Sprawozdanie

Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Lądowej Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych
PRZEDMIOT: Materiały budowlane
TEMAT: Badania wybranych cech fizycznych materiałów budowlanych
Rok akademicki 2009/2010

I

Wiadomości wstępne

Materiał:

Piaskowiec to drobnoziarnista, lita skała osadowa powstała w wyniku scementowania ziarnem kwarcu, miki oraz innych skał i minerałów o średnicy 0,02-2 mm za pomocą spoiwa ilastego, krzemionkowego, wapiennego i żelazistego. Przyjmuje różne zabarwienia od szarego po żółte, czerwone i białe. Piaskowce są zwykle miękkie i łatwe w obróbce. Z tego względu są stosowane w budownictwie jako materiał konstrukcyjny lub zdobniczy.

Wybrane cechy fizyczne:

Gęstość

Jest to stosunek masy suchego materiału w stanie sproszkowanym do jego objętości. Gęstość wyznaczamy za pomocą wzoru

Najczęściej stosowane jednostki : g/cm³, kg/dm³, t/m³ . Pośrednio służy do obliczania szczelności i porowatości materiału.

Pomiary gęstości prowadzi się w :

- piknometrze ( pomiar dokładny)

- objętościomierzu La Chatelie’ra (pomiar przybliżony).

Objętościomierz La Chatelie’ra

Kolbę napełniamy spirytusem do poziomu „zero”. Następnie odważamy sproszkowaną próbkę (100-120 g) i wsypujemy stopniowo do kolby. Poziom spirytusu podnosi się aż do momentu osiągnięcia objętości V_a np. 20 cm³. Masa wsypanego materiału (m) przez jego objętość (V_a) daje nam gęstość.

Gęstość pozorna

Jest to stosunek masy suchego materiału łącznie z porami do jego objętości. Gęstość pozorną wyznaczamy za pomocą wzoru

Gęstość pozorną możemy badać dla próbek zarówno o kształcie regularnym, jak i nieregularnym. W przypadku określania gęstości pozornej próbek o kształcie regularnym objętość oblicza się rachunkowo. W przypadku próbek o kształcie nieregularnym objętość oblicza się metodą hydrostatyczną. W naszym badaniu określaliśmy objętość próbki w menzurce. Polega ona na odczytaniu różnicy poziomu wody w menzurce przed i po włożeniu próbki.

Szczelność

Jest to stosunek gęstości pozornej do gęstości materiału suchego. Oznacza nam jaką część całkowitej objętości zajmuje masa badanego materiału (bez porów). Określa się ją ze wzoru

Porowatość

Określa nam jaką część całkowitej objętości zajmują pory. Porowatość możemy wyliczyć ze wzoru

Wartości podaje się w [ %]. Waha się od 0 ( bitumy, szkło, metale) do 95% ( wełna mineralna, pianka poliuretanowa).

Nasiąkliwość

Definiowana jest jako zdolność wchłaniania wody przez dany materiał, czyli jest to możliwość maksymalnego nasycenia wodą danego materiału. Wyróżniamy nasiąkliwość wagową (N_w) oraz objętościową (N_o).

Nasiąkliwość wagowa

Jest to stosunek masy pochłoniętej wody do masy próbki w stanie suchym. Wyrażana jest wzorem

N_w=(m_n – m_s)/m_s * 100 [%]

m_s – masa próbki w stanie suchym

m_n – masa próbki w stanie nasyconym wodą

Nasiąkliwość objętościowa

Wyrażana jest jako stosunek masy pochłoniętej wody do objętości próbki. Obliczana jest ze wzoru

N_o=(m_n – m_s)/V * 100 [%]

Stosunek nasiąkliwości objętościowej (N_o) do wagowej (N_w) daje nam gęstość pozorną materiału ρ_p, czyli

N_o/N_w = ρ_p

Gęstość nasypowa

Badana jest dla materiałów sypkich takich jak piasek. Jest to stosunek masy próbki do objętości, w stanie luźnym lub zagęszczonym (utrzęsionym)

ρ_nl = m/V, ρ_nu = m_u/V.

Wilgotność

Procentowa zawartość wody w materiale w momencie badania

$$W = \frac{\begin{matrix} m_{w} & - & m_{s} \\ \end{matrix}}{m_{s}} \times 100\%$$

Gdzie: m_w = masa materialu wilgotnego ,  m_s = masa materialu suchego

Przesiąkliwość

Przesiąkliwością nazywamy podatność materiału na przepuszczanie wody pod ciśnieniem przez określoną powierzchnię i czas badania. Stopień przesiąkliwości mierzy się ilością wody przechodzącej przez 1 cm² próbki w ciągu 1 godziny przy stałym ciśnieniu.
Wartość tego ciśnienia zależy od warunków, w jakich dany materiał będzie pracował. Przesiąkliwość materiału zależy od jego szczelności i budowy.

Mrozoodporność

Jest to właściwość polegająca na przeciwstawieniu się całkowicie nasyconego woda materiału działaniu zamarzającej wody znajdującej się wewnątrz materiału przy wielokrotnych zamarzaniach i odmrażalniach. Oznaczanie mrozoodporności polega na poddawaniu próbki nasyconej wodą wielokrotnemu zamrożeniu do temperatury - 15˚C lub -20˚C a nastepnie rozmrożeniu do temperatury około +20˚C. Ilość cykli jest bardzo różna i wynosi od 15 do kilkuset w zależności od warunków w jakich będzie znajdować się wbudowany materiał.

Przy ocenie mrozoodporności materiału uwzględnia się:

-opis makroskopowy(obecność rys, spękań, rozwarstwień lub zaokrągleń krawędzi i naroży

-straty masy

-współczynnik odporności na zamarzanie

Współczynnik odporności na zamarzanie :

$$\begin{matrix} w_{z} & = & R_{z} \\ \end{matrix}\begin{matrix} / & R_{n} \\ \end{matrix}$$

R_z − wytrzymalosc probki po ostatnim cyklu zamarzania

R_n −  wytrzymalosc probki nasyconej woda nie poddawanej zamrazaniu

Kapilarność (włoskowatość)

Zdolność podciągania wody przez włoskowate kanaliki materiału (kapilary) pozostającego w zetknięciu z wodą.

Współczynnik rozmiękania

Jest to stosunek wytrzymałości materiału nasyconego wodą do wytrzymałości materiału suchego.

Charakteryzuje materiał pod względem jego przydatności w miejscach narażonych na jego zwilgocenie

K= gdzie : R_n wytrzymałość w stanie nasycenia wodą

R_s wytrzymałość w stanie suchym

II Przebieg prowadzonych doświadczeń

1.Badanie gęstości piaskowca ( w kolbie La Chatelie’ra)

Wykorzystaliśmy kolbę napełnioną cieczą do poziomu ‘0’ oraz 48,88g piaskowca w stanie sypkim. Do kolby przez specjalny szklany lejek stopniowo wprowadzano kilku gramowe porcje badanego materiału. Za każdym razm poziom cieczy podnosił się i osiągnął poziom 18,7 cm³ po wsypaniu do kolby 48,88 g substancji. Stąd

2. Wyznaczanie gęstości pozornej piaskowca regularnego

Linijką zmierzyliśmy wymiary badanego materiału i na ich podstawie policzyliśmy objetość materiału, która wyniosła V= 125 cm³ . Następnie zważyliśmy badaną próbkę i jej masa wyniosła m=277,61g. Na tej podstawie:

3. Wyznaczanie gęstości pozornej piaskowca nieregularnego

Zważyliśmy badaną próbkę i otrzymaliśmy, iż jej masa m = 67g.

Objętość wyznaczono poprzez zanurzenie materiału w kolbie z wodą o znanej objętości Vw = 300cm³ . Odnotowaliśmy, iż po umieszczeniu piaskowca w kolbie, poziom cieczy podniósł się, a objętość wyniosła V(w+p) = 330,5cm³ .

Na podstawie różnicy V(w+p) – Vw otrzymaliśmy objętość próbki Vp = 330,5m³ – 300cm³ = 30,5cm³ .

Na podstawie tych wyników obliczono gęstość:

4.Wyznaczanie szczelności

Na podstawie powyższych wyników obliczono szczelność

0,85 x 100%= 85%

5.Wyznaczanie porowatości

p=15%

5.Wyznaczanie gęstości nasypowej piasku

Do badania wykorzystano walcowatą menzurkę o V = 1 l oraz piasek.

Zważyliśmy walcowate naczynie, jego masa m = 724,1g.

Wypełniliśmy menzurkę piaskiem i zważyliśmy ponownie otrzymując m = 2332g.

Z różnicy mas otrzymano masę piasku m = 2332g – 724g = 1608g.

Na tej podstawie policzyliśmy gęstość nasypowa piasku:

III Zestawienie wyników

L.p.	Oznaczenie	Jednostka	Obliczenia i wyniki badań	Dane materiału budowlanego do obliczeń
1.	Gęstość (ρ) w kolbie Le’Chateliera	g/cm^3	ρ = 48,88 / 18,7 ρ = 2,61	Masa: m1 = 48,88 g Objętość: V1 = 18,7 cm^3
2.	Gęstość pozorna (ρp)	Próbka o regularnym kształcie	g/cm^3	ρp = 277,61 / 125 ρp = 2,22
		Próbka o nieregularnym kształcie		ρp = 67,8 / 30,0 ρp = 2,26
3.	Szczelność (S)	%	S = (2,22 / 2,61)*100 S = 85,05	Dane z oznaczeń 1 i 2
			S = (2,22 / 2,61)*100 S = 85,05	Dane z oznaczeń 1 i 7
4.	Porowatość (P)	%	P = (1 – 0,8505)*100 P = 14,95	Dane z oznaczeń 1 i 2
			P = (1 – 0,8505)*100 P = 14,95	Dane z oznaczeń 1 i 7
5.	Nasiąkliwość wagowa (nw)	%	nw=100*[(73,1-67,8)/ 67,8] nw = 7,817	Masa próbki suchej m3^s = 67,8 g masa próbki nasyconej wodą m3^n = 71,3 g
6.	Nasiąkliwość objętościowa (no)	%	no=100*[(73,1-67,8)/30] no = 17,666	Masy jak w punkcie 5 Objętość V3 = 30 cm^3
7.	Gęstość pozorna (ρp)	g/cm^3	ρp = 17,667 / 7,81 ρp = 2,26	nw = 7,817 % no = 17,667 %
8.	Gęstość nasypowa luźna (ρn) dla piasku	g/cm^3	ρn = 1609 / 1000 ρn = 1,609	Masa próbki mL = 1609 g Objętość VL = 1dm^3

IV Wnioski

• Z badania gęstości oraz gęstości pozornej zaprawy cementowej wynika, że ma ona stosunkowo małą szczelność i dużą porowatość. Szczelność i porowatość materiałów mają duże znaczenie, gdyż wpływają w dużym stopniu na inne właściwość np. wytrzymałość materiału, jego nasiąkliwość, odporność na zamarzanie, właściwości izolacyjne.

• Gęstość nasypowa piasku jest duża, dlatego należy zwracać uwagę na tonaż pojazdu przewożącego duże ilości tego materiału.