Визначення середньої густини матеріалу в зразку неправильної геометричної форми
Для визначення обсягу зразка застосовують метод, заснований на витіснення зразком з посудини рідини, в яку його занурюють, для чого використовують об'ємомір або гідростатичні ваги.
Визначення середньої густини за допомогою об'ємоміра.
Цей прилад (рис. 2) являє собою металевий циліндр з внутрішнім діаметром 150 мм і висотою 320 мм. На висоті 250 мм в нього впаяна латунна трубка діаметром 8-10 мм, має загнутий вниз кінець. Об'ємомір наповнюють водою трохи вище трубки і чекають, поки надлишок води стече, потім під трубку підставляють зважену склянку. Кожен зразок висушують, зважують, а потім покривають (за допомогою кисті) тонким шаром розплавленого парафіну.
Після парафінування зразок перев'язують міцною ниткою і повторно зважують.
При зануренні випробуваного зразка в об'ємомір витісняється вода витікатиме з трубки в склянку. Після того як падіння крапель припиниться, стакан з водою зважують і визначають масу води, витісненої зразком.
Середню щільність зразка обчислюють таким чином. Спочатку визначають обсяг парафіну Vп. м 3. витраченого на покриття зразка за формулою:
де т - маса сухого зразка, кг;
Т1 маса зразка, покритого парафіном, кг;
РП середня щільність парафіну, яка дорівнює 930 кг / м 3.
Після цього обчислюють середню щільність зразка # 961; 0. кг / м 3. за формулою:
де т - маса сухого зразка, кг; V1 - об'єм зразка з парафіном (чисельно дорівнює масі води, витісненої зразком), м 3; Vп - обсяг парафіну, м 3.
Результати випробувань записують у журналі для лабораторних робіт і порівнюють з даними, наведеними в табл. 1.
Визначення насипної щільності
Для сипучих матеріалів (цемент, пісок, щебінь, гравій і ін.) Визначають насипну щільність. В обсязі таких матеріалів не тільки час в самому матеріалі, але і порожнечі між зернами або шматками матеріалу. Це визначення виконують за допомогою приладу (рис. 3), який являє собою стандартну воронку у вигляді усіченого конуса. Внизу конус переходить в трубку діаметром 20 мм із засувкою. Під трубкою встановлюють передчасно зважений мірний циліндр об'ємом 1 л (1000 см 3). Відстань між верхнім обрізом циліндра і засувкою повинно бути 50 мм.
Мал. 3. Стандартна воронка
1 - корпус; 2 - трубка; 3 - засувка; 4 - мірний циліндр
У воронку насипають сухий досліджуваний матеріал, потім відкривають засувку і заповнюють циліндр з надлишком, закривають засувку і металевою або дерев'яною лінійкою зрізають з середини в обидві сторони надлишок матеріалу врівень з краями циліндра. При цьому лінійку тримають похило, щільно притискаючи до країв циліндра. Необхідно, щоб циліндр був нерухомим, так як при поштовхах сипучий матеріал може ущільнитися, що збільшить його середню щільність. Потім циліндр з матеріалом зважують з точністю до 1 м Випробування повторюють п'ять разів і середню щільність матеріалу в насипному стані # 961; н. кг / м 3. обчислюють як середнє арифметичне п'яти визначень, користуючись формулою:
де m1 - маса циліндра з матеріалом, кг;
m2- маса циліндра без матеріалу, кг; V - об'єм циліндра, м 3.
Результати випробувань заносять в журнал для лабораторних робіт.
Пористість матеріалу характеризується ступенем заповнення його обсягу порами. Її обчислюють за формулою:
де П - пористість матеріалу,%; # 961; 0 - середня щільність матеріалу, кг / м 3;
# 961; - дійсна густина матеріалу, кг / м 3.
Для сипучих матеріалів за наведеною вище формулою визначити дійсну пористість, названу зазвичай пустотностью. В даному випадку беруть насипну щільність, а замість дійсної густини - середню щільність шматків (зерен) матеріалу. Результати обчислення пористості матеріалу заносять в журнал для лабораторних робіт.
В обсязі матеріалу одночасно можуть перебувати пори і порожнечі. Пори є дрібні осередки в матеріалі, заповнені повітрям або водою, порожнечі же - більш великі вогнища і порожнини, що утворюються між шматками пухко насипаного матеріалу.
Значення пористості будівельних матеріалів різні, наприклад для скла та металу пористість становить 0%, цегли - 25-35%, звичайного важкого бетону - 5-10%, газобетону - 55-85%, поропласту - 90-95%.
Пористість в значній мірі визначає експлуатаційні властивості матеріалів, водопоглинання, водопроникність, морозостійкість, міцність, теплопровідність і ін.
5. Визначення водопоглинання
Водопоглинання - це здатність матеріалу вбирати і утримувати в порах воду. Вода заповнює дрібні пори і капіляри в матеріалі, але так як частина з них все ж виявляється недоступною для води, а в порах, які заповнюються водою, частково залишається повітря, то за кількістю води, що поглинається матеріалом, тільки приблизно можна встановити відкриту пористість.
Визначають водопоглинання за масою і обсягом.
Водопоглинання по масі Вмас. %, Дорівнює відношенню маси води, поглиненої зразком при насиченні, до маси сухого зразка:
де m1 - маса сухого зразка, кг; m2 - маса насиченого водою зразка, кг.
Водопоглинання за обсягом, ВОБ,%, дорівнює масі поглиненої зразком води при насиченні його, віднесеної до обсягу зразка V:
Співвідношення між водопоглинання за масою і обсягом дорівнює середній щільності матеріалу в сухому стані:
Знаючи значення водопоглинання за масою і середню щільність, можна висловити формулу для розрахунку водопоглинання за об'ємом:
Водопоглинання будівельних матеріалів визначають наступним чином: три - п'ять зразків висушують до постійної маси при 110 ± 5 ° С і охолоджують до кімнатної температури, після чого їх занурюють у воду і витримують там до постійної маси. Однак порядок випробування різних видів матеріалу регламентується відповідними ГОСТами. Водопоглинання природних кам'яних матеріалів визначають на зразках як правильною, так і неправильної геометричної форми у вигляді відколотих шматків з довжиною ребра не менше 4 см. Очищені від крихких частинок і висушені зразки зважують, поміщають в скляні посудини або порцелянові кювети і заливають на 1/4 висоти дистильованою водою. Через 2 години доливають води до 1/2 і через 2 години до 3/4 висоти зразків і залишають на 1 добу. Після цього зразки заливають повністю водою і знову залишають на 1 добу. Потім їх виймають, кожен зразок злегка обтирають вологою полотняною ганчіркою, зважують і знову опускають у воду на 1 добу. Так надходять до тих пір, поки зразки НЕ матимуть постійної маси.
Водопоглинання по масі Вмас і обсягом ВОБ обчислюють за наведеними вище формулами з точністю до 0,1%. За остаточний результат визначення водопоглинання приймають середнє арифметичне трьох визначень для однорідних гірських порід і п'яти визначень для неоднорідних гірських порід. Результати випробувань заносять в журнал для лабораторних робіт.
6. Визначення пористості
Міцністю називають властивість матеріалу чинити опір руйнуванню під дією внутрішніх напружень, що виникають від зовнішніх навантажень. Під впливом різних навантажень матеріали в будівлях і спорудах відчувають різні внутрішні напруги (стиснення, розтягнення, вигин, зріз і ін.)
Міцність є важливою властивістю більшості будівельних матеріалів, від її значення залежить навантаження, яку може сприймати даний елемент при заданому перерізі. Якщо матеріал має велику міцність, то розмір перерізу елемента може бути зменшений.
Міцність будівельних матеріалів характеризується межею міцності при стисненні, при згинанні і при розтягуванні, її визначають шляхом випробування зразків (рис.4), в лабораторії на гідравлічних пресах або розривних машинах.
Межею міцності при стисненні матеріалу називають напругу, відповідне навантаженні, при якій відбувається руйнування зразка матеріалу. Межа міцності при стисненні Rсж. МПа, визначають за формулою:
де F - руйнівне навантаження, Н;
S- площа поперечного перерізу зразка, мм 2.
Для визначення межі міцності при стисненні зразки матеріалу піддають дії стискають зовнішніх сил і доводять до руйнування. Випробовувані зразки повинні бути правильної геометричної форми (куб, паралелепіпед, циліндр). Зразки з природних кам'яних матеріалів, що мають форму кубів, можуть бути наступних розмірів: 50x50x50, 70х70х70, 100х100х100 мм. Зразки з щільних матеріалів можна приймати меншого розміру, а з пористих матеріалів - більшого.
Мал. 4. Стандартні зразки для випробування на міцність
Зразки кубічної форми виготовляють за допомогою спеціальних дискових пилок. При розпилюванні каменю під лезо пилки вводять абразивний порошок в суміші з в'язкою суспензією з важкої глини. Для дуже твердих гірських порід, наприклад кварцитів, застосовують корундові, алмазні і інші диски. Зразок каменю закріплюють захватами верстата і розпилюють по черзі в трьох напрямках.
Діаметр зразків циліндрів може бути 50 або 80 мм, а висота не більше двох діаметрів. Виготовляти циліндричні зразки з кам'яних матеріалів (за допомогою спеціальних порожнистих свердел) значно простіше, ніж кубічні, так як в зразках-кубах потрібна ретельна обробка шести граней.
Підготовлені зразки-куби або циліндри шліфують на шліфувальному верстаті по двох протилежних площинах, які повинні бути паралельні. Правильність площин перевіряють металевим косинцем і штангенциркулем. Після виготовлення зразки нумерують. Паралельними лініями вказують напрямок сланцеватості.
Форма і розміри зразків різних будівельних матеріалів повинні відповідати вимогам ГОСТ для кожного виду матеріалу.
Для випробування зразків матеріалу на стиск застосовують гідравлічні преси та універсальні випробувальні машини. Перед випробуванням зразок очищають м'якою щіткою або тканиною, зважують, обмірять з точністю до 1 мм і встановлюють на нижню опорну плиту преса точно по її центру. Верхню опорну плиту за допомогою гвинта опускають на зразок і щільно закріплюють його між двома опорними плитами. Потім, переконавшись в правильності встановлення зразка, включають в дію насос преса і дають навантаження, стежачи за швидкістю її наростання (0,5 - 1 МПа в 1 с). У момент руйнування зразка, тобто в момент найбільшого навантаження на зразок, стрілка зупиниться і піде назад. Цей момент необхідно зафіксувати.
Кожен матеріал відчувають не менше ніж на трьох зразках. За остаточний результат приймають середнє арифметичне результатів випробувань трьох зразків.
Результати випробувань як окремі, так і середні заносять в журнал для лабораторних робіт.
Фізичний стан матеріалу дуже впливає на значення міцності зразків. Міцність кам'яних матеріалів в сухому стані майже завжди вище міцності того ж матеріалу в насиченому водою стані. Це враховується коефіцієнтом розм'якшення.
Коефіцієнт розм'якшення Кр визначають як частка від ділення середнього арифметичного значення межі міцності при стисненні зразків, випробуваних в насиченому водою стані Rнас, на межу міцності зразків Rсух.
Межа міцності при вигині визначають на тих же пресах, що і межа міцності при стисненні, проте застосовують спеціальні пристосування. До нижньої опорної плиті за допомогою двох планок прикріплюю два катка, які служать опорою для випробуваного зразка, а до верхньої опорної плиті одну посередині - для вигину. Зразки виготовляють згідно ГОСТ на випробовуваний матеріал. Наприклад, при випробуванні цементу виготовляють зразки-балочки розміром 40х40х160 мм (див. Рис.4).
Межа міцності при вигині Rізг, МПа, визначають за формулою:
де F - руйнівне навантаження, Н;
l- відстань між опорами, мм;
b і h - ширина і висота поперечного перерізу зразка, мм.
Межа міцності при вигині обчислюють як середнє арифметичне результатів випробувань трьох зразків.
Межа міцності при розтягуванні визначають для таких будівельних матеріалів, як деревина, будівельні стали, пластмаси, рулонні покрівельні матеріали.
Перед випробуванням вимірюють ширину і товщину зразка з точністю до 0,01 мм, після чого зразок закріплюють в затиску розривної машини. Навантажують зразок рівномірно із заданою ГОСТ швидкістю. За силою вимірювача машини визначають максимальне навантаження.
Межа міцності при розтягуванні Rр, МПа, обчислюють за формулою:
де F - руйнівне навантаження, Н;
So - початкова площа поперечного перерізу зразка, мм 2.
Межа міцності при розтягуванні обчислюють як середнє арифметичне результатів випробувань трьох зразків.