Badanie gęstości metodą kolby Le Chatelier'a przeprowadzamy w celu obliczenia gęstości materiałów porowatych. Zmielenie materiału do odpowiedniej frakcji daje nam możliwość oznaczenia jego objętości absolutnej - potrzebnej do obliczenia gęstości.

Badanie to przeprowadzamy na próbce wysuszonej do stałej masy, i zmielonej do otrzymania frakcji 0,06mm. Do kolby Le Chatelier'a wlewamy denaturat, naftę lub wodę destylowaną do tego stopnia, aby ciecz osiągnęła poziom 0 cm3. Do tak wykalibrowanego objętościomierza wsypujemy sproszkowany materiał. W miarę jego wsypywania poziom cieczy podnosi się. Napełnianie kolby proszkiem odbywa się do osiągnięcia poziomu 20 cm3. Z różnicy ciężaru proszku przed wsypaniem do kolby i pozostałością (częścią nie wsypaną) określa się masę proszku wsypanego. Jego objętość absolutna (Va)wynosi 20 cm3.



Obliczanie masy piaskowca:

Kolba z wodą - 0,323kg
Kolba z woda + piaskowiec - 0,375 kg = kolba (woda + piaskowiec) - kolba z wodą
Masa piaskowca 0,053 kg
0,052: 20 cm 3 = 0,0026 [ kg/cm 3]
Masa kolby z wodą = 0,323kg
Masa kolby z wodą i piaskowcem = 0,375kg
Masa piaskowca = masa ( woda + piaskowiec) - masa wody





= 0,052/20 = 0,0026 [kg/cm3]

G = 2,6 [ g/cm3]

Badana przez nas próbka posiadała gęstość wynoszącą 2,63 g/cm3.
2.
Gęstość pozorna w przypadku brył nieregularnych, oznaczana jest poprzez stosunek ich masy w stanie suchym do objętości. Objętość obliczana jest za pomocą ważenia hydrostatycznego próbek nasączonych wodą.

Aby obliczyć gęstość próbki o nieregularnych kształtach, należy zważyć próbkę w stanie suchym. Następnie zważoną próbkę zanurzamy do naczynia z woda na okres 24 godzin. W celu wyznaczenia objętości próbki wykonujemy ważenie próbki nasączonej wodą ważąc ją w powietrzu oraz wykonując tą samą czynność zanurzając próbkę w naczyniu z wodą i w nim wykonując ważenie. Czynność polegająca na ważeniu próbek w wodzie nazywa się ważeniem hydrostatycznym.

Obliczanie objętości:

*1. Drewno świerk
50g, dł. 4,6x szer. 5,0 x wys. 5,0 = 115 cm3
*2. Beton komórkowy
549g, dł. 10,0x szer. 10,1x wys. 8,5 = 858,5 cm3
*3. wełna mineralna twarda
140g, dł. 7.5x szer. 9,3xwys.9,8 = 683,55 cm3
*4. beton lekki popiołowy
402g, dł. 10,1x szer. 6,8x wys. 10,2 = 700,54 cm3
*5. styropian
22g, dł. 9,7x szer. 9,9x wys. 9,4 = 902,68 cm3
*6. pianka poliuretanowa
40g, dł. 10,0 x szer. 9,7x wys.9,9 = 960,3 cm3
*7. płyta pilśniowa porowata
27g, dł. 10,0x szer. 1,2x wys. 10,1 = 121,2 cm3
*8. beton z kruszywem keramzytanowym
653g, dł. 20,3x szer. 2,9x wys. 10,1 = 594,59 cm3
*9. beton popiołowy porowaty
163g, dł. 10,1x szer. 4,8x wys. 10,1 = 489,65 cm3
*10. płyta z wełny mineralnej miękkiej.
47g, dł. 20,0 x szer. 4,4 x wys. 12,5 = 1100 cm3


Obliczanie gęstości pozornej:

Ad1. 0,434 twarde
Ad2. 0,639 twarde, kruche
Ad3. 0,204 miękka, kruszy się
Ad4. 0,573 twarde
Ad5. 0,024 miękkie
Ad6. 0,041 miękka, kruszy się
Ad7. 0,222 miękka
Ad8. 1,098 bardzo twardy
Ad9. 0,332 miękki, porowaty, kruchy
Ad10. 0,042 bardzo miękka, krucha

3.
Obliczanie szczelności i porowatości:

Szczelność - jest to część jednostki materiału, którą zajmuje zwarta masa. Obliczamy ją z ilorazu gęstości pozornej w stosunku do gęstości. Całość wyrażamy w procentach.


Do obliczenia posłużymy się danymi z poprzednich zadań 1 i 5

Piaskowiec
Gęstość = 2,6 [ g/cm3]
Gęstość pozorna = 1,96[ g/cm3]


Porowatość - jest to objętość wszystkich porów zawartych w jednostce badanego materiału. Porowatość obliczmy z różnicy gęstości i gęstości objętościowej w stosunku do gęstości, lub odejmując od jedności szczelność materiału i wyrażając wartość w procentach:



Piaskowiec
Gęstość = 2,6 [ g/cm3]
Gęstość pozorna = 1,96[ g/cm3]


P = ,

P =

4.
Wilgotnością naturalną (wn) nazywamy stosunek masy wody zawartej w danej próbce gruntu w warunkach naturalnych do masy szkieletu gruntowego tej próbki. Wyznaczamy ją wzorami:

lub

gdzie:
wn - wilgotność naturalna [% lub liczba bezwzględna],
mw - masa wody zawarta w próbce [g],
ms - masa szkieletu gruntowego [g].
Masę szkieletu gruntowego uzyskuje się poprzez suszenie próbki w temperaturze 105 - 110oC. Zakładamy, że w tej temperaturze grunt traci całą wodę wolną.

Wilgotność naturalną mierzymy urządzeniem do pomiaru wilgotności, np.:

Styropian ektrudowany = 0,7%
Drewno-sosna = 6,6%
Styropian = 0,7%
Zaprawa cementowa = 13,2%
Cegła pełna = 12,0%
Wełna mineralna = 2,2%
Szkło piaskowe czarne = 12,4%
Płyta pilśniowa = 0,7%


5.
Nasiąkliwość - jest to zdolność materiału do wchłaniania i utrzymywania cieczy przy ciśnieniu atmosferycznym. W zależności od rodzaju nasiąkliwości liczymy ją na dwa sposoby:


Nasiąkliwość masowa :


Nm =

Mn - masa próbki nasyconej wodą [g]
Ms - masa próbki suchej [g]

*1. Drewno świerk
50g, dł. 4,6x szer. 5,0 x wys. 5,0 = 115 cm3 Nm = 60,00 %
*2. Beton komórkowy
549g, dł. 10,0x szer. 10,1x wys. 8,5 = 858,5 cm3 Nm = 4,37 %
*3. wełna mineralna twarda
140g, dł. 7.5x szer. 9,3xwys.9,8 = 683,55 cm3 Nm = 17,14 %
*4. beton lekki popiołowy
402g, dł. 10,1x szer. 6,8x wys. 10,2 = 700,54 cm3 Nm = 5,97 %
*5. styropian
22g, dł. 9,7x szer. 9,9x wys. 9,4 = 902,68 cm3 Nm = 89,07 %
*6. pianka poliuretanowa
40g, dł. 10,0 x szer. 9,7x wys.9,9 = 960,3 cm3 Nm = 60,00 %
*7. płyta pilśniowa porowata
27g, dł. 10,0x szer. 1,2x wys. 10,1 = 121,2 cm3 Nm = 88,00 %
*8. beton z kruszywem keramzytanowym
653g, dł. 20,3x szer. 2,9x wys. 10,1 = 594,59 cm3 Nm = 3,67 %
*9. beton popiołowy porowaty
163g, dł. 10,1x szer. 4,8x wys. 10,1 = 489,65 cm3 Nm = 14,72 %
*10. płyta z wełny mineralnej miękkiej.
47g, dł. 20,0 x szer. 4,4 x wys. 12,5 = 1100 cm3 Nm = 51,06 %

Nasiąkliwość objętościowa :


No =

Mn - masa próbki nasyconej wodą [g]
Ms - masa próbki suchej [g]
Vs - objętość próbki w stanie suchym [cm3]

*1. Drewno świerk
50g, dł. 4,6x szer. 5,0 x wys. 5,0 = 115 cm3 No = 20,86 cm3
*2. Beton komórkowy
549g, dł. 10,0x szer. 10,1x wys. 8,5 = 858,5 cm3 No = 2,79 cm3
*3. wełna mineralna twarda
140g, dł. 7.5x szer. 9,3xwys.9,8 = 683,55 cm3 No = 3,51 cm3
*4. beton lekki popiołowy
402g, dł. 10,1x szer. 6,8x wys. 10,2 = 700,54 cm3 No = 3,42 cm3
*5. styropian
22g, dł. 9,7x szer. 9,9x wys. 9,4 = 902,68 cm3 No = 2,65 cm3
*6. pianka poliuretanowa
40g, dł. 10,0 x szer. 9,7x wys.9,9 = 960,3 cm3 No = 2,49 cm3
*7. płyta pilśniowa porowata
27g, dł. 10,0x szer. 1,2x wys. 10,1 = 121,2 cm3 No = 19,80 cm3
*8. beton z kruszywem keramzytanowym
653g, dł. 20,3x szer. 2,9x wys. 10,1 = 594,59 cm3 No = 4,03 cm3
*9. beton popiołowy porowaty
163g, dł. 10,1x szer. 4,8x wys. 10,1 = 489,65 cm3 No = 4,90 cm3
*10. płyta z wełny mineralnej miękkiej.
47g, dł. 20,0 x szer. 4,4 x wys. 12,5 = 1100 cm3 No =2,18 cm3

6.
Podciąganie kapilarne
Zaprawa wapienna
(1,8 + 3,6 + 4) : 3 = 3,13
Zaprawa cementowa
(1,8 + 0,5 + 1,5) : 3 = 1,26

Nasiąkliwość po czasie 25 min.


7.
Oznaczenia cech zewnętrznych wyrobu

Cegła
Wysokość: 62 mm
Szerokość: 119 mm
Długość: 255 mm
Skrzywienie podstawy: 5 mm
Skrzywienie główki: 3 mm
Skrzywienie wozówki: 5 mm
Masa: 3,4 kg
Dźwięk: ceramiczny

Pustak stropowy Acerman`a
Wysokość: 155 mm
Szerokość: 295 mm
Długość: 250 mm
Skrzywienie podstawy: 3 mm
Masa: 10,3 kg
Dźwięk: ceramiczny

Dachówka
Wysokość: 10 mm
Szerokość: 179 mm
Długość: 385 mm
Skrzywienia: Brak
Masa: 1,6 kg
Dźwięk: ceramiczny

1. Wstęp

Twardością określa się odporność materiału na odkształcenia trwałe, które powstają pod wpływem sił skupionych, działających na małą powierzchnię materiału, wywołanych przez wciskanie odpowiedniego wgłębnika. Twardość nie jest stałą materiałową, a więc porównywanie twardości jest możliwe w zakresie tylko jednej metody.
W zależności od wielkości odkształcenia spowodowanego wnikaniem wgłębnika w materiał rozróżnia się pomiary makro- i mikrotwardości. Ważne jest aby miejsce, w którym dokonywany będzie pomiar, zostało oszlifowane, ponieważ stan powierzchni metalu ma duży wpływ na wyniki uzyskane podczas badań twardości. Do pomiarów makrotwardości stosuję się metody:
Brinella•
Vickersa•
Rockwella•

Zastosowania w ćwiczeniu numer 1 metoda Brinella polega na staty-cznym wciskaniu twardej, kalibrowanej kulki o średnicy D w powierzchnię metalu obciążeniem wywołanym siłą F. Twardość Brinella jest to stosunek siły obciążającej F do powierzchni czaszy odcisku i oznacza się ją symbolem HB.


gdzie: n - współczynnik (najczęściej 30, 10, 5, 2.5, 1)
D - średnica kulki (najczęściej 10, 5, 2.5 mm)
d - średnica odcisku w metalu [mm]

Wartość współczynnika n powinna być tak dobrana, aby uzyskać odcisk o średnicy d wynoszący od 25% do 60% D.
Wartości twardości HB wyznaczone przy użyciu kulek o różnej średnicy można porównać tylko wtedy gdy zachowana jest stała wartość współczynnika n. Próba twardości metodą Brinella stosowana jest do badania twardości metali o twardości nie przekraczającej 650 HB.






2. Opis przebiegu ćwiczenia

Podczas wykonywania ćwiczenia korzystamy z dwóch urządzeń: twardościomierza i mikroskopu warsztatowego. Najpierw trzeba odpowiednio ustawić twardościomierz. Na talerzyk jarzma nakładamy ciężarki odpowiadające wymaganemu naciskowi, mocujemy kulkę o odpowiedniej średnicy i po tych czynnościach kładziemy badaną próbkę na stoliku. Do wykonania ćwiczenia otrzymalismy dwie próbki (A i B). Dla każdej stosujemy ten sam wgłebnik o średnicy 10 mm i ten sam nacisk wynoszący 3000 kg. Żeby nałożyć na jarzmo odpowiednie ciężarki nacisk podany w kilogramach musimy przeliczyć na jednostkę siły (N) korzystając ze wzoru na siłę F=ma (m=3000 kg, a=9,8)
otrzymujemy 29 420 N . Kołkiem ręcznym podnosimy stolik z próbką aż do zetknięcia się z kulką. Zamykamy zawór przelewowy, pompą zwiększamy nacisk aż do momentu podniesienia się jarzma z ciężarkami, nie doprowadzając jednak do momentu przelewu. Następnie utrzymujemy nacisk na probkę przez ok. 15 sekund i otwieramy wolno zawór. Po otwarciu zaworu zwalniamy i zdejmujemy próbkę. Mierzymy średnicę odcisku za pomocą mikroskopu warsztatowego w 2 prostopadłych kierunkach z dokładnością co do 0,01 mm. Obliczamy twardość badanych próbek korzystając ze wzoru:
i obliczoną w ten sposób twardość porównujemy z wynikiem odczytanym z odpowiedniej tablicy.

Próbka A (stal perlityczna):
Wartość HB odczytana z tablic: 285 HB
Zmierzona średnica odcisku w metalu: 3,67 mm i 3,52 mm
Wartość HB wyliczona ze wzoru:
HB= 273 dla średnicy odcisku równej 3,67 mm


HB=298 dla średnicy odcisku równej 3,52 mm
a więc teraz liczymy średnią arytmetyczną z sumy dwóch pomiarów:
Wynika stąd że zmierzona przez nas twardość dla próbki A wynosi 285,5 HB czyli jest podobna do tej odczytanej z tablic.


Próbka B:
Wartość HB odczytana z tablic: 149 HB
Zmierzona średnica odcisku w metalu: 4,84 mm i 5,01 mm
Wartość HB wyliczona ze wzoru:

HB-152,5 dla średnicy odcisku równej 4,84 mm


HB=141,5 dla średnicy odcisku równej 5,01 mm
a więc teraz liczymy średnią arytmetyczną z sumy dwóch pomiarów:

Wynika stąd, że zmierzona przez nas twardość dla próbki B wynosi 147,15 HB czyli jest podobna do tej odczytanej z tablic.


3. Wnioski

Z przeprowadzonego ćwiczenia wynika, że próbka A jest materiałem twardszym niż próbka B (czyli jest mniej podatna na odkształcenia trwałe) i tym samym może znaleźć szersze zastosowanie w przemyśle.

---