Politechnika Gdańska Rok akademicki 1998/99
Wydział Budownictwa Lądowego
SPRAWOZDANIE
z MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
Temat: Cechy techniczne materiałów
Rzodkiewicz Michał
(środa, godz. 11:00)
W budownictwie stosuje się wiele różnych materiałów. Materiały te, aby mogły należycie spełniać swe przewidziane funkcje w okresie eksploatacji budowli, muszą mieć pewne właściwości, które nazywamy cechami technicznymi. W budownictwie mamy do czynienia nie tylko z materiałami, których cechy techniczne są od dawna dobrze znane, ale również z materiałami nowymi, których cechy należy dopiero ustalić. Na podstawie wieloletnich obserwacji zachowania się materiałów w różnych konstrukcjach, różnej temperaturze i różnych warunkach pracy ustalone zostały wytyczne dla odbioru materiałów przydatnych dla budownictwa.
Oprócz laboratoryjnych badań cech technicznych materiałów stosuje się również badania ich cech zewnętrznych - przede wszystkim badania makroskopowe, a w razie potrzeby nawet mikroskopowe.
Użycie do budowy ścian niewłaściwej cegły ceramicznej może spowodować na ścianach wykwity, powstające np. w skutek wykrystalizowania się soli zawartych w tworzywie, z którego produkowano cegłę.
Nadmierna nasiąkliwość materiałów może spowodować, że w warunkach zimowych wskutek zamarzania zakumulowanej wody wystąpi rozsadzenie materiału. Oprócz tego zwiększenie stopnia zawilgocenia materiału powoduje zmianę jego właściwości cieplnych (wzrost przewodności ciepła).
Ważne jest również sprawdzenie zachowania się materiału w warunkach działania ognia.
Przykłady takie można by mnożyć. Wynika z tego konieczność bliższego zaznajomienia się z cechami technicznymi materiału.
1. Nasiąkliwość
Nasiąkliwość jest to zdolność pochłaniania wody przez materiał przy ciśnieniu atmosferycznym i jest jednym z decydujących czynników świadczących o przydatności materiału do celów budowlanych.
Nasiąkliwość zależy od szczelności materiału, rodzaju porów (otwarte lub zamknięte) oraz ich wielkości. Im większa szczelność i więcej zamkniętych porów, tym bardziej materiał odporny jest na działanie czynników atmosferycznych. Rozróżnia się nasiąkliwość: wagową, objętościową i względną.
Nasiąkliwość wagowa (masowa). Jest to stosunek masy wody pochłoniętej przez próbkę materiału o masie mn, badanego pod ciśnieniem atmosferycznym, do masy próbki w stanie suchym ms. Badania przeprowadza się na próbkach o kształcie prawidłowym lub nieprawidłowym, zbliżonym do sześcianu o boku 4 do 7 cm. Nasiąkliwość wagową nw w % wyznacza się wg wzoru
100%.
Nasiąkliwość ma znaczny wpływ na przewodność cieplną materiału. Przyrost wilgotności o 1% może zwiększyć przewodność cieplną o kilkanaście procent.
Nasiąkliwość objętościowa. Określa się ją (w procentach) stosunkiem objętości wody pobranej przez badany materiał do objętości tego materiału w stanie suchym. Nasycenie próbek materiału wodą może być wykonane albo tylko przez zanurzenie w wodzie lub dodatkowo w procesie gotowania w ciągu 3 godz. (nasiąkliwość wagowa po gotowaniu). Nasiąkliwość objętościową oblicza się ze wzorów:
100%,
100%,
gdzie: mn - masa próbki nasyconej wodą bez gotowania,
ms - masa próbki wysuszonej do stałej masy,
mng - masa próbki nasyconej wodą po gotowaniu,
V - objętość próbki.
Nasiąkliwość osiąga swoją najwyższą wartość nomax, gdy próbkę nasyca się w próżni lub gdy próbka przez dłuższy czas znajduje się we wrzącej wodzie. Nasiąkliwość objętościową materiału wchłaniającego wodę pod ciśnieniem niższym od atmosferycznego lub podczas gotowania określa się jako nasycalność.
Nasiąkliwość względna. Jest to stosunek nasiąkliwości objętościowej próbki po gotowaniu nog do jej porowatości p i określa się ze wzoru
.
Stopień nasycenia. Stopień nasycenia próbek określa się ze wzoru
,
gdzie: no - wg wzoru,
nomax - nasiąkliwość objętościowa po gotowaniu lub pod ciśnieniem niższym od atmosferycznego.
Stopień nasycenia ma znaczenie dla materiałów podlegających działaniu mrozu. Gdy stopień nasycenia jest duży (powyżej 85%), wówczas woda, która przeniknęła do porów, nie mogąc pomieścić się w nich po zamarznięciu, rozsadza tworzywo.
* * *
Ćwiczenie laboratoryjne polegało na wyznaczeniu nasiąkliwości wagowej i objętościowej cegły zwykłej.
W tym celu zważyliśmy cegłę w stanie suchym (cegła powinna być wysuszona w temp. 105°C w przedziale do ustabilizowania masy tzn. nawet 3 doby), a następnie zmierzyliśmy w trzech miejscach każdą z jej ścian. Otrzymaliśmy następujące wyniki:
ms = 3234g
szer. cegły (119 + 120 + 119)/3 = 119,33 mm
dł. cegły (251 + 249 + 249)/3 = 249,67 mm
gr. cegły (63 + 64 + 62)/3 = 63 mm
Możemy więc obliczyć już objętość materiału:
V = 6,3 × 11,933 × 24,967 = 1876,97 cm3
Kolejną czynnością jest zanurzenie cegły w wodzie. Robimy to w trzech etapach:
zanurzenie ½ wysokości cegły na 2h w celu „wyrzucenia” z niej pęcherzyków powietrza,
zalanie cegły do ¾ wysokości na 2h w tym samym celu,
zalanie całej wysokości cegły - H + 5 cm na 2h.
Okres 2h zmniejszyliśmy do 15 min. i po wykonaniu w/w trzech etapów zważyliśmy cegłę w stanie nasyconym, dzięki czemu otrzymaliśmy mn = 3747 g. Podstawiając dane wartości do wzorów na nasiąkliwość wagową i objętościową otrzymujemy:
100% = 15,86 %
100% = 27,33 %
2. Gęstość
Gęstość jest to masa jednostki objętości materiału Va bez uwzględnienia porów, wyrażona w g/cm3 lub w kg/m3
, 
gdzie: m - masa próbki, g (kg),
Va - objętość próbki bez porów i kapilarów, cm3 (m3).
Pomiar gęstości wykonuje się za pomocą piknometru lub w objętościomierzu Le Chateliera, w którym dokładność pomiaru dla praktyki budowlanej jest wystarczająca.
Gęstość objętościowa. Jest to masa jednostki objętości badanego materiału wysuszonego do stałej masy wraz ze znajdującymi się w nim porami i kapilarami. Określamy go ze wzoru
, 
gdzie: m - masa suchej próbki materiału, g (kg),
Vn - objętość próbki w stanie naturalnym, cm3 (m3).
Oznaczenie gęstości objętościowej próbek o kształcie nieregularnym odbywa się za pomocą metody hydrostatycznej.
* * *
Ćwiczenie polegało na wyznaczeniu gęstości piasku oraz gęstości pozornej dla próbki o kształcie regularnym i nieregularnym.
Gęstość piasku wyznaczyliśmy przy wykorzystaniu kolby Le Chaterliera.
Pierwszą czynnością było wlanie cieczy (w naszym przypadku wody) do kolby i zważenie całości. Otrzymujemy mk + w = 334g. Następnie sypiemy materiał, w wyniku czego zwierciadło wody podnosi się. Możemy teraz odczytać objętość Vn = 19 cm3 i zważyć całość wraz ze wsypanym piaskiem. Mamy w ten sposób mk + w + m = 382,9g, co pozwala ustalić już masę piasku mm.
(mk + w + m) - (mk + w) = mm
382,9 - 334 = 48,9 g
W ten sposób po podstawieniu mm i Vn do wzoru otrzymujemy gęstość badanego materiału:
ρ = 2,57 g/cm3.
Gęstość pozorną próbki o kształcie regularnym wyznaczyliśmy dla sześciennej kostki wykonanej z betonu komórkowego (gazobetonu). Po trzykrotnym zmierzeniu i zważeniu kostki otrzymujemy:
a = (93 + 93 + 94)/3 = 93,33 mm = 9,333 cm
a = (93 + 93 + 94)/3 = 93,33 mm = 9,333 cm
a = (92 + 92 + 93)/3 = 92,33 mm = 9,233 cm
V = 804,24 cm3
m = 557,5g
Możemy już wyznaczyć gęstość pozorną ρo, która wynosi ρo = 0,69 g/cm3.
Dla próbki o kształcie nieregularnym używamy metody pośredniej.
Badany materiał suszymy, potem ważymy go, dzięki czemu otrzymujemy jego masę mm = 90,6g.
Następnie powlekamy go parafiną (materiał nie nasiąka wodą) i ponownie ważymy.
Mamy mm + p = 93,7g, a po dalszych obliczeniach (mm + p) - (mm) = mp = 3,1 - masa parafiny.
Próbkę wrzucamy do naczynia z cieczą, po czym odczytujemy objętość Vm + p = 55 cm3.
Przy znanej gęstości parafiny (ρ = 0,93 g/cm3) oraz jej masy (mp = 3,1g) wyznaczamy:
Vp = mp/ρp = 3,3 cm3, co pozwala ustalić nam objętość próbki:
Vm = Vm + p - Vp = 55 - 3,3 = 51,7 cm3
Znając już masę danego materiału oraz objętość, w prosty sposób wyznaczamy jego gęstość pozorną:
, 
.
3. Szczelność
Szczelność s określa się stosunkiem gęstości objętościowej materiału do jego gęstości
100%.
Wartość szczelności oznacza, jaką część całkowitej objętości w procentach zajmuje masa badanego materiału bez porów, np.: dla szkła, stali s = 1, w przypadku materiału porowatego ≤ 1.
Porowatość p materiału oznacza, jaką część całkowitej objętości w procentach stanowi objętość porów.
100% = (1 - s)100% = (1
100%
4. Przewodność cieplna
Przewodność cieplna jest cechą charakteryzującą zdolność danego materiału do przewodzenia ciepła od jednej powierzchni do drugiej; jest ona określana współczynnikiem przewodności cieplnej λ [W/m⋅K]. Wartość λ współczynnika λ określa ilość ciepła przechodzącą przez powierzchnię 1 m2 przegrody grubości 1 metra w ciągu jednej godziny, w założeniu różnicy temperatury obu powierzchni ściany równej 1°C. Współczynnik ten zależny jest od wilgotności, temperatury, porowatości, struktury materiału i składu chemicznego.
Dla materiałów stosowanych w budownictwie λ wynosi od 0,033 do 1,75 W/m⋅°C (dla betonów). Wartość λ ustala się np. za pomocą aparatów Bocka, Poensgena lub komory klimatyzacyjnej.
Opór cieplny przegrody jednolitej (jednorodnej) lub warstwy jednolitej przegród wielowarstwowych o stałej grubości oblicza się na podstawie wzoru:
w którym:
R - opór cieplny przegrody (warstwy) jednolitej o stałej grubości, w m2⋅K/W,
d - grubość przegrody (warstwy), w m,
λ - współczynnik przewodzenia ciepła.
Opór cieplny przegrody budowlanej, składającej się z kilku warstw, jest równy sumie oporów przewodzenia ciepła przez poszczególne warstwy:
Oprócz oporu cieplnego, jaki stawia przepływającemu ciepłu sam materiał przegrody, występują:
opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni przegrody - Ri = 0,12 [m2⋅K/W],
opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni przegrody - Re = 0,04 [m2⋅K/W].
Współczynnik przenikania ciepła przegród bez mostków termicznych ko należy obliczać według
wzoru:
w którym:
Ri, Re - opory przejmowania ciepła,
R - opór cieplny przegrody budowlanej.
5. Ścieralność
Odporność na ścieranie bada się na tarczy Böhmego lub za pomocą obracających się bębnów, w których umieszczone są próbki materiałów (np. bęben Devale, Los Angeles), a wyraża się, np. dla kamieni badanych na tej tarczy, stratą wysokości badanej próbki poddanej ścieraniu. Badania ścieralności na tarczy przeprowadza się na próbkach sześciennych (F = 50 cm2 = 7,1cm × 7,1cm).
Materiał ścierny wymienia się co 22 obroty, po pierwszych 110 obrotach obracamy próbkę o kąt 90° w płaszczyźnie ścierania. Czynność powtarzamy po 220 i 330 obrotach, badanie kończymy natomiast po 440. Stratę wysokości s określa się jako ubytek masy mu próbki podzielonej przez jej przekrój F (cm2) i gęstość objętościową ρo.
, cm (m).
mu - ubytek masy po 440 obrotach,
F - powierzchnia ścierania,
ρo - gęstość pozorna zadanego materiału.
5
Wyszukiwarka