Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 6, 7

IIBZ

- 1 -

ĆWICZENIE 6,7

MATERIAŁY KAMIENNE

6.1. WPROWADZENIE

Oznaczanie gęstości objętościowej wykonuje się jedną z następujących metod:



metodą bezpośrednią na próbkach regularnych - gdy uwarstwienie, spękanie itp. cechy

strukturalne materiału kamiennego nie stanowią przeszkody w uzyskaniu próbki mającej
kształt prostej bryły geometrycznej (sześcianu, walca itp.);



metodą hydrostatyczną - gdy materiał kamienny nie odpowiada postawionym wcześniej

wymaganiom.

Oznaczanie gęstości (ciężaru właściwego) wykonuje się w zależności od wymaganej

dokładności pomiaru za pomocą:

1. Piknometru.
2. Kolby Le Chateliera.

W tabeli 6.1. podano podstawowe cechy techniczne najczęściej stosowanych w budownictwie
materiałów kamiennych.

Tab. 6.1. Podstawowe cechy techniczne materiałów kamiennych.

Rodzaj skały

Gęstość
pozorna

g/cm

3

Wytrzymał

ość na

ściskanie

MPa

Ścieralność

na tarczy

Böhmego

cm

Porowato

ść

%

Nasiąkliw

ość

wagowa

%

Twardość

wg skali

Mohsa

Granit, sjenit

2,3

2,75 100250 0,060,23 0,11,2 0,10,7 67

Dioryt, gabro

2,7

3,1 120250 0,060,13 0,11,2 0,10,5

-

Bazalt, diabaz

2,6

3,2 130300 0,090,19 0,20,9 0,10,7 68

Porfir, melafir

2,4

2,8 120240 0,070,15 0,21,5 0,10,7

7

Andezyt

2,4

2,9 120240 0,080,22 0,31,5 0,10,6 67

Piaskowiec zbity
(kwarcyt)

2,5

2,75 100300 0,040,12 0,52 0,10,5

7

Piaskowiec

1,8

2,7 10150 0,052,50 0,525 0,215 47

Wapień porowaty

1,7

2,6 2060

-

0,5

35 0,530 23

Wapień zbity

2,6

2,8 40140 0,300,40 0,52 0,32 23

Marmur

1,9

2,8 80150 0,200,40 0,52 0,10,5

3

Dolomit

2,1

2,8 40160 0,201,0 0,55 0,20,8 24

Gnejs

2,65

2,9 160280 0,100,12 0,43 0,10,6

-

Serpentynit

2,6

2,75 140250 0,020,10 0,33 0,10,7

-

6.2. OZNACZANIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ METODĄ HYDROSTATYCZNĄ

Przyrządy.

Do oznaczania gęstości objętościowej metodą hydrostatyczną są niezbędne

następujące przyrządy:

 suszarka pozwalająca utrzymać temperaturę (70 ± 5)°C;

 naczynie próżniowe pozwalające na uzyskanie ciśnienia (2,0 ± 0,7)kPa z możliwością stopniowego

zanurzania zawartych w nim próbek;

 waga o dokładności ważenia co najmniej 0,01% masy, pozwalająca także ważyć próbkę w wodzie;
 zlewka o pojemności 300 ml;
 eksykator ze środkiem osuszającym.

Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 6, 7

IIBZ

- 2 -

Z

każdego elementu, bloku lub odłamka kamienia przeznaczonego do

badań należy przygotować co najmniej sześć próbek w kształcie sześcianów, walców lub
graniastosłupów. Powinny one być wycięte piłą diamentową lub wycięte z rdzenia. Objętość
próbek obliczona na podstawie pomiarów geometrycznych powinna wynosić co najmniej 60
ml. Dodatkowo stosunek pola powierzchni do objętości powinien być zawarty w granicach od
0,08 mm

-1

do 0,2 mm

-1

. Próbki należy ponumerować w sposób trwały.

Rys. 6.1. Zestaw do oznaczania gęstości objętościowej materiałów kamiennych.

Przebieg oznaczania.

1. Każdą próbkę wysuszyć do stałej masy w temperaturze (70 ± 5)°C i ostudzić w

eksykatorze (m

d

).

2. Włożyć próbki do naczynia próżniowego i stopniowo obniżać ciśnienie do uzyskania

(2,0 ± 0,7)kPa = (15 ± 5)mmHg. Utrzymywać to ciśnienie przez (2 ± 0,2)h w celu
eliminacji powietrza zawartego w porach otwartych próbek.

3. Wprowadzić powoli zdemineralizowaną wodę o temperaturze (20 ± 5)°C do naczynia

(czas całkowitego wprowadzenia, aż do całkowitego zanurzenia próbek, nie powinien
być krótszy niż 15 min). Podczas wprowadzania wody utrzymywać ciśnienie (2,0 ±
0,7)kPa.

4. Następnie przywrócić w naczyniu ciśnienie atmosferyczne i pozostawić próbki pod

wodą przez następne (24 ± 2)h.

5. Każdą próbkę:

 zważyć w wodzie i odnotować masę w wodzie m

h

;

 szybko wytrzeć wilgotną ściereczką i oznaczać masę m

s

próbki nasyconej wodą.

Obliczenie wyniku.

Gęstość objętościowa (kg/m

3

) wyrażona jest przez stosunek masy suchej próbki do jej

objętości, zgodnie ze wzorem:

rh

h

s

d

b

m

m

m











Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 6, 7

IIBZ

- 3 -

gdzie: m

d

- masa próbki wysuszonej do stałej masy, g;

m

s

– masa próbki nasyconej wodą, g;

m

h

– masa próbki w wodzie, g;

ρ

rh

– gęstość wody w badanej temperaturze, g/cm

3

.

7.1. OZNACZANIE GĘSTOŚCI W KOLBIE LE CHATELIERA

Badanie gęstości w kolbie Le Chateliera daje

wystarczającą dokładność pomiaru do celów budowlanych.
Ogólny widok zestawu pomiarowego przedstawiono na rys.
7.1.

Rys. 7.1. Przyrządy do wyznaczania gęstości metodą Le Chateliera.

Przyrządy:

młynek kulowy, moździerz agatowy, moździerz ze stali utwardzonej;
sito o wymiarze boku oczka kwadratowego 0,063 mm;
suszarka szafkowa z urządzeniem do regulowania temperatury;

waga analityczna;
kolba Le Chateliera (rys. 7.2), kalibrowana w temperaturze 20°C;
eksykator próżniowy;

pompka próżniowa wodna lub olejowa;
termostat pozwalający na utrzymanie stałej temperatury 20 1°C.

Materiał kamienny należy rozdrobnić w młynku kulowym lub w moździerzu tak, aby

całość przeszła przez sito o wymiarze boku oczka 0,063 mm. W razie zanieczyszczenia
materiału kamiennego cząstkami żelaza należy je usunąć magnesem. Wysuszyć
sproszkowany materiał do stałej masy w temperaturze (70 ± 5)

o

C i odważyć masę m

e

ok. 50 g

z dokładnością do ± 0,1 g.

Wykonanie oznaczenia.

1. Objętościomierz Le Chateliera napełnić wodą dejonizowaną do poziomu 0.
2. Dodać zważoną sproszkowaną próbkę o masie m

e

do kolby w pięciu porcjach po 10 g

każda. Należy upewnić się, że każda porcja zanurzyła się w cieczy.

Rys. 7.2. Kolba Le Chateliera.

Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 6, 7

IIBZ

- 4 -

3. Po wprowadzeniu wszystkich porcji całość wymieszać w celu dyspersji

sproszkowanej próbki w cieczy.

4. Z podziałki należy odczytać objętość V

s

cieczy wypartej przez masę m

e

sproszkowanej próbki w mililitrach z dokładnością do 0,1 ml. Przed ustaleniem
początkowego poziomu i końcowych odczytów objętości sprawdzić, czy temperatura
otaczającego powietrza wynosi (20 ± 5)

o

C.

Wynik badania.

Gęstość (ciężar właściwy) ρ

r

badanego materiału kamiennego wyraża się jako

stosunek masy sproszkowanej suchej próbki m

e

do objętości cieczy wypartej przez tę masę

m

e

, zgodnie ze wzorem:

rh

s

e

r

V

m









gdzie: m

e

- masa sproszkowanej suchej próbki, wysuszonej do stałej masy, g;

V

s

- objętość próbki wsypanej odpowiadająca objętości wypartej przez

nią cieczy (odczyt na kolbie), cm

3

;

ρ

rh

- gęstość wody w temperaturze badania, g/cm

3

.

Norma nakazuje wykonanie dwóch oznaczeń. Za wynik ostateczny przyjmuje się

średnią arytmetyczną gęstości (ciężarów właściwych) materiału kamiennego obliczoną dla
obu próbek. Dopuszczalna różnica między wynikami dwóch wykonanych oznaczeń wynosi
0,02 g/cm

3

. W razie jej przekroczenia oznaczanie należy powtórzyć.

7.2. OZNACZANIE POROWATOŚCI OTWARTEJ I CAŁKOWITEJ

Do obliczenia szczelności i porowatości wykorzystuje się wcześniej przeprowadzone

oznaczanie gęstości objętościowej i gęstości.

Porowatość otwarta [%] jest wyrażona przez stosunek objętości porów otwartych
do objętości próbki, zgodnie ze wzorem:

p

0

=

100







h

s

d

s

m

m

m

m

gdzie: m

d

- masa próbki wysuszonej do stałej masy, g;

m

s

– masa próbki nasyconej wodą, g;

m

h

– masa próbki w wodzie, g;

Porowatość całkowita [%] można opisać wzorem:

p=

100

1

















r

b





gdzie:

ρ

b

– gęstość objętościowa próbki, g/cm

3

;

ρ

r

– gęstość próbki, g/cm

3

;

Normy przedmiotowe: PN-EN 1936:2010

Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 6, 7

IIBZ

- 5 -

Grupa LP - ………/zespół ………

Data……………

1. …………………………
2. …………………………
3. …………………………
4. …………………………

Ćwiczenie 6

OZNACZANIE GĘSTOŚCI OBJETOŚCIOWEJ MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

METODĄ HYDROSTATYCZNĄ

Masa

próbki

suchej

m

d

Masa

próbki

nasączonej

w

powietrzu

m

s

Masa

próbki

nasączonej

w wodzie

m

h

Objętość

V

Gęstość

objętościowa



b

Próbk

a

g g g cm

3

g/cm

3

1

2

3

4

5

6

Średnia:

Rodzaj badanego materiału: …………………………

Temperatura badania [°C]:

t =

…………..

Gęstość wody w temperaturze badania [g/cm

3

]:



rh

=

…………..

Uwagi końcowe: …………………………………………………………………

Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 6, 7

IIBZ

- 6 -

Grupa LP - ………/zespół ………

Data……………

1. …………………………
2. …………………………
3. …………………………
4. …………………………

Ćwiczenie 7

OZNACZANIE GĘSTOŚCI MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

W KOLBIE LE CHATELIERA

ORAZ ICH POROWATOŚCI

Masa próbki

m

e

Objętość

V

s

Gęstość



r

Próbk

a

g cm

3

g/cm

3

1

2

Średnia:

Rodzaj badanego materiału: …………………………

Temperatura badania [°C]:

t =

…………..

Gęstość wody w temperaturze badania [g/cm

3

]:



rh

=

…………..

Porowatość otwarta [%]

p

0

=

100







h

s

d

s

m

m

m

m

=

…………..

Porowatość całkowita [%]

p=

100

1

















r

b





=

…………..

Uwagi końcowe: …………………………………………………………………