kolokwium_materiały_budowlane.doc

1.               Gęstość materiałów budowlanych.

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

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 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.

2.               Porowatość materiałów budowlanych.

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:

gdzie:              ρ – gęstość badanej próbki;

              ρp – 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.

3.               Mrozoodporność materiałów budowlanych.

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 –15oC lub –20oC, a następnie rozmrażaniu do temperatury +20oC.

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 –20oC i rozmrożeniu w wodzie o temperaturze +20oC. 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:

gdzie:mn – masa próbki nasyconej wodą przed badaniem w g;

mz – masa próbki nasyconej wodą po badaniu w g;

ms - masa próbki wysuszonej do stałej masy w g.

4.               Nasiąkliwość, definicje, wzory, jednostki.

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:

gdzie:

              mn – masa próbki w stanie nasyconym wodą w g;

              ms - masa próbki w stanie suchym w g.

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

gdzie:

              mn – masa próbki w stanie nasyconym wodą w g;

              ms - 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:

gdzie:

              Nw – nasiąkliwość wagowa badanej próbki;

              ρp – gęstość pozorna badanej próbki.

Zarówno nasiąkliwość wag. jak i objęt. oblicza się w procentach z dokładnością do 0,1.

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:

gdzie:

              No – nasiąkliwość objętościowa badanej próbki;

              Nw – nasiąkliwość wagowa badanej próbki;

5.               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:

gdzie:W – zawartość wilgoci w %;

mw – masa kruszywa w stanie wilgotnym w g;

ms - masa kruszywa w stanie suchym w g.

Zdolność wchłaniania wody z powietrza, przez materiał, nazywamy higroskopijnością

6.               Podać przykłady materiałów dla których wymagany jest brak nasiąkliwości.

Szkło, Papy, Asfalty, Metale

7.               Wytrzymałość na ściskanie.

Wytrzymałość na zginanie jest to największe naprężenie jakie wytrzymuje próbka badanego materiału podczas zgniatania. Wyraża się stosunkiem wartości siły niszczącej (P) do pola przekroju poprzecznego badanej próbki , prostopadłego do działania siły niszczącej(F). Badanie prowadzi się w maszynach wytrzymałoścowych.

Wytrzymałość na ściskanie oznacza się Rc i wyraża się w MPa (N/mm2)

Wytrzymałość na ściskanie oblicza się wg. wzoru

gdzie:              P – wartość siły niszczącej w N

F – pole przekroju poprzecznego w mm2

8.      ...