Politechnika Łódzka Czwartek
Wydział Budownictwa, Architektury godz 10 -12 X1
i Inżynierii Środowiska
Katedra Fizyki Budowli
i Materiałów Budowlanych
LABORATORIUM Z FIZYKI BUDOWLI
Ćwiczenie nr 1
Temat: Podciąganie kapilarne wilgoci w materiałach budowlanych.
Rok akademicki 2012/2013
Grupa 5
Sylwia Wojtczak
Adrian Wójcik
Wstęp teoretyczny
Ciała kapilarne-porowate mają złożoną strukturę, na którą składają się materiał stały, pory oraz kanaliki, którymi odbywa się ruch kapilarny wilgoci wywołany siłami napięcia powierzchniowego. Ruch cieczy w kapilarze zależy od sił grawitacji, tarcia i bezwładności (często pomijana w równaniach ze względu na powolny charakter zjawiska). Własności kapilarne materiałów budowlanych mają duże znaczenie dla przebiegu wielu zjawisk np. zawilgacania przegród budowlanych wodą gruntową lub opadami atmosferycznymi.
Cel badania
Celem ćwiczenia jest ilościowe zbadanie zjawiska podciągania kapilarnego wilgoci w dwóch różnych materiałach budowlanych, wyznaczenie dla nich współczynników dyfuzji wilgoci oraz porównanie przebiegu zjawiska w tych materiałach.
Przebieg ćwiczenia
3.1. Do badania użyliśmy dwóch próbek prostopadłościennych o wymiarach podstaw podanych w nawiasie:
próbka nr 1- zaczyn gipsowy (4cmx4cm)
próbka nr 2- cegła (6,38cmx5,62cm)
3.2. Przed rozpoczęciem badania zważyliśmy obie próbki - ustaliliśmy ich masę początkową. Wyniki zostały zamieszczone w tabeli.
Nr próbki |
Masa początkowa, m0 [kg] |
1 |
0,2853 |
2 |
0,4121 |
3.3. Próbki umieściliśmy na specjalnej podstawce w naczyniu z wodą tak, że podstawy próbek były zanurzone na około 0,5 cm. W momencie włożenia próbek do wody włączyliśmy stoper.
3.4. Pomiar polegał na ważeniu próbek. Przy każdym pomiarze próbki były wyjmowane z wody, osuszane szmatką a następnie ważone z dokładnością do 0,0001 kg. Po zważeniu próbki były wkładane z powrotem do wody.
Wykonaliśmy 21 pomiarów, z czego pierwsze 5 w odstępach 1 minutowych, a następne 16 w odstępach 2 minutowych. Próbki były sprawnie ważone, tak by czas, w którym próbka znajdowała się poza pojemnikiem z wodą był jak najkrótszy (by nie wpływało to na wyniki). Otrzymane wyniki przedstawia tabela:
minuta badania |
masa próbki nr 1 [kg] |
masa próbki nr 2 [kg] |
0 |
0,2853 |
0,4121 |
1 |
0,2910 |
0,4162 |
2 |
0,2930 |
0,4173 |
3 |
0,2946 |
0,4183 |
4 |
0,2959 |
0,4181 |
5 |
0,2970 |
0,4198 |
7 |
0,2988 |
0,4210 |
9 |
0,3004 |
0,4220 |
11 |
0,3017 |
0,4230 |
13 |
0,3029 |
0,4238 |
15 |
0,3040 |
0,4246 |
17 |
0,3050 |
0,4254 |
19 |
0,3059 |
0,4261 |
21 |
0,3067 |
0,4267 |
23 |
0,3075 |
0,4274 |
25 |
0,3082 |
0,4280 |
27 |
0,3090 |
0,4286 |
29 |
0,3096 |
0,4292 |
31 |
0,3103 |
0,4297 |
33 |
0,3110 |
0,4302 |
35 |
0,3116 |
0,4308 |
Obliczenia
4.1. Wyznaczano przyrosty masy poszczególnych próbek w czasie oraz zależność V/A (objętość wody zawartej w próbce do pola powierzchni podstawy próbki) w zależności od
zgodnie ze wzorami:
A1 = 0,0016 m2 A2=0,0036 m2
ρ = 1000 kg/m3
Zestawienie obliczeń zostało zamieszczone w tabeli
nr próbki |
nr pomiaru |
czas badania [s] |
|
masa próbki [kg] |
przyrost masy próbki Δm [kg] |
|
1 |
1 |
0 |
0,0000 |
0,2853 |
0 |
0,0000 |
|
2 |
60 |
7,7460 |
0,2910 |
0,0057 |
0,0036 |
|
3 |
120 |
10,9545 |
0,2930 |
0,0077 |
0,0048 |
|
4 |
180 |
13,4164 |
0,2946 |
0,0093 |
0,0058 |
|
5 |
240 |
15,4919 |
0,2959 |
0,0106 |
0,0066 |
|
6 |
300 |
17,3205 |
0,2970 |
0,0117 |
0,0073 |
|
7 |
420 |
20,4939 |
0,2988 |
0,0135 |
0,0084 |
|
8 |
540 |
23,2379 |
0,3004 |
0,0151 |
0,0094 |
|
9 |
660 |
25,6905 |
0,3017 |
0,0164 |
0,0103 |
|
10 |
780 |
27,9285 |
0,3029 |
0,0176 |
0,0110 |
|
11 |
900 |
30,0000 |
0,3040 |
0,0187 |
0,0117 |
|
12 |
1020 |
31,9374 |
0,3050 |
0,0197 |
0,0123 |
|
13 |
1140 |
33,7639 |
0,3059 |
0,0206 |
0,0129 |
|
14 |
1260 |
35,4965 |
0,3067 |
0,0214 |
0,0134 |
|
15 |
1380 |
37,1484 |
0,3075 |
0,0222 |
0,0139 |
|
16 |
1500 |
38,7298 |
0,3082 |
0,0229 |
0,0143 |
|
17 |
1620 |
40,2492 |
0,3090 |
0,0237 |
0,0148 |
|
18 |
1740 |
41,7133 |
0,3096 |
0,0243 |
0,0152 |
|
19 |
1860 |
43,1277 |
0,3103 |
0,0250 |
0,0156 |
|
20 |
1980 |
44,4972 |
0,3110 |
0,0257 |
0,0161 |
|
21 |
2100 |
45,8258 |
0,3116 |
0,0263 |
0,0164 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
0 |
0,0000 |
0,4121 |
0,0000 |
0,0000 |
|
2 |
60 |
7,7460 |
0,4162 |
0,0041 |
0,0011 |
|
3 |
120 |
10,9545 |
0,4173 |
0,0052 |
0,0014 |
|
4 |
180 |
13,4164 |
0,4183 |
0,0062 |
0,0017 |
|
5 |
240 |
15,4919 |
0,4181 |
0,0060 |
0,0017 |
|
6 |
300 |
17,3205 |
0,4198 |
0,0077 |
0,0021 |
|
7 |
420 |
20,4939 |
0,4210 |
0,0089 |
0,0025 |
|
8 |
540 |
23,2379 |
0,4220 |
0,0099 |
0,0027 |
|
9 |
660 |
25,6905 |
0,4230 |
0,0109 |
0,0030 |
|
10 |
780 |
27,9285 |
0,4238 |
0,0117 |
0,0033 |
|
11 |
900 |
30,0000 |
0,4246 |
0,0125 |
0,0035 |
|
12 |
1020 |
31,9374 |
0,4254 |
0,0133 |
0,0037 |
|
13 |
1140 |
33,7639 |
0,4261 |
0,0140 |
0,0039 |
|
14 |
1260 |
35,4965 |
0,4267 |
0,0146 |
0,0041 |
|
15 |
1380 |
37,1484 |
0,4274 |
0,0153 |
0,0042 |
|
16 |
1500 |
38,7298 |
0,4280 |
0,0159 |
0,0044 |
|
17 |
1620 |
40,2492 |
0,4286 |
0,0165 |
0,0046 |
|
18 |
1740 |
41,7133 |
0,4292 |
0,0171 |
0,0048 |
|
19 |
1860 |
43,1277 |
0,4297 |
0,0176 |
0,0049 |
|
20 |
1980 |
44,4972 |
0,4302 |
0,0181 |
0,0050 |
|
21 |
2100 |
45,8258 |
0,4308 |
0,0187 |
0,0052 |
4.2. Wyznaczenie współczynnika B na podstawie zależności:
Wyniki przedstawia tabela
nr próbki |
|
|
B |
1 |
0,0000 |
0,0000 |
0,0000 |
|
7,7460 |
0,0036 |
0,4599 |
|
10,9545 |
0,0048 |
0,4393 |
|
13,4164 |
0,0058 |
0,4332 |
|
15,4919 |
0,0066 |
0,4276 |
|
17,3205 |
0,0073 |
0,4222 |
|
20,4939 |
0,0084 |
0,4117 |
|
23,2379 |
0,0094 |
0,4061 |
|
25,6905 |
0,0103 |
0,3990 |
|
27,9285 |
0,0110 |
0,3939 |
|
30,0000 |
0,0117 |
0,3896 |
|
31,9374 |
0,0123 |
0,3855 |
|
33,7639 |
0,0129 |
0,3813 |
|
35,4965 |
0,0134 |
0,3768 |
|
37,1484 |
0,0139 |
0,3735 |
|
38,7298 |
0,0143 |
0,3695 |
|
40,2492 |
0,0148 |
0,3680 |
|
41,7133 |
0,0152 |
0,3641 |
|
43,1277 |
0,0156 |
0,3623 |
|
44,4972 |
0,0161 |
0,3610 |
|
45,8258 |
0,0164 |
0,3587 |
Średnia z wyników B1= 0,3754*10-3
|
|||
2 |
0,0000 |
0,0000 |
0,0000 |
|
7,7460 |
0,0011 |
0,1470 |
|
10,9545 |
0,0014 |
0,1319 |
|
13,4164 |
0,0017 |
0,1284 |
|
15,4919 |
0,0017 |
0,1076 |
|
17,3205 |
0,0021 |
0,1235 |
|
20,4939 |
0,0025 |
0,1206 |
|
23,2379 |
0,0027 |
0,1183 |
|
25,6905 |
0,0030 |
0,1179 |
|
27,9285 |
0,0033 |
0,1164 |
|
30,0000 |
0,0035 |
0,1157 |
|
31,9374 |
0,0037 |
0,1157 |
|
33,7639 |
0,0039 |
0,1152 |
|
35,4965 |
0,0041 |
0,1143 |
|
37,1484 |
0,0042 |
0,1144 |
|
38,7298 |
0,0044 |
0,1140 |
|
40,2492 |
0,0046 |
0,1139 |
|
41,7133 |
0,0048 |
0,1139 |
|
43,1277 |
0,0049 |
0,1134 |
|
44,4972 |
0,0050 |
0,1130 |
|
45,8258 |
0,0052 |
0,1134 |
Średnia z wyników B2=0,1128*10-3
|
|||
Na podstawie wzoru:
obliczono wartości współczynnika dyfuzji wody dla obu materiałów
Dla próbki nr 1
Dla próbki nr 2
Korzystając z liniowej zależności 
[
] od 
[
] sporządziliśmy wykresy tej funkcji.
Zależność ma postać 
, gdzie:
; 
; 
Wykresy pochodzą z programu WykresLab, wykorzystującego metodę najmniejszych kwadratów. Program rysuje wykres i wylicza współczynnik kierunkowy (a) prostej y = ax
Program wyliczył następujące wartości współczynnika B:
Dla tak otrzymanych współczynników, możemy obliczyć współczynnik dyfuzji wody korzystając ze wzoru:
Stąd:
Współczynniki dyfuzji wyliczone na podstawie B policzonej ze wzoru 
różnią się niewiele od tych wyliczonych na podstawie wykresu wykorzystującego metodę najmniejszych kwadratów.
Wnioski:
W ciągu 35 minut próbka ceglana podciągnęła kapilarnie zaledwie 0,0187 kg wody, a próbka zaczynu gipsowego 0,0263 kg. Tę różnicę można było zaobserwować na froncie próbki. Front zawilgocenia nie był regularny, ze względy na nierównomierne zagęszczenie próbek podczas ich wykonywania.
Z badania próbek, dwóch różnych materiałów budowlanych, zauważyliśmy, że:
- szybkość podciągania kapilarnego zależy od współczynnika dyfuzji charakteryzującego próbkę,
- im wyższa jest wartość współczynnika dyfuzji wody am tym materiał podciąga kapilarnie więcej wody, czemu odpowiada również większa wartość współczynnika nachylenia prostej.
- ilość pochłoniętej przez materiał wody zależy od czasu i powierzchni materiału, która ma kontakt z wodą,
- obliczony w doświadczeniu współczynnik dyfuzji jest dużo większy dla zaczynu gipsowego niż dla cegły
- zaczyn gipsowy dużo szybciej podciągał wodę z naczynia pomiarowego.
7
Wyszukiwarka