background image

Własności fizyczne materiałów budowlanych 

 

1.Gęstość  

 
Iloraz masy próbki jednorodnego materiału budowlanego do jego objętości w stanie 
absolutnej szczelności (bez porów i pustek) . 
 

   

 

 

  

 

  

 

   

  

 

 

 

 

 
Gdzie:  
m = masa próbki [ g ; kg ]  
v = objętość materiału bez porów [ cm3 ; m3 ]  
 
  
PRZYGOTOWANIE PRÓBEK DO BADANIA OBJĘTOŚCI:  

1.  likwidacja porowatości próbki (rozdrobnienie w moździerzu na drobne kawałki) 
2.  zmielenie w młynku kulkowym (mielenie do czasu, aż powstanie proszek, który przeleci 

przez sito o boku oczka #0,08 mm) 

3.  wsypanie do parowniczki (porcelanowa miseczka) 
4.  suszenie w suszarce do stałej masy w temp. 105°C (czyli aż 2 kolejne ważenia w 

założonych przez normę odstępach czasowych potwierdzą tą samą masę - masa 
przestała się zmniejszać) 

5.  studzenie w eksylatorze (w nim substancja higroskopijna - chlorek wapnia/żel 

silikonowy) - tak przechowujemy próbkę 

 
 
Metody wyznaczania gęstości: 
1.1. Metoda Piknometru (metoda dokładna) 

1.  Każdorazowo przed badaniem należy piknometr umyć, wysuszyć i zważyć. (Działamy 

w rękawiczkach!) 

2.  Do piknometru wrzucamy taką ilość próbki by wypełniała 1/3 objetości piknometru 

(próbka zważona!) 

3. 

 

 

= masa próbki   → 

 

 

 

= masa piknometru z próbką - masa piknometru 

4.  Należy wlać wodę destylowaną do piknometru by przykryć naszą próbkę 
5.  Zostawiamy próbke na 30 minut by się odpowietrzyła 
6.  Dolewamy wodę destylowaną do pełna, zamykamy piknometr korkiem 
7.  Piknometr na ok. 1h do TERMOSTATU o temp. 20°C 
8.  Osuszamy powierzchnię korka bubułką 
9.  Ważymy piknometr w warunkach temperatury pokojowej = 

 

 

 

10.  Wypełniamy piknometr wodą destylowaną, zatykamy korkek, umieszczamy w 

termostacie temp. 20°C ok. 1h 

11.  Osuszamy powierzchnię korka bibułką 
12. 

 

 

 

=masa moknometru z wodą w temperaturze pokojowej 

 

   

 

     

 

   

 

    

 

 

 

background image

 

  - gęstość badanego materiału próbki [ g/cm3 ]  

 

  - masa rozdrobnionej próbki [ g ]  

 

 

 

- masa piknometru z wodą [ g ]  

 

 

 

- masa piknometru z wodą i próbką [ g ]  

 

 

 - gęstość wody = 0.998 [ g/cm3 ] ( w temp. pokojowej )  

 
 
W wyniku odejmowania zbiorów pozostaje objętość wody, która odpowiada objętości próbki 
w stanie absolutnej szczelności, czyli bez porów.  
 
 
 1.2. Metoda Kolby Le Chatelier (metoda przybliżona) 

1.  Dopełniamy kolbę denaturatem do poziomu 0 (najlepiej o temperaturze pokojowej) 

[denaturat - alkohol = ciecz zwilżająca, menisk wklęsły, poziom 0 - dno menisku 
wklęsłego) 

2.  Wsypywanie sproszkowanej próbki do kolby drobnymi porcjami, wsypując czekamy aż 

próbka opadnie na dno, a denaturat podniesie poziom. Sypiemy do "20". 

 

   

     

 

 

 

 

 

 - masa próbki przed badaniem [ g ]  

 

 

 - masa próbki po badaniu [ g ]  

 

 - objętość cieczy w kolbie = 20 cm

 

 
  

 2. Gęstość pozorna  

Iloraz masy próbki materiału budowlanego do jego całkowitej objętości (wraz z porami 
i pustkami)  
 

 

 

 

 

 

 

   

 

  

 

   

  

 

 

 

 

 

 

 - masa próbki [ kg ; g ]  

 

 

 - całkowita objętość próbki [ m3 ; cm3 ]  

 
 
Metody wyznaczania gęstości pozornej: 
2.1. Dla próbek kształtu regularnego ( sześcian, prostopadłościan, walec…)  
- METODA BEZPOŚREDNIA  
  
2.2. Dla próbek kształtu nieregularnego:  
 - WAŻENIE HYDROSTATYCZNE  
 - METODA PARAFINOWA  
 
 

próbkę ważymy z parowniczką! 

background image

METODA BEZPOŚREDNIA 
(Jeżeli istnieje możliwość wycięcia próbki o regularnym kształcie) 

1.  Próbka musi być wysuszona do stałej masy w temp.105°C  
2.  Wszystkie boki próbki zmierzone z dokładnością do 1 mm.  

 

 

             

                   

 

 

 

         

   

 

  

 

 

 

 
 
 
 
  
 
Prawo Archimedesa 

 
 
 
 Siła wyporu F

w

 działająca na ciało zanurzone w cieczy 

równa jest ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało.  
 

 

      

   

      

       

                       

 

 

 

                    

 
 

 
Pomiar siły wyporu: 

 

 
 
 
WAŻENIE HYDROSTATYCZNE 

1.  Próbkę kształtu nieregularnego należy wysuszyć do stałej masy i zważyć - 

 

 

 

background image

2.  Próbkę umieszczamy w wodzie i moczymy tak długo aż uzyskamy nasiąkliwość tej 

próbki (maksymalną zawartość wody w próbce) → ważenie jak przy suszeniu co jakiś 
czas! 

3.  Ważymy nasyconą próbkę w powietrzu =  

 

 

  (w powietrzu = normalna waga!) 

4.  Tą samą próbkę ważymy w wodzie (tj. na wadze hydrostatycznej) =

 

 

 

 
 
 
P - ciężar ciała w powietrzu  
Q - ciężar ciała w wodzie  
F

- siła wyporu wody  

 
Z równowagi sił wynika zależność: 

         

 

 

(1)

 

 
Siły z równania (1) można wyrazić następująco:  

     

 

    

     

 

    

 

 

       

 

    

 

 

       

 

           

 

           

   

 

 

   

 

 

 

               

 

   

 

  

 

  

     

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

    

 

  

 

  

 
 
METODA PARAFINOWA (metoda pozanormowa) 

1.  Próbkę kształtu nieregularnego należy wysuszyć do stałej masy i ją zważyć = 

 

 

 

2.  Próbkę zawieszoną na nitce zanurzamy w roztopionej parafinie w celu uzyskania 

powłoki dla zamknięcia porów 

3.  Po stężeniu parafiny ważymy próbkę z parafiną = 

 

 

 

4.  Dla próbki z parafiny wyznaczamy jej wypór w cylindrze miarowym, korzystamy 

z prawa Archimedesa 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

     

 

         

 

  

 

  

 

 

 

 - masa suchej próbki  

 

 

 - masa próbki otoczonej parafiną  

 

 

 - gęstość parafiny  

 

     

 

 

 

 

     

 

   

 

  

 

 

 

background image

 
 

 3. Szczelność 

Określa jaką część całkowitej objętości materiału zajmuje objętość bez porów. 
 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      

 

 

informuje nas o zwięzłości danego materiału  

 

dla większości materiałów s<1 ( lub s< 100% ), ponieważ nie ma idealnie szczelnej 
materii na świecie.  

 

 4. Porowatość 

Jest to stopień, do jakiego materiał jest wypełniony przez pory.  
 

   

     

 

 

 

 
 

 

 

 

 

                     

 

 

porowatość jest wskaźnikiem dla innych własności , takich jak gęstość pozorna , 
przewodnictwo cieplne czy wytrzymałość.  

 

materiały zwięzłe, które mają małą porowatość znajdują zastosowanie w 
konstrukcjach wymagających wysokich cech wytrzymałościowych.  

 
Rodzaje porowatości: 

 

Porowatość zamknięta  

 

Porowatość otwarta (efektywna)  

 

Porowatość mieszana  

 
Rodzaje porowatości (materiał sypki): 

 

 
 
 
 

background image

Oznaczanie porowatości efektywnej: 
 

 

  

 

 

 

 

 

 
 

1.  Obliczamy masę wody, która nasyci badaną próbkę: 

 

 

   

 

   

 

 

2. 

Obliczamy objętość, zajmowaną przez tą wodę: 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

    

 

     

 

  

 

  

 
A. Dla próbek kształtu regularnego:  

 

 

   

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

         

      

 

 
B. Dla próbek kształtu nieregularnego: Krople wody 

 

  

 

 

 

  

 

 

 

  

 

(objętość próbki z ważenia hydrostatycznego) 

 
Wskaźnik porowatości (e) 
Stosunek objętości pustek do objętości stałej. 

   

 

 

 

 

 

 
 
  

Cechy fizyczne związane z obecnością wody w mat. bud. 

 

5. Nasiąkliwość  

 

Określa potencjalne możliwości materiału do pochłaniania i gromadzenia wilgoci.  

 

Oblicza się ją (podobnie jak wilgotność) jako stosunek masy (lub objętości) wody 
zawartej w materiale do masy (lub objętości) materiału w stanie suchym.  

 

Wyraża maksymalną zawartość wody, jaką może wchłonąć materiał w danych 
warunkach. (Jest to równocześnie jego maksymalna wilgotność).  

 

Im większa jest porowatość (mniejsza szczelność), oraz im więcej porów otwartych 
zawiera materiał, tym większa będzie jego nasiąkliwość.  

 

 

Objętość porów otwartych 

Całkowita objętość ciała 

background image

 

 

 

 

 

   

 

 

 

       

 

 

 

 - wilgotność masowa [%]  

 

 

 - masa wilgotnej próbki [g]  

 

 

 - masa suchej próbki [g]  

 
 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

       

 

 

 

nasiąkliwość masowa [%]  

 

 

 - masa nasyconej próbki [g]  

 

 

 - masa suchej próbki [g]  

 

Wilgotności dany materiał może mieć wiele w zależności od różnej wilgotności względnej 
powietrza i różnej temperatury. 
Nasiąkliwość ma materiał tylko 1 i jest to maksymalna zawartość wody w tym materiale. 
 
 
 Badanie nasiąkliwości: 
Poszczególne etapy moczenia (wysuszonych uprzednio do stałej masy) próbek w wodzie  
przy różnych poziomach napełnienia.  

 

 
 
 
Podział wilgotności: 

 

SORBCYJNA - ilość pary wodnej pochłoniętej przez materiał z powietrza w określonej 
temperaturze i przy określonej wilgotności (?) 

 

HOGROSKOPIJNA - ilość pary wodnej pochłoniętej z powietrza w określonej 
temperaturze i przy wilgotności względnej powietrza = 100% 

 
 

6. Wilgotność 

Wilgotność materiału w stanie powietrzno-suchym to stan równowagi jaki ustala się po 
dłuższym okresie czasu w warunkach normalnej eksploatacji :  

 

beton komórkowy 4 – 8%  

 

keramzytobeton 6%  

background image

 

silikat 3 %  

 

beton 2%  

 

ceramika 1%  

 
 

7. Przesiąkliwość  

 

Zdolność materiału do przepuszczania danego medium (najczęściej wody) pod 
ciśnieniem.  

 

Miarą tej cechy jest objętość medium przenikająca pod określonym ciśnieniem przez 
jednostkę powierzchni materiału w jednostce czasu  

 

 

 

 

 

 

     

  

  

 

  

 

 

 

 - przesiąkliwość badana przy ciśnieniu p [cm/s]  

 

 

 - objętość medium przechodząca przez próbkę materiału w czasie t  

 

 - powierzchnia przekroju próbki materiału [cm2]  

 

 - czas pomiaru objętości przenikającego medium [s]  

 
 
Badanie przesiąkliwości dla dachówki ceramicznej „Karpiówki”: 
 

 

 
W trakcie 3 godzin działania ciśnienia wody ( 5-cm wys.) dachówka nie powinna przepuścić 
nawet 1 kropli wody !  
 
 
Stopień przesiąkliwości zależy od szczelności i porowatości  
- materiał PRZESIĄKLIWY np. beton porowaty 
- materiał SZCZELNY/nieprzesiąkliwy np. bitumy, szkło, stal, PVC, styropian  
 
 

8. Podciąganie kapilarne 

 

Jest to zdolność materiału do podciągania wody siłami kapilarnymi  

 

Siły te zależą od średnicy i ilości porów występujących w materiale  

 

Miarą tej cechy jest wysokość wody podciąganej przez materiał w ciągu jednostki 
czasu (szybkość podciągania wody siłami kapilarnymi)  

background image

 
 

 

   

      

   

 

 

                         

 

 
 
 
 
 
 

 
 

   

 

 

  

  

 

 

 

h - wysokość podciągania wody [cm]  
t - czas podciągania [s]  
 
 
Ciecze zwilżające i niezwilżające 

 
 
 
 
Podciąganie kapilarne  
 
 
 

 
 
 
 
Depresja kapilarna  
 
 
 
 

 
 

 

 

PRZESIĄKLIWOŚĆ 

 

PODCIĄGANIE KAPILARNE 

 

brak 

Pory zamknięte 

brak 

duża 

Duże pory otwarte 

słabe 

mała 

Drobne pory otwarte 

mocne 

background image

Własności mechaniczne materiałów budowlanych: 

 
 
 
Różny układ sił zewnętrznych różne rodzaje naprężeń  
 
Naprężenie osiowe/podłużne  

 

 
 
Własności mechaniczne: 

Naprężenie poprzeczne  
 

 

1. WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCISKANIE  

 
Badanie wytrzymałości na ściskanie  

 

 

Obciążenie osiowe    

Naprężenie   Odkształcenie  

Zniszczenie 

 
 
Próbki do ściskania: 

 

 

background image

 
 
Różny przebieg zniszczenia próbek z różnych materiałów:  

 

Zniszczenie przez odłupywanie  

 

Zniszczenie eksplozyjne 

 
Wykres naprężenie - odkształcenie: 

 

 
 
Materiał kruchy a plastyczny:  
Zniszczenie materiału kruchego (próbka cylindryczna z betonu zwykłego) 

 

 
Zniszczenie materiału plastycznego  

 

 
 
Typowe zniszczenie próbki: Próbka sześcienna z zaprawy cementowej (materiał kruchy)  

 

 
 

background image

Jednoosiowe ściskanie 
 

 

Środkowe boczne części próbki podlegają przemieszczeniom poprzecznym  
 
 
 
Wytrzymałość na ściskanie:  
 
 
Wytrzymałość na ściskanie jest to iloraz maksymalnej siły, jaką element przeniósł, do 
powierzchni przekroju poprzecznego tego elementu:  
 

 

 

 

 

   

 

       

 
F

max 

 - maksymalne obciążenie próbki [KN =  1000N]  

S - powierzchnia przekroju poprzecznego próbki [mm

2

]  

 
 

2. WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE  

 
Badanie wytrzymałości na rozciąganie  

  
 
 
Zerwanie próbki z przewężeniem: 
- tworzywo sztuczne 
- stal 
 
 
 

 
 
 

 

background image

Naprężenie normalne w pręcie rozciąganym osiowo  

   

 

 

      

 
 

 

 - naprężenie normalne od rozciągania [MPa] 

 

 - wartość zewnętrznej siły rozciągającej [N]  

 

 

 - powierzchnia przekroju poprzecznego [mm

2

 
[Elementy pracują CAŁĄ powierzchnią PRZEKROJU POPRZECZNEGO.] Naprężenie w całym 
przekroju próbki jest równomiernie rozłożone. 
 
Wytrzymałość na rozciąganie: 

 

 

 

 

   

 

      

 
Iloraz maksymalnej wartości siły jaką element przeniósł tuż przed zerwaniem, do pierwotnej 
powierzchni przekroju poprzecznego tego elementu.  
 
F

max

 - maksymalna wartość siły przed zerwaniem [KN=1000N]  

S - pierwotna powierzchnia przekroju poprzecznego rozciąganego elementu [mm

2

]  

 
 
Wykres Naprężenie-Odkształcenie w rozciąganym elemencie:  

 

 
Rodzaje odkształceń:  

 

Odkształcenie sprężyste - Rodzaj odkształcenia, w którym zdeformowane ciało wraca 
do pierwotnego kształtu po usunięciu siły zewnętrznej.  

 

Odkształcenie plastyczne - Odkształcenie, w którym zdeformowane ciało nie wraca 
do pierwotnego rozmiaru i kształtu po usunięciu siły zewnętrznej.  

 
 
 
 

background image

Różne materiały - różna deformacja: 

 

Materiał kruchy (łamliwy): 

mocny materiał, którego zniszczenie następuje nagle bez udziału 
odkształcenia plastycznego 

np. szkło, beton, żeliwo, skały 

 

 

Materiał plastyczny (ciągliwy): 

deformujący się plastycznie materiał, którego wydłużenie przed zniszczeniem 
jest > 5% 

np. złoto, srebro, miedź, stal, PP, PE 

 
 
Różne materiały - różne wykresy:  

 

 

 

 
 
 

 

background image

"Szyjkowanie" próbek: 

 

 
 

3. WYTRZYMAŁOŚĆ NA ZGINANIE  

 
Trzypunktowe zginanie:  

 

 
 
Zginanie poprzeczne trzypunktowe:  

 

background image

Wskaźnik wytrzymałości przekroju poprzecznego: 

   

     

 

 

 

 
Maksymalny moment zginający 

   

     

 

 

 
Wytrzymałość na zginanie: 

 

 

 

 

 

 

 

Wytrzymałość na zginanie: 
Dla przekroju belki przy trzypunktowym zginaniu: 

 

 

 

     

   

   

         

 

       

 

 
F

max

 - maksymalna siła w chwili zniszczenia [kN= 1000N]  

l - odległość p-któw podparcia [mm]  
b - szerokość belki [mm]  
h - wysokość belki [mm]  
L - całkowita długość belki  
 
 

4. WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCINANIE  

Naprężenia ścinające w pręcie obciążonym siłami prostopadłymi przeciwnego zwrotu:  

 

 

   

 

 

      

 
 - naprężenie ścinające[MPa]  
F - siła obciążająca [N]  
S - powierzchnia przekroju 
równoległego do siły [mm2]  
 
 
 
Różne rodzaje naprężeń:  

 

 

background image

Różne rodzaje naprężeń podczas zginania belki:  

 

 
 
Wykresy trzypunktowego zginania: