Главная              Рефераты - Разное

Учебное пособие: Методические указания к лабораторным работам основные свойства строительных материалов

Министерство образования и науки Российской Федерации

ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерный факультет

Кафедра «Строительные технологии и конструкции»

Методические указания к лабораторным работам

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

(плотность, пустотность, пористость, водопоглощение, влажность, прочность, размягчение, морозостойкость).

по курсу «Материаловедение (строительные материалы)»

для специальностей:

«Промышленное и гражданское строительство» (290300)

«Экономика и управление на предприятии строительства» (060800)

Ханты-Мансийск

2004

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

1.

Общие положения………………………………………………………

4

1.2.

Структура лабораторной работы………………………………………

4

2.

Общая классификация основных свойств…………………………….

5

3.

Лабораторная работа №1

Определение истинной и средней плотности………………………...

6

3.1.

Теоретическая часть…………………………………………………….

6

3.2.

Определение истинной плотности кирпича……………………………………

7

3.3.

Определение средней плотности материалов…………………….…..

9

3.3.1.

Образец материала правильной формы……………………………….

9

3.3.2.

Образец неправильной формы…………………………………….…...

10

4.

Лабораторная работа №2……………………………………………….

12

4.1.

Определение насыпной плотности материалов………………………

12

4.2.

Пустотность……………………………………………………………..

13

4.2.1.

Теоретическая часть…………………………………………………….

13

4.2.2.

Определение пустотности сыпучих материалов……………………..

14

5.

Лабораторная работа №3

Пористость и водопоглощение строительных материалов…………..

15

5.1.

Теоретическая часть…………………………………………………….

15

6.

Лабораторная работа №4

Определение влажности строительных материалов………………….

18

6.1.

Теоретическая часть…………………………………………………….

18

7.

Лабораторная работа №5

Прочность строительных материалов…………………………………

20

7.1.

Теоретическая часть…………………………………………………….

20

7.2.

ЧАСТЬ 1. Определение прочности при сжатии и коэффициента конструктивного качества………………………………………….….

23

7.3.

ЧАСТЬ 2. Определение коэффициента размягчения…………….…..

25

7.3.1.

Теоретическая часть…………………………………………………….

25

7.4.

ЧАСТЬ 3. Определение предела прочности при изгибе……………...

26

8.

Лабораторная работа № 6

Морозостойкость………………………………………………………..

27

8.1.

Определение марки по морозостойкости……………………………...

28

8.1.1.

Теоретическая часть…………………………………………………….

28

9.

Контрольные вопросы…………………………………………………..

31

10.

Список литературы……………………………………………………..

33

Цель настоящей работы – приобретение студентами навыков работы с лабораторным оборудованием, освоение ими современных методов определения основных свойств строительных материалов и умение оценить правильность полученных результатов.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, изучившие содержание работы по соответствующим методическим указаниям и представившие конспект отчета по работе с необходимыми лабораторными журналами. Конспект отчета составляется в соответствии со структурой лабораторной работы.

1.1. Структура лабораторной работы

1.1.1. Наименование темы лабораторной работы. Оно должно выполняться четко и выделяться из основного текста.

1.1.2. Цель лабораторной работы – это наименование определяемого свойства; метод, используемый в работе; оценка правильности полученных результатов.

1.1.3. Теоретическая часть. Приводятся основные определения изучаемых в данной работе свойств строительных материалов, вывод расчетных формул, единицы размерности определяемых констант.

1.1.4. Материалы и оборудование, реактивы.

1.1.5. Методика выполнения работы.

Излагается ход работы в достаточно краткой форме с указанием последовательности выполнения операций.

1.1.6. Лабораторный журнал.

В него вносятся все опытные данные и полученные на их основании расчетные величины. Лабораторный журнал составляется таким образом, чтобы можно было осуществлять табличный метод расчета.

1.1.7. Расчетная часть.

Расчетная часть присутствует в том случае, когда необходимо провести вспомогательные расчеты-пояснения, не вошедшие в лабораторный журнал.

1.1.8.Заключение.

Делается вывод о правильности полученных результатов путем сравнения их со стандартными значениями определяемых в лабораторной работе констант, приведенных в специальной литературе или указанных в ГОСТе.

ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ:

– физические свойства (плотность, пористость, водопоглащение, влажность, теплопроводность, морозостойкость и др.);

– механические свойства (прочность, твердость, истираемость, сопротивление удару и др.);

– деформативные свойства (пластичность, упругость, ползучесть и др.);

– химические свойства (щелочеустойчивость, кислотостойкость, биостойкость и др.);

– технологические свойства (свариваемость, гвоздимость, пластичность, спекаемость и др.).

Лабораторная работа № 1

Определение истинной и средней плотности

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Плотность – это масса материала в единице объема.

В зависимости от степени уплотнения частиц материала различают:

Истинную плотность , когда в единице объема масса материала находится в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот)

rи = , г/см3 , где

rи – истинная плотность, г/см3 ;

m – масса материала в абсолютно уплотненном состоянии, г;

Vа =V–Vп

Vа – объем материала в абсолютно плотном состоянии;

V – объем материала в естественном состоянии;

Vп – объем пор, заключенных в материале.

Среднюю плотность , или просто плотность, когда масса материала в единице объема находится в естественном состоянии (с порами и пустотами)

rо = , г/см3 , где

rо – средняя плотность, г/см3 ;

mо – масса материала в естественном состоянии, г.

Насыпную плотность, когда масса материала в единице объема находится в насыпном состоянии (в насыпной объем включены межзерновые пустоты);

rн = , г/см3 , где

rн – насыпная плотность, г/см3 ;

mн – насыпная масса материала, г;

Vн – насыпной объем, см3 .

Насыпную плотность определяют как в рыхлонасыпном состоянии, так и в уплотненном. В первом случае материал засыпается в сосуд с определенной высоты, во втором – уплотняется на виброплощадке (30-60 сек). Из вышеизложенного следует, что в единице объема для данного материала

m > mо > mн и rи > rо > rн

Относительная плотность – это безразмерная величина, равная отношению средней плотности материала к плотности воды при 4°С, равной – 1 г/см3

d= , где

d – относительная плотность;

rо – средняя плотность, г/см3 ;

rв – плотность воды при 4°С, 1 г/см3 .

Эта величина учитывается в некоторых эмпирических формулах.

Цель работы: ознакомиться с сущностью понятий «плотность» истинная и средняя и методами их определения для образцов правильной и неправильной геометрической формы. Научится оценивать правильность полученных результатов.

1. Определение истинной плотности кирпича

Материалы: навеска размолотого в порошок керамического кирпича массой около 70 г, дистиллированная вода.

Приборы и приспособления: весы лабораторные технические, стандартный объемомер (колба Ле Шателье), стеклянная палочка, стеклянные (фарфоровые) стаканы вместимостью 100 и 500 см3 ; сухая салфетка.

Ход работы

1. Пробу тонкоразмолотого кирпича (размер частиц должен быть менее размера пор в кирпиче) массой около 70 г поместить в стаканчик и взвесить на технических весах с погрешностью не более 0,05 г.

2. В объемомер (рис. 1.1) налить воду до нижней риски, нане­сенной до расширения на горле колбы. Горло объемомера подсушить фильтровальной бумагой (или тряпочкой). Затем порошок кирпича из взвешенного стакана осторожно с помощью стеклянной палочки пересыпать в объемомер до тех пор, пока уровень воды не поднимется до верхней метки (потери порошка недопустимы). Объем засыпанного порошка Vп равен объему между верхней и нижней метками объемомера (20 или 10 см3 ) и указан на объемомере.

3. Массу порошка кирпича (г), засыпанного в объемомер, определить, взвешиванием остатка порошка в стакане m2 и вычислить ее как разность масс (m1 –m2 )

Истинную плотность (г/см3 ) рассчитать по формуле

ρ=(m1 –m2 )/Vп


Рис 1.1. Объемомер Ле Шателье

1 – объемомер; 2 – сосуд с водой; 3 – термометр.

Все результаты занести в лабораторный журнал.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

опыта

масса пробы

порошка

m1 , г

объем порошка

Vа , см3

масса

остатка

порошка

m2 , г

масса порошка

в объемомере

m=m1 -m2 , г

Истинная плотность

rи =

г/см3

кг/м3

ВЫВОД.

2. Определение средней плотности материалов

2.1. Образец материала правильной формы

Материалы: бетонный (или растворный) образец-куб; куб из дерева с 1 ребром 4...5 см; образец пенопласта в форме параллелепипеда массой 10...30 г.

Приборы и приспособления: весы лабораторные технические, ли­нейки измерительные, штангенциркуль.

Ход работы

1. Об­разцы-кубы бетона (раствора), дерева и пенопласта измерить линейкой с погрешностью 1 мм или штангенциркулем с погрешностью 0,1 мм. Каждую грань образца кубической или близкой к ней формы измеряют в трех местах (а1 , а2 , а3 , b1 , b2 , b3 , h1 , h2 , h3 ) по ширине и высоте, как показано на рис. 1.2.а, и за окончатель­ный результат принимают среднее арифметическое трех измере­ний каждой грани. На каждой из параллельных плоскостей образца цилиндрической формы проводят два взаимно перпен­дикулярных диаметра (d1 , d2 , d3 , d4 ), затем измеряют их; кроме этого, измеряют диаметры средней части цилиндра (ds , db ) в се­редине его высоты (рис. 1.2., б ). За окончательный результат принимают среднее арифметическое шести измерений диаметра.

Высоту цилиндра определяют в четырех местах (h1 , h2 , h3 , h4 ) и за окончательный результат принимают среднее арифметическое четырех измерений.

Образцы любой формы со стороной размером до 100 мм из­меряют с точностью до 0,1 мм, размером 100 мм и более – с точ­ностью до 1 мм.

2. Определить массу m бетона, раствора, дерева и пенопласта. Образцы массой менее 500 г взвешивают с точ­ностью до 0,01 г, а массой 500 г и более с точностью до 1 г.

Полученные данные занести в лабораторный журнал.


Рис. 1.2. Схема измерения объема образца

а кубической формы; б – цилиндрической формы

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

опыта

материал

образца

масса

образца

mо , г

размеры образца, см

объем

образца

V, см3

Истинная

плотность

rо =

ширина

b

длина

l

высота

h

диа-

метр

D

г/см3

кг/м3

ВЫВОД.

2.2. Образец неправильной формы

Материалы: кусок кирпича неправильной формы массой 50...70 г; расплавленный парафин, плотностью rп =0,93 г/см3 .

Приборы и приспособления: весы лабораторные технические с приспособлением для гидростатического взвешивания, кисточка.

Ход работы

1. взвесить образец – m, г;

2. с помощью кисточки покрыть образец парафином для сохранения в его объеме открытых пор;

3. взвесить покрытый парафином образец, предварительно охладив его до комнатной температуры – m1 , г;

4. провести гидростатическое взвешивание покрытого парафином образца m2 , г (рис. 1.3.).

Взвешивание провести с точностью до 0,01 г.

Опыт повторить трижды.


Все результаты занести в лабораторный журнал.

Рис. 1.3. Взвешивание образца на гидростатических весах

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

опыта

масса образца, г

объем

парафина

Vп = , см3

объем

образца

Vп = , см3

плотность

образца

rо =

mо

m1

m2

г/см3

кг/м3

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Конечный результат подсчитать как среднее арифметическое трех опытов.

Определение объема образца методом гидростатического взвешивания производится на основании закона Архимеда: «На погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме этого тела».

Значит масса образца, взвешенного в воде, будет легче массы образца, взвешенного на воздухе, на выталкивающую силу

А=(m1–m2)g, Н

где

А – сила Архимеда;

g – ускорение свободного падения, м/сек2 .

Vо.п. *rв = m1–m2 Þ Vо.п. = , но Vо.п. =V+Vп Þ

Þ V= Vо.п. – Vп =

ВЫВОД.

Лабораторная работа №2

1. Определение насыпной плотности материалов

Материалы: кварцевый песок.

Приборы и приспособления: весы лабораторные технические, стандартная воронка, линейка, мерный цилиндр емкостью 1 л.

Ход работы

1. взвесить мерный цилиндр – m1 г;

2. в стандартную воронку, установленную на поддон, засыпать песок при закрытом затворе (рис. 1.4.);

3. одним приемом, открыв затвор, заполнить песком мерный цилиндр до образования конуса над его краями;

4. удалить избыток песка, проводя линейкой по верхней части образующей цилиндра;

5. взвесить мерный цилиндр, заполненный песком – m2 г.

Взвешивание произвести с точностью до 1 г.

Опыт повторить трижды.


Рис. 1.4. Стандартная воронка

1 – корпус; 2 – трубка; 3 – задвижка; 4 – мерный цилиндр

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

опыта

материал

мерный цилиндр

масса

цилиндра

с песком,

m2 ,

г

масса песка,

г

m=m2 -m1

насыпная

плотность

rн =

объем,

см3

V=Vн

масса

m1 ,

г

г/см3

кг/м3

За окончательный результат принять среднее значение 3-х опытов.

ВЫВОД.

2. Пустотность

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Пустотность – это доля межзерновых пустот в насыпном объеме материала.

Расчетная формула:

, где

Пу – пустотность, доли или %;

Vпуст – объем пустот в насыпном объеме материала, см3 ;

V – объем материала, см3 .

Пустотность выражается и в %:

Пустотность – важнейшая характеристика правильности подбора зернового состава заполнителей для бетона, от которых зависит расход вяжущего (цемента, битума и др.). На практике пустотность лежит в пределах 26,5…47,6%.

2.1. Определение пустотности сыпучих материалов

Цель работы: определить пустотность песка и щебня. Установить зависимость пустотности от величины зерен сыпучего материала. Оценить правильность полученных результатов.

Материалы: кварцевый песок, фракция (0,63 – 0,315) – 2 л; щебень гранитный, фракция (10-5) – 10 л.

Приборы и приспособления: мерные цилиндры емкостью 1 л и 5 л; стандартная воронка; линейка; торговые весы; поддон.

Ход работы

1. определить насыпную плотность песка в соответствии с предыдущей частью работы;

2. взвесить пустой цилиндр, емкостью 5 л – m1 , г;

3. засыпать щебень в цилиндр совком с высоты 10 см до образования конуса над краями, поставив его предварительно на поддон;

4. излишек щебня срезать линейкой вровень с краями;

5. взвесить цилиндр, заполненный щебнем – m2 , г.

Взвешивать с точностью до 1 г. Среднюю плотность кварцевого песка и гранитного щебня взять из табл.1 приложения.

Определение повторить трижды.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

опыта

материал

масса

цилиндра,

г

объем

цилин-дра,

см3

V=Vн

масса

материала,

г

m=m2 -m1

насыпная

плотность,

г/см3

средняя

плотность

(табл.

знач.),

г/см3

rо

пустотность

пустого

m1

с ма-

териа-

лом

m2

1

2

3

песок

кварц

1000

1

2

3

ще-

бень

5000

За окончательный результат принять среднее значение пустотности их трех определений.

ВЫВОД.

Лабораторная работа №3

Пористость и водопоглащение строительных материалов

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Пористость и водопоглащение материалов тесно связаны друг с другом. С увеличением пористости увеличивается и водопоглощение. Поэтому эти свойства удобно рассматривать параллельно.

Пористость – это доля заполнения материала порами.

Общая пористость (или просто пористость):

,

где Vпор – объем пор в материале.

Пористость выражается и в процентах:

От величины пористости и ее характера зависят важнейшие характеристики материала: плотность, прочность, теплопроводность, долговечность и др.

Пористость в материале характеризуется как открытыми, так и закрытыми порами.

Открытые поры увеличивают водопоглащение и водопроницаемость материала и ухудшают его морозостойкость.

Увеличение закрытой пористости за счет открытой увеличивает долговечность материала, снижает его теплопроводность.

Водопоглощение – свойство материала поглощать и удерживать воду.

Количественные характеристики этого свойства:

Массовое водопоглощение – это отношение массы поглощенной материалом воды при определенных ГОСТом условиях к массе сухого материала в %:

Объемное водопоглощение – это отношение массы поглощенной материалом воды при определенных ГОСТом условиях к объему материала в сухом состоянии в %:

, где

bm – массовое водопоглощение;

bV – объемное водопоглощение;

mн – масса материала насыщенного водой при стандартных условиях, г;

m – масса воздушно-сухого материала, г;

V – объем воздушно-сухого материала, см3 .

Соотношение между массовым и объемным водопоглощением:

Þ bV =k·bm

Объемное водопоглощение численно равно открытой пористости:

Определив водопоглощение по объему и пористость материала, можно легко вычислить закрытую пористость:

Пзакр =(П–Поткр )%

Коэффициент насыщения пор водой – отношение водопоглощения по объему к пористости:

Он изменяется от 0 (все поры в материале замкнуты) до 1 (все поры открыты).

Чем больше Кн , тем выше доля открытых пор относительно замкнутых.

Цель работы: определение пористости, водопоглощения и коэффициента насыщения пор водой на примере керамического кирпича. Оценка правильности полученных результатов.

Материалы: керамические кирпичи.

Приборы и приспособления: весы лабораторные технические, штангенциркуль, линейка, ванна с водой.

Ход работы

1. высушить кирпичи (3 шт) до постоянной массы при температуре 105-110°С (разность результатов 2-х последовательных взвешиваний не более 0,2%). Взвешивание произвести после полного остывания кирпичей – m, г;

2. измерить геометрические размеры кирпичей с точностью до 0,1 мм;

3. произвести насыщение кирпичей водой при температуре воды 15-20°С, в течение 48 часов, при уровне воды на 2-10 см выше верха края кирпичей;

4. обтерев кирпичи влажной тканью, немедленно взвесить их – mн , г.

Взвешивать с точностью до 1 г.

Значение истинной плотности керамического кирпича взять из работы №1.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ЖУРНАЛЫ

ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ

образца

масса кирпича,

г

геометрические

размеры кирпича,

см

объем

кирпича,

см3

V=l·b·h

водопоглощение

массовое

объемное

сухого

m

насыщен-

ного водой

mн

длина

l

ширина

b

высота

h

ПОРИСТОСТЬ

опыта

плотность

кирпича

пористость

коэф. насыщения

пор водой

общая

открытая

закрытая

Пзакооткр , %

истинная

rи ,

г/см3

средняя

rо , г/см3

За конечный результат принять среднее значение из 3-х определений.

ВЫВОД.

Лабораторная работа №4

Определение влажности строительных материалов

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Влажность – есть отношение массы воды, содержащейся в данный момент в материале, к его массе в сухом состоянии, в %.

Расчетная формула:

, где7

mвл – масса влажного материала, г;

m – масса сухого материала, г.

Цель работы: определение влажности песка. Оценка правильности полученного результата.

Материалы: кварцевый песок.

Приборы и приспособления: бюксы, сушильный шкаф, эксикатор, технические весы.

Ход работы

1. взвесить бюкс – m1 , г;

2. взвесить бюкс с влажным песком – m2 , г;

3. поместить бюкс с песком в сушильный шкаф, время сушки зависит от массы навески материала;

4. охладить бюкс с песком в эксикаторе и взвесить – m3 , г;

5. сушку производить до постоянного веса.

За конечный результат принять среднее арифметическое из 3-х параллельных определений, при условии, что относительное отклонение отдельного результата от среднего значения не превышает 5%.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ЖУРНАЛ

опыта

масса бюкса,

г

масса бюкса

с сухими песком, г

влажность

пустого

m1

с влажным

песком

m2

1

2

3

среднее

значение

влажности

Подсчет отклонения отдельного результата от среднего значения.

Расчетная часть:

п/п

влажность

Отклонения отдельного результата

Wi ,%

Wср ,%

абсолютное

DW=Wср -Wi , %

относительное

1

2

3


ВЫВОД.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите свойства материалов, характеризующие особенности физического состояния строительных материалов.

2. Сравните массовое и объемное водопоглощение для испытуемых материалов. Какая величина – или больше для сравниваемых материалов? Ответ мотивируйте.

3. Как связана прочность материала с водопоглощением, с пористостью?

4. Если в материале снизить водопоглощение, то как это скажется на средней плотности материала, на истинной плотности, на коэффициенте теплопроводности?

5. Как измениться коэффициент теплопроводности, если морозостойкость материала увеличилась?

6. Назовите величину средней и истинной плотности для бетона, для керамического кирпича, для древесины и для любого полимерного материала.

7. От чего могут разрушаться материалы наружных конструкций зданий и сооружений в зимний период?

8. От каких параметров зависит морозостойкость конструкционных материалов?

9. Как связана величина теплопроводности с пористостью в строительных материалах?

10. В бетоне путем определенных операций уменьшена средняя плотность. Как это скажется на прочности материала и его долговечности?

11. Приведите примеры материалов, характеризующихся высокой огнестойкостью, огнеупорностью.

12. Какова размерность коэффициента теплопроводности, морозо-стойкости?

13. Перечислите показатели, определяющие механические свойства материалов.

14. Какие виды прочности характеризуют бетон, древесину? В каких единицах измеряется прочность?

15. Приведите примеры материалов, у которых высокие деформативные свойства. Какими параметрами оцениваются деформативные свойства материалов?

16. Что такое истираемость? Приведите примеры материалов с высокой и низкой истираемостью.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1.

Истинная и средняя плотности некоторых строительных материалов

Материал

Истинная плотность, кг/м3

Средняя плотность, кг/м3

Гранит

Известняки:

тяжелый

ракушечники

Туф вулканический

Кирпич керамический:

обыкновенный

пустотелый

пористый

Древесина сосны

Песок

Пенопласты

Стекло

Сталь строительная

Глина

Цемент

Бетон:

особотяжелый

тяжелый

облегченный

легкий

особолегкий

Гипс и гипсовые изделия

Кирпич:

силикатный

шлаковый

трепельный

Минеральная вата

Пенобетон и газобетон

Пеносиликат

Пеностекло

Растворы:

известковые

известково-цементные

цементные

Туфы

Шлакобетон

Шлак:

гранулированный

топливный

Фибролит:

магнезиальный

цементный

2800 - 2900

2600

2700

2400 - 2600

2600 - 2800

2600 - 2800

2600 - 2800

2600 - 2800

1550-1600

2600 - 2700

1300-1400

2400 - 2600

7800 - 7850

2500-2700

3100

2800

2600

2600

2600

2600

2700

2600

2600

2700

2800

2800

2800

2600

2800

2800

2700

2800

2600

3300

2700

-

-

2600 - 2700

1600-2100

1100-1600

2100-2400

900 - 2100

1600-1900

1300-1450

700-1400

500 - 600

1400 - 1600

20-50

2400 - 2600

7800 - 7850

1600-1800

1100-1350

2600

2200-2600

1800-2200

500-1800

£500

700-1300

1800-2000

1200-1500

500-700

100-150

400-1000

400-1000

300-500

1500-1600

1600-1700

1700-1800

600-1400

1400-1800

500-900

800-1200

250-550

300-600

Таблица 2.

Пористость и водопоглощение керамического кирпича

Вид керамического

кирпича

Средняя плотность,

кг/м3

Пористость, %

Водопоглощение, %

Обыкновенный

Условно эффективный

Эффективный

1600 – 1900

1400 – 1600

600 - 1400

26 – 38

38 – 46

46 - 76