Podstawowe właściwości materiałów

-Badanie gęstości i gęstości objętościowej,
-Badanie nasiąkliwości.
wg PN-EN 1936:2001

1. Podstawowe właściwości fizyczne, mechaniczne i chemiczne

1.1. Przykłady danych właściwości:

• FIZYCZNE, obejmują one takie właściwości jak: gęstość, gęstość objętościowa, porowatość, wilgotność, nasiąkliwość, przesiąkliwość, higroskopijność, mrozoodporność, ognioodporność, ogniotrwałość, rozszerzalność, pojemność i przewodność cieplna.

  •MECHANICZNE, do których zaliczamy: wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, i zginanie, kruchość, twardość, sprężystość, ciągliwość, ścieralność, pełzanie i relaksacja.

  •CHEMICZNE, obejmujące oznaczanie: składu chemicznego jakościowego i ilościowego, składu tlenkowego, odporności na korozję w różnych środowiskach chemicznych, niezmienności składu chemicznego materiału w czasie.

1.2. Gęstość

Stosunek wysuszonej masy próbki do badania do jej części stałej.

Metoda A (piknometr)

Metoda B (Le Chateliera)

1.3.Gęstość objętościowa

Stosunek masy wysuszonej próbki do badania do jej objętości

1.4. Nasiąkliwość

Zdolność pochłaniania wody przez materiał przy ciśnieniu atmosferycznym.

Nasiąkliwość wagowa:

Nasiąkliwość objętościowa:

Gdzie:

– próbka wysuszona

- masa próbki zanurzonej w wodzie

– masa nasyconej próbki

– masa próbki sproszkowanej i wysuszonej

– masa piknometru wypełnionego wodą i sproszkowaną próbką

– masa piknometru wypełnionego wodą

– objętość wypartej cieczy przez próbkę w stanie sproszkowanym

– gęstość próbki

- gęstość próbki zanurzonej w wodzie

– gęstość objętościowa próbki

– nasiąkliwość

2. Ćwiczenie: badanie nasiąkliwości cegły i gazobetonu

2.1. Teoria

Nasiąkliwość wagowa (masowa) – zdolność pochłaniania wody przez materiał przy ciśnieniu atmosferycznym. Nasiąkliwość wagowa jest to stosunek masy wchłoniętej wody do masy próbki materiału suchego. Określa się ja wzorem:

Sposób nasycenia materiału wodą zależy przede wszystkim od rodzaju materiału i typu porów. Dla materiałów drobno porowatych, takich jak np. materiały kamienne (skały magmowe) i wyroby ceramiczne nasycenie odbywa się przez stopniowe zanurzenie w wodzie, tak aby nie zamknąć powietrza w porach materiału. Maksymalne wartości nasiąkliwość osiąga wówczas, gdy nasycenie odbywa się w próżni.

Zwykle nasiąkliwość materiałów jest mniejsza niż porowatości. Wynika to z faktu, że woda nie jest w stanie dostać się do wnętrza porów zamkniętych. Nasiąkliwość materiałów budowlanych waha się od 0% masy (szkło, metale) do powyżej 200% masy (drewno lub niektóre materiały porowate). Nasycone wodą materiały mają mniejszą wytrzymałość na ściskanie niż próbki suche, większa gęstość objętościową, a niektóre zwiększają również objętość (np. drewno)

2.2. Przebieg badania nasiąkliwości wg normy

1. Zważyć każda próbkę, następnie włożyć próbki do naczynia próżniowego i stopniowo obniżać ciśnienie do uzyskania (15 5) mm Hg.

2. Utrzymywać to ciśnienie przez (24 2) godziny w celu eliminacji powietrza zawartego porach.

3. Wprowadzić powoli dejonizowaną wodę i utrzymywać nadal to samo ciśnienie przez kolejne (24 2) godziny

4. Po tym czasie przywrócić w naczyniu ciśnienia atmosferycznego i pozostawić próbki pod woda przez kolejne (24 2) godziny.

5. Następne każdą próbkę zważyć w wodzie i odnotować masę

6. szybko wytrzeć wilgotną ściereczka i oznaczyć masę próbki nasyconej wodą

2.3. Przebieg doświadczenia w laboratorium

1. Ważymy wysuszone próbki cegły i gazobetonu

2. Zanurzamy je do 1/3 wysokości w wodzie tak by próbki nie dotykały brzegów naczynia w którym są umieszczone. Pozostawiamy je na 15 minut.

3.Ważymy próbki.

4. Zanurzamy je ponownie lecz teraz do 2/3 wysokości. Pozostawiamy je na kolejne 15 minut.

5. Ważymy próbki.

6. Zanurzamy je ostatni raz, tym razem tak by woda otaczała każdą krawędź próbki. Pozostawiamy na 15 minut.

7. Ważymy tym samym zakańczając doświadczenie zakładając iż próbki nie wchłonął więcej wody.

2.4. Tabela I: zestawienie wyników pomiarowych

Nazwa próbki	Masa wysuszonej próbki w [g]	Masa próbki po 15 min	Masa próbki po 30 min	Masa próbki po 45 min
Gazobeton	21,00	28,60	33,89	34,50
Cegła	25,63	28,28	28,45	28,59

2.5. Obliczenia

• Gazobeton:

po 15 minutach:

po 30 minutach:

po 45 minutach:

• Cegła:

po 15 minutach:

po 30 minutach:

po 45 minutach:

2.6. Wnioski

Doświadczenie miało na celu wykazanie, który z materiałów (gazobeton czy cegła) ma większą nasiąkliwość. Z przeprowadzonego doświadczenia wynika, że większą nasiąkliwość cechuje się gazobeton, co jest to spowodowane większa porowatością.

3. Ćwiczenie: badanie gęstości próbki

3.1. Teoria

Gęstością nazywamy masę jednostki objętości substancji materiału w stanie całkowitej szczelności, tj. bez porów i wilgoci. Gęstość jest ilorazem masy substancji materiału do jej objętości i wyrazić ja można wzorem:

3.2. Przebieg doświadczenia

1. Do dwóch menzurek nalewy po 50 ml

2. Odmierzamy 5g sproszkowanej substancji (cementu i cegły)

3. Wsypujemy cement do jednej menzurki, cegłę do drugiej

4. Mieszamy

5. Odczytujemy objętość

3.3. Tabela II: pomiary i wartości obliczone

rodzaj substancji
cegła	50 ml	5 g	52 ml	52 ml - 50 ml = 2 ml	2,5
cement	50 ml	5 g	52 ml	52 ml - 50 ml = 2 ml	2,5

to

3.4. Wnioski

Po wykonaniu doświadczenia można zaobserwować następującą zależność, iż gęstość cegły i cementu jest równa i wynosi 2,5

4. Ćwiczenie: badanie gęstości objętościowej próbki

4.1. Teoria

Norma: Jeżeli próbki maja kształt sześcianu lub prostopadłościanu, to dla obliczenia objętości próbki (V) należy najpierw ustalić wymiary podstawy, mierząc z dokładnością do 0,1 mm na dwóch przeciwległych do siebie ścianach krawędzie oraz równoległe do tych krawędzi linie przeprowadzone przez środek każdej ściany. Za wymiary krawędzi należy przyjmować średnią arytmetyczną wyników trzech pomiarów, a za powierzchnie podstawy – średnią arytmetyczna wyników obliczeń powierzchni obu ścian (F). W podobny sposób, biorąc za wynik ostateczny średnią arytmetyczną wyników sześciu pomiarów (4 krawędzie + 2 linie środkowe), należy określić wymiary wyrskości próbki (h). Objętość próbki należy obliczyć w ze wzoru: V = F * h

Gęstość objętościowa, czyli masa jednostki objętości materiału wraz z zawartymi w niej porami (w stanie naturalnym), określa się wzorem:

gdzie: m – masa suchej próbki materiału, kg

– objętość próbki materiału wraz z porami (w stanie naturalnym),

Wartość gęstości objętościowej zależy od struktury materiału. Gęstość objętościowa materiałów budowlanych zawiera się w granicach od 20 kg/ dla niektórych materiałów izolacyjnych do 7850 kg/ dla stali. Znajomość gęstości pozornej (objętościowej) pozwala orientacyjnie ocenić przydatność materiałów do poszczególnych elementów budowli. Daje to możliwość przybliżonego określenia innych właściwości materiału, jak wytrzymałość, przewodności cieplnej.

4.2. Przebieg doświadczenia:

Za pomocą suwmiarki należy zmierzyć w trzech miejscach (na środku i przy krawędzi) sześć ścian prostopadłościennej próbki bazaltu. Następnie obliczyć objętość zgodnie z zasadami zawartymi w normie. Zwarzyć próbkę. Obliczyć gęstość objętościową ze wzoru

4.3. Przebieg doświadczenia

Za pomocą suwmiarki należy zmierzyć w trzech miejscach (na środku i przy krawędzi) sześć ścian prostopadłościennej próbki bazaltu. Następnie obliczyć objętość zgodnie z zasadami zawartymi w normie. Zwarzyć próbkę. Obliczyć gęstość objętościową ze wzoru

4.4. Tabela III: zestawienie wyników pomiarowych

	I pomiar [mm]	II pomiar [mm]	III pomiar [mm]
pierwsza ściana	68,2	68,0	68,0
druga ściana	68,4	68,0	6 7,1
trzecia ściana	67,6	68,0	67,6
czwarta ściana	68,5	68,3	68,3
piąta ściana	66,3	66,3	66,2
szósta ściana	66,2	66,3	66,2

4.5. Obliczenia

4.5.1. Ustalamy wymiary podstawy:

a) wymiary krawędzi

I. (68,2 + 68,0 + 68,0) / 3 = 68,1

II. (68,4 + 68,0 + 67,1) / 3 = 67,8

III. (67,6 + 68,0 + 67,6) / 3 = 67,7

IV. (68,5 + 68,3 + 68,3) / 3 = 68,4

b) pole podstawy

= 68,1 * 67,8 = 4617,18

= 67,7 * 68,4 = 4630,68

= (4617,18 + 4630,68) / 2 = 4623,93

4.5.2. Ustalamy wysokość:

h = (66,3 + 66,3 + 66,2 + 66,2 + 66,3 + 66,2) / 6 = 66,25 mm

4.5.3. Obliczamy objętość:

V = F * h

V = 4623,93 * 66, 25 = 306335,3625

4.5.4. Obliczmy gęstość objętościową:

4.6. Wnioski:

Gęstość objętościowa materiałów budowlanych zawiera się w granicach od 20 kg/ dla niektórych materiałów izolacyjnych do 7850 kg/ dla stali. A gęstość objętościowa badanego materiału wynosi: , co oznacza, że wynik mieści się w wyżej podanym przedziale.