- •Тема 1. Основные физические и механические свойства строительных материалов
- •§ 1. Основные положения об организации и проведении лабораторного контроля
- •1.1. Общие сведения об организации лабораторного контроля качества
- •1.2. Общие сведения о видах проводимого контроля и правилах отбора проб
- •1.3. Общие сведения о метрологии
- •§ 2. Определение показателей основных физических свойств материалов
- •2.1. Основные средства измерений показателей физических свойств
- •2.2. Определение плотности
- •2.2. Определение средней плотности
- •2.4. Определение насыпной плотности
- •2.5. Определение пористости и пустотности
- •2.6. Определение влажности
- •2.7. Определение водопоглощения
- •§ 3. Определение показателей основных механических свойств материалов
- •3.1. Основные средства измерений показателей механических свойств
- •3.2. Определение предела прочности при сжатии
- •3.3. Определение предела прочности при растяжении
- •3.4. Определение предела прочности при изгибе
- •§ 6. Испытание портландцемента
- •6.1. Основные сведения к лабораторной работе
- •Требования к маркам цементов по прочности
- •Классификация цементов по группам прочности
- •Классификация цементов по скорости твердения
- •Классификация цементов по срокам схватывания
- •6.2. Определение тонкости помола цемента
- •6.3. Определение нормальной густоты цементного теса
- •6.4. Определение сроков схватывания
- •6.5. Определение равномерности изменения объема
- •6.6. Определение предела прочности при изгибе и сжатии
- •6.7. Определение прочности цемента при пропаривании
- •6.8. Особенности статистической обработки результатов испытаний при расчете нижней доверительной границы и коэффициента вариации марочной прочности цемента
- •§ 7. Изучение специальных цементов
- •§ 21. Испытание полимерных строительных материалов
- •21.1. Основные сведения к лабораторной работе
- •Усредненные требования к показателям прочности конструкционных псм
- •21.2. Ознакомление с основными видами псм
- •21.3. Определение предела прочности (предела текучести) листовых конструкционных псм при осевом растяжении
- •Характеристики образцов для испытания конструкционных полимерных материалов
- •21.4. Определение предела прочности листовых конструкционных псм при статическом изгибе
- •Соотношение между толщиной и шириной образца
- •21.5. Определение прочностных показателей полимербетона
- •21.6. Сравнение прочностных характеристик полимерных и традиционных конструкционных материалов
- •§ 24. Испытание теплоизоляционных материалов
- •24.1. Основные сведения к лабораторной работе
- •Классификация теплоизоляционных материалов по средней плотности
- •24.2. Определение средней плотности теплоизоляционных материалов и изделий
- •24.3. Определение деформативности (сжимаемости)
- •24.4. Получение полистирольного пенопласта беспрессовым способом
- •24.5. Определение коэффициента теплопроводности
- •Зависимость коэффициента ступени нагрева от положения делителя напряжения
- •§ 25. Испытание лакокрасочных материалов
- •25.1. Основные сведения к лабораторной работе
- •Основные требования к водоэмульсионным краскам (гост 19214-80)
- •Характеристика степени высыхания лакокрасочных материалов
- •25.2. Определение вязкости лакокрасочного материала
- •25.3. Определение укрывистости
- •25.4. Определение времени и степени высыхания
- •§ 8. Испытание плотного мелкого заполнителя
- •8.1. Основные сведения к лабораторной работе
- •Классификация песков по крупности
- •8.2. Определение зернового состава песка
- •8.3. Определение модуля и группы крупности песка
- •8.4. Определение содержания в песке пылевидных, глинистых и илистых частиц отмучиванием
- •8.5. Определение содержания органических примесей
- •8.6. Определение насыпной плотности
- •8.7. Определение зависимости насыпной плотности песка от его влажности
- •§ 9. Испытание плотного крупного заполнителя
- •9.1. Основные сведения к лабораторной работе
- •Разделение крупного заполнителя на фракции
- •Требования к зерновому составу смеси фракций заполнителя
- •Требования к зерновому составу фракции заполнителя
- •Требования к маркам щебня по прочности для изверженных горных пород
- •Требования к маркам щебня по прочности для осадочных и метаморфических горных пород
- •Требования к маркам по износу крупного заполнителя для бетонов различного назначения
- •Требования к маркам крупного заполнителя по износу
- •9.2. Определение зернового состава фракций щебня
- •Требования к величине навески щебня
- •9.3. Подбор оптимальной смеси фракций щебня
- •9.4. Определение марки щебня по прочности исходной горной породы
- •Требования к размерам контрольных сит при определении дробимости щебня
- •9.5. Определение марки щебня по износу
- •Требования к условиям испытания щебня на износ
- •9.6. Определение средней плотности щебня
- •9.7. Определение насыпной плотности щебня
- •Требования к емкости мерного сосуда
- •9.8. Определение пустотности щебня
- •§ 10. Испытание бетонной смеси
- •10.1. Основные сведения к лабораторной работе
- •Требования к маркам бетонной смеси по удобоукладываемости
- •10.2. Определение подвижности бетонной смеси
- •Геометрические размеры стальных конусов (форм)
- •Требования к точности определения осадки конуса бетонной смеси
- •10.3. Определение жесткости бетонной смеси
- •10.4. Определение раствороотделения бетонной смеси
- •10.5. Определение водоотделения бетонной смеси
- •Требования к цилиндрическим сосудам
- •10.6. Определение плотности бетонной смеси
- •10.7. Определение влияния водоцементного отношения на удобоукладываемость и связность бетонной смеси
- •§ 11. Определение прочности бетона
- •11.1. Основные сведения к лабораторной работе
- •Классификация тяжелого бетона по прочности
- •11.2. Определение прочности бетона на сжатие путем испытания образцов
- •Стандартные образцы бетона для определения прочности на сжатие
- •Требования к размерам образцов бетона
- •Требования к укладке и уплотнению смеси при формовании образцов бетона
- •Значения масштабного коэффициента
- •Значения поправочного коэффициента на влажность бетона
- •Значения поправочного коэффициента на геометрические параметры образцов-цилиндров
- •11.3. Определение прочности бетона на осевое растяжение
- •11.4. Определение прочности бетона на растяжение при изгибе
- •11.5. Определение прочности бетона неразрушающим ультразвуковым импульсным методом
- •11.6. Определение влияния водоцементного отношения на прочность бетона
1.3. Общие сведения о метрологии
Основным видом деятельности в работе строительной лаборатории являются испытания – комплекс измерений показателей качества с использованием необходимых методов и средств. На их основе составляется документация о результатах контроля, содержащая фактическую оценку степени качества строительных материалов, изделий и конструкций.
Система знаний об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства, способах достижения требуемой точности результатов составляет предмет науки – метрологии. Основные термины и понятия метрологии, применяемые при лабораторных испытаниях (кроме понятий физической величины, единицы физической величины и значения физической величины, которые рассмотрены в гл. I Учебника), поясняются ниже.
Измерение– это нахождение числовых показателей свойств материала опытным путем. Иногда вместо понятия измерение применяется термин контроль. Контроль заключается в проведении одного или серии измерений и сравнении полученных показателей качества с требованиями стандартов.
Измерения разделяются на прямые и косвенные. Прямоеизмерение – это экспериментальное сравнение данной величины с другой, принятой за единицу, посредством отсчета по шкале прибора (измерение длины, массы, температуры).Косвенныеизмерения представляют собой величины, полученные с использованием результатов прямых измерений путем вычислений по известным формулам (определение плотности, прочности и т.п.). В лабораторной практике измерения значений показателей качества проводятся с помощью регламентированных (узаконенных ГОСТ, ТУ) технических приемов и средств.
Технический прием– это определенное действие, предусмотренное методикой испытания материалов, изделий и других объектов стандартизации. Для строительных материалов и изделий и других объектов стандартизации. Для строительных материалов и изделий наиболее характерные методы контроля качества устанавливаются ГОСТ «Общие технические требования», «Технические условия» и «Методы испытаний», причем в стандарте на методы испытаний предусматривается определение тех показателей качества, которые включены в стандарты «Технические требования» и «Технические условия». Только при стандартных испытаниях можно получить объективные и сопоставимые результаты контроля качества строительной продукции и ее соответствие требованиям ГОСТ.
Средства измерений– это различные технические приспособления, применяемые при измерениях. Они подразделяются на меры и измерительные приборы (аппаратуру). Мера – средство для контроля или воспроизведения показателя какого-либо свойства материала. Измерительный прибор – техническое средство получения удобного для наблюдения числового отсчета или сигнала об измерительном процессе. Общие сведения об основных средствах измерений, используемых в строительных лабораториях, приводятся в § 2 и 3 этой главы.
При лабораторных испытаниях качества материалов важнейшее требование предъявляется к единству и точности измерений при соблюдении установленных параметров среды. В процессе каждого испытания выполняются три последовательные операции: проверка и установка технических средств, наблюдение за их показаниями и отсчет, вычисление определяемых показателей из результатов измерений и оценка их погрешностей.
Единство измеренийозначает, что результаты выражаются в Международной системе единиц (СИ), а погрешности измерений известны с заданной вероятностью Единство измерений необходимо для сопоставления показателей качества аналогичных материалов, полученных в разных местах с помощью различных технических средств.
Точность измерений определяет качество конкретного измерения и отражает степень приближения полученных результатов к истинному значению измеренного показателя. Принято различать истинные и действительные значения показателей качества материалов.
Истинное значениепоказателяxидеальным образом характеризует то или иное свойство материала. Однако при измерениях истинное значение остается неизвестным из-за того, что невозможно произвести абсолютно точный отсчет.
Действительное значение показателяxi– это величина, определяемая в практике лабораторных работ экспериментальным путем с допустимой по техническим требованиям погрешностью (ошибкой) измерения.Погрешностью измеренияназывается отклонение действительного значения показателя от его истинной величины:.
Систематической называется погрешность, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях показателя и возникает по вполне известным причинам (например, смещение шкалы прибора). Она определяется многократными измерениями образцовой мерыxi и вычисляется по формуле
,
где - размер образцовой меры.
Систематическую погрешность можно устранить введение в результат поправки, равной величине с обратным знаком.
Случайнойназывают такую погрешность, в появлении которой не наблюдается закономерной связи с предыдущими или последующими ошибками. Она вызывается множеством случайных причин, влияние которых на каждое измерение не может быть заранее учтено, а их суммарное действие приводит к разбросу измеренных значений показателя какого-либо свойства. К таким причинам относятся, например, неоднородность структуры материала, нарушения при отборе проб, погрешность показаний прибора. В практике в основном случайная величина характеризуется ее средним арифметическим значением, вычисляемым по формуле
,
где n– число измерений.
Если числовые показатели свойства материала в выборке наблюдались определенное число раз (частота появления признака при испытании), сумма которых, то среднее арифметическое значений определяют по формуле
,
где - частота появления числового показателя свойства материала.
Однако наиболее важные для практики выводы не могут быть сделаны по среднему значению измеренной величины. Если ряд числовых показателей, полученных при испытании какого-либо свойства материала из двух разных партий, представить на графике в виде кривых распределения (рис. 1.1), то их средние арифметические значения будут равны:
.
Однако разброс результатов испытания в первой партии меньше и их однородность выше, чем во второй. Поэтому возникает необходимость детального изучения закона случайного распределения (рассеивания) измеренного показателя и его оценки путем использования математического аппарата теории вероятностей. В практике лабораторных испытаний строительных материалов распределение числовых показателей какого-либо свойства в большинстве случаев приближается к нормальному. При этом образуется симметричная кривая (рис. 1.1). Это означает равную вероятность появления как больших, так и меньших числовых значений этого показателя относительно среднего арифметического.
Рис. 1.1. Кривые нормальных распределений показателя x
в IиIIпартиях материала
Для характеристики степени рассеивания показателя в выборке определяют его среднее квадратическое (стандартное) отклонение
при числе испытаний n>30. Для оценки относительной изменчивости свойств вычисляют коэффициент вариации, стандартное отклонение среднего арифметическогои показатель точности измерения:
;;.
Когда указывается среднее числовое значение случайной погрешности измерения или показателя какого-либо свойства, то оно всегда дается с определенной надежностью (мерой доверия). Надежность результата в серии измерений характеризуется доверительной вероятностью , которая показывает, что истинное значение измеряемой величиныxпопадает в данный доверительный интервал. При относительно небольшом числе испытаний его вычисляют по формуле
,
где - коэффициент нормированных отклонений (приложение 3).
Надежность находится в пределах от 0 (невозможность получения определенного отсчета или результата) до 1 (достоверный результат). Следовательно, в отдельных измерениях показатель может быть больше или меньше среднего значения.
Расчет статистических характеристик может быть выполнен с использованием программируемых микрокалькуляторов «Электроника» МК-61 и МК-52 (далее ПМК) по программе, приведенной в приложении 10.