не обнаружено, проводят испытание
с карандашом большей твердости до получения эффекта.
Твердость покрытия выражается в виде следующего, более мягкого
класса карандаша по сравнению с карандашом, использованным в испытании (при использовании которого получено повреждение поверхности покрытия). Классы твердости карандашей от мягкого до твердого следую-
14
щие: 6В-5В-4B-3B-2B-B-HB-F-2H-3H-4H-5H-6H-7H-8H-9H. После каждого испытания карандаш следует поворачивать новым краем. 3 или 4 испытания могут быть проведены без повторной оправки грифеля.
Вывод.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое твердость материала?
2. Является ли определение твердости механическим свойством?
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС
ПО БРИНЕЛЛЮ
Цель работы: определение твердости пластических масс на приборе.
Рис. Схема прибора для определения твердости пластических масс
Метод определения твердости по Бринеллю основан на вдавливании с
определенной силой стального шарика в испытываемый материал и вычислении числа твердости по замеру глубины вдавливания.
Для определения твердости пластических масс применяют прибор с
плавным возрастанием нагрузки до 2,5 кН (схема прибора показана на рисунке 1). Прибор состоит из станины 6, на которой свободно двигается рама 7. На станине имеется опора 1, на которую помещают испытываемый
образец 2. На раме закреплен индикаторный прибор 5 с циферблатом 4,
указывающим глубину погружения шарика, и устройство для закрепления
шарика 3. Рама шарнирно соединена с рычагом 8, на конец которого кладут груз 9. Рычаг должен быть снабжен устройством, дающим плавное увеличение нагрузки.
Твердость пластических масс на этом приборе определяют следующим
образом. Из подлежащего испытанию материала, изготовляют образцы в
15
форме пластин или брусков толщиной не менее 5 и шириной 15 мм. Ис-
НВ = p/(dh)
(1)
H = [(h-h0)/h0)]100
(2)
пытание проводят в лаборатории при 20 плюс, минус 2 °С. Перед испытанием, образцы следует выдерживать при этой температуре не менее 16 ч. Образец помещают на опору 1 таким образом, чтобы шарик находился в центре
ширины бруска. Затем шарик прижимают пружиной к испытываемому материалу и на конец рычага помещают груз, сообщающий усилие на шарик 500
Н для пластмасс твердостью до 200 МПа или 2,5 кН для пластмасс с
твердостью выше 200 МПа. Стрелку на циферблате индикаторной головки
устанавливают на нулевое деление. Нагрузку следует прикладывать
плавно, без толчков, увеличивая ее от нуля до выбранного значения в течение 30 с. Максимальную нагрузку выдерживают в течение 1 минуты, после чего плавно снимают. Глубину отпечатка при выбранной нагрузке фиксируют с точностью до 0,01 мм через 1 минуту после начала приложения
нагрузки и через 1 минуту после снятия нагрузки.
После проведения испытания с рычага снимают груз и переводят
рычаг в первоначальное положение, затем повторно определяют твердость, переставляя образец на опоре так, чтобы центр второго отпечатка
находился на расстоянии не менее 7,5 мм от центра первого.
Испытанию подвергают пять образцов, и на каждом образце проводят по два определения. Число твердости по Бринеллю НВ, МПа, определяют по формуле:
где p – нагрузка, прилагаемая к шарику, Н; d – диаметр шарика, мм,
h – глубина отпечатка шарика, мм.
Окончательным результатом является среднее арифметическое определение твердости пяти образцов. Отношение упругой деформации к остаточной, Н, вычисляется по формуле, %.
где h - глубина отпечатка шарика при нагрузке, мм; h 0 — глубина отпечатка шарика при снятии нагрузки, мм.
Внешний вид образцов после испытания (сломался, расслоился и т.д.)
фиксируется.
Вывод.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое твердость материала?
2. Является ли определение твердости у металлических изделий
обязательным?
16
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5
Навеска гипса,
г
Остаток
на сите, г
Гипс на
сите 02, г
Тонкость помола гипса,
%
Навеска
Количество
Нормальная
сового теста
Сроки схватывания
Заключение о
тывания
Начало,
мин
Конец,
мин
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ГИПСА СТРОИТЕЛЬНОГО
Цель работы: определение качественных характеристик гипса строи-
тельного.
Определение тонкости помола гипса строительного
Для определения тонкости помола гипса строительного берется
навеска гипса 60 г. грубого, среднего, тонкого помола, сито 02, весы с точностью взвешивания 0,1г.
Тонкость помола гипса определяется %, как отношение массы,
оставшейся на сите 02 к массе навески гипса. За величину тонкости помола
принимается среднее арифметическое испытаний (трех). Данные заносятся
таблицу 1.
Таблица 1
Определение тонкости помола гипса
Вывод.
Определение сроков схватывания гипсового теста
Для определения сроков схватывания гипсового теста берется
навеска гипса 200 г., вода для замешивания нормальной густоты гипсового
теста, прибор Вика для определения сроков схватывания (кольцо, устанавливаемое на стекло, игла Вика, станина). Начало схватывания определяется промежутком времени минутах от начала затворения гипсового
теста до того момента, когда игла Вика при погружении в гипсовое тесто
первый раз не дойдет до стекла на 0,5 мм. Конец схватывания определяется как промежуток времени в минутах от затворения до того момента, когда игла Вика впервые погрузится в гипсовое тесто на 0,5 мм. Данные заносятся таблицу 2.
Таблица 2
Определение сроков схватывания гипсового теста
гипса, г
воды, мл
густота гип-
сроках схва-
Вывод.
17
Изготовление образцов балочек из гипса строительного
Длина, мм
Ширина, мм
Высота, мм
_
Расчет-
на, см
Предел проч-
сжатии, изгибе
и определение марки гипса
Для изготовления образцов балочек из гипса необходимы: собранная, смазанная маслом форма 40 × 40 × 160 мм; растворная смесь нормальной консистенции, виброплощадка для раскладки смеси и вибрирования, ванна для гидравлического твердения образцов, секундомер.
Навеска гипса 1100 г высыпается в воду количестве, соответствующей
при замешивании однородной нормальной густоте массы течение 30 минут.
Формы трех гнездовые (чугунные или стальные) смазывают и заливают гипсовым тестом, через 15 минут распалубливают, а через 2 часа
каждый из образцов осматривают и измеряют. Данные заносятся таблицу 3.
Таблица 3
Определение размеров образцов
L DB H Среднее L DB H Среднее L DB H Среднее
За марку гипса принимается предел прочности при сжатии и при изгибе в МПа образцов через 2 часа после затвердения гипсового теста нормальной густоты. Данные заносятся таблицу 4.
Таблица 4
Определение предела прочности при сжатии, изгибе
Размеры об-
разца, см
Вывод.
1. Как определяется тонкость помола гипса строительного?
2. Как определяется срок схватывания гипсового теста?
3. Как определяется предел прочности при сжатии и изгибе балочек из
гипса?
ная дли-
Нагруз-
ка, Р
ности при
Сред-
нее,RИ
Вопросы для самоконтроля
Заключение о марке гипса
18
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6
%
100⋅
−
=
сух
нассух
m
m
mm
W
(1)
%100
0
⋅
−
=
сух
сухнас
m
mm
W
(2)
0
p
W
W
m
о
=
(3)
Материал
Водопоглошение,Wm, %
Материал
Водопоглошение,W{), %
Керамзитовый гра-
вий
Кирпич стро-
ительный
Газобетон
35 ... 70
Пластмассы
0,5...0,6
Черепица
8 ... 15
Древесина
35... 100 и более
Бетон тяже-
лый
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
(ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ, ВОДОСТОЙКОСТЬ, МОРОЗОСТОЙКОСТЬ)
Цель работы: определение гидрофизических свойств материалов и из-
делий проявляющихся при контакте с водой.
Водопоглощение
Большинство строительных материалов являются капиллярнопористыми телами, способными при контакте с водой впитывать и удерживать
воду. Это свойство строительных материалов называется водопоглощением.
Водопоглощение характеризуется максимальным количеством воды,
которое способен впитывать материал, будучи высушенным до абсолютно
сухого состояния. Различают водопоглошение по массе Wm и водопоглошение по объёму W0, которые определяются по формулам:
,
,
где m
- масса сухого материала, кг; m
cvx
- масса материала, насыщенного
нас
водой, кг; V- объем материала до увлажнения, м3.
Отношение между водопоглощением по объёму и водопоглощением по массе численно равно средней плотности материала:
.
Объёмное водопоглошение всегда меньше 100 %, а весовое водопо-
глошение у очень пористых материалов, например, древесины, торфяных
плит и др., может быть более 100 %.
Для большинства строительных материалов определяют весовое водопоглошение (водопоглошение по массе). Данные по водопоглощению
некоторых материалов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Водопоглощение строительных материалов
Гранит 0,1 ... 0,6
15 ... 25
8 ... 16
5...20 Полихлорвинил 0,4...0,5
19
Как водопоглощение строительных материалов, так и скорость впи-
№
образца
Материал
m
m
г
Объем образца
V, см
Wm, %
Wo, %
тывания 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 ве-
сах с погрешностью 1 г, 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.
Таблица 2
Определение водопоглощения
сух, г
нас,
3
Вывод.
20