POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

LABORATORIUM Z PRZEDMIOTU

BUDOWNICTWO I KONSTRUKCJE INŻYNIERSKIE

SPRAWOZDANIE Nr 1

Temat ćwiczenia: Badanie właściwości fizycznych wybranych materiałów budowlanych

Prowadzący: Wykonał Zespół COWIG4-2

dr inż. Barbara Matlak w składzie:

Dagmara Chrzan

Dorota Kuszner

Magdalena Kolos

Mateusz Grundo

Piotr Kupidura

Radosław Stajniak

Michał Okniński

Mateusz Stępień

Marcin Śliwowski

Adrian Solmiński

Andrzej Wiktorzak

Mateusz Zawadzki

Data wykonania ćwiczenia 01.03.11

Data oddania sprawozdania 15.03.11

1. Wstęp

Materiały budowlane są to różnego rodzaju materiały stosowane do wykonywania budynków lub ich elementów. Wyróżniamy materiały budowlane naturalne (kamień naturalny, drewno, torf, korek), a także sztuczne wytwarzane przez człowieka z materiałów naturalnych (szkło, zaprawy, tworzywa sztuczne itp.)

W zależności od pochodzenia wyróżniamy materiały:

- mineralne,

- metale i ich stopy,

- organiczne.

W zależności od przeznaczenia dzielimy je na:

- konstrukcyjne,

- izolacyjne,

- instalacyjne.

W zależności od stopnia przetworzenia wyróżniamy:

- surowce,

- półfabrykaty,

- wyroby gotowe.

Główne właściwości fizyczne materiałów wykorzystywane w budownictwie to:

1. Gęstość objętościowa i związany z nią ciężar objętościowy mówiący nam o tym jakie obciążenia może przenieść dany materiał.

2. Gęstość nasypowa dotycząca kruszyw i materiałów sypkich.

3. Szczelność (określa jaka część objętości badanego materiału zajmuje materiał bez porów).

4. Porowatość (zawartość wolnych przestrzeni (porów) w materiale, wyrażana w procentach).

5. Nasiąkliwość (zdolność do utrzymywania wody przez materiał).

6. Wilgotność.

7. Kapilarność (podciąganie wody).

8. Przesiąkliwość.

9. Mrozoodporność, którą sprawdza się reakcje materiału na długotrwałe zamrażanie i rozmrażanie materiału, poprzez ocenę jego wszelkich pęknięć na zewnątrz materiału, ubytki masy i spadek wytrzymałości.

10. Przewodność ciepła.

11. Pojemność cieplna.

12. Ogniotrwałość (czyli jak zmienia się kształt materiału pod wpływem wysokich temperatur).

13. Ognioodporność (wytrzymałość materiału na niszczący wpływ ognia podczas pożaru).

14. Palność.

Wszystkie te właściwości bada się, w celu sprawdzenia materiałów pod względem bezpieczeństwa dla ludzi, otoczenia, a także wykorzystania w określonych warunkach

2. Cel i zakres ćwiczenia.

Celem przeprowadzonych przez nas ćwiczeń laboratoryjnych było zapoznanie się z różnymi materiałami budowlanymi, a także doświadczalne wyznaczenie:

- gęstości objętościowej metodą bezpośrednią,

- gęstości objętościowej przy użyciu wagi hydrostatycznej,

- wilgotności,

- nasiąkliwości wagowej oraz objętościowej,

- gęstości nasypowej w stanie luźno usypanym i utrzęsionym,

- podciągania kapilarnego.

3. Opis badań.

3.1 Opis próbek i urządzeń.

Do badań wykorzystywaliśmy następujące próbki:

a) cegła pełna:

b) cegła szamotowa (jasna):

c) cegła klinkierowa:

d) beton zwykły:

e) beton komórkowy szary i biały:

f) zaprawa cementowa:

g) szkło piankowe:

h) kamień naturalny:

i) drewno sosnowe:

j) drewno dębowe:

k) drewno bukowe:

l) drewno świerkowe:

ł) styropian:

m) wełna mineralna

Jako kruszyw używaliśmy piasku kopalnego i kruszywa bazaltowego. Natomiast kapilarność badaliśmy na zaprawie cementowej, gipsie, cegle i cegle szamotowej. Do pomierzenia objętości danych próbek wykorzystywaliśmy suwmiarkę oraz miarkę taśmową. Określając wagę próbek korzystaliśmy z wagi zwyczajnej lub hydrostatycznej do próbek o nieregularnym kształcie. Do pomiarów gęstości nasypowej kruszywa wykorzystywaliśmy metalowych pojemników o znanej objętości.

3.2 Opis wykonania badań.

3.2.1 Pomiar gęstości objętościowej metodą bezpośrednią.

Badanie to przeprowadzaliśmy tylko na próbkach o regularnym kształcie. Suwmiarką mierzyliśmy poszczególne wymiary każdej z próbek, by potem obliczyć ich objętość. Następnie spisaliśmy z tablic masy próbek po wysuszeniu. W końcowym etapie tej metody obliczyliśmy gęstość i ciężar objętościowy korzystając z odpowiednich wzorów:

$\rho_{0} = \frac{m_{s}}{V}$ , gdzie:

- ρ₀ – gęstość objętościowa [g/cm³],

- m_s – masa próbki po wysuszeniu [g],

- V – objętość próbki [cm³],

γ₀ = ρ₀ × g, gdzie:

- γ₀- ciężar objętościowy [kN/m³],

- g – przyspieszenie ziemskie [m/s²].

3.2.2 Pomiar gęstości objętościowej za pomocą wagi hydrostatycznej.

W tej metodzie określaliśmy gęstość objętościową dla próbek o nieregularnych kształtach. Polegało to na pomierzeniu masy każdej próbki pod wodą przy użyciu wagi hydrostatycznej, a także masy po nasyceniu. Korzystając z tablic spisaliśmy masy próbek po wysuszeniu. Na koniec obliczyliśmy objętości próbek, gęstości i ciężary objętościowe korzystając z poniższych wzorów:

$V = \frac{m_{m} - m_{\text{mw}}}{\rho_{w}}$ , gdzie:

- V – objętość próbki [cm³],

- m_m - masa próbki po nasyceniu [g],

- m_mw – masa próbki po nasyceniu w wodzie [g],

- ρ_w- gęstość wody [g/cm³],

$\rho^{o} = \frac{m_{s}}{V}$ ,gdzie:

-ρ^o – gęstość objętościowa [g/cm³],

- m_s – masa próbki po wysuszeniu [g],

γ₀ = ρ^o × g, gdzie:

- γ₀- ciężar objętościowy [kN/m³],

- g – przyspieszenie ziemskie [m/s²].

Masę po nasyceniu próbek mierzyliśmy za pomocą wagi elektronicznej:

natomiast masę pod wodą wagą hydrostatyczną:

3.2.3 Pomiar gęstości nasypowej.

Metodą w stanie luźnym pobraliśmy badane kruszywo do naczynia i zmierzyliśmy jego masę wraz z naczyniem. Znając także jego objętość obliczyliśmy gęstość korzystając z odpowiedniego wzoru:

, gdzie:

- ρ_n,1 – gęstość nasypowa [kg/m³],

- m_k,n – masa kruszywa z naczyniem [kg],

- m_n – masa naczynia [kg],

- V_n – objętość pobranego kruszywa równa objętości naczynia [m³].

Natomiast w metodzie w stanie utrzęsionym pobraliśmy kruszywa z nadmiarem i utrząsaliśmy (za pomocą ciężarka, bądź uderzając o stół). Po skończeniu utrząsania usunęliśmy nadmiar kruszywa i pomierzyliśmy masę po utrząsaniu wraz z naczyniem. Objętość była taka sama jak w poprzedniej metodzie. Do obliczenia szukanej wartości posłużyliśmy się tym samym wzorem, z którego korzystaliśmy w poprzedniej metodzie.

3.2.4 Podciąganie kapilarne.

Doświadczenie wykonywaliśmy posługując się próbkami z zaprawy cementowej, gipsu, cegły oraz cegły szamotowej. Na początku pomierzyliśmy wagi poszczególnych próbek, a także zwymiarowaliśmy je. Następnie umieściliśmy próbki w pojemniku z wodą. Co pół godziny sprawdzaliśmy wysokość zawilgocenia poszczególnych próbek, a także ich przyrost masy.

3.2.5 Wilgotność naturalna, porowatość i szczelność.

Korzystając z tabel zanotowaliśmy masy próbek w stanie naturalnym, po wysuszeniu, a także po nasyceniu. Skorzystaliśmy także z wcześniejszych pomiarów objętości poszczególnych próbek by policzyć wartość nasiąkliwości objętościowej. Mając wszystkie dane obliczyliśmy także wartości wilgotności i nasiąkliwości wagowej. Korzystaliśmy z następujących wzorów:

$W = \frac{m_{n} - m_{s}}{m_{s}} \times 100$ , gdzie:

- W – wilgotność [%],

- m_n – masa próbki w stanie naturalnym [g],

- m_s – masa próbki po wysuszeniu [g];

$n_{w} = \frac{m_{m} - m_{s}}{m_{s}} \times 100$ , gdzie:

- n_w – nasiąkliwość wagowa [%],

- m_m- masa próbki po nasyceniu [g];

$n_{o} = \frac{m_{m} - m_{s}}{V} \times 100$ , gdzie:

- n_o – nasiąkliwość objętościowa [%],

- V – objętość próbki [cm³].

4. Wyniki badań.

Wyniki wykonanych przez nas badań przedstawiają poniższe tabele:

5. Analiza wyników badań.

5.1 Analiza badań gęstości i ciężaru objętościowego.

Analizując otrzymane przez nas wyniki można zaobserwować, iż największą wartość gęstości objętościowej ma granit. Niewiele niższe wartości osiągają bazalt, beton zwykły, cegła klinkierowa, szamotowa, a także zaprawa betonowa. Najmniejszą wartość gęstości objętościowej mają materiały izolacji cieplnej. Materiałami, które także mają niskie wartości gęstości objętościowej są materiały drewniane. Najniższą wartość spośród nich przyjmuje świerk. Pozostałymi materiałami charakteryzującymi się niską gęstością objętościową są betony komórkowe, a także szkło piankowe. Ciężar objętościowy jest wprost proporcjonalny do gęstości objętościowej. Można zauważyć, iż gęstość objętościowa jest zależna od porowatości danego materiału. Jest to zależność odwrotnie proporcjonalna, czyli materiał o największej porowatości charakteryzuje się najniższą gęstością objętościową. Należy zauważyć, iż kilka z otrzymanych przez nas wartości różni się od tych podanych w normach, co może być spowodowane błędnym zmierzeniem objętości danej próbki.

5.2 Analiza wyników badań wilgotności, nasiąkliwości.

Największe wartości wilgotności posiada beton komórkowy, a także próbki wykonane z drewna. Oznacza to, że dość dobrze nasiąkają wodą i utrzymują ją w sobie. Można zauważyć, iż materiały o małej gęstości objętościowej charakteryzują się dużą wilgotnością i nasiąkliwością. Wyjątkiem o tego natomiast są materiały izolacyjne, które mimo małej gęstości objętościowej posiadają najmniejszą wartość wilgotności.

Największą nasiąkliwością wagową charakteryzują się wełna szklana i mineralna, a także próbki wykonane z drewna i betonu komórkowego. Najmniejsze wartości występują w cegle klinkierowej i szamotowej. Główną tego przyczyną jest ich zwarta budowa.

5.3 Analiza wyników badań kapilarności.

Na podstawie przeprowadzonego badania kapilarności widać, że największą zdolność podciągania wody ma szamot. Podczas pierwszego pomiaru osiągnął wartość 85 mm. Chociaż przy kolejnych pomiarach wartość ta nie wzrosła gwałtownie, to i tak jest ona największa, ponieważ reszta próbek nie osiągnęła początkowej wartości szamotu.

6. Wnioski

Na podstawie otrzymanych przez nas wyników widać, że ciężar objętościowy jest wprost proporcjonalny do gęstości objętościowej. Uzyskane przez nas wyniki potwierdzają poprawny sposób wykonania doświadczenia, ponieważ nie odbiegają zbytnio od wartości podawanych w normach.

Podczas doświadczenia zbadaliśmy ważne właściwości fizyczne materiałów budowlanych jakimi są wilgotność i nasiąkliwość. Otrzymane wyniki obrazują nam, dlaczego niektóre materiały stosowane są w miejscach suchych, a których można używać w miejscach narażonych na działanie wody. Jest to bardzo ważny argument w doborze właściwego zabezpieczenia ścian przed wilgocią.
Podciąganie kapilarne znakomicie obrazuje to jak ważne jest właściwe zaizolowanie fundamentów przeciw działaniu wilgoci.