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 budowlanych.

Nasiąkliwość zależy od szczelności materiału, rodzaju porów (otwarte lub zamknięte) oraz ich wielkości. Im większa szczelność i więcej zamkniętych porów, tym bardziej materiał odporny jest na działanie czynników atmosferycznych. Rozróżnia się nasiąkliwość: wagową, objętościową i względną.

Nasiąkliwość wagowa (masowa). Jest to stosunek masy wody pochłoniętej przez próbkę materiału o masie m_n, badanego pod ciśnieniem atmosferycznym, do masy próbki w stanie suchym m_s. Badania przeprowadza się na próbkach o kształcie prawidłowym lub nieprawidłowym, zbliżonym do sześcianu o boku 4 do 7 cm. Nasiąkliwość wagową n_w w % wyznacza się wg wzoru

100%.

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:

100%,

100%,

gdzie: m_n - masa próbki nasyconej wodą bez gotowania,

m_s - masa próbki wysuszonej do stałej masy,

m_ng - masa próbki nasyconej wodą po gotowaniu,

V - objętość próbki.

Nasiąkliwość osiąga swoją najwyższą wartość n_omax, 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 n_og do jej porowatości p i określa się ze wzoru

.

Stopień nasycenia. Stopień nasycenia próbek określa się ze wzoru

,

gdzie: n_o - wg wzoru,

n_omax - nasiąkliwość objętościowa po gotowaniu lub pod ciśnieniem niższym od atmosferycznego.

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 zwykłej.

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:

m_s = 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 ½ wysokości cegły na 2h w celu „wyrzucenia” z niej pęcherzyków powietrza,

• zalanie cegły do ¾ wysokości na 2h w tym samym celu,

• zalanie całej wysokości cegły - H + 5 cm na 2h.

Okres 2h zmniejszyliśmy do 15 min. i po wykonaniu w/w trzech etapów zważyliśmy cegłę w stanie nasyconym, dzięki czemu otrzymaliśmy m_n = 3747 g. Podstawiając dane wartości do wzorów na nasiąkliwość wagową i objętościową otrzymujemy:

100% = 15,86 %

100% = 27,33 %

2. Gęstość

Gęstość jest to masa jednostki objętości materiału V_a bez uwzględnienia porów, wyrażona w g/cm³ lub w kg/m³

,

gdzie: m - masa próbki, g (kg),

V_a - 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 stałej masy wraz ze znajdującymi się w nim porami i kapilarami. Określamy go ze wzoru

,

gdzie: m - masa suchej próbki materiału, g (kg),

V_n - 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 kształcie 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 m_{k + w} = 334g. Następnie sypiemy materiał, w wyniku czego zwierciadło wody podnosi się. Możemy teraz odczytać objętość V_n = 19 cm³ i zważyć całość wraz ze wsypanym piaskiem. Mamy w ten sposób m_{k + w + m} = 382,9g, co pozwala ustalić już masę piasku m_m.

(m_{k + w + m}) - (m_{k + w}) = m_m

382,9 - 334 = 48,9 g

W ten sposób po podstawieniu m_m i V_n do wzoru otrzymujemy gęstość badanego materiału:

ρ = 2,57 g/cm³.

Gęstość pozorną próbki o kształcie regularnym wyznaczyliśmy dla sześciennej kostki wykonanej z betonu komórkowego (gazobetonu). Po trzykrotnym zmierzeniu i zważeniu kostki otrzymujemy:

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 ρ_o, która wynosi ρ_o = 0,69 g/cm³.

Dla próbki o kształcie nieregularnym używamy metody pośredniej.

Badany materiał suszymy, potem ważymy go, dzięki czemu otrzymujemy jego masę m_m = 90,6g.

Następnie powlekamy go parafiną (materiał nie nasiąka wodą) i ponownie ważymy.

Mamy m_{m + p} = 93,7g, a po dalszych obliczeniach (m_{m + p}) - (m_m) = m_p = 3,1 - masa parafiny.

Próbkę wrzucamy do naczynia z cieczą, po czym odczytujemy objętość V_{m + p} = 55 cm³.

Przy znanej gęstości parafiny (ρ = 0,93 g/cm³) oraz jej masy (m_p = 3,1g) wyznaczamy:

V_p = m_p/ρ_p = 3,3 cm³, co pozwala ustalić nam objętość próbki:

V_m = V_{m + p} - V_p = 55 - 3,3 = 51,7 cm³

Znając już masę danego materiału oraz objętość, w prosty sposób wyznaczamy jego gęstość pozorną:

,

.

3. Szczelność

Szczelność s określa się stosunkiem gęstości objętościowej materiału do jego gęstości

100%.

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 ≤ 1.

Porowatość p materiału oznacza, jaką część całkowitej objętości w procentach stanowi objętość porów.

100% = (1 - s)100% = (1
100%

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 λ [W/m⋅K]. Wartość λ współczynnika λ 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 λ wynosi od 0,033 do 1,75 W/m⋅°C (dla betonów). Wartość λ ustala się np. za pomocą aparatów Bocka, Poensgena lub komory klimatyzacyjnej.

Opór cieplny przegrody jednolitej (jednorodnej) lub warstwy jednolitej przegród wielowarstwowych o stałej grubości oblicza się na podstawie wzoru:

w którym:

R - opór cieplny przegrody (warstwy) jednolitej o stałej grubości, w m²⋅K/W,

d - grubość przegrody (warstwy), w m,

λ - współczynnik przewodzenia ciepła.

Opór cieplny przegrody budowlanej, składającej się z kilku warstw, jest równy sumie oporów przewodzenia ciepła przez poszczególne warstwy:

Oprócz oporu cieplnego, jaki stawia przepływającemu ciepłu sam materiał przegrody, występują:

• opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni przegrody - R_i = 0,12 [m²⋅K/W],

• opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni przegrody - R_e = 0,04 [m²⋅K/W].

Współczynnik przenikania ciepła przegród bez mostków termicznych k_o należy obliczać według

wzoru:

w którym:

R_i, R_e - opory przejmowania ciepła,

R - opór cieplny przegrody budowlanej.

5. Ścieralność

Odporność na ścieranie bada się na tarczy Böhmego lub za pomocą obracających się bębnów, w których umieszczone są próbki materiałów (np. bęben Devale, Los Angeles), a wyraża się, np. dla kamieni 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 płaszczyźnie ścierania. Czynność powtarzamy po 220 i 330 obrotach, badanie kończymy natomiast po 440. Stratę wysokości s określa się jako ubytek masy m_u próbki podzielonej przez jej przekrój F (cm²) i gęstość objętościową ρ_o.

, cm (m).

m_u - ubytek masy po 440 obrotach,

F - powierzchnia ścierania,

ρ_o - gęstość pozorna zadanego materiału.

4

---