Sprawozdanie
Politechnika Warszawska
Wydział Inżynierii Lądowej
Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych |
|||||
PRZEDMIOT: Materiały budowlane |
|||||
TEMAT: Cechy techniczne naturalnych materiałów kamiennych |
Zespół 2
1.
2.
3.
4. |
||||
Rok 2005/2006 |
Grupa 6/I |
Semestr II |
Ocena: |
Nr ćwiczenia 3 |
Prowadzący: Mgr inż. Anna Chudan |
|
Studia dzienne |
|
|
|
|
SPIS TREŚCI
Przedmiot badania i podział
Wapienie są skałami powstałymi z osadów przy współdziałaniu organizmów wapiennych (otwornic, radiolarii, numulitów). Składają się głównie z kalcytów-węglanów wapnia CaCO3, często z zanieczyszczeniami w postaci gliny, piasku, bitumu, związków żelaza. Bogactwo złóż wapieni na terenie Polski i zróżnicowanie cech technicznych wpłynęło na ich szerokie stosowanie w budownictwie. Z wapieni wykonuje się okładziny, podmurówki i mury budynków, stosuje się je szeroko wewnątrz w robotach wykończeniowych. Twarde i zwięzłe wapienie służą do wyrobu kruszywa łamanego do betonu.
Skały dzielą się na:
Skały magmowe
-głębinowe
-wylewne
Skały osadowe
-okruchowe
-pochodzenia organicznego
-pochodzenia chemicznego
Skały przeobrażone
Wapienie zaliczamy do skał osadowych pochodzenia organicznego. Dodatkowo wapienie można podzielić na: twarde, średniotwarde i miękkie. Przedmiotem naszych badań jest wapień Szewce. Należy on do wapieni zbitych, potocznie zwanych marmurami z uwagi na walory dekoracyjne, możliwość polerowania i podobne zastosowanie w budownictwie, jak marmury metamorficzne. Od marmurów właściwych różnią się jednak pochodzeniem, gdyż są skałami osadowymi i nie zawierają widocznych gołym okiem kryształów. Jest jasnoszary o ciepłym kolorycie i lekko fioletowym odcieniu. Bardzo charakterystycznym elementem zdobniczym są cienkie, czerwonawe żyłki kalcytu zabarwionego związkami żelaza. Występuje w ławicach o miąższości 0,4-1,0 m, co pozwala pozyskiwać miarowe bloki kilkumetrowej długości. Znajduje zastosowanie jako materiał na okładziny ścienne, schody, posadzki, balustrady.
Cechy naturalnych materiałów kamiennych
Budowa skały - zespól cech rozpoznawalnych charakterystycznych dla każdej skały, i stanowiących jej skład mineralny, strukturę oraz teksturę.
Skład mineralny - charakterystyczne dla danego typu genetycznego minerały główne
Struktura skały - zespół cech określających sposób wykształcenia, wielkość i formę oraz sposób współwystępowania składników skałotwórczych. Rozróżnia się między innymi strukturę:
- krystaliczną (grubokrystaliczną, średniokrystaliczną, drobnokrystaliczną, skrytokrystaliczna, równokrystaliczną, różnokrystaliczną).
- porfirową
- ziarnistą (gruboziarnistą, średnioziamistą, drobnoziarnistą, skrytoziamistą różnoziamistą),
- szklistą,
Tekstura skały - przestrzenne rozmieszczenie (ułożenie) oraz sposób wypełnienia przez składniki skałotwórcze masy skalnej. Rozróżnia się miedzy innymi teksturę:
- zbitą,
- porowatą (np. mikroporowata. komórkową, jamistą, pęcherzykową, gąbczastą),
- migdałowcową.
- bezładną,
- uporządkowaną (np. warstwową, łupkową, kulistą).
Gęstość
Jest to stosunek masy ( m ) wysuszonej próbki materiału do jego objętości ( V ) bez porów. 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) lub w objętościomierzu La Chatelie'ra (pomiar przybliżony).
Gęstość pozorna
W przypadku próbek o regularnych kształtach obliczana metodą bezpośrednią.
Kształt i wymiary próbek:
-sześciany o boku 50 +/-3 mm
-walce o h=φ równe również 50 +/-3 mm
-prostopadłościany o wymiarach boków 40-60 mm
przy próbkach nieregularnych stosowana jest metoda hydrostatyczna
ρp= m/V
Możliwość uzyskania poleru
W zależności od możliwości uzyskania polerów rozróżnia się skały:
a) dających się polerować,
b) nie dających się polerować,
Korozja atmosferyczna
Jej źródłem są zanieczyszczenia atmosfery, zwłaszcza gazy
przemysłowe i domowe oraz spaliny samochodowe. Gazy zawierają
znaczne ilości SO2, który następnie pod wpływem tlenu i wilgoci
przechodzi w kwas siarkowy. Kwas siarkowy działa szkodliwie na
wapienie, marmury i piaskowce o lepiszczu węglanowym, powodując
przechodzenie CaCO3 w CaSO4*2H2O (gips). Z kolei CO2 z atmosfery
tworzy z wodą kwas węglowy, powodując niszczenie wapieni. Niszczące
działanie mają także tlenki azotu.
Istotne znaczenie mają zmiany temperatury. Rozszerzalność i
kurczliwość materiałów kamiennych wskutek zmian temperatury może
prowadzić do zniszczeń w postaci rys i spękań, a zamarzająca woda
powodować rozsadzanie kamienia.
Twardość wg skali Mohsa
Jest to odporność materiału na odkształcenia trwała pod wpływem sił skupionych działających na jego powierzchnię. Skala Mohsa:
talk
gips
kalcyt
fluoryt
apatyt
ortoklaz
kwarc
topaz
korund
diament
Szczelność i porowatość
Obliczana ze wzorów:
S=ρp/ρ p=(1-S)*100 (%)
ρp - gęstość pozorna
ρ - gęstość
Szczegóły oznaczeń PN-B04100: 1966
Ścieralność
Oznaczenie ścieralności materiałów kamiennych przeprowadza się na tarczy Boehmego wg PN-B04111:1984
Z bryły kamienia wycina się próbki sześcienne o wymiarze boku 71+/-1mm, a następnie suszy się w temperaturze 105 stopni Celsjusza. Każda wysuszona próbka jest ważona z dokładnością do 0,01 g.
Próbkę umocować w uchwycie maszyny i obciążyć siłą 300 N.
Powierzchnię tarcia na całej długości pasa ścierania pokryć równomiernie proszkiem elektrokorundowym w ilości 20g. Po wsypaniu proszku należy uruchomić tarczę. W czasie ruchu tarczy proszek należy zgarniać na pas ścierania. Po każdych 22 obrotach należy zatrzymać i zmieść stary materiał wraz z proszkiem. Następnie nasypać ponownie 20g proszku ściernego na tarczę w pasie ścierania próbki i uruchomić tarczę. Po każdych 110 obrotach tarczy próbkę należy wyjąć z uchwytu i obrócić 90stopni wokół osi pionowej w stosunku do poprzedniego położenia. Po 440 obrotach tarczy należy zmierzyć wysokość próbki suwmiarką z dokładnością do 0,1 mm i zważyć próbkę z dokładnością do 0,01 g.
Jeśli skała ma bardzo dużą ścieralność, należy po starciu się do 10mm próbki zastosować nakładki, w celu utrzymania początkowej wysokości kostki.
Oznaczanie ścieralności:
na podstawie straty wysokości ścieralność materiału kamiennego S należy obliczyć w mm z dokładnością do 0,01 mm jako różnicę przed badaniem i po badaniu średniej wysokości próbki, wyliczone ze średniej arytmetycznej wysokości mierzonych w mm ze wzoru:
S=(k1+k2+k3+k4)/4
W którym: k1, k2, k3, k4 - różnice wysokości próbki, mierzone wzdłuż prostych prostopadłych do przyjętej postawy
na postawie straty masy. Ścieralność materiału kamiennego S należy obliczyć w mm z dokładnością do 0,1 mm wg wzoru:
S=(M/F)*ρ-1
W którym:
M - strata masy próbki po 440 obrotach tarczy, g,
F - pow. Próbki poddana ścieraniu, mm2,
ρ - gęstość pozorna próbki, g/mm3
Mrozoodporność
Oznaczanie przeprowadza się metodą bezpośrednią wg PN-B04102: 1995. Próbki nasycone wodą do stałej masy i ważone z dokładnością do 0,1 g należy ułożyć w pojemniku z siatki drucianej w taki sposób, aby wzajemnie nie dotykały się i całość umieścić w zamrażarce. Próbki powinny pozostawać w zamrażarce przez 4 h od chwili uzyskania w niej temperatury -20 +/-oC. Po upływie tego czasu próbki należy przenieść do naczynia z wodą o temperaturze pokojowej i pozostawić w całkowitym zanurzeniu przez co najmniej 4 h. Następnie próbki należy ponownie umieścić w zamrażarce i poddać zamrożeniu, a potem kolejnemu odmrażaniu w wodzie. Zamrażanie i odmrażanie stanowi jeden cykl badań. Liczba cykli powinna być dostosowana do badanego materiału i do wymagań odpowiedniej normy przedmiotowej.
Przy ocenie mrozoodporności materiału uwzględnia się:
opis makroskopowy - obecność rys, spękań, rozwarstwień lub zaokrągleń krawędzi i naroży
straty masy
współczynnik odporności na zamrażanie (Wz), który oznacza się stosunkiem wytrzymałości na ściskanie po ostatnim zamrożeniu (Rz) do wytrzymałości przed zamrażaniem (R).
Wytrzymałość na ściskanie.
Oznaczenie wykonuje się zgodnie z PN-B04110:1984.
W zależności od stanu próbki stosowanej do oznaczenia oraz wymagań norm przedmiotowych metoda oznaczania obejmuje:
oznaczanie wytrzymałości na ściskanie próbek sześciennych lub walcowych w stanie powietrznosuchym,
oznaczanie wytrzymałości na ściskanie próbek sześciennych lub walcowych w stanie nasycenia wodą,
oznaczanie wytrzymałości na ściskanie próbek sześciennych lub walcowych w stanie nasycenia wodą po zakończeniu badania mrozoodporności metodą bezpośredniego zamrażania i odmrażania,
obliczanie wskaźnika zmniejszenia wytrzymałości po nasyceniu wodą(współczynnik rozmiękczania),
obliczanie wskaźnika zmniejszenia wytrzymałości po badaniu odporności na zamrażanie( współczynnik odporności na zamrażanie)
Kształt i wymiary próbek:
próbka sześcienna o wymiarze boku 50+/- 3mm
próbka walcowa o h=φ=50+/- 3mm
próbka walcowa odcięta z rdzenia odwiertu o h=φ od 135 do 160
Próbka ściskana jest w prasie hydraulicznej aż do zniszczenia.
Wytrzymałość na ściskanie oblicza się wg wzoru:
Rc=(Pn/F) * 10 MPa (N/mm2)
Gdzie:
Pn - największa siła zgniatająca, kN
F - pole powierzchni ściskanej, cm2
Nasiąkliwość
Oznaczanie Nasiąkliwości: wg PN-B04101: 1985.
Oznaczanie nasiąkliwości materiałów kamiennych przeprowadza śle dwoma metodami:
- zwykłą, badana pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym,
- gotowania, na próbkach poddanych gotowaniu w wodzie.
Kształt i wymiary próbek - jak przy oznaczaniu gęstości pozornej. Próbki powinny być wysuszone w temp. 105 - 110 stopni Celsjusza.
Oznaczanie nasiąkliwości zwykłej
Suchą próbkę należy umieścić w naczyniu i zalać woda destylowaną o temperaturze
pokojowej do ¼ wysokości próbki. Po 2 h należy dodać wody do ½ wysokości próbki, a po dalszych 3 h do ¾ wysokości próbki. W takim zanurzeniu próbka powinna pozostać jeszcze 19 h. tj. razem 24 h. licząc od chwili rozpoczęcia nasycenia wodą.. Po tym czasie próbkę należy całkowicie zalać wodą tak, aby górna powierzchnia próbki znalazła się około 2 cm poniżej zwierciadła wody i pozostawić w wodzie przez następną dobę. Następnie próbkę należy wyjąć, obetrzeć lnianą ściereczką i zważyć z dokładnością do 0.1 g. po czym ponownie zanurzyć w wodzie. Następne ważenie należy wykonywać co 24 h. Oznaczanie wody należy uważać za zakończone, gdy dwa kolejne ważenia nie będą się różnić więcej niż o 0.2 g
Oznaczanie można wykonywać na kilku próbkach równocześnie pod warunkiem, aby próbki podczas badania nie stykały się ze sobą i nie dotykały ścianek naczynia.
Nasiąkliwość wagowa (Nw) materiału kamiennego należy obliczyć w procentach z dokładnością do 0,1 g ,wg wzoru:
Nw=100*(m1-m)/m
w którym:
m - masa próbki wysuszonej do stałej masy, g
m1 - masa próbki nasyconej wodą, g
Nasiąkliwość objętościową (N0) materiału kamiennego należy obliczać w procentach z dokładnością do 0.1 g, wg wzoru:
N0= NW*ρ
w którym:
Nw - nasiąkliwość wagowa, %
ρ - gęstość pozorna badanego materiału, g/cm3
W przypadku gdy znana jest objętość próbki oraz przy założeniu, że gęstość wody odpowiada w przybliżeniu l g/crn3, można obliczać nasiąkliwość objętościową w procentach wg wzoru:
NV=(m1-m2)/ ρW*V
w którym
m - masa próbki wysuszonej do stałej masy, g
m1 - masa próbki nasyconej wodą. g
V - objętość próbki. cm3
ρW - gęstość wody, g/cm3.
Za wynik ostateczny oznaczania należy przyjąć w przypadku naturalnych materiałów kamiennych jednorodnych - średnią arytmetyczną trzech pomiarów, natomiast dla niejednorodnych - pięciu pomiarów, równocześnie podając wyniki wszystkich pomiarów.
Wyniki badań
Dane właściwości fizyczne:
Rodzaj skały: wapień „Szewce”
Miejsce występowania: okolice Kielc
Budowa skały: struktura drobno- i średniokrystaliczna, struktura zbita bezładna
Skład mineralogiczny: kalcyt- węglan wapnia CaCO3, często z zanieczyszczeniami w postaci gliny, piasku, bitumu, związków żelaza.
Gęstość: 2,6 - 2,8 g/cm3
Wytrzymałość na ściskanie: 720-1300 kg/cm2
Ścieralność: 0,47 - 0,52 cm
Nasiąkliwość: 0,10% - 0,27%
Mrozoodporność: całkowita
Możliwość uzyskania poleru: dający się polerować
Gęstość pozorna badanej próbki:
Wymiary próbki: 15x10x3 [cm]
Objętość: V=15*10*3=450 [cm3]
Masa: 1249 [g]
Gęstość próbki = masa/objętość = 2,78 [g/cm3]
Twardość wg skali Mohsa:
4 - fluoryt CaF2
Wnioski z badania
Gęstość pozorna badanej próbki różni się niewiele od maksymalnej przyjętej gęstości dla wapieni zbitych, co oznacza bardzo niską zawartość porów w tym materiale. Twardość wg skali Mohsa wynosząca 4 klasyfikuje badaną próbkę w wapieniach twardych. Materiał ten jest wysokiej jakości, o całkowitej mrozoodporności, niewielkiej nasiąkliwości oraz ścieralności.
6
Wyszukiwarka