Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине "Строительные материалы и изделия" по теме "Основные свойства строительных материалов"

Тема 1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТИННОЙ ПЛОТНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРИАЛОВ

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Истинная плотность - это отношение массы материала к его объему в абсолютно плотном состоянии:

кг/м³

Для определения истинной плотности (или плотности), чтобы определить "абсолютный" объем испытанного материала, его высушивают о постоянной массы и тонко измельчают. Для определения истинной плотности жидких и вязких строительных материалов плотность определяют с помощью ареометра.

Цель работы: научиться определять истинную плотность строительных материалов.

Приборы, инструменты, оборудование, материалы:

1. Фарфоровая чаша со ступкой.

2. Сушильный шкаф.

3. Сито с сеткой № 02.

4. Весы с комплектом разновесов.

5. Объемомер Ле-Шателье.

6. Образец материала: песок.

Техника безопасности

При выполнении лабораторной работы следует руководствоваться общими правилами техники безопасности. При работе с металлическим и стеклянным оборудованием следует ознакомиться с соответствующей инструкцией.

ХОД РАБОТЫ

Кусочки образцов материала высушивают в сушильном шкафу при температуре 110±5⁰С и тонко измельчают в фарфоровой или чугунной ступке. Измельченный порошок просеивают сквозь сито с сеткой № 02 (0,2 х 0,2 мм). Отвешивают 100 г просеянного порошка, высушивают в сушильном шкафу при температуре 110±5 ⁰С, потом охлаждают и хранят в эксикаторе.

Испытания проводят с помощью объемомера Ле-Шателье, который представляет собой стакан емкостью 120-150 см³ с узкой шейкой длиной 138 мм, которая расширяется в средней части (рис.1). На шейке колбы выше и ниже шарообразного расширения, объем которого равняется 20 см³, нанесены черточки, которые соответствуют 0,1 см³.

В объемомер наливают воду, которая является инертной по отношению к исследуемому материалу (песок), с некоторым излишком, который отсасывается фильтровальной бумагой так, чтобы нижний мениск жидкости совпадал с нулевой черточкой шкалы. После этого свободную от жидкости часть колбы тщательным образом обсушивают тампоном фильтровальной бумаги.

На технических весах отвешивают 80 г порошка (песка) с точностью до 0,01 г. Отвешенный порошок отполированным совком всыпают в лейку объемомера небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в приборе не поднимется до одной из черточек в пределах верхней градуированной части прибора. Сыпать порошок большими порциями не рекомендуется, потому что это будет мешать выходу воздуха из колбы и, кроме того, в шейке колбы могут образоваться пробки, которые препятствуют дальнейшему прохождению порошка.

Для удаления воздуха, который попал в жидкость вместе с порошком, объемомер покато вращают на ровном резиновом коврике.

Через 10 минут после этого определяют уровень жидкости в приборе. Разница между конечным и начальным уровнем воды в объемомере будет показывать объем порошка, засыпанного в прибор (20 см³).

1 - колба

2 - шейка

Рис.1 Объемомер Ле-Шателье

Остаток порошка взвешивают. Масса порошка, всыпанного в объемомер, будет равняться разнице между результатами первого и второго взвешивания. Результаты испытаний и расчеты записывают в таблицу 1.

Истинную плотность материала определяют по формуле:

кг/м³

Где: 𝑚 - масса засыпанного порошка в объемомер, г

- объем вытисненной жидкости, см³

Таблица результатов испытаний и расчетов.

Таблица 1

Испытания проводят трижды. Значения средней плотности материала определяют как среднее арифметическое трех испытаний.

ВЫВОД: истинная плотность песка составляет __________кг/м³, что соответствует (или не соответствует) требованиям стандарта.

Контрольные вопросы.

1. Определение истинной плотности.

2. Какие единицы измерения плотности.

3. С помощью какого прибора определяют истинную плотность?

4. Для чего твердый материал необходимо измельчать?

5. Изменяется ли значение истинной плотности для одного материала?

Литература.

1. Попов Л. Н. Лабораторный практикум по предмету "Строительные материалы и детали" 2-ое изд. М. "Стройиздат", 1988. - 222 с. Стр. 4 - 7.

2. Строительные материалы и детали: Учебник для техникумов. /Попов Л. Н. - 2-ое изд. ,перераб. и доп./Попов Леонид Николаевич.- М. : "Стройиздат", 1986 -336 с. Стр. 6

3. Строительное материаловедение: Учебник. /Кривенко П. В., Пушкарева К.К., Барановский В.Б. и др.; под ред. П. В Кривенко. - К.: ООО УВПК "ЕксОб", 2008. - 704 с. Стр. 45.

4. Строительные материалы: Учебник / Кривенко П. В., Барановский В.Б., Бессмертный М. П. и др.; под ред. П. В. Кривенко. - К.: "Высшая школа", 1993 - 389с. Стр. 9.

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ

МАТЕРІЛІВ

Цель работы: определить среднюю плотность образцов строительных материалов:

1. правильной геометрической формы;

2. неправильной геометрической формы;

3. сыпучих материалов.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Средняя плотность – это отношение массы тела или вещества ко всему занимаемому им объему, включая поры и пустоты:

кг/м³

Образцы строительных материалов могут иметь разный вид. Они могут иметь форму правильную, неправильную, быть очень мелкими, что становится невозможным определить форму образца. Тогда их называют сыпучими.

Для определения средней плотности образцов строительных материалов, которые имеют разную форму, применяют различные средства определения плотности.

В случае необходимости среднюю плотность материалов устанавливают для материалов, которые находятся в любом состоянии: увлажненном, воздушно-сухом или сухом.

Насыпная плотность – это отношение массы сыпучего материала к его объему, включая пространство между частицами. Ее определяют для зернистых и порошкообразных материалов.

кг/м³

Насыпная плотность сыпучих материалов – это отношение массы сыпучего, зернистого или тонкодисперсного материала к объему, который занимает этот материал. Эта величина всегда меньше плотности или средней плотности потому, что в объем, который занимает зернистый материал, входят не только поры, которые содержатся в материале, но и все расстояние между частями этого материала - пустоты.

Величина насыпной плотности материала может иметь два значения - в рыхлом состоянии и в уплотненном. Для одного и того же материала значения насыпной плотности в уплотненном состоянии всегда больше чем в рыхлом.

Отношение насыпной массы в уплотненном состоянии к ее значению в рыхлом состоянии дает коэффициент взрыхления:

К_р = ρ_упл - ρ_рыхл

Коэффициент уплотнения Купл характеризует степень заполнения объема материала твердым веществом:

Большинство твердых тел, в том числе и строительных материалов, которые могут быть в виде обломков или зернистом состоянии, включают в себя некоторое количество газовоздушных включений, которые называют пустотами или порами.

Порами называют газовоздушные включения, которые находятся внутри твердого тела и занимают некоторый объем. Поры могут быть закрытыми, полностью изолированными друг от друга и от окружающей среды, и открытые, которые соединяются между собой и с внешней средой.

Пустотами называют полости, которые содержатся между зернами насыпанного зернистого материала (например, песка, щебня, гравия, цемента) и заполнены воздухом.

Пустотность – это степень наполненности объема строительного материала порами размером не больше 1-3 мм.

ИСПЫТАНИЕ 1.

Определение средней плотности строительных материалов

правильной геометрической формы

Цель работы: научиться определять среднюю плотность материалов правильной геометрической формы.

Приборы, инструменты, оборудование, материалы:

1. Стандартная металлическая линейка.

2. Штангенциркуль.

3. Весы с комплектом разновесов.

4. Сушильный шкаф.

5. Эксикатор.

6. Образцы материалов правильной геометрической формы.

Техника безопасности

При выполнении лабораторной работы следует руководствоваться общими правилами техники безопасности. При работе с металлическим и стеклянным оборудованием следует ознакомиться с соответствующей инструкцией.

ХОД РАБОТЫ

Изготовляют образцы материалов кубической, или цилиндрической или паралелепипедной формы, высушивают эти образцы при температуре 105-110 ⁰С. образцы охлаждают в эксикаторе.

Отобранные образцы измеряют с точностью до 0,1 мм - каждую грань в трех местах. Размер каждой грани определяют как среднее арифметическое трех измерений.

Объем вычисляют по формуле: 𝑉=𝑎_ср∙ 𝑏_ср∙ ℎ_ср м³

Если образец цилиндрической формы:

Объем цилиндра вычисляют по формуле: см³

Где = 3,14

Определив объем, образец взвешивают, массу 𝑚 определяют в граммах.

Среднюю плотность материала образца материала вычисляют по формуле:

, кг/м³

Среднюю плотность материала образца определяют на трех образцах, результаты испытаний записывают в таблице 2.

Расчет средней плотности

Таблица 2

ВЫВОД: указать среднюю плотность образца строительного материала правильной геометрической формы.

ИСПЫТАНИЕ 2.

Определение средней плотности строительных материалов

неправильной геометрической формы

Цель работы: научиться определять среднюю плотность материалов неправильной геометрической формы.

Приборы, инструменты, оборудование, материалы:

1. Стеклянный или металлический сосуд.

2. Весы с комплектом разновесов.

3. Образец материала неправильной геометрической формы.

4. Гидростатические весы.

5. Нить.

6. Парафин.

Техника безопасности

При выполнении лабораторной работы следует руководствоваться общими правилами техники безопасности. При работе с металлическим и стеклянным оборудованием следует ознакомиться с соответствующей инструкцией и соблюдать правила техники безопасности.

ХОД РАБОТЫ

Среднюю плотность материала неправильной геометрической формы определяют с помощью объемомера по объему вытисненной им жидкости при погружении в нее материала, или методом гидростатического взвешивания в инертной по отношению к материалу жидкости. Вес тела определяют обычным взвешиванием его в воздушно-сухом состоянии с точностью до 0,1 г.

Заранее взвешенный образец материала насыщают водой в течение 48 часов.

Определение средней плотности с помощью объемомера

1 - металлический или стеклянный цилиндр

2 - латунная трубка

3 - стакан

4 - образец материала на нити

Рис. 2. Объемомер.

В объемомер наливают воду до уровня латунной трубки, пока из трубки не потечет вода. Когда вода достигнет уровня трубки и перестанет капать, под трубку ставят предварительно взвешенный стакан. Потом в объемомер осторожно окунают образец материала на нити таким образом, чтобы он полностью погрузился в жидкость. Вода, которую выталкивает образец в объемомер, через трубку стекает в стакан. После того, как падение капель прекратится, стакан с водой взвешивают и определяют массу воды, вытисненной образцом. Масса вытисненной образцом воды 𝑚 в граммах будет соответствовать объему образца в см³. Данные расчетов записывают в таблицу. Зная массу образца и его объем, определяют среднюю плотность по формуле 𝜌 = 𝑚⁄𝑉, кг/м³

Расчет средней плотности

Таблица 3

ВЫВОД: указать среднюю плотность строительного материала неправильной

геометрической формы.

ИСПЫТАНИЕ 3.

Определение средней плотности сыпучих строительных материалов

Цель работы: научиться определять насыпную плотность сыпучих, зернистых или тонкодисперсных строительных материалов.

Приборы, инструменты, оборудование, материалы:

1. Стандартная лейка (воронка ЛОВ).

2. Мерный цилиндр объемом 1 л.

3. Весы с комплектом разновесов.

4. Металлическая линейка.

5. Сыпучий материал - песок.

Техника безопасности

При выполнении лабораторной работы следует руководствоваться общими правилами техники безопасности. При работе с металлическим и стеклянным оборудованием следует ознакомиться с соответствующей инструкцией.

ХОД РАБОТЫ

Среднюю плотность сыпучих материалов (насыпную плотность) таких как песок, цемент, щебень, определяют с помощью стандартной лейки или воронки ЛОВ (прибора Гарри) (рис. 3).

В воронку насыпают сухой материал (песок) сквозь сито, причем задвижка воронки должна быть закрытой.

1 - конус

2 - трубка

3 - задвижка

4 - мерный цилиндр

Рис. 3. Воронка ЛОВ (прибор Гарри)

Взвесить пустой мерный цилиндр с точностью до 1 г. этот цилиндр подставляют под воронку и открывают задвижку и заполняют цилиндр песком полностью, с излишком. Расстояние от задвижки конуса к краю цилиндра должно быть не менее чем 50 мм. После заполнения цилиндра сыпучим материалом задвижку закрывают и металлической линейкой срезают от середины в обе стороны излишек материала наравне с краями цилиндра. При этом линейку держат наклоненной, плотно прижимая ее к краям сосуда. Цилиндр должен быть неподвижным, потому что при толчках сыпучий материал может уплотниться, что приведет к увеличению средней плотности.

После удаления излишка сосуд с материалом взвешивают. Массу материала, который находится в цилиндре определяют как разницу между массой цилиндра с песком и массой пустого цилиндра.

Найдя массу материала в сосуде и его объем - 1 л (объем цилиндра), находят его среднюю плотность по формуле:

кг/м³

Результаты испытаний заносят в таблицу:

Расчет средней плотности сыпучих материалов

Таблица 4

Значения средней (насыпной) плотности определяют как среднее арифметическое трех испытаний.

ВЫВОД: записать среднюю (насыпную) плотность сыпучего материала (песка), сделать сравнение с данными стандарта.

Определение пустотности

Чтобы определить пустотность материала надо подсчитать общее количество пор, содержащиеся в единице объема материала. Выражается пустотность в процентах.

Пустотность находят путем расчета, исходя из величин средней и истинной плотности материала по формуле:

Из лабораторной работы № 1 берут значение истинной плотности песка, из лабораторной работы № 2 берут значение насыпной плотности песка, вставляют в формулу и рассчитывают значение пустотности песка и делают вывод.

ВЫВОД: указывают значения пористости материала, и делают вывод о его свойствах.

Плотность вещества, средняя плотность и пористость некоторых строительных материалов

Контрольные вопросы.

1. Дать определение средней плотности, насыпной плотности.

2. Приведите формулу для вычисления средней плотности и единицы измерения.

3. Изменяется ли значение средней плотности для одного и того же строительного материала?

4. От чего зависит средняя плотность материала?

5. Для чего трижды измеряют каждую сторону образца?

6. С помощью какого прибора можно определить среднюю плотность материалов неправильной геометрической формулы?

7. Что делать, если образец для испытаний имеет пористую структуру?

8. Как перевести значение средней плотности из г/см³ в кг/м³?

9. С помощью какого прибора определяют насыпную плотность сыпучих материалов?

10. Может ли изменяться значение средней плотности материала?

Литература.

1. Попов Л. Н. Лабораторный практикум по предмету "Строительные материалы и детали" 2-ое изд. М. "Стройиздат", 1988. - 222 с. Стр. 7-13.

2. Строительные материалы и детали: Учебник для техникумов. /Попов Л. Н. - 2-ое изд. перераб. и доп./Попов Леонид Николаевич. - М. : "Стройиздат", 1986 -336 с. Стр. 7-8.

3. Строительное материаловедение: Учебник. /Кривенко П. В., Пушкарева К.К., Барановский В.Б. и др.; под ред. П. В Кривенко. - К.: ООО УВПК "ЕксОб", 2008. - 704 с. Стр. 46-48.