LABORATORIUM Z MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
Temat:	Badanie wybranych cech fizycznych materiałów budowlanych
Nr ćwiczenia:	1	Data wykonania ćwiczenia :			09.04.2005 r.
Zespół nr: 6		Grupa dziekańska	4	Rodzaj studiów		Zaoczne
				Rok akademicki	2004/05	Semestr		I I
Prowadzący zajęcia: dr inż. Janusz Tatar
Ocena:

SPRAWOZDANIE Z PRZEPROWADZENIA ĆWICZENIA NR 1

1. TEMAT ĆWICZENIA

Badanie wybranych cech fizycznych materiałów budowlanych

2. PODSTAWY TEORETYCZNE

2.1. Klasyfikacje (podział) materiałów budowlanych

• Istnieje kilka sposobów podziału materiałów budowlanych

2.1.1. Podział według rodzaju materiałów

1. ceramika

2. spoiwa

3. betony

4. drewno

5. metale

6. szkło

7. tworzywa sztuczne

8. i inne

2.1.2. Podział w zależności od zastosowania materiałów budowlanych

Nazwy poszczególnych grup materiałów pochodzą od nazwy elementów budynku, które zostaną z nich wykonane

1. materiały ścienne

2. materiały stropowe

1. materiały dachowe

2. i inne

2.1.3. Podział według pochodzenia surowca

Ten sposób podziału dotyczy niektórych grup materiałów, a nie całości.

1. materiały pochodzenia organicznego

- np. płyta pilśniowa, sklejka

2. materiały pochodzenia nieorganicznego

- np. szkło, cement

3. materiały pochodzenia naturalnego

- np. żwir, drewno

4. materiały pochodzenia sztucznego

- beton, ceramika

2.2. Podstawowe właściwości materiałów budowlanych

Każdy materiał budowlany ma szereg właściwości, które decydują o jego zastosowaniu. Właściwości te nazywamy cechami technicznymi materiału. Właściwości materiałów są różnego rodzaju i ze względu na swój charakter dzielą się na trzy zasadnicze grupy: fizyczne, mechaniczne i chemiczne.

Ustalenie cechy danego materiału nie ogranicza się do jego oględzin zewnętrznych, lecz niezbędne jest wykonanie w laboratorium szeregu czynności zwanych badaniami materiału. Ustalenie cechy materiału przez badanie nazywamy oznaczeniem tej cechy.

W ćwiczeniu nr 1 zajmiemy się omówieniem cech fizycznych materiałów budowlanych i przeprowadzeniem niektórych z tych oznaczeń.

2.2.1. Rodzaje i nazwy podstawowych cech fizycznych

1. gęstość;

2. gęstość pozorna;

3. szczelność;

4. porowatość;

5. nasiąkliwość;

6. wilgotność;

7. przesiąkliwość;

8. współczynnik rozmiękania materiału;

9. kapilarność;

10. mrozoodporność;

11. przewodność cieplna (współczynnik odporności na zamrażanie);

12. ogniotrwałość i ognioodporność.

13. przewodność cieplna;

14. pojemność cieplna.

2.2.2. Definicje cech fizycznych i przeprowadzanie ich oznaczeń

2.2.2.1. Gęstość

Gęstością materiału nazywamy stosunek masy materiału do objętości tego materiału bez porów. Oblicza się ją ze stosunku masy próbki do objętości samej substancji materiału:

ρ =	m			g
				V				cm^3

gdzie:

m - masa próbki w g;

V - objętość „absolutna” próbki w cm³.

Gęstość służy najczęściej do obliczenia porowatości. Niektóre materiały całkowicie szczelne, np. stal, mają gęstość równą gęstości pozornej. Gęstość materiału zależy od jego składu chemicznego. Gęstość pozorna zależy od struktury materiału.

Oznaczenie gęstości:

Oznaczenie gęstości przeprowadza się w pirometrze (pomiar dokładny) lub w objętościomierzu (kolbie) Le Chateliera (pomiar przybliżony) - rysunek obok.

W oznaczeniu dla celów budowlanych wystarczy przeprowadzić pomiar przybliżony.

Przed przystąpieniem do oznaczenia gęstości należy przygotować próbkę materiału. W tym celu z różnych miejsc danego materiału odłupuje się kawałki i okruchy. Próbkę o średniej masie ok. 200 g rozciera się na proszek i przesiewa przez sito tkane o wymiarze oczka 0,5 mm. Po dokładnym wymieszaniu ponownie rozdrabia się próbkę i przesiewa się przez sito o boku oczka 0,08 mm. Następnie w parownicy próbkę suszy się w temperaturze 105-110oC do stałej masy.

Tak przygotowaną próbkę ostudzoną w eksykatorze można powoli, małymi porcjami wsypać do kolby Le Chateliera. Kolba wypełniona jest benzenem lub spirytusem skażonym. Przed przystąpieniem do oznaczania należy wyrównać poziom płynu w kolbie do poziomu „0”, oraz zważyć z dokładnością do 0,02 g badaną próbkę. Proszek (próbkę) należy wsypywać do momentu gdy na górnej skali będzie możliwy odczyt objętości (w cm³). Pozostałość (niewyspana) proszku waży się i z różnicy mas określa się ilość wsypanego proszku. Ze stosunku masy wsypanego proszku i jego objętości wyznacza się wielkość gęstości. Podczas badania należy wykonać dwa oznaczenia i za wynik przyjąć średnią arytmetyczną z tych oznaczeń, przy czym różnica między wynikami nie może być większa niż 0,02 g/cm³.

Wykonanie oznaczenia zostało opisane w pkt. 4.1. sprawozdania.

2.2.2.2. Gęstość pozorna

Gęstość pozorna materiału jest podstawową cechą fizyczną materiału. Znajomość jej pozwala na określenie obciążeń elementów budowli, umożliwia ocenę przydatności materiału, jest podstawą do ustalenia potrzebnych dźwigów, urządzeń transportowych.

Gęstością pozorną materiału nazywamy stosunek masy materiału do jego objętości łącznie z porami.

Gęstość pozorną obliczamy ze wzoru:

ρp =	m			g
				V				cm^3

gdzie:

m - masa próbki w g;

V - objętość próbki w stanie naturalnym w cm³.

W zależności od rodzaju materiału są różne sposoby oznaczenia jego gęstości pozornej.

Oznaczenie dla materiałów o budowie zwartej przeprowadza się dwoma metodami:

• metoda bezpośrednia - dla próbek materiału o kształcie regularnym;

• metoda hydrostatyczna - dla próbek materiału o kształcie nieregularnym.

Oznaczenie gęstości pozornej metodą bezpośrednią.

Do badania przygotowuje się 5 próbek o kształcie sześcianu o boku ok. 50 mm, walca o wysokości i średnicy równej ok. 50 mm lub prostopadłościanu o wymiarach boków 40-60 mm . Każdą próbkę suszy się w temperaturze 105-110 ^oC do stałej masy i waży z dokładnością do 0,02 g. Wymiary próbki mierzy się z dokładnością do 0,1 mm i oblicza się objętość próbki w cm³ z dokładnością do dwóch znaków po przecinku.

Otrzymane wielkości podstawiamy do wzoru podstawowego.

Wykonanie oznaczenia zostało opisane w pkt. 4.2. sprawozdania.

Oznaczenie gęstości pozornej metodą hydrostatyczną.

Do badania wybiera się z partii materiału 5 próbek o kształcie nieregularnym, jednak zbliżonym do graniastosłupa lub sześcianu o wymiarach 40x60 mm . Łączna masa próbek nie może być mniejsza od 0,25 kg . Próbki po oczyszczeniu suszy się w temperaturze 105-110 ^oC do stałej masy, studzi w eksykadorze, a następnie nasyca się wodą do stałej masy. Po nasyceniu wodą próbkę wyciera się i waży z dokładnością do 0,02 g w powietrzu oraz całkowicie zanurzoną w zlewce z wodą na wadze hydrostatycznej.

Uzyskane wartości podstawia się do poniższego wzoru:

V= (m₁ - m₂) ^. ρ [cm3]

gdzie;

m₁ - masa próbki zważonej w powietrzu w g;

m₂ - masa próbki zważonej na wadze hydrostatycznej w g;

ρ - gęstość próbki w g/cm³.

Innym mniej dokładnym określeniem objętości próbki o nieregularnym kształcie jest zanurzenie próbki w menzurce napełnionej wodą i odczytanie różnicy poziomu przed zanurzeniem i po zanurzeniu próbki.

Wykonanie oznaczenia zostało opisane w pkt. 4.3. sprawozdania.

Gęstość nasypowa

Gęstość pozorną w odniesieniu do materiałów sypkich w stanie luźnym określa się mianem: „gęstość nasypowa”. Dotyczy to przede wszystkim wszelkiego rodzaju kruszyw (np. żwir, grys, piasek) lub spoiw (np. cement, wapno hydratyzowane).

Objętościomierz

do oznaczania gęstości nasypowej materiałów sypkich

a) cylinder

b) ubijak

Aby wykonać oznaczenie gęstości nasypowej używa się metalowego objętościomierza o objętości 1, 2, 5 dm³.

Pobiera się próbkę o masie ok. 10 kg, suszy się ją do stałej masy w temperaturze 105-110 ^oC i waży z dokładnością do 1 g. Po ostygnięciu kruszywo wsypuje się do objętościomierza, potrząsając i ubijając ubijakiem. Podziałka (2) zakończona jest tarczą (3), która opiera się na powierzchni materiału, luźno nasypanego. Objętość wsypanego kruszywa wskazuje na podziałce poprzeczka (4), opierająca się z góry na krawędziach cylindra (1).

Po odczytaniu objętości materiał wysypuje się na szalkę wagi, określa się masę z dokładnością do 1 g i oblicza się gęstość pozorną wg wzoru podstawowego.

Innym sposobem jest wypełnienie cylindra o stałej objętości równej 1 dm3 „do pełna” i zważenie materiału.

Gęstość nasypowa określa gęstość pozorną materiałów sypkich wraz z wolnymi przestrzeniami pomiędzy ziarnami i pomiędzy ziarnami a ściankami cylindra.

Wartość gęstości nasypowej jest wyrażona w kg/m3.

Oznaczenia gęstości nasypowej nie przeprowadzono.

2.2.2.3. Szczelność

Szczelność materiału jest to liczba określająca zawartość substancji materiału w jednostce jego objętości, jest ona wyrażona jako stosunek gęstości pozornej do gęstości materiału suchego. Szczelność określa, jaką część całkowitej objętości zajmuje masa badanego materiału , bez porów.

Szczelność oblicza się ze wzoru:

S =	ρp	≤	1
				ρ

gdzie:

ρ - gęstość;

ρ_p - gęstość pozorna.

Szczelność można wyrazić za pomocą liczby lub w %

Obliczenie szczelności zostało zawarte w pkt. 4.4 sprawozdania

2.2.2.4. Porowatość

Porowatości materiału jest to liczba określająca zawartość wolnych przestrzeni (porów) w jednostce objętości materiału.

Porowatość oblicza się ze wzoru:

P = ( 1 - S ) ^. 100 [ % ]

gdzie:

S - szczelność materiału.

Ponadto znając wartości gęstości i gęstości pozornej możemy również określić porowatość materiału ze wzoru:

P =	ρ - ρp	^. 100		%
						ρ

gdzie:

ρ - gęstość badanej próbki;

ρ_p - gęstość pozorna badanej próbki.

UWAGA

Szczelność porowatość materiałów ma duże znaczenie, ponieważ decydująco wpływa na inne właściwości, np. wytrzymałość materiału, jego nasiąkliwość, odporność na zamarzanie i właściwości izolacyjne.

Obliczenie porowatości zawarto w pkt. 4.5 sprawozdania

2.2.2.5. Nasiąkliwość

Nasiąkliwość jest to zdolność wchłaniania wody przez materiał. Pod tym pojęciem rozumiemy możliwość maksymalnego nasycenia wodą danego materiału.

Rozróżniamy następujące metody nasycania materiału wodą, polegające na:

• moczenia (stopniowe zalewanie materiału do pełnego zanurzenia);

• gotowania;

• podciśnienia - „próżni” ( odciąganie powietrza z materiału zanurzonego w wodzie);

• ciśnienia (wtłaczanie wody w materiał z jednoczesnym pozbywaniem go powietrza zawartego w porach.

Dla celów budowlanych przeprowadza się oznaczenie nasiąkliwości zwykłej, to znaczy badanej w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym.

Wynik oznaczenia jest wyrażony w procentach wagowych - nasiąkliwość wagowa, lub w procentach objętościowych - nasiąkliwość objętościowa.

Nasiąkliwość wagowa - jest to stosunek masy pochłoniętej wody do masy próbki w stanie suchym i wyraża się wzorem:

Nw =	mn - ms	^. 100		%
						ms

gdzie:

m_n - masa próbki w stanie nasyconym wodą w g;

m_s - masa próbki w stanie suchym w g.

Obliczenie nasiąkliwości wagowej zawarto w pkt. 4.6 sprawozdania.

Nasiąkliwość objętościowa - jest to stosunek objętości wody wchłoniętej przez materiał do jego objętości w stanie suchym i wyraża się wzorem:

Nw =	mn - ms	^. 100		%
						ms

gdzie:

m_n - masa próbki w stanie nasyconym wodą w g;

m_s - masa próbki w stanie suchym w g.

V - objętość próbki w cm³.

Jeśli znamy gęstość pozorną oraz nasiąkliwość wagową badanej próbki, możemy obliczyć nasiąkliwość objętościową materiału, ze wzoru:

No = Nw ^. ρp			%

gdzie:

N_w - nasiąkliwość wagowa badanej próbki;

ρ_p - gęstość pozorna badanej próbki.

Zarówno nasiąkliwość wagową jak i objętościową oblicza się w procentach z dokładnością do 0,1.

Obliczenie nasiąkliwości objętościowej zawarto w pkt. 4.8

Oznaczenie nasiąkliwości przeprowadza się w sposób następujący:

Badane próbki powinny mieć kształt taki jak podczas badania gęstości pozornej, należy przygotować co najmniej 3 próbki dla materiałów jednorodnych i 5 dla materiałów niejednorodnych. Wysuszoną i ostudzoną w eksykatorze próbkę umieszcza się w zlewce i zalewa się ją wodą o temperaturze pokojowej do ¼ wysokości próbki. Po dwóch godzinach dolewa się wody do ½ wysokości próbki, a po następnych trzech do ¾ wysokości próbki. W takim stanie próbka pozostaje przez 19 godzin. Po tym czasie próbkę zalewa się całkowicie wodą w taki sposób, aby próbka znalazła się o ok. 2 cm poniżej poziomu wody. Po 24 godzinach próbkę wyjmuje się i waży z dokładnością do 0,1 grama i zanurza się ponownie. Następne ważenia odbywają się w odstępach 24 godzinnych, aż do chwili, gdy wyniki dwóch kolejnych pomiarów masy nie będą się różnić więcej niż o 0,2 gramy.

Próbki nasiąknięte wodą mają mniejszą wytrzymałość, gorsze właściwości izolacyjne, większą gęstość pozorną i niekiedy większą objętość niż próbki w stanie suchym. Dużą nasiąkliwością odznaczają się zazwyczaj materiały porowate o porach otwartych.

Znając wartości oznaczeń nasiąkliwości wagowej i objętościowej możemy obliczyć wartość gęstości pozornej badanej próbki wg wzoru:

ρp =	No			g
				Nw				cm^3

gdzie:

N_o - nasiąkliwość objętościowa badanej próbki;

N_w - nasiąkliwość wagowa badanej próbki;

Obliczenie gęstości pozornej na podstawie nasiąkliwości zawarto w pkt. 4.8

2.2.2.6. Wilgotność

Zawartość wilgoci (wilgotność) wilgotność stosunek materiale określa stosunek masy wody pobranej przez materiał na skutek działania czynników atmosferycznych do masy materiału suchego.

Zawartość wilgoci w kruszywie oznacza się w sposób następujący: pobiera się ok. 5 kg żwiru lub 1 kg piasku, waży się i suszy do stałej masy.

Następnie oblicza się wilgotność, korzystając ze wzoru:

W =	mw - ms	^. 100		%
						ms

gdzie:

W - zawartość wilgoci w %;

m_w - masa kruszywa w stanie wilgotnym w g;

m_s - masa kruszywa w stanie suchym w g.

Zdolność wchłaniania wody z powietrza, przez materiał, nazywamy higroskopijnością.

2.2.2.7. Przesiąkliwość

Przesiąkliwość polega na przenikaniu przez materiał wody pod ciśnieniem. Stopień przesiąkliwości mierzy się ilością wody, która przenika pod stałym ciśnieniem przez określoną powierzchnię podczas jednostki czasu.

Przesiąkliwość jest to podatność materiału na przepuszczanie wody pod ciśnieniem przez określoną powierzchnię, w określonym czasie.

W trakcie przeprowadzania oznaczenie woda jest pod stały ciśnieniem dostosowanym do warunków, jakim badany materiał będzie pracował i tak np. przy badaniu betonu przeznaczonego do budowy tamy będzie większe niż przy badaniu dachówek.

Badanie przeprowadza się dwiema metodami:

• metodą ciśnienia słupa wody na powierzchnię

• metodą działania wody pod ciśnieniem.

2.2.2.8. Współczynnik rozmiękania materiału

Współczynnikiem rozmiękania materiału nazywamy stosunek wytrzymałości na ściskanie materiału nasyconego wodą (R_n) do wytrzymałości na ściskanie materiału suchego (R_s). Współczynnik ten charakteryzuje materiał pod względem jego przydatności w miejscach narażonych na zawilgocenie.

wz =	Rn
		Rs

gdzie:

R_n - wytrzymałość na ściskanie próbki nasyconej wodą w MPa;

R_s - wytrzymałość na ściskanie próbki suchej w MPa;

2.2.2.9. Kapilarność

Kapilarność materiału (włoskowatość) jest to zdolność do podciągania w górę wody przez włoskowate kanaliki materiału, pozostającego w zetknięciu z wodą.

Zdolność kapilarnego podciągania wody zależy od wewnętrznej budowy materiału.

Dla potrzeb budownictwa przeprowadza się oznaczenie kapilarności czynnej i biernej.

Kapilarność czynna (H_KC) jest to maksymalna wysokość, na jaką podniesie się woda w porach ponad poziom swobodnego zwierciadła wody .

Wysokość, na jaką „materiał podciągnie wodę” (zachowuje się czynnie) zależy między innymi od:

 uziarnienia ;

 struktury i tekstury ;

 temperatury wody,

Kapilarność bierna (H_KB) jest to maksymalna wysokość, na jakiej utrzymuje się woda całkowicie wypełniająca pory badanej próbki ponad poziomem swobodnego zwierciadła wody gruntowej po jego obniżeniu

Za wynik oznaczenia uznaje się wartość najwyższego poziomu wody podciągniętej przez próbkę wyrażoną w centymetrach.

Schemat oznaczenia włoskowatego podciągania wody przez piasek

przedstawia rysunek obok.

2.2.2.10. Mrozoodporność

Odporność na zamrażanie (mrozoodporność) jest to właściwość materiału polegająca na przeciwstawieniu się całkowicie nasyconego materiału działaniu zamarzającej wody, znajdującej się wewnątrz materiału (w porach), przy wielokrotnym zamrażaniu i odmrażaniu.

Niszczące działanie mrozu jest związane ze znanym zjawiskiem zwiększenia się o ok. 10% objętości wody po przekształceniu się w lód.

Jeżeli materiał nasycony wodą nie wykazuje, podczas wielokrotnego zamrażania i odmrożenia, widocznych oznak rozpadu lub większego obniżenia wytrzymałości, mówi się o nim, że jest odporny na zamrażanie.

Oznaczenie mrozoodporności polega na poddawaniu próbki badanego materiału nasyconej wodą wielokrotnemu zamrażaniu do temperatury -15^oC lub -20^oC, a następnie rozmrażaniu do temperatury +20^oC.

Ilość cykli jest różny i wynosi od 15 do kilkuset, w zależności od warunków, w jakich będzie pracował badany materiał.

Np. badanie mrozoodporności próbek kamiennych wykonuje się na próbkach w kształcie sześcianu. Próbki nasyca się wodą do stałej masy, a następnie poddaje się 25-ktrotnemu zamrażaniu w zamrażarce do temperatury -20^oC i rozmrożeniu w wodzie o temperaturze +20^oC. Każdy cykl zamrażania i rozmrażania powinien wynosić 4 godziny. Po zakończonym badaniu próbki należy zważyć.

Ocena mrozoodporności polega na stwierdzeniu, czy badany materiał ulega niszczeniu. Po badaniu przeprowadza się opis makroskopowy (obecność rys, spękań, rozwarstwień, zaokrągleń krawędzi i naroży itp.) oraz obliczamy zmianę masy (stratę masy), ze wzoru:

Sm =	mn - mz	^. 100		%
						ms

gdzie:

m_n - masa próbki nasyconej wodą przed badaniem w g;

m_z - masa próbki nasyconej wodą po badaniu w g;

m_s - masa próbki wysuszonej do stałej masy w g.

2.2.2.11. Współczynnik odporności na zamrażanie

Współczynnik ten jest kolejnym oznaczeniem charakteryzującym mrozoodporność badanego materiału. (Badanie próbki jak w pkt. 2.2.2.10).

Współczynnik odporności na zamrażanie oblicza się ze wzoru:

wz =	Rc2
		Rc1

gdzie:

R_c1 - wytrzymałość na ściskanie próbki nasyconej wodą przed zamrażaniem w MPa;

R_c2 - wytrzymałość na ściskanie próbki nasyconej wodą po ostatnim zamrażaniu w MPa;

2.2.2.12. Przewodność cieplna (współczynnik „λ”)

Przewodność cieplna jest to zdolność do przewodzenia ciepła od jednej powierzchni do drugiej. Właściwość tę charakteryzuje współczynnik przewodności cieplnej ( λ ), który określa ilość ciepła, w ciągu 1 godziny przenikającą przez przegrodę z danego materiału o grubości 1 m i powierzchni 1 m², jeżeli różnica temperatur po obydwu stronach przegrody równa się 1^oC.

Oznaczenie współczynnika jest skomplikowane i wymaga specjalistycznej aparatury.

Wielkość współczynnika przewodności cieplnej zależy od struktury materiału, jego składu chemicznego stopnia zawilgocenia i waha się ona dla różnych materiałów zwykle w granicach:

2.2.2.13. Przenikanie ciepła ( współczynnik „U”)

Współczynnik przenikania ciepła U (dawne oznaczenie: współczynnik „k”) to bardzo ważny parametr przegród budowlanych - na jego podstawie można określić straty cieplne dla danej przegrody. Wartość współczynnika zależy od rodzaju i grubości materiału, z którego wykonane są ściany, ale także od charakteru przegrody.

Aby wyznaczyć współczynnik przenikania ciepła, trzeba znać współczynniki przewodności cieplnej „λ”.

Aby obliczyć współczynnik „U” musimy wyznaczyć współczynnik oporności cieplnej ( R ) materiału wg wzoru

R =	d			m^2 ^. K
				λ				W

gdzie:

d - grubość warstwy w m;

λ - współczynnik przewodności cieplnej w W/(mK).

Znając współczynnik R obliczamy wartość wsp. przenikania ciepła „k” wg wzoru:

U =	1			W
				R				m^2 ^. K

gdzie:

R - współczynnik oporności cieplnej w (m²K)/W.

Współczynnik przenikania ciepła „k” ma szczególne znaczenie przy projektowaniu izolacji ciepłochronnych budowli.

2.2.2.14. Pojemność cieplna

Pojemność cieplna jest to ilość ciepła konieczna do zmiany temperatury ciała o jeden stopień. Odpowiednią ilość ciepła można określić ze wzoru:

Q = c(t2 - t1) ^. m		J
					K

gdzie:

c - ciepło właściwe w J/(kgK);

t₁ - temperatura początkowa materiału w K lub ^oC;

t₂ - temperatura przy końcu ogrzewania w K lub ^oC;

m - masa próbki w kg.

2.2.2.15. Ogniotrwałość, palność i ognioodporność

Ogniotrwałość zwykła jest to cecha materiału polegająca na jego wytrzymałości na długotrwałe wysokie temperatury powyżej 1580 ^oC, bez odkształceń i rozmiękczenia.

Materiał ogniotrwały to taki, który wytrzymuje bez odkształceń temperaturę powyżej 1580 ^oC, przez dłuższy czas.

Wartością ogniotrwałości jest wartość temperatury powyżej której następuje odkształcenie materiału wyrażonej w ^oC.

Ze względu na palność materiału rozróżnia się na następujące grupy:

1. materiały niepalne (podczas badania nie zapalają się w ciągu określonego czasu i nie wydzielają gazów palnych)

2. materiały palne (nie spełniają powyższych warunków)

• trudnozapalne - podczas badania palą się płomieniem, tylko wtedy, gdy są w zasięgu działania źródła ciepła;

• łatwozapalne - podczas badania zapalają się płomieniem i palą się nadal również po usunięciu źródła ciepła

Bezpośredni związek z pojęciem ogniotrwałości ma pojęcie odporności ogniowej. Nie dotyczy ono jednak poszczególnych materiałów, lecz całych elementów budynków (np. ściany, stropy, itp.), które mogą być wykonane z różnych materiałów. W zależności od czasu, jaki wytrzymuje element podczas badania, kwalifikuje się go do odpowiedniej klasy odporności ogniowej.

3. CEL ĆWICZENIA

3.1. Celem ćwiczenia jest wykonanie następujących oznaczeń:

1. Oznaczenie gęstości próbki piaskowca w kolbie Le Chateliera;

2. Oznaczenie gęstości pozornej próbki piaskowca o kształcie regularnym;

3. Oznaczenie gęstości pozornej próbki piaskowca o kształcie nieregularnym;

3.2. Następnie na podstawie przeprowadzonych oznaczeń należy obliczyć wartości następujących cech fizycznych badanej próbki piaskowca:

4. Nasiąkliwość wagową badanej próbki piaskowca;

5. Nasiąkliwość objętościową badanej próbki piaskowca;

6. Gęstość pozorną badanej próbki piaskowca na podstawie wyników badania nasiąkliwości.

7. Szczelność badanej próbki piaskowca;

8. Porowatość badanej próbki piaskowca na podstawie jej nasiąkliwości;

4. PRZEBIEG WYKONYWANYCH CZYNNOŚCI

4.1. Oznaczenie gęstości próbki piaskowca w kolbie Le Chateliera

Oznaczenie przeprowadzamy w następującej kolejności:

1. odważamy 50 g sproszkowanego piaskowca

2. uzupełniamy ciecz w kolbie Le Chateliera do poziomu „0”

3. wsypujemy sproszkowany piaskowiec do kolby, do momentu aż cieczy osiągnie poziom „18”. Oznacza to, że objętość wsypanego proszku wynosi 18 cm³.

4. ważymy pozostałość próbki sproszkowanego piaskowca, niewyspanej do kolby;

5. opróżniamy kolbę i myjemy

6. przystępujemy do obliczeń:

Dane:

objętość próbki	V1 =	18,0	cm^3
masa początkowa próbki	mp =	50,00	g
reszta niewyspana	mk =	4,28	g

Obliczenia:

Masa próbki wsypanej do kolby:

m = m_p - m_k =50,0 - 4,28 = 45,72 g

Wyniki pośrednie podstawiamy do wzoru:

ρ =

m

=

45,72

= 2,54

g

V

18,0

cm^3

Gęstość pozorna badanej próbki piaskowca obliczona metodą przybliżoną wynosi: 2,54 g/ cm³

4.2. Oznaczenie gęstości pozornej próbki piaskowca o kształcie regularnym

Oznaczenie przeprowadzamy w następujący sposób:

1. mierzymy linijką wymiary sześciennej próbki piaskowca

2. ważymy próbkę piaskowca

3. przystępujemy do obliczeń:

Dane:

szerokość próbki	a =	5,1	cm
długość próbki	b =	5,0	cm
wysokość próbki	h =	4,9	cm
masa próbki	mp =	274,79	g

Obliczenia:

Objętość badanej próbki:

V₂ = a _* b _* h = 5,1 _* 5,0 _* 4,9 = 124,95 cm³

Wyniki pośrednie podstawiamy do wzoru:

ρp2 =

m

=

274,79

= 2,20

g

V

124,95

cm^3

Gęstość pozorna badanej próbki piaskowca o kształcie regularnym wynosi: 2,20 g/ cm³

1. Oznaczenie gęstości pozornej próbki piaskowca o kształcie nieregularnym

Oznaczenie przeprowadzamy w następujący sposób:

1. ważymy nasączoną próbkę piaskowca

2. napełniamy menzurkę wodą do poziomu 100 cm³

3. ostrożnie wkładamy do menzurki nasączoną próbkę piaskowca

1. odczytujemy poziom wody w menzurce

2. przystępujemy do obliczeń:

Dane:

poziom początkowy wody	Vp =	100,0	cm
poziom końcowy wody	Vk =	135,0	cm
Masa nasączonej próbki	m3n =	72,72	cm

Obliczenia:

Objętość badanej próbki: V₃ = V_k - V_p = 135,0-100,0 = 35,0 cm³

Wyniki pośrednie podstawiamy do wzoru:

ρp3 =

m

=

72,72

= 2, 08

g

V

35,0

cm^3

Gęstość pozorna badanej próbki piaskowca o kształcie nieregularnym wynosi: 2,08 g/ cm³

3. Obliczenie nasiąkliwości wagowej badanej próbki piaskowca

Dane z oznaczeń 4.3

Masa próbki suchej (podana przez prowadzącego)	m3s =	68,14	g/cm^3
Masa próbki nasączonej wodą	m3n =	72,72	g/cm^3

Obliczenie:

Wyniki pośrednie podstawiamy do wzoru:

Nw =	m3n - m3s	^. 100 =	72,72 - 68,14	^. 100 =	6,3		%
			m3s							72,72

Nasiąkliwość wagowa badanej próbki piaskowca wynosi: 6,3 %

4. Obliczenie nasiąkliwości objętościowej badanej próbki piaskowca

Dane z oznaczeń 4.3 i 4.4

Masa próbki suchej (podana przez prowadzącego)	m3s =	68,14	g/cm^3
Masa próbki nasączonej wodą	m3n =	72,72	g/cm^3
Objętość próbki	V3 =	35,0	cm^3

Obliczenie:

Wyniki pośrednie podstawiamy do wzoru:

NO =	m3n - m3s	^. 100 =	72,72 - 68,14	^. 100 =	13.1		%
			V3							35,0

Nasiąkliwość objętościowa badanej próbki piaskowca wynosi: 13,1 %

5. Obliczenie gęstości pozornej badanej próbki na podstawie wyników badania nasiąkliwości

Dane z oznaczeń 4.3

Nasiąkliwość objętościowa próbki	No =	13,1	%
Nasiąkliwość wagowa próbki	Nw =	6,3	%

Obliczenie:

Wyniki pośrednie podstawiamy do wzoru:

ρpn =

No

=

13,1

= 2,08

g

Nw

6,3

cm^3

Gęstość pozorna badanej próbki piaskowca na podstawie wyników badania nasiąkliwości wynosi: 2,08 g/ cm³

6. Obliczenie szczelności badanej próbki piaskowca

Dane z oznaczeń 4.1, 4.2 i 4.6

gęstość	ρ =	2,54	g/cm^3
gęstość pozorna z oznaczenia 4.2	ρp2 =	2,20	g/cm^3
gęstość pozorna liczona od nasiąkliwości	ρpn =	2,08	g/cm^3

Obliczenie:

Wyniki pośrednie podstawiamy do wzoru:

Obliczmy szczelność dla próbki o kształcie regularnym

S2 =	ρp2	=	2,20	= 0,866	<	1
			ρ					2,54

Obliczamy szczelność dla próbki o kształcie nieregularnym

S3 =	ρpn	=	2,08	= 0,819	<	1
			ρ					2,54

Szczelność badanej próbki piaskowca waha się w przedziale: 81,9 - 86,6 %

1. Obliczenie porowatości badanej próbki piaskowca

Dane z oznaczeń 4.7

Szczelność próbki o kształcie regularnym	S2 =	86,6	%
Szczelność próbki o kształcie nieregularnym	S3 =	81,9	%

Obliczenie:

Wyniki pośrednie podstawiamy do wzoru:

P = ( 1 - S ) ^. 100 [ % ]

Obliczmy porowatość dla próbki o kształcie regularnym

P2 = (1 - 0,866) ^. 100 = 13,4 %

Obliczmy porowatość dla próbki o kształcie nieregularnym

P2 = (1 - 0,819) ^. 100 = 18,1 %

Porowatość badanej próbki piaskowca waha się w przedziale: 13,4 - 18,1 %

5. WYNIKI

Po przeprowadzeniu wszystkich oznaczeń i obliczeń sporządzamy tabelę zbiorczych wyników

Tabela nr 1

Zestawienie wyników oznaczeń cech fizycznych materiału budowlanego

Piaskowiec

Lp	Oznaczenie		Jedn.	Obliczenia i wyniki oznaczeń	Dane materiału budowlanego do obliczeń
1	Gęstość (ρ) w kolbie Le Chateliera		g/cm^3	ρ = 2,54	masa: m1 = 45,72 g objętość: V1 = 18,0 cm^3
2	Gęstość pozorna (ρp)	Próbka kształcie regularnym	g/cm^3	ρp2 = 2,20	masa: m2 = 274,79 g objętość: V2 = 124,95 cm^3
					Próbka o kształcie nieregularnym		ρp3 = 2,08	masa: m3 = 72,77 g objętość: V3 = 35,0 cm^3
	3	Szczelność (S)		%	S2 = 86,6	dane z oznaczeń 1 i 2
							S3 = 81,9	dane z oznaczeń 1 i 7
	4			Porowatość (P)		%	P2 = 13,4	dane z oznaczeń 1 i 2
							P3 = 18,1	dane z oznaczeń 1 i 7
5	Nasiąkliwość wagowa (Nw)		%	Nw = 6,3	masa próbki suchej m3^s = 68,14 g masa próbki nasyconej wodą m3^n = 72,72 g
6	Nasiąkliwość objętościowa (No)		%	No =13,0	masy jak w pkt. 5 objętość: V3 = 35,0 cm^3
7	Gęstość pozorna (ρp)		g/cm^3	ρpn = 2,08	Nasiąkliwość wagowa Nw = 6,3 % Nasiąkliwość objętościowa No = 13,1 %

Tabela 2

Porównanie wyników przeprowadzonych oznaczeń z cechami innych materiałów kamiennych

Lp.	Oznaczenie	Jedn.	Piaskowiec (badana próbka)	Materiały porównawcze
								granit Strzegom	marmur żylasty Różanka	wapień Kazimierz Dln.
1	Gęstość	g/cm^3	2,54	2,66	2,67	2,60
2	Gęstość pozorna	kg/m^3	2080	2630	2690	1420
3	Szczelność	%	81,9-86,6	98,87	99,77	54,6
4	Porowatość	%	13,4-18,1	1,13	0,33	45,4
5	Nasiąkliwość wagowa	%	6,3	0,20-0,30	0,11-0,22	26,6
Wnioski W tabeli porównano wyniki przeprowadzenia oznaczeń dla badanej próbki piaskowca przeprowadzone w laboratorium z danymi trzech różnych kamieni naturalnych: 1. próbka badanego piaskowca 2. granit z kamieniołomu Strzegom (skała wulkaniczna) 3. marmur żylasty z kamieniołomu Różanka (skała przeobrażeniowa) 4. wapień z kamieniołomu Kazimierz Dolny (skała osadowa) Wartości gęstości innych kamieni obliczono z przekształcenia wzoru na szczelność 3. wapień z kamieniołomu Kazimierz Dolny (skała osadowa)eniowa)óbki piaskowca przeprowadzone w laboratorium z danymi trzech ró Po przeprowadzeniu porównania nasuwają się następujące wnioski: Im mniejsza różnica pomiędzy gęstością a gęstością pozorną tym większa szczelność Im większa porowatość tym większa nasiąkliwość wagowa po porównaniu powyższych materiałów kamiennych można je uszeregować od najbardziej szczelnego (najmniej porowatego) do najbardziej porowatego (najmniej szczelnego) w następującej kolejności: marmur żylasty granit piaskowiec wapień Biorąc pod uwagę dane producentów kamienia naturalnego można z dużą dozą prawdopodobieństwa określić badaną próbkę piaskowca jako piaskowiec wydobywany w kamieniołomie: Baranowska Góra

6. LITERATURA

1. Instrukcja ćwiczenia laboratoryjnego z Materiałów Budowlanych nr 1

2. Edward Szymański, Zygmunt Wrześniowski „Materiały Budowlane” Państwowe Wydawnictwa Szkolnictwa Zawodowego, Bytom 1972, wydanie V poprawione, s.193-204, s.11-22

3. Praca zbiorowa „Poradnik majstra budowlanego” Wydawnictwo Arkady, Warszawa 1996, wydanie VIII, s.279

4. Wacław Jędrzejowski „Budownictwo ogólne” Państwowe Wydawnictwa Naukowe, Warszawa 1977, wydanie II poprawione, s. 26-29

5

Zespół nr 6 - Materiały Budowlane - Ćwiczenie nr 1

---