Politechnika Gdańska � � � Rok akademicki 1998/99 �
Wydział Budownictwa Lądowego
SPRAWOZDANIE
z MATERIAA
ÓW BUDOWLANYCH
N�R� �1� �
Temat: Cechy techniczne materiałów
Rzodkiewicz Michał
(środa, godz. 11:00)
 W budownictwie stosuje się wiele różnych materiałów. Materiały te, aby mogły należycie speł-
niać swe przewidziane funkcje w okresie eksploatacji budowli, muszą mieć pewne właściwości, które
nazywamy cechami technicznymi. W budownictwie mamy do czynienia nie tylko z materiałami, któ-
rych 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 mikrosko-
powe.
Użycie do budowy ścian niewłaściwej cegły ceramicznej może spowodować na ścianach wy-
kwity, powstające np. w skutek wykrystalizowania się soli zawartych w tworzywie, z którego produ-
kowano 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 budowla-
nych.
Nasiąkliwość zależy od szczelności materiału, rodzaju porów (otwarte lub zamknięte) oraz ich wielko-
ści. Im większa szczelność i więcej zamkniętych porów, tym bardziej materiał odporny jest na działa-
nie czynników atmosferycznych. Rozróżnia się nasiąkliwość: wagową, objętościową i względną.
Nasiąkliwość wagowa (masowa). Jest to stosunek masy wody pochłoniętej przez próbkę mate-
riału o masie mn, badanego pod ciśnieniem atmosferycznym, do masy próbki w stanie suchym ms. Ba-
dania przeprowadza się na próbkach o kształcie prawidłowym lub nieprawidłowym, zbliżonym do sze-
ścianu o boku 4 do 7 cm. Nasiąkliwość wagową nw w % wyznacza się wg wzoru
mn -� ms
nw =� 100%.
ms
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:
mn -� ms
no =� 100%,
V
1
mng -� ms
nog =� 100%,
V
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
nog
nwz =� .
p
Stopień nasycenia. Stopień nasycenia próbek określa się ze wzoru
no
k =� ,
no max
gdzie: no  wg wzoru,
nomax  nasiąkliwość objętościowa po gotowaniu lub pod ciśnieniem niższym od atmosferyczne-
go.
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 zwy-
kłej.
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 � wysokości cegły na 2h w celu  wyrzucenia z niej pęcherzyków powietrza,
- zalanie cegły do � wysokości na 2h w tym samym celu,
- zalanie całej wysokości cegły - H + 5 cm na 2h.
2
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 nasią-
kliwość wagową i objętościową otrzymujemy:
3747 -� 3234
nw =� 100% = 15,86 %
3234
3747 -� 3234
no =� 100% = 27,33 %
1876,97
2. Gęstość
Gęstość jest to masa jednostki objętości materiału Va bez uwzględnienia porów, wyrażona w
g/cm3 lub w kg/m3
m g
r� =� ,
Va cm3
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 sta-
łej masy wraz ze znajdującymi się w nim porami i kapilarami. Określamy go ze wzoru
m g
r�o =� ,
Vn cm3
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 kształ-
cie 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:
r� = 2,57 g/cm3.
Gęstość pozorną próbki o kształcie regularnym wyznaczyliśmy dla sześciennej kostki wykona-
nej z betonu komórkowego (gazobetonu). Po trzykrotnym zmierzeniu i zważeniu kostki otrzymujemy:
3
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 r�o, która wynosi r�o = 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 (r� = 0,93 g/cm3) oraz jej masy (mp = 3,1g) wyznaczamy:
Vp = mp/r�p = 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:
90,6 g
r�o =� =�1,75 ,
51,7 cm3
.
3. Szczelność
Szczelność s określa się stosunkiem gęstości objętościowej materiału do jego gęstości
r�o
s =� 100%.
r�
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 Ł� 1.
Porowatość p materiału oznacza, jaką część całkowitej objętości w procentach stanowi objętość porów.
r� -� r�o r�o
p =� 100% = (1  s)100% = (1 -� ) 100%
r� r�
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 l�
[W/m��K]. Wartość l� współczynnika l� 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 l� wynosi od 0,033 do 1,75 W/m���C (dla beto-
nów). Wartość l� ustala się np. za pomocą aparatów Bocka, Poensgena lub komory klimatyzacyjnej.
Opór cieplny przegrody jednolitej (jednorodnej) lub warstwy jednolitej przegród wielowar-
stwowych o stałej grubości oblicza się na podstawie wzoru:
d
R =�
l�
4
w którym:
R  opór cieplny przegrody (warstwy) jednolitej o stałej grubości, w m2��K/W,
d  grubość przegrody (warstwy), w m,
l� - współczynnik przewodzenia ciepła.
Opór cieplny przegrody budowlanej, składającej się z kilku warstw, jest równy sumie oporów
przewodzenia ciepła przez poszczególne warstwy:
d1 d2 dn
R =� R1 +� R2 +� ... +� Rn =� +� +� ... +�
l�1 l�2 l�n
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:
1
ko =�
Ri +� R +� Re
w którym:
Ri, Re  opory przejmowania ciepła,
R  opór cieplny przegrody budowlanej.
5. Ścieralność
Odporność na ścieranie bada się na tarczy B�hmego lub za pomocą obracających się bębnów, w
których umieszczone są próbki materiałów (np. bęben Devale, Los Angeles), a wyraża się, np. dla ka-
mieni 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
płaszczyz
nie 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 r�o.
mu
s =� , cm (m).
F r�o
mu  ubytek masy po 440 obrotach,
F  powierzchnia ścierania,
r�o  gęstość pozorna zadanego materiału.
5