7. Вопросы для самоподготовки

1. Общие сведения о металлах и металлических сплавах, их свойствах.

2. Углеродистые и легированные стали, их классификация, маркировка, области применения.

3. Конструкционные сплавы на основе цветных металлов, их основные виды и маркировка.

4. Основные свойства машиностроительных материалов.

5. Сущность и методика измерения твердости по методу Бринелля.

6. Сущность и методика измерения твердости по методу Роквелла.

Лабораторная работа № 5 «определение физических свойств строительных материалов»

1. Цель работы: определить истинную, среднюю и насыпную плотность пробы строительного материала, водопоглощение.

2. Задание: изучить физические свойства строительных материалов - истинную, среднюю и насыпную плотность, а также водопоглощение. Уяснить способы определения вышеуказанных свойств и с помощью рекомендуемого оборудования найти их численные значения в лабораторных условиях.

3. Оборудование и материалы: технические весы; весы с приспособлением для гидростатического взвешивания, электрическая плитка, сушильный шкаф; сосуд для кипячения с решетчатой подставкой; эксикатор; пикнометр; сито № 0,2 (размер ячейки в свету 0,2 х 0,2 мм); чугунная или фарфоровая ступка с шестиком, фильтровальная бумага; дистиллированная вода; воронка.

4. Краткие теоретические сведения.

Свойства строительных материалов определяют долговечность строительных конструкций и их качество.

Все многообразие свойств строительных материалов подразделяют на:

физические;

химические;

механические;

технологические;

К физическим свойствам относятся весовые характеристики: материалы, плотность, проницаемость для жидкостей, газов, тепла, радиоактивных излучений и др.

Химические свойства определяют способность материала сопротивляться агрессивному действию кислот, щелочей, растворов солей, вызывающих химические реакции в материале и разрушающие его.

Механические свойства определяются способностью материала сопротив­ляться действию внешней силы; сжимающей, растягивающей, ударной, вдавливающей и других.

Технологические свойства определяют способность материала подвергаться обработке при изготовлении из него строительных изделий и конструкций.

Физические свойства строительных материалов оценивают структуру и строение, которые в свою очередь определяют эксплуатационные свойства этих материалов.

4.1. Плотность

Плотность является главной характеристикой, во многом определяющей все механические свойства стройматериалов (прочность, твердость и т.д.).

Истинная плотность – физическая величина, за которую принимают массу единицы объема абсолютно плотного материала:

m

P = --------- , (5.1)

V

где m – масса материала, кг, г; V – объем материала в плотном состоянии, м³, см³.

Значения истинной плотности некоторых строительных материалов приведены в табл. 5.1.

Для измерения плотности применяют приборы, с помощью которых определяют массу и объем материала: плотномеры, пикнометры, ареометры, гидростатические весы, мерные емкости (когда не требуется большая точность).

Объем твердого тела чаще определяют с помощью пикнометра или объемомера Ле-Шателье. Наибольшее распространение нашел пикнометрический метод. Сущность этого метода заключается в измерении объема жидкости, вытесненной пробой испытуемого материала из сосуда с известной вместимостью. В качестве жидкой среды используют дистиллированную воду. Выбор жидкости зависит от вида испытуемого материала, который должен хорошо смачиваться жидкостью и не вступать с ней в химическое взаимодействие.

Таблица 5.1 Истинная плотность строительных материалов

Наименование материала	Истинная плотность, кг/м3	Наименование материала	Истинная плотность, кг/м3
Сталь	7800 – 7900	Кирпич керамический	2500 –2800
Портландцемент	2900 – 3100	Стекло	2500 – 3000
Гранит	2700 – 2800	Известняк	2400 – 2600
Песок кварцевый	2600 – 2700	Древесина	1500 – 1600

Сырьевой материал для измерения истинной плотности должен быть высушен до постоянного веса. Чтобы получить исследуемый материал без пор и пустот, его тонко измельчают. Чем выше тонкость помола материала, тем точнее будет определена его истинная плотность.

Средняя плотность – физическая величина, определяемая отношением массы материала ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем пустоты и поры:

m

P_m = ---------, (5.2)

Vо

где m -- масса материала, кг, г; Vо -- объем материала с учетом пустот и пор, м³, см³.

Средняя плотность одного и того же вида материала может быть разной в зависимости от пористости и пустотности. Средняя плотность большинства строительных материалов меньше истинной плотности. Значения средней плотности некоторых строительных материалов приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2 Средняя плотность строительных материалов

Наименование материала	Средняя плотность, кг/м3	Наименование материала	Средняя плотность, кг/м3
Сталь	7800 – 7850	Кирпич керамический	1600 – 1800
Бетон тяжелый	1800 – 2500	Керамзит	300 – 900
Гранит	2600 – 2800	Сосна	500 – 600
Песок	1450 – 1650	Поропласт	20 – 100

Объем пор, их размеры и характер распределения оказывают решающее влияние на ряд свойств строительных материалов: прочность, теплопроводность, морозостойкость, водопроницаемость и др. Несмотря на разнообразие форм и очертаний пор, имеющихся в строительных материалах, их подразделяют на:

закрытые поры (недоступные для проникновения в них жидкости и газа);

открытые поры (сообщающиеся с окружающей средой).

Характер пористости определяет структуру строительных материалов.

При известной массе тела определение средней плотности сводится к измерению его объема, включая объем всех пор. Если образец имеет правильную геометрическую форму, определение его объема сводится к измерению длины, ширины (или диаметра) и высоты образца. За расчетное значение размера принимают среднее арифметическое значение трех измерений. Перед взвешиванием и измерением образцы высушивают до постоянного веса. Для измерения объема образца неправильной формы существуют различные методы и приборы: (волюмометры), принцип работы которых основан на вытеснении испытуемым образцом несмачивающей жидкости, или на гидростатическом взвешивании образца, предварительно насыщенного жидкостью.

Наибольшее распространение получил метод насыщения и гидростатического взвешивания, позволяющий одновременно определить среднюю плотность, открытую пористость и водопоглощение. В качестве пропитывающей жидкости для материалов и изделий из подвергающихся гидратации, обычно используют воду (материалы, взаимодействующие с водой, пропитывают керосином).

Насыпная плотность – отношение массы зернистых и порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая пространства между частицами:

m

P_н = ---------, (5.3)

Vн

где m - масса материала, кг, г; Vн - объем порошкообразного материала с учетом пространства между частицами, м³, см³.

Насыпная плотность – характеристика рыхлых сыпучих материалов. Ее величина зависит от плотности укладки частиц материала, поэтому в стандарте на испытания оговаривается способ укладки материала в мерный сосуд, например, с помощью лотка или воронки, с уплотнением или без уплотнения.

Насыпную плотность строительных материалов необходимо знать для расчета объема сыпучих материалов при их транспортировании, расчета объема бетоно- и растворосмесителей и других целей.

4.2. Водопоглощение.

Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать воду.

Определяют водопоглощение по разности массы образца материала в насыщенном водой и абсолютно сухом состоянии и выражают в % от массы сухого материала или в % от объема образца. Соответственно различают водопоглощение по массе:

m₁ - m

Wm = ------------- 100% (5.4)

m

и по объему:

m₁ - m

Wv = ------------ 100%, (5.5)

Vm

где m и m₁ – массы соответственного сухого и насыщенного водой материала, г; Vm – объем материала, см³ .

Водопоглощение строительных материалов колеблется в широких пределах. Например, водопоглощение по массе гранита 0,5 – 0,7%, тяжелого бетона около 3%, керамического кирпича 8 –20%.

Насыщение строительных материалов водой снижает их прочность увеличивает среднюю плотность и теплопроводность, а у некоторых материалов (древесины) увеличивает объем, снижает стойкость к действию агрессивных сред и т.д.

Количество воды, поглощенной и удерживаемой материалом, зависит от способа насыщения материала, который регламентируется ГОСТом. Для насыщения материала используют следующие способы: выдерживание в воде, выдерживание в воде с предварительным вакуумированием, кипячение.