Politechnika

Opolska

Wydział

Budownictwa

Edyta Janota

Grupa

Laboratoryjna: 4

Semestr II letni

2007/2008 r.

Podstawowe właściwości fizyczne, mechaniczne i

chemiczne materiałów budowlanych.

Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej

materiałów.

Data:

17.03.2008r.

1. Wstęp teoretyczny:



Materiały budowlane są złożone z bardzo skomplikowanych związków
chemicznych które powinny mieć odpowiednie właściwości techniczne
decydujące o konkretnym zastosowaniu w budownictwie.



Każdy materiał posiada cechy fizyczne, mechaniczne oraz chemiczne.

a)

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE



Gęstość i gęstość objętościowa:

Jedną z podstawowych informacji o materiale jest gęstość, określana jako stosunek masy
[kg] i objętości [m

3

].

Gęstość objętościowa natomiast to masa jednostki objętości [m

3

] materiału wraz z

zawartymi w nim porami.



Porowatość:

Jest to zawartość porów powietrznych w materiale. Pory wewnątrz materiału mogą być
całkowicie suche, wypełnione wodą częściowo lub całkowicie. Ma to więc wpływ na
rzeczywistą masę materiału przy różnych stopniach zawilgocenia i inne właściwości
fizyczne.
Wyróżnia się pory otwarte i zamknięte



Wilgotność:

Poziom wilgotności zależy od warunków w jakim znajduje się dany materiał. W
warunkach normalnych (stan powietrzno-suchy) przyjmuje się, że poziom wilgotności
materiałów jest ustabilizowany i wynosi ok. 16%.



Nasiąkliwość:

Zdolność pochłaniania wody przez materiał przy ciśnieniu. Zależy od szczelności
materiału, rodzaju porów oraz ich wielkości. Im większa szczelność i więcej zamkniętych
porów, tym bardziej materiał jest odporny na działanie czynników atmosferycznych.
Rozróżnia się: nasiąkliwość wagową, objętościową, względną.



Higroskopijność:

Podatność niektórych substancji na przyciąganie wilgoci lub nawet wiązanie się z wodą.
Higroskopijność występuje wtedy, gdy woda przenika z miejsca kontaktu z materiałem do
jego sąsiednich obszarów w głąb.



Kapilarność:

Zdolność podciągania wody przez materiały do ich wnętrza.



Przesiąkliwość:

Łatwość przesiąkania i rozmakania materiałów budowlanych.



Przepuszczalność pary wodnej:

Współczynnik ten odpowiada ilości wilgoci, w postaci pary wodnej, jaka dyfunduje przez
warstwę materiału o grubości 1 m i przekroju A = 1 m

2

, przy różnicy ciśnień pary wodnej

po obydwu stronach warstwy p=1 Pa i w czasie t=1 h.



Mrozoodporność:

To określenie odporności materiału na cykliczne zamrażanie i odmrażanie.
Stopień mrozoodporności przyjmuje się na podstawie wskaźnika N, oznaczającego liczbę
cykli zamrażania i rozmrażania.



Ognioodporność:

Zdolność materiału do przeciwstawienia się niszczącej sile ciepła, działającego na jego
strukturę w wysokiej lub podwyższonej temperaturze.



Żaroodporność i żarowytrzymałość:

Żaroodporność - odporność materiału na działanie wysokich lub podwyższonych
temperatur powtarzających się okresowo .
Żarowytrzymałość - cecha materiału charakteryzująca się tym , że zachowuje on
pierwotne swe właściwości w wysokich lub podwyższonych temperaturach .



Rozszerzalność cieplna

Właściwość fizyczna ciał polegająca na zwiększaniu się ich długości lub objętości w miarę
wzrostu temperatury.



Przewodność cieplna:

Przewodzenie ciepła informuje o ilości ciepła, która jest przewodzona przez warstwę
materiału o grubości 1 m i przekroju A = 1 m

2

w warunkach różnicy temperatur T = 1 K i w

czasie t = 1 s.



Pojemność cieplna:

Właściwość materiału polegająca na zdolności pochłaniania mniejszej lub większej ilości
ciepła przy jego nagrzaniu.

b) WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE:



Wytrzymałość:

Wytrzymałość zajmuje się obserwowaniem zachowania się ciała poddanego siłom
zewnętrznym pod katem odpowiadającym im (wywołanych przez nie) sił wewnętrznych i
odpowiadających im naprężeń oraz wywołanych przez nie odkształceń.

o Na rozciąganie (Jest to naprężenie odpowiadające największej sile niszczącej F

m

uzyskanej w czasie prowadzenia próby rozciągania, odniesionej do pierwotnego
przekroju poprzecznego tej próbki)

o Na ściskanie (Rodzaj obciążenia ciała (elementu konstrukcyjnego), na które

składają się dwie przeciwnie działające siły F, powodujące ściśnięcie ciała w
kierunku linii działania tych sił)

o Na zginanie (Stan obciążenia materiału, w którym na materiał działa moment gnący,

pochodzący od pary sił działających w płaszczyźnie przekroju wzdłużnego
materiału)



Kruchość:

Cecha polegająca na pękaniu i kruszeniu się materiału pod
wpływem siły, która na niego działa.



Twardość:

Odporność materiału na odkształcenia wywołane działaniem
skupionego nacisku na jego powierzchnię.
Najczęściej stosowana jest 10-stopniowa skala twardości ciał
stałych (Skala Mohsa). Jeśli badane ciało rysuje przy potarciu
minerał o twardości n-1, zaś minerał o twardości n+1 daje rysę
na badanym ciele, to ma ono twardość równą n. Ciała o
twardości do 2 dają się rysować paznokciem, o twardości do 5 -
ostrzem noża, ciała zaś o twardości 6 lub więcej - rysują szkło.



Sprężystość:

Właściwość ciał materialnych odzyskiwania pierwotnego kształtu i wymiarów po
usunięciu sił zewnętrznych wywołujących zniekształcenie



Ciągliwość :

Określenie stosowane do oceny jakościowej podatności materiałów do odkształceń
trwałych bez naruszenia spójności materiału.



Ścieralność :

Jest to odporność na ścieranie, określana zmniejszeniem masy, objętości, wysokości lub
grubości pod wpływem czynników ścierających.



Pełzanie:

Powolne, ciągłe plastyczne wydłużanie się materiału pod stałym obciążeniem i przy stałej
temperaturze.
W przypadku betonu pełzanie jest zależne od: klasy betonu, wieku betonu w chwili
obciążenia, wilgotności środowiska, miarodajnego wymiaru elementu.



Relaksacja

Zmniejszenie bądź spadek naprężeń w czasie przy stałych odkształceniach wskutek
płynięcia materiału.

c) WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE:



Skład chemiczny, jakościowy i ilościowy



Odporność na korozję:

zdolność materiału do przeciwstawienia się niszczącemu działaniu określonego
środowiska korozyjnego.



Niezmienność składu chemicznego materiału w czasie

2. Określenie gęstości i gęstości objętościowej (PN-EN 1936:2007)

ZASADA METODY:
Po wysuszeniu próbki do stałej masy, w wyniku próżniowego nasycenia zanurzonych w
wodzie próbek, oznaczane są gęstość objętościową i porowatość otwartą próbek.
Oznaczanie gęstości i porowatości całkowitej wymaga sproszkowania próbki.

DEFINICJE:



Gęstość objętościowa ρ

0

: stosunek masy wysuszonej próbki do badania do jej

objętości



Objętość: objętość ograniczona zewnętrzną powierzchnią próbki do badania, z
uwzględnieniem wszystkich pustych przestrzeni.



Objętość części stałej: różnica pomiędzy objętością pustej próbki do badania, a
objętością pustych przestrzeni (otwartych i zamkniętych porów)



Gęstość (ρ

r

): stosunek masy wysuszonej próbki do badania i objętości części stałej

SYMBOLE
m

d

masa wysuszonej próbki, w gramach

m

h

masa próbki zanurzonej w wodzie, w gramach

m

s

masa nasyconej próbki, w gramach

m

e

masa próbki sproszkowanej (do badań z użyciem piknometru lub objętościomierza), w

gramach
m

1

masa piknometru wypełnionego wodą i sproszkowaną próbką, w gramach

m

2

masa piknometru wypełnionego wodą, w gramach

V

b

objętość próbki, w mililitrach

V

s

objętość wypartej cieczy przez próbkę w stanie sproszkowanym m

e

(badanie

objętościomierzem)
ρ

b

gęstość objętościowa próbki, w kilogramach na metr sześcienny

ρ

r

gęstość próbki, w kilogramach na metr sześcienny

ρ

m

gęstość wody, w kilogramach na metr sześcienny

APARATURA



Suszarka z wentylacją pozwalająca utrzymać temperaturę (70±5˚C)



Naczynie próżniowe pozwalające na uzyskanie ciśnienie (2,0 ± 0,7) kPa = (15 ± 5)
mm Hg z możliwością stopniowego zanurzania zawartych w nim próbek.



Waga o dokładności ważenia co najmniej 0,01% masy, pozwalająca także ważyć
próbkę w wodzie.



Urządzenie do pomiaru liniowego z dokładnością 0,1mm



Piknometr typu 3 wg ISO/DIS 3507 o nominalnej pojemności 50ml



Objętościomierz typu Le Chatelier składający się z kolby płaskodennej z szyjką
wycechowaną od 0 ml do 24 ml z podziałką co 0,1 ml.



Sito o boku otworu 0,063 mm.



Eksykator ze środkiem osuszającym

PRZYGOTOWANIE PRÓBEK DO BADANIA

1) Pobieranie próbek

Należy pobrać do badań co najmniej sześć próbek.

2) Próbki do badania

Próbki do badania mają postać walców, sześcianów lub. Ich objętość obliczona na
podstawie pomiarów geometrycznych powinna wynosić co najmniej 25ml.
Dodatkowo, stosunek pola powierzchni do objętości powinien być zawarty w granicach
0,1 mm

-1

do 0,2 mm

-1

3) Suszenie próbek

Próbki należy wysuszyć do stałej masy o temperaturze (70±5˚C). Stałą masę osiąga się
wtedy, gdy różnica między dwoma kolejnymi wrażeniami wykonywanymi w czasie
(24±2)h nie jest większa od 0,1% masy próbki. Próbki powinny być przechowywane w
eksykatorze aż do osiągnięcia temperatury pokojowej.

METODA BADANIA

1) Gęstość objętościowa

Zważyć każdą próbkę m

d

, następnie włożyć próbki do naczynia próżniowego i stopniowo

obniżać ciśnienie do uzyskania (2,0 ± 0,7) kPa=(15 ± 5) mmHg.
Utrzymywać to ciśnienie przez (24±2) h w celu eliminacji powietrza zawartego w porach
otwartych próbek.
Wprowadzić powoli dejonizowaną wodę o temperaturze (20±5)˚C do naczynia (czas
całkowitego zanurzenia próbek nie powinien być większy niż 15 min).
Podczas wprowadzania wody i następnie przez (24±2)h utrzymywać ciśnienie
(2,0±0,7)kPa.
Po tym czasie przywrócić w naczyniu ciśnienie atmosferyczne i pozostawić próbki i
pozostawić pod wodą przez następne (24±2)h.
Następnie każdą próbkę:
- zważyć w wodzie i odnotować masę w wodzie: m

h

;

- szybko wytrzeć wilgotną ściereczką i oznaczyć masę m

s

próbki nasyconej wodą.

2) Gęstość

a) Metoda A (piknometr)

Każdą próbkę, po oznaczeniu gęstości objętościowej i porowatości otwartej, rozdrobnić
oddzielnie aż do przejścia całości przez sito 0,063mm.
Wysuszyć sproszkowaną próbkę do stałej masy, zważyć masę m

e

, w ilości w przybliżeniu

25g, z dokładnością do ± 0,01g.
Wlać dejonizowaną wodę do piknometru i napełnić go w przybliżeniu do połowy.
Następnie dodać sproszkowaną zważoną próbkę o masie m

e

i całość wymieszać, w celu

dyspergowania ciała stałego. Piknometr poddać działaniu próżni pod ciśnieniem
(2,0±0,7)kPa do momentu, aż nie będą tworzyć się pęcherzyki, wtedy wypełnić piknometr
dejonizowaną wodą prawie do pełna i pozostawić aż woda ponad sproszkowaną próbką
będzie przezroczysta.
Ostrożnie dopełnić piknometr wodą dejonizowaną, zamknąć korkiem i ostrożnie wytrzeć.
Następnie zważyć piknometr z dokładnością do ±0,01g (m

1

).

Pusty i umyty piknometr zalać samą dejonizowaną wodę i zważyć z dokładnością do
±0,01g (m

2

). Przed każdym ważeniem sprawdzić, czy temperatura otaczającego powietrza

wynosi (20±5)˚C.

b) Metoda B (objętościomierz Le Chateliera)

Każda próbka po oznaczeniu gęstości objętościowej i porowatości otwartej jest
rozdrabniana oddzielnie aż do przejścia całej masy przez sito o boku otwory 0,063mm.
Wysuszyć do stałej masy sproszkowaną próbkę m

e

ok. 50 g z dokładnością do ± 0,01g.

Wlać dejonizowaną wodę do objętościomierza Le Cheteliera do poziomu 0. Następnie
dodać zważoną sproszkowaną próbkę o masie m

e

do objętościomierza w pięciu porcjach

po 10g każda, upewniając się, że każda porcja zanurzyła się w cieczy. Po wprowadzeniu
każdej porcji całość wymieszać w celu dyspersji sproszkowanej próbki w cieczy. Odczytać
z podziałki 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)˚C.