SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ NR 1

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH WYBRANYCH MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH

Wykonał zespół 2a-2b

Anna Adamiak

Izabela Bobowska

Barbara Budzyk

Joanna Domżalska

Aleksandra Drozdowska

Mikołaj Fijałkowska

Marcin Kąkol

Marta Krukowska

Iza Kozłowska

Aleksandra Łacińska

Karolina Maćkiewicz

Olga Madziała

Mateusz Marciniuk

Piotr Rudnicki

Michał Szustkiewicz

Prowadzący: dr inż. Barbara Matlak

Data wykonania ćwiczenia: 29.02.2012

Data wykonania sprawozdania: 14.03.2012

1. Wstęp teoretyczny

Materiały budowlane dzielimy na naturalne i sztuczne. Naturalne materiały budowlane zostały wytworzone przez naturę i procesy geologiczne zachodzące na Ziemi, np.: kamień naturalny, drewno, słoma, glina. Sztuczne zaś zostały wytworzone przez człowieka z materiałów naturalnych i tworzyw sztucznych, np.: wyroby z zapraw, betonów, stal, szkło. Wszystkie materiały budowlane charakteryzuje wiele właściwość fizycznych. Do właściwości fizycznych materiałów budowlanych zaliczamy:

Gęstość	ms- masa materiału po wysuszeniu [kg] V-objętość materiału bez porów [m^3]
Ciężar właściwy	g- przyspieszenie ziemskie [m/s^2]
Gęstość objętościowa	Vp- objętość materiału z porami [m^3]
Ciężar objętościowy
Gęstość nasypowa	- dotyczy materiałów sypkich, zależy od rodzaju materiału, jego uziarnienia, kształtu i wielkości ziaren, od stopnia zagęszczenia i wilgotności
Szczelność
Porowatość
Nasiąkliwość	Nasiąkliwość wagowa: Nasiąkliwość objętościowa: mm- masa próbki nasyconej wodą [kg] ms- masa próbki po wysuszeniu [kg]
Kapilarność	- zdolność danego materiału do podciągania wody

Gęstość i ciężar właściwy charakteryzują substancje z których materiał jest zbudowany. Gęstość objętościowa i ciężar objętościowy charakteryzują dany materiał budowlany. Wartości te są szczególnie ważne przy ustalaniu obciążeń działających na elementy budowlane.

Cel i zakres ćwiczenia:

Celem przeprowadzonego doświadczenia jest zbadanie wyżej wymienionych właściwości fizycznych materiałów budowlanych naturalnych i sztucznych.

Opis badań:

Opis próbek i urządzeń:

Do badania gęstości objętościowej metodą bezpośrednią wykorzystaliśmy 62 próbek różnych wielkości. Przeważnie próbki miały kształt prostopadłościanu lub walca, jednak kilka z nich miało nieregularny kształt. Próbki o regularnych kształtach zbadaliśmy metodą bezpośrednią, policzyliśmy ich gęstość objętościową, dla próbek o kształtach nieregularnych zastosowaliśmy metodę hydrostatyczną. Do badania wilgotności i nasiąkliwości zostały wykorzystane te same próbki materiałów budowlanych. W celu określenia gęstości nasypowej i objętościowej materiałów sypkich wykorzystano jak wskazuje na to nazwa materiały sypkie- kruszywo. Wszystkie masy i objętości poszczególnych próbek zostały podane w odpowiednich tabelach. Do badania właściwości fizycznych materiałów budowlanych wykorzystywaliśmy jedynie proste urządzenia: wagi do pomiaru masy próbek oraz suwmiarki i taśmy mierniczej do określenia ich wymiarów. Jedynie badanie gęstości objętościowej metodą hydrostatyczną wymagało użycia wagi hydrostatycznej w celu określenia masy danej próbki.

Opis wykonania badań:

Badanie metodą bezpośrednią: Metodę tą wykorzystuje się do określenia gęstości objętościowej próbek o regularnych kształtach.

Wykonywane czynności: określenie wymiarów i objętości próbek, określenie masy próbek w warunkach wilgotności naturalnej m_n, określenie masy próbki po wysuszeniu m_s

Na podstawie pomierzonych wielkości można policzyć: Gęstość objętościową, Ciężar objętościowy, Wilgotność w warunkach naturalnych, Szczelność i porowatość niektórych materiałów.

Metoda z wagą hydrostatyczną: Metoda ta wykorzystywana jest do określenia gęstości objętościowej próbek o kształtach nieregularnych o zamkniętych porach. W tej metodzie wykorzystywana jest waga hydrostatyczna.

Kolejność wykonywanych czynności: określenie masy próbki po wysuszeniu m_s ; nasycenie próbki wodą i określenie masy po nasyceniu m_m; określenie masy próbki pod wodą m_mw

Na podstawie wykonanych czynności można policzyć: Objętość próbki (gęstość wody przyjmujemy ρ_w=1g/cm³); Gęstość i ciężar objętościowy

Badanie gęstości nasypowej w stanie luźnym i przy wilgotności naturalnej: do naczynia o określonej pojemności V_n wsypujemy kruszywo i na wytarowanej wadze określamy jego masę.

Badanie podciągania kapilarnego: Do badania przeznaczono 6 próbek o różnej objętości i masie. Wszystkie próbki ustawiono mniejszym bokiem w jednym naczyniu i zalano je wodą do wysokości 2cm. Po określonym czasie mierzono poziom podciągnięcia wody w próbkach.

1. Obliczanie gęstości objętościowej

   1. Metoda bezpośrednia

1. Metoda z wagą hydrostatyczną

1. Obliczanie gęstości nasypowej

L.p.	nazwa materiału	masa materiału	objętość nasypowa	gęstość nasypowa w stanie luźnym	gęstość nasypowa w stanie luźnym
-	-	kg	dm^3	kg/(dm^3)	kg/(m^3)
1	piasek 0:2 kopalniany	1,145	0,725	1,57931	1579,31
2	żwir 2:4 jednofrakcyjny	1,755	1,11	1,581081	1581,08
3	żwir 4:8 jednofrakcyjny	2,455	1,5	1,636667	1636,67
4	piasek 0:2 kopalniany	1,325	0,675	1,962963	1962,96
5	żwir 4:8 jednofrakcyjny	1,865	1,11	1,680180	1680,18
6	kamienie 32:64	5,245	3,15	1,665079	1665,08

1. Badanie podciągania kapilarnego

	Godzina	numer ścianki	wysokość podciągania	średnia
		1	16	14,5
	16:00	2	13
Materiał: G3		3	15
granit		4	14
		1	27	19,5
Waga początkowa:360g	16:15	2	17
		3	17
		4	17
wymiary:		1	28	23,75
40x40x160mm	16:30	2	20
		3	25
		4	22

	Godzina	numer ścianki	wysokość podciągania	średnia
		1	37	37,5
	16:00	2	38
Materiał:		3	36
Płyta gipsowa		4	39
		1	44	51,25
Waga początkowa:65g	16:15	2	49
		3	56
		4	56
wymiary:		1	53	56,5
45x13x216mm	16:30	2	54
		3	58
		4	61

	numer ścianki	wysokość podciągania	średnia
	1	97	98,25
	2	99
Materiał: 3	3	100
	4	97
	1	25	33
	2	45
Materiał: 11-Bz W	3	34
	4	28
	1	160	160
	2	160
Materiał: G2	3	160
	4	160
	1	65	76,25
	2	64
Materiał: CD3	3	87
	4	89
	1	167	166
	2	172
Materiał: CP-K-Nr 2	3	156
	4	169

1. Badanie wilgotności naturalnej

1. Badanie szczelności i porowatości materiałów

1. Analiza wyników

   1. Analiza wyników badań gęstości objętościowej poszczególnych materiałów:

Wartości średnie obliczonych gęstości objętościowych zależą od rodzaju badanego materiału. Największą gęstość mają kamienie naturalne, a najmniejszą materiały izolacyjne. Obliczana gęstość objętościowa zależy od masy próbki i od rzeczywistej objętości (objętości wraz z porami). Wartości średnie obliczonych gęstości i ciężarów objętościowych są zbliżone do wartości charakterystycznych dla poszczególnych materiałów. Nie są one jednak dokładnie takie same, co może być spowodowane błędami, wynikającymi z niedokładności pomiarów. Badanie gęstości nasypowej w stanie luźnym piasku, żwiru oraz kamieni wykazało, że mają one gęstość zbliżoną do wartości charakterystycznych (wartości charakterystyczne podane ustnie przez prowadzącego). Zauważono również, że piasek ma nieco większą gęstość nasypową, niż żwir i kamienie.

1. Analiza wyników badań wilgotności, nasiąkliwości, szczelności, porowatości i kapilarności materiałów budowlanych:

Wilgotność poszczególnych materiałów przedstawia się następująco: największą mają drewno oraz beton komórkowy, a najmniejszą styropian i kamienie naturalne. Największą nasiąkliwość wagową mają materiały izolacyjne, beton komórkowy oraz drewno, a najmniejszą kamienie naturalne, podobnie kształtują się wartości nasiąkliwości objętościowej. Natomiast porównując wartości gęstości objętościowej do wartości nasiąkliwości, zauważono, że są one przeciwne (kamienie naturalne mają największą gęstość objętościową, przy najmniejszej nasiąkliwości zarówno objętościowej, jak i wagowej, natomiast materiały izolacyjne mają najmniejszą gęstość objętościową i największą nasiąkliwość). W dwóch próbkach drewna (B5, B15) odrzucono wyniki przy liczeniu średniej wilgotności naturalnej oraz nasiąkliwości, uznając te wartości za błąd gruby, gdyż ich wartości znacznie odbiegały od pozostałych próbek drewna bukowego. W doświadczeniu, w którym badano kapilarność zauważono, że płyta gipsowa ma dużo większą zdolność podciągania wody niż granit (kamień naturalny). Zauważono również, że materiały o bardzo dużej gęstości objętościowej (około 20000 N/m^3) mają około dwukrotnie większą nasiąkliwość objętościową niż wagową, natomiast materiały o mniejszej gęstości objętościowej (około 8000 N/m^3) zachowują się odwrotnie (nasiąkliwość wagowa około dwukrotnie większa niż nasiąkliwość objętościowa). Obliczono także szczelność i porowatość żwiru oraz pospółki, co wykazało, że pospółka ma większą szczelność niż żwir.

1. Analiza wyników badań gęstości objętościowej uzyskanych przy zastosowaniu różnych metod określenia objętości materiału:

Wagą hydrostatyczną mierzono objętość materiałów, których wymiarów nie udało się zmierzyć suwmiarką (materiały o nieregularnych kształtach). Można przyjąć, że dokładność wagi hydrostatycznej jest podobna do dokładności obliczeń przy metodzie bezpośredniej, gdyż wartości gęstości objętościowej mierzone obydwoma sposobami są zbliżone do wartości charakterystycznej dla danych materiałów (zarówno granity, jak i betony zwykłe mają podobne wartości przy obu metodach).

1. Wnioski

Z przeprowadzonego doświadczenia można wywnioskować, że poszczególne materiały budowlane można wykorzystać do różnych celów. Materiały przenoszące obciążenia, takie jak beton zwykły, czy cegła ceramiczna pełna mają dużą gęstość objętościową, lecz stosunkowo małą nasiąkliwość i wilgotność, dlatego doskonale nadają się do wykonywania ścian nośnych i fundamentów budynków. Natomiast materiały o małej gęstości objętościowej i dużej nasiąkliwości, np. wełna szklana czy mineralna służą do izolacji cieplnych.

Z obliczonej porowatości oraz szczelności materiałów wynika, że pospółka ma większą szczelność niż żwir, co wynika z faktu, że składa się ona z kruszywa o różnej wielkości ziaren, natomiast żwir ma ziarna o zbliżonej wielkości. Dlatego przy wykonywaniu robót budowlanych częściej wykorzystywana jest pospółka niż żwir.