Министерство образования РФ

Камский государственный

политехнический институт

Физико – механические свойства

материалов

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине « Технология производства строительных материалов» для студентов дневного и заочного отделения специальностей 2903(ПГС) и 2915(ЭиУН).

г .Наб. Челны

2003г

Физико – механические свойства материалов: Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Материаловедение. Технология строительного производства» для студентов дневного и заочного отделений специальностей 2903(ПГС) и 915(ЭиУН)./ Составители: Антонов В. Г., Крутова В. Н. Набережные Челны: КамПИ,2003,11с.

Целью лабораторной работы является ознакомление студентов с основными методами проверки качества строительных материалов.

Рецензент В. А. Чернов

Печатается по решению редакционно-издательского совета камского государственного политехнического института от…………….2003 года

Камский государственный политехнический институт, 2003

Для оценки физико-механических свойств строительных материалов их образцы подвергают различным лабораторным испытаниям.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ

Истинной плотностью называют массу единицы объёма материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот. Величина плотности получается путём деления массы материала на его “абсолютный” объём/объём в абсолютно плотном состоянии/. Истинную плотность материала определяют по формуле

где m – масса материала, г;

V – объём материала, см.

Пористые материалы для определения “абсолютного” объёма дробят, превращают в тонкий порошок и высушивают при температуре (110±5)⁰С до постоянной массы. Полученный порошок просеивают через сито с сеткой №02. Истинная плотность может быть определена при помощи пикнометра или объемомера Ле-Шателье.

I.I. Определение плотности с помощью пикнометра.

Чистый сухой пикнометр /рис.I.I./ емкостью 100 см³ взвешивают с точностью до 0,01 г, всыпают в него подготовленный для испытания порошок слоем около 1 см и пикнометр вторично взвешивают. В пикнометр наливают дистиллированную воду не более, чем на половину объёма, затем кипятят в течение15-20 мин в песчаной или водяной бане. В охлажденный до 18-20⁰С пикнометр доливают дистиллированную воду до метки, имеющейся на горловине прибора. Пикнометр взвешивают, затем содержимое его выливают, и после промывки вновь заполняют до метки дистиллированной водой. Пикнометр вторично взвешивают. Плотность с точность до 0,01 г/см³ определяют по формуле

где m₁ - масса пикнометра, г;

m₂ – масса пикнометра с порошком, г;

m₃ – масса пикнометра с водой, г;

m₄ – масса пикнометра с водой и порошком, г.

Для большей точности рекомендуется произвести не менее трёх определений и подсчитать среднее значение истинной плотности.

I.2. Определение истиной плотности с помощью объёмомера Ле-Шателье

Рис. 1.2. Объемомер Ле-Шателье, подготовленный для определения плотности материала: 1-штатив, 2-воронка, 3-термометр, 4-объемомер, 5-сосуд с водой.

При определениях, требующих высокой точности, прибор устанавливают в сосуд с водой при температуре 20⁰С. Объёмомер заливают до нижней нулевой риски жидкостью, инертной к данному материалу. Горловину прибора тщательно высушивают бумагой. Для испытания берут навеску порошка 60-90 г. навеску взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г. После чего постепенно всыпают в объёмомер /рис.I.2./. Всыпать порошок следует небольшими порциями, чтобы не произошло образование пробок. Всыпание порошка прекращают после того, как уровень жидкости поднимается до черты с объёмом 20 см³ или несколько выше, в пределах градуированной части. Оставшуюся часть порошка взвешивают и по разности масс определяют массу порошка, всыпанного в объёмомер. Вычисление истинной плотности производится по формуле

где m₁ – масса порошка с чашкой, в которой он взвешивается, г;

m₂ – масса остатка порошка с чашкой, г;

V – объём жидкости, вытесненной всыпанным порошком, см³.

Для большей точности рекомендуется провести не менее трёх определений и за окончательный результат принять среднее арифметическое значение плотности.

I.3. Определение средней плотности

Средней плотностью называют отношение массы материала к его объёму в естественном состоянии /вместе с порами и пустотами/. Среднюю плотность определяют по формуле (г/см³, кг/м³):

где m – масса образца, г (кг);

V – объём образца с порами, см³ (м³), или естественный объём.

Для вычисления средней плотности материала определяют массу образца и его объём в естественном состоянии. Одно и то же весовое количество материала в естественном состоянии занимает больший объём, чем в плотном. Поэтому средняя плотность каменных материалов всегда меньше истинной плотности. В практике определения средней плотности материала могут встретиться два случая.

Образец материала имеет правильную форму.

Образец материала имеет неправильную форму.

Образцы правильной геометрической формы должны иметь наименьшее измерение не менее 7 см, если материал пористый, и не менее 5 см, если плотный.

I.4. Определение средней плотности образцов правильной формы

Образец взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г /если вес образца менее 500 г/.перед взвешиванием образец должен быть высушен до постоянной массы. Для определения объёма образец измеряют с помощью штангенциркуля с точностью до 0,1 мм. Если измеряемый образец имеет форму куба или параллелепипеда, то каждую грань измеряют в трех местах. За окончательный размер каждой грани принимают среднее арифметическое трех измерений. Объем образца получают перемножением средних размеров трех граней. Среднюю плотность вычисляют по формуле (г/см³, кг/м³):

где m – масса сухого образца, г (кг);

V – объем образца, см³ (м³).

Для большей точности выполняют несколько определений и за окончательный результат принимают среднее значение из этих определений.

I.5. Определение средней плотности образцов неправильной формы

При работе с образцами неправильной формы наиболее сложно определить их объем. Определение производят методом, основанным на вытеснении образцом из сосуда жидкости, в которую его погружают.

Точность такого определения в значительной степени зависит от пористости материала, так как образец, погружаемый в воду, не только вытесняет, но и частично поглощает ее. Поэтому перед определением объема образец либо насыщают водой, либо его поверхность покрывают водонепроницаемым слоем парафина, так как процесс насыщения образца очень продолжителен.

Опыт выполняют следующим образом. На поверхность предварительно высушенного и взвешенного образца /с точностью до 0,1 г/ небольшой кистью наносят тонкий слой расплавленного парафина. Охлажденный образец снова взвешивают вместе с парафином. Объем парафина на образце вычислят по формуле (см³):

где m – масса образца без парафина, г;

m₁ – масса образца с парафином, г;

0.93 – плотность парафина, г/см³.

Среднюю плотность материала вычисляют по формуле (г/см³, кг/м³):

где m – масса образца до опыта, г;

V₁ - объем образца с парафином, см³;

V_п - объем парафина, см³.

Объем образца с парафином определяют следующим образом: наливают в мензурку воду до определенной метки, спускают в нее образец, отмечают уровень поднявшейся воды, по разности уровней определяют объем образца. Используется также для определения плотности образцов метод гидростатического взвешивания.

II. ПЛОТНОСТЬ И ПОРИСТОСТЬ МАТЕРИАЛА

Плотностью материала называют степень заполнения объема веществом. Плотность определяют по отношению средней плотности к истинной и выражают относительной величиной или в процентах:

где ρ₀ – средняя плотность, г/см³;

ρ – истинная плотность, г/см³.

Пористостью материала называют степень заполнения объема материала порами, следовательно, пористость может быть определена разностью между единицей и величиной плотности:

III. ИСТИРАЕМОСТЬ

Истираемостью называют способность материала изменяться в массе и объеме под действием истирающих усилий. На истираемость испытывают такие материалы, которые идут для устройства тротуарных плит, лестничных ступеней, полов и др. испытания проводят на круге истирания. Основной частью этого прибора является чугунный круг, который приводится во вращение с помощью электродвигателя. Образец закладывают в держатель круга истирания и плотно прижимают к поверхности круга специальным грузом из расчета 6Н на 1 см² площади истирания. Принято, что образцы из большинства материалов должны пройти 500 м пути. В качестве истирающего материала применяют нормальный кварцевый песок из расчета 20 г/мин. Для равномерного истирания через 500 м пути образец повертывают на 90⁰ и под него подсыпают новую порцию истирающего материала. Ране подсыпанный материал с круга убирают. Истираемость материала характеризуют потерей массы, отнесенной к единице площади образца. Истираемость подсчитывают по формуле (г/см²):

где m – масса образца до истирания, г;

m₁ – масса образца после истирания, г;

S – площадь истирания, см².

Библиографический список

1. А.Н.Попов. Лабораторные испытания строительных материалов и изделий: Учебное пособие. М.: Высшая школа. 1984. 168 с.

2. Г.И.Горчаков. Строительные материалы. Учебник для студентов. М.: Высшая школа. 1981.412с.

3.В.Г.Микульский, В.Н. Куприянов, Г.П. Сахаров и др. Строительные материалы: Учебник (Под общей ред. В.Г. Микульского). М.: Изд-во АСВ, 2000.- 536 с.

10