Politechnika
Opolska Data:
Wydział 17.03.2008r.
Podstawowe właściwości fizyczne, mechaniczne i
Budownictwa
chemiczne materiałów budowlanych.
Edyta Janota
Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej
materiałów.
Grupa
Laboratoryjna: 4
Semestr II letni
2007/2008 r.
1. Wstęp teoretyczny:
·ð MateriaÅ‚y budowlane sÄ… zÅ‚ożone z bardzo skomplikowanych zwiÄ…zków
chemicznych które powinny mieć odpowiednie właściwości techniczne
decydujÄ…ce o konkretnym zastosowaniu w budownictwie.
·ð Każdy materiaÅ‚ posiada cechy fizyczne, mechaniczne oraz chemiczne.
a) WA
AÅšCIWOÅšCI FIZYCZNE
·ð GÄ™stość i gÄ™stość objÄ™toÅ›ciowa:
Jedną z podstawowych informacji o materiale jest gęstość, określana jako stosunek masy
[kg] i objętości [m3].
Gęstość objętościowa natomiast to masa jednostki objętości [m3] materiału wraz z
zawartymi w nim porami.
·ð 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
·ð 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%.
·ð NasiÄ…kliwość:
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.
·ð 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.
·ð Kapilarność:
Zdolność podciągania wody przez materiały do ich wnętrza.
·ð PrzesiÄ…kliwość:
A
atwość przesiąkania i rozmakania materiałów budowlanych.
·ð 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 m2, przy różnicy ciśnień pary wodnej
po obydwu stronach warstwy p=1 Pa i w czasie t=1 h.
·ð Mrozoodporność:
To określenie odporności materiału na cykliczne zamrażanie i odmrażanie.
Stopień mrozoodporności przyjmuje się na podstawie wskaz
nika N, oznaczajÄ…cego liczbÄ™
cykli zamrażania i rozmrażania.
·ð Ognioodporność:
Zdolność materiału do przeciwstawienia się niszczącej sile ciepła, działającego na jego
strukturę w wysokiej lub podwyższonej temperaturze.
·ð Å»aroodporność i żarowytrzymaÅ‚ość:
Żaroodporność - odporność materiału na działanie wysokich lub podwyższonych
temperatur powtarzajÄ…cych siÄ™ okresowo .
Żarowytrzymałość - cecha materiału charakteryzująca się tym , że zachowuje on
pierwotne swe właściwości w wysokich lub podwyższonych temperaturach .
·ð Rozszerzalność cieplna
Właściwość fizyczna ciał polegająca na zwiększaniu się ich długości lub objętości w miarę
wzrostu temperatury.
·ð Przewodność cieplna:
Przewodzenie ciepła informuje o ilości ciepła, która jest przewodzona przez warstwę
materiału o grubości 1 m i przekroju A = 1 m2 w warunkach różnicy temperatur T = 1 K i w
czasie t = 1 s.
·ð Pojemność cieplna:
Właściwość materiału polegająca na zdolności pochłaniania mniejszej lub większej ilości
ciepła przy jego nagrzaniu.
b) WA
AÅšCIWOÅšCI MECHANICZNE:
·ð WytrzymaÅ‚ość:
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 płaszczyz
nie przekroju wzdłużnego
materiału)
·ð Kruchość:
Cecha polegająca na pękaniu i kruszeniu się materiału pod
wpływem siły, która na niego działa.
·ð Twardość:
Odporność materiału na odkształcenia wywołane działaniem
skupionego nacisku na jego powierzchniÄ™.
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.
·ð Sprężystość:
Właściwość ciał materialnych odzyskiwania pierwotnego kształtu i wymiarów po
usunięciu sił zewnętrznych wywołujących zniekształcenie
·ð CiÄ…gliwość :
Określenie stosowane do oceny jakościowej podatności materiałów do odkształceń
trwałych bez naruszenia spójności materiału.
·ð Åšcieralność :
Jest to odporność na ścieranie, określana zmniejszeniem masy, objętości, wysokości lub
grubości pod wpływem czynników ścierających.
·ð PeÅ‚zanie:
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.
·ð Relaksacja
Zmniejszenie bÄ…dz
spadek naprężeń w czasie przy stałych odkształceniach wskutek
płynięcia materiału.
c) WA
AÅšCIWOÅšCI CHEMICZNE:
·ð SkÅ‚ad chemiczny, jakoÅ›ciowy i iloÅ›ciowy
·ð Odporność na korozjÄ™:
zdolność materiału do przeciwstawienia się niszczącemu działaniu określonego
środowiska korozyjnego.
·ð Niezmienność skÅ‚adu chemicznego materiaÅ‚u 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:
·ð GÄ™stość objÄ™toÅ›ciowa Á : stosunek masy wysuszonej próbki do badania do jej
0
objętości
·ð ObjÄ™tość: objÄ™tość ograniczona zewnÄ™trznÄ… powierzchniÄ… próbki do badania, z
uwzględnieniem wszystkich pustych przestrzeni.
·ð ObjÄ™tość części staÅ‚ej: różnica pomiÄ™dzy objÄ™toÅ›ciÄ… pustej próbki do badania, a
objętością pustych przestrzeni (otwartych i zamkniętych porów)
·ð GÄ™stość (Á ): stosunek masy wysuszonej próbki do badania i objÄ™toÅ›ci części staÅ‚ej
r
SYMBOLE
m masa wysuszonej próbki, w gramach
d
m masa próbki zanurzonej w wodzie, w gramach
h
m masa nasyconej próbki, w gramach
s
m masa próbki sproszkowanej (do badań z użyciem piknometru lub objętościomierza), w
e
gramach
m masa piknometru wypełnionego wodą i sproszkowaną próbką, w gramach
1
m masa piknometru wypełnionego wodą, w gramach
2
V objętość próbki, w mililitrach
b
V objętość wypartej cieczy przez próbkę w stanie sproszkowanym m (badanie
s e
objętościomierzem)
Á gÄ™stość objÄ™toÅ›ciowa próbki, w kilogramach na metr szeÅ›cienny
b
Á gÄ™stość próbki, w kilogramach na metr szeÅ›cienny
r
Á gÄ™stość wody, w kilogramach na metr szeÅ›cienny
m
APARATURA
·ð Suszarka z wentylacjÄ… pozwalajÄ…ca utrzymać temperaturÄ™ (70Ä…5ÚC)
·ð Naczynie próżniowe pozwalajÄ…ce na uzyskanie ciÅ›nienie (2,0 Ä… 0,7) kPa = (15 Ä… 5)
mm Hg z możliwością stopniowego zanurzania zawartych w nim próbek.
·ð Waga o dokÅ‚adnoÅ›ci ważenia co najmniej 0,01% masy, pozwalajÄ…ca także ważyć
próbkę w wodzie.
·ð UrzÄ…dzenie do pomiaru liniowego z dokÅ‚adnoÅ›ciÄ… 0,1mm
·ð Piknometr typu 3 wg ISO/DIS 3507 o nominalnej pojemnoÅ›ci 50ml
·ð ObjÄ™toÅ›ciomierz typu Le Chatelier skÅ‚adajÄ…cy siÄ™ z kolby pÅ‚askodennej z szyjkÄ…
wycechowaną od 0 ml do 24 ml z podziałką co 0,1 ml.
·ð Sito o boku otworu 0,063 mm.
·ð Eksykator ze Å›rodkiem osuszajÄ…cym
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 staÅ‚ej masy o temperaturze (70Ä…5ÚC). StaÅ‚Ä… masÄ™ osiÄ…ga siÄ™
wtedy, gdy różnica między dwoma kolejnymi wrażeniami wykonywanymi w czasie
(24ą2)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 , następnie włożyć próbki do naczynia próżniowego i stopniowo
d
obniżać ciśnienie do uzyskania (2,0 ą 0,7) kPa=(15 ą 5) mmHg.
Utrzymywać to ciśnienie przez (24ą2) h w celu eliminacji powietrza zawartego w porach
otwartych próbek.
Wprowadzić powoli dejonizowanÄ… wodÄ™ o temperaturze (20Ä…5)ÚC do naczynia (czas
całkowitego zanurzenia próbek nie powinien być większy niż 15 min).
Podczas wprowadzania wody i następnie przez (24ą2)h utrzymywać ciśnienie
(2,0Ä…0,7)kPa.
Po tym czasie przywrócić w naczyniu ciśnienie atmosferyczne i pozostawić próbki i
pozostawić pod wodą przez następne (24ą2)h.
Następnie każdą próbkę:
- zważyć w wodzie i odnotować masę w wodzie: m ;
h
- szybko wytrzeć wilgotną ściereczką i oznaczyć masę m próbki nasyconej wodą.
s
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 , w ilości w przybliżeniu
e
25g, z dokładnością do ą 0,01g.
Wlać dejonizowaną wodę do piknometru i napełnić go w przybliżeniu do połowy.
Następnie dodać sproszkowaną zważoną próbkę o masie m i całość wymieszać, w celu
e
dyspergowania ciała stałego. Piknometr poddać działaniu próżni pod ciśnieniem
(2,0ą0,7)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 ą0,01g (m ).
1
Pusty i umyty piknometr zalać samą dejonizowaną wodę i zważyć z dokładnością do
ą0,01g (m ). Przed każdym ważeniem sprawdzić, czy temperatura otaczającego powietrza
2
wynosi (20Ä…5)ÚC.
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 ok. 50 g z dokładnością do ą 0,01g.
e
Wlać dejonizowaną wodę do objętościomierza Le Cheteliera do poziomu 0. Następnie
dodać zważoną sproszkowaną próbkę o masie m do objętościomierza w pięciu porcjach
e
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 cieczy wypartej przez masę m sproszkowanej próbki, w mililitrach,
s e
z dokładnością do 0,1 ml. Przed ustaleniem początkowego poziomu i końcowych odczytów
objÄ™toÅ›ci sprawdzić, czy temperatura otaczajÄ…cego powietrza wynosi (20Ä…5)ÚC.