1. Wstęp

Jednym z najczęściej wybieranych materiałów budowlanych są suporeks ( gazobeton) oraz cegła ceramiczna.

Porowatość materiałów budowlanych określa się metodami pośrednimi, przez badanie gęstości właściwej i objętościowej materiału. Porowatość ma ważne znaczenie i wyraźnie wpływa na cechy mechaniczne, tj. sprężystość, wytrzymałość, mrozoodporność, kapilarność, przesiąkliwość, nasiąkliwość, właściwości izolacyjne: cieplne (współczynnik przewodzenia ciepła dla gazobetonu wynosi 0,15-0,29 W/(m ∙ K)), dźwiękochłonne. Materiały o porach zamkniętych a także materiały o bardzo drobnych średnicach porów, maja zadowalają zadowalającą mrozoodporność . Liczna siatka porów charakteryzuje się dużą energią powierzchniową, obniżając temperaturę zamarzania wody do nawet - 20˚C, dodatkowe źródło energii stanowi ponadto, ciepło właściwe wody. Ze względu na rozmiar porów materiały dzieli się na drobnoporowate ( setne i tysięczne części milimetra), wielkoporowate (od dziesiątej części milimetra do 1-2 mm). Porowatość materiałów budowlanych zawiera się w granicach od 0% (szkło, bitumy, metale) do 95% (wełna mineralna, pianka poliuretanowa).

Szczelność natomiast określa jaką część całkowitej objętości badanego materiału zajmuje masa materiału bez porów.

1. Opis

Do obliczenia gęstości materiału użyliśmy pięciu sześciennych próbek gazobetonu podobnej wielkości oraz pięciu sześciennych próbek cegły ceramicznej o zbliżonych wymiarach. Za pomocą suwmiarki dokonaliśmy 3 pomiarów każdej z sześciu ścian badanej kostki ( w pobliżu krawędzi ściany oraz w jej środku). Wyniki pomiarów zostały zamieszczone w tabelach (Tabela nr I dot. gazobetonu, Tabela nr II dot. cegły), jak również zostały w niej zamieszczone średnia gęstość każdej próbki oraz średnia wartość gęstości pozornej materiału.

Do zbadania gęstości właściwej materiału musimy użyć piknometru. Do obliczeń będziemy potrzebować masę oraz objętość narzędzia. Kolejno, ważymy pusty piknometr, napełniamy go wodą destylowaną, ważymy ponownie. Obliczamy objętość piknometru, od masy pełnego odejmując masę pustego i dzielimy przez gęstość wody, czyli przez 1. Suszymy piknometr, po czym napełniamy pewną ilością (około 7-9 g) wcześniej rozdrobnionego gazobetonu ( średnica ziaren wynosi < 0,063 mm) zapisujemy odczyt wagi. Dokładną masę rozdrobnionej próby obliczamy odejmując od masy piknometru z próba masę pustego pinkometru. Następnie nasze narzędzie napełniamy denaturatem, gdyż ciecz ta nie wchodzi w reakcje z żadnym materiałem. Zapisujemy wagę napełnionego piknometru. Obliczamy objętość denaturatu, która posłuży do obliczenia objętości badanej próby. Na koniec otrzymaną masę próby oraz objętość podstawiamy do wzoru na gęstość ($p = \frac{m}{V}$).

Mając gęstość właściwą i objętościową gazobetonu przestępujemy do obliczenia szczelności materiału korzystając ze wzoru : $S = \frac{p_{p}}{p}\ 100\%$. Porowatość natomiast wyliczymy ze wzoru : P = 1 − S. Analogicznie postępujemy przy badaniu właściwości cegły ceramicznej.

Gęstość objętościowa materiałów budowlanych zawiera się w granicach, od 20kg/m³ dla niektórych materiałów izolacyjnych, do 7850 kg/m³ dla stali. Znajomość gęstości objętościowej pozwala orientacyjnie ocenić przydatność materiałów do poszczególnych elementów budowli. Daje tez możliwość przybliżonego określenia innych właściwości materiału.

Rys. 1. Piknometr z termometrem

1. Wyniki badań

Gęstość właściwa– jest to masa jednostki objętości materiału suchego liczona bez porów i kapilar.

$$p_{w} = \frac{m_{m}}{V_{a}}$$

gdzie:

p_w– gęstość

m_m– masa w stanie suchym

V_a– objętość bez porów i kapilar

Objętość bez porów i kapilar V_aotrzymujemy korzystając

z kolby Le Chatelier’a.

Aby znaleźć V_a należy:

- wysuszyć materiał

- materiał musi być rozkruszony (w młynach)

- przesiać materiał przez gęste sito ( oczko 0.08 mm)

- zważyć materiał.

Gęstość pozorna – jest to masa jednostki objętości materiału suchego wraz z zawartymi w nim porami i kapilarami.

$$p_{0} = \ \frac{m_{m}}{V}$$

gdzie:

p₀– gęstość pozorna

m_m– masa w stanie suchym

V – objętość z porami i kapilarami

Gęstość właściwa > Gęstość pozorna

Beton zwykły 2600 2200

Beton komórkowy 2800 400-700

Cegła pełna 2700 1800

Szczelność- oznacza jaką część całkowitej objętości zajmuje masa badanego materiału bez porów i kapilar. Jest to stosunek gęstości pozornej do gęstości właściwej

gdzie:

S- szczelność

p₀– gęstość pozorna

p_w – gęstość właściwa

Porowatość – oznacza jaka część całkowitej objętości próbki przypada na wolne przestrzenie (pory i kapilary).

S+P = 1 P = 1-S

1. Dla cegły ceramicznej (Tabela nr II) :

m_(pik.) = 33, 3210 g

m_{(pik.  + woda)}= 85,8180 g

$$V_{(pik.)} = \frac{m_{(pik.\ + woda)} - \ m_{(pik.)}}{p_{(wody)}}$$

$$V_{(pik.)} = \ \frac{85,8180 - 33,3210}{1} = 52,4870\ \text{cm}^{3}$$

p_(den.) = 0, 8707 g/cm³

m_{(pik. +proba)} = 41, 3840 g

m_(proby) =  m_{(pik.  + proba)} −  m_(pik.)

m_(proby) = 41, 3840 − 33, 3210 = 8, 063 g

m_{(pik. +proba+den.)} = 84, 2505 g

$V_{(den.)} = \ \frac{m_{(pik.\ + proba + den.)} - \ m_{(pik.\ + proba)}}{p_{(den.)}}$

$V_{(den.)} = \ \frac{84,2505 - 41,3840}{0,8707}$ = 49,2322 cm³

V_(proby) =  V_(pik.) −  V_(den.)

V_(proby) = 52, 4970 − 49, 2322 = 3, 2648 cm³

$$p = \ \frac{m_{(proby)}}{V_{(proby)}}$$

$p = \ \frac{8,0630}{3,2648}$ ≈ 2,47 g/cm³

$S = \ \frac{p_{p}}{p}\ \bullet 100\%$ $S = \ \frac{1,706}{2,469}\ \bullet 100\% = 69\%$ P = 100%−S P = 31%

1. dla gazobetonu (Tabela nr I) :

$m_{\begin{matrix} \left( \text{pik} \right) \\ \\ \end{matrix}}$= 31,7281 g

m_{(pik.  + woda)}= 84,8295 g

$V_{\left( \text{pik} \right)\ } = \ \frac{m_{\left( \text{pik}.\ + \text{woda} \right)} - \ m_{(\text{pik}.)}}{p_{(\text{wody})}}$ p_(wody)= 1$\frac{g}{\text{cm}^{3}}$

$$V_{(pik.)} = \ \frac{84,8295 - 31,7281}{1} = 53,1014\ \text{cm}^{3}$$

m_{(pik.  + den.)}= 77,9645 g

p_(den.)=$\frac{m_{\left( \text{pik}.\ + \text{den}. \right)} - \ m_{(\text{pik}.)}}{V_{(\text{pik}.)}}$

p_(den.)= $\frac{77,9645 - 31,7281}{53,1014}$ = 0,8707 $\frac{g}{\text{cm}^{3}}$

m_{(pik.  + proba)}= 39,7164 g

m_(proby) = m_{(pik.  + proba)} - m_(pik.)

m_(proby) = 39,7164 – 31,7281 = 7,9883 g

m_{(proby+den. +pik.)} = 82, 2160 g

V_(den.)= $\frac{m_{\left( proby + den.\ + pik. \right)} - \ m_{(pik.\ + proba)}}{p_{(den.)}}$

V_(den.)= $\frac{82,210609\ - \ 39,7164}{0,8707}$ = 48,8108 cm³

V_(proby) =  V_(pik.) −  V_(den.)= 53,1014 – 48,8108 = 4,2906 cm³

$p = \ \frac{m_{(proby)}}{V_{(proby)}}\ $ = $\frac{7,9883}{4,2906}$ = 1,8618 $\frac{\mathbf{g}}{\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{3}}}$

$$S = \ \frac{p_{p}}{p}\ 100\%$$

$$S = \ \frac{0,583}{1,862}\ 100\%\ = 31,3\ \%$$

P = 1 − S P = 68, 7 %

1. Analiza wyników

Analizując powyższe wyniki można łatwo zauważyć, że szczelność cegły wyrażona w procentach jest niemalże równa porowatości gazobetonu, analogicznie porowatość cegły ma zbliżoną wartość do szczelności suporeksu. Są to więc dwa przeciwstawne materiały chociaż oba są z powodzeniem stosowane w budownictwie. Otrzymane wyniki nieco różnią się od tych podawanych w literaturze (gęstość właściwa dla ceramiki czerwonej 2,7 g/cm³ a gęstość objętościowa ro 1,8 – 1,95 g/cm³). Wynikać to może z niedokładności pomiarów, błędów pomiaru, błędu zaokrągleń oraz innych czynników.

1. Wnioski

Na podstawie otrzymanych wyników szczelności możemy stwierdzić, że gazobeton jest bardziej nasiąkliwy od cegły, ponieważ jego porowatość jest większa. Teoretycznie jest też mniej mrozoodporny, jednak nie możemy tego jednoznacznie stwierdzić, bo nie znamy struktury siatki porów ani ich średnicy. Gazobeton jest także bardziej podatny na podciąganie wody (kapilarność), zgniatanie, ściskanie, jest słabym izolatorem dźwięku.

Im większa porowatość tym materiał mniej odporny na odkształcenia czyli mniej wytrzymały na ściskanie, rozciąganie, współczynnik sprężystości materiału jest niższy i materiał jest bardziej kruchy. Im większa gęstość objętościowa tym większy współczynnik przewodnictwa cieplnego .

1. Literatura

1. Materiały budowlane, E. Szymański, wyd. Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania w Warszawie, ISBN: 978-83-926-3036-4, Warszawa 2009

2. Budownictwo ogólne, praca zbiorowa, wyd. Arkady, ISBN : 978-83-213-4334-1, Warszawa 2008

Podpis