Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Lądowej Katedra Inżynierii Materiałów Budowlanych
Przedmiot: Materiały budowlane
Temat: Badania wybranych cech mechanicznych materiałów budowlanych.				Zespół: Karolina Kulągowska Maciej Komorowski Mariusz Felczuk
R.A. 2005/06	Grupa: 2/I	Semestr: II	Ocena:	Nr Ćwiczenia 5	Prowadzący: mgr inż. Anna Chudan
						Rodzaj studiów: dzienne

Spis treści:

1. Właściwości mechaniczne materiałów budowlanych………………………………		3
a)	Wytrzymałość na ściskanie………………………………………………………………………..	3
b)	Wytrzymałość na rozciąganie……………………………………………………………………..	3
c)	Wytrzymałość na zginanie………………………………………………………………………….	3
d)	Sprężystość……………………………………………………………………...........................	3
e)	Kruchość………………………………………………………………………………………………….	4
f)	Twardość…………………………………………………………………………………………………	4
g)	Ścieralność……………………………………………………………………………………………….	4
h)	Udarność………………………………………………………………………………………………...	4
2. Opis wykonywanych oznaczeń…………………………………………………………………..		5
a)	Oznaczenie wytrzymałości na zginanie………………………………………………………..	5
b)	Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie……………………………………………………….	5
c)	Oznaczenie twardości metodą Brinella………………………………………………………..	5
d)	Oznaczenie udarności………………………………………………………………………………..	5
3. Zestawienie wyników oznaczeń cech mechanicznych materiałów budowlanych…………………………………………………………………………………………………..		6
4. Wnioski……………………………………………………………………………………………………….		7

Właściwości mechaniczne materiałów budowlanych:

• Wytrzymałość na ściskanie:

Jest to największe naprężenie jakie przenosi próbka badanego materiału podczas zgniatania. Wytrzymałość na ściskanie (R_c) oblicza się według wzoru:

[Mpa]=[
],

gdzie:

P_n - to siła statyczna niszcząca próbkę [kN],

F - pole powierzchni ściskanej [cm²].

• Wytrzymałość na rozciąganie:

Jest to największe naprężenie jakie przenosi próbka badanego materiału podczas rozciągania. Wytrzymałość na rozciąganie (R_r) oblicza się ze wzoru:

,

gdzie:

P_r - siła niszcząca próbkę [kN],

F - pole powierzchni rozciąganej [cm²].

• Wytrzymałość na zginanie:

Określa się stosunkiem momentu zginającego próbkę (M) do wskaźnika wytrzymałości przekroju (W). Wytrzymałość na zginanie (R_g) określa się

ze wzoru:

,

gdzie:

M - moment zginający [Nm],

W - wskaźnik wytrzymałości przekroju [m³].

Oznaczenie wytrzymałości na zginanie można wykonać w prasie hydraulicznej (w przypadku materiałów o wysokiej wytrzymałości) lub w aparacie Michealisa (dla mniej wytrzymałych materiałów).

• Sprężystość:

Sprężystością materiału nazywamy zdolność materiału do przyjmowania pierwotnej postaci po usunięciu siły zewnętrznej, pod wpływem której próbka materiału zmieniła swój kształt.

Sprężyste właściwości materiału charakteryzuje współczynnik sprężystości E obliczany ze wzoru:

,

gdzie:

- naprężenie powstające przy rozciąganiu (lub ściskaniu) siłą P[N] próbki o przekroju F[mm²],

- odkształcenie sprężyste.

• Kruchość:

Przez kruchość (K) rozumie się stosunek wytrzymałości na rozciąganie (R_r)

do wytrzymałości na ściskanie (R_c). Gdy jest on mniejszy od 0,125 to mamy

do czynienia z materiałem kruchym.

• Twardość

Jest to odporność materiału na odkształcenie wywołane działaniem skupionego nacisku na powierzchnię ciała. Odkształcenia tego rodzaju powstają przy wciskaniu w powierzchnię materiału wgłębnika z innego materiału. Istnieje wiele metod oznaczenia twardości materiału, m.in.: metoda Mosha (do badania głównie twardości minerałów), metoda Janki (dla drewna), metoda Brinella (do badania twardości metali i tworzyw sztucznych). Ostatnia metoda zostanie szerzej opisania w dalszej części sprawozdania.

• Ścieralność

Ścieralnością nazywamy podatność materiału na zmniejszanie masy, objętości

lub grubości pod wpływem czynników ścierających. Można wyróżnić ścieralność statyczną i dynamiczną. Badanie ścieralności dotyczy przede wszystkim naturalnych i sztucznych materiałów kamiennych, płytek ceramicznych, drewna i materiałów drewnopochodnych (ścieralność statyczna) oraz k

ruszywa kamiennego (ścieralność dynamiczna).

• Udarność

Jest to odporność materiału na zniszczenie przy uderzeniu. Udarność materiałów kruchych jest mała, a plastycznych duża. Udarność określa się jako stosunek pracy A potrzebnej do złamania próbki do przekroju pola a·b poprzecznego tej próbki:

,

gdzie:

A - praca zużyta na złamanie próbki [J],

a,b - wymiary poprzeczne próbki [m].

Opis wykonywanych oznaczeń:

• Oznaczenie wytrzymałości na zginanie (wg PN-85/04-500):

W celu zbadania wytrzymałości na zginanie wykorzystano belkę prostopadłościenną z zaprawy cementowej o wymiarach 40x40x160 mm. Belkę tą umieszczono w specjalnym urządzeniu - aparacie Michealisa, który łamie próbkę i wskazuje pod jaką siłą uległa ona zniszczeniu. Wytrzymałość na zginanie podaje się w Pa.

• Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie (wg PN-85/04-500):

Do określenia wytrzymałości na ściskanie wykorzystuje się przełamane próbki z poprzedniego doświadczenia. Pomiar wykonuje się dwukrotnie (dla każdej części próbki). Belkę umieszcza się między metalowymi płytkami o polu równym 16 cm². Tak utworzoną próbkę wkłada się do maszyny wytrzymałościowej i zgniata, aż do całkowitego zniszczenia. Aparat wskazuje pod jaką siłą próbka uległa skruszeniu. Analogiczny pomiar wykonuje się dla drugiej drugiej próbki. Jeżeli otrzymane wartości sił nie różnią się znacznie, do obliczenia wytrzymałości na ściskanie stosujemy wartość średnią dwóch pomiarów.

• Oznaczenie twardości metodą Brinella (wg PN-91/H-04350):

W tym doświadczeniu oznaczeniu podlega twardość płytki aluminiowej. Badanie polega na wciskaniu przez określony czas ( w doświadczeniu 10s) w badaną próbkę, twardej kulki stalowej, pod działaniem siły obciążającej, przyłożonej prostopadle do jej powierzchni i na pomiarze średnicy trwałego odcisku po odciążeniu. Doświadczenie to wykonywane jest przy użyciu twardościomierza Brinella. Twardość określana jest jako stosunek siły P do pola odcisku S powstałego

na powierzchni materiału. Oblicza się ją ze wzoru:

,

gdzie:

P - siła obciążająca [N],

D - średnica wgłębnika kulkowego [mm],

d - średnica odcisku [mm].

• Oznaczenie udarności (wg PN-EN 10045-1:1994):

Określenie udarności przeprowadza się za pomocą młotów wahadłowych Charpy'ego. Polega ono na złamaniu jednym uderzeniem młota próbki podpartej swobodnie na obu końcach i pomiarze energii jej złamania. Do doświadczenia wykorzystujemy prostopadłościenny element wykonany z drewna jesionu o przekroju 0,8x2,3 mm.

Zestawienie wyników oznaczeń cech mechanicznych materiałów budowlanych:

Lp.	Oznaczenie	Rodzaj materiału	Urządzenie, aparatura	Dane do obliczeń	Obliczenia i wyniki z oznaczeń
							Próbka do badań
		1				Wytrzymałość na zginanie, Rg, [MPa]	Zaprawa cementowa	Prasa hydrauliczna	P = 4,4 kN	Rg=2,34 ∙ P Rg=10,3 MPa
							Belka 40x40x160 mm
		2				Wytrzymałość na ściskanie, Rc [Mpa]	Zaprawa cementowa	Prasa hydrauliczna	P1=30,2kN P2=28,0kN Pśr = 29,1kN F = 16 cm^2	Rc=18,2 MPa
							Połówki belki umieszczone między metalowymi płytkami o polu równym 16 cm^2
		3				Twardość, HB [Mpa]	Aluminium	Twardościomierz Brinella	P=1840 N D=10mm d=1,8mm	HB=717,53 MPa
							Płytka
		4				Udarność, U [ ]	Drewno jesionowe	Młot Charpy'ego	A=0,94 kGm a=23,0 mm b=8,0 mm	∙9,81 U=50116,30
							O polu przekroju poprzecznego 180,0mm^2

Wnioski:

Podstawowym kryterium oceny jakości cementu jest ich klasa tj. wytrzymałość na ściskanie. Obecnie Polska Norma przewiduje następujące klasy cementu: 25, 35, 45, 50, 55 i 60. (Marki cementów- są to liczby podane przy nazwie cementu, określające wymaganą minimalną wytrzymałość na ściskanie w kg/cm.

Belka z zaprawy cementowej, która została poddana badaniu wykazywała dwukrotnie niższą wytrzymałość na zginanie niż na ściskanie.

Badanie wytrzymałości na ściskanie nie określa jednakże jednoznacznie jak bardzo wytrzymała była badana próbka, gdyż poszczególne wyniki pomiarów różnią się znacznie od siebie, co może być spowodowane rozwarstwieniem się zaczynu podczas mieszania i krystalizacji. Może to wskazywać na wadliwy proces technologiczny podczas produkcji badanego cementu lub też inne uchybienia podczas przygotowywania próbki do badania (np. zawilgotnienie cementu użytego do wykonania beleczki).

Badana belka z zaprawy cementowej, nawet analizując odrębnie dwa uzyskane wyniki oznaczeń, nie spełniała obowiązujących w Polsce norm dotyczących wytrzymałości na ściskanie (wg. PN-EN 197-1:2002 „Cement -- Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku”).

Badany cement wykazuje przeciętną wytrzymałość na zginanie zgodną z wyżej przytoczoną normą.

Badany przez nas klocek mozaiki podłogowej wykonany z brzozy charakteryzował się niską udarnością, która jednak jest dopuszczalna dla tego rodzaju drewna, choć oscyluje około dolnej wartości przedziału (Udarność brzozy może mieścić się w przedziale 4,0-13,0 J/cm² ).

Twardość zmierzona metodą Brinella dla aluminium jest niespotykanie wysoka jak na rodzaj badanego materiału. Różnica między pomierzoną, a przewidywaną wartością może wynikać z niedokładności wykonania pomiaru.

Badania wybranych cech mechanicznych materiałów budowlanych

Strona 7

---