АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

«ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

для студентов строительных специальностей

Днепропетровск, 2007 р.

Методические указания к учебно-исследовательской работе «Физико-механические свойства строительных материалов» по курсу «Строительное материаловедение» для студентов строительных специальностей стационарного и заочного обучения. / Сост. Полтавцев А.П., Фролова Т.Ф. – Днепропетровск, ПГАСиА, 2007. – 19с.

В методических указаниях изложены методики определения основных физических (истинной и средней плотности), механических (стирание и сопротивление удару, пределов прочности при сжатии) свойств строительных материалов.

Учебное издание

Составители: Полтавцев Олександр Петрович, к.т.н., доцент,

Фролова Татьяна Федоровна, к.т.н., доцент,

Василенко Светлана Владимировна, ассистент

Ответственный за выпуск А.П.Приходько, проф., зав. кафедрой технологии строительных материалов, изделий и конструкций.

Рецензент: Глущенко Валентин Матвеевич, к.т.н., професор

Утверждено на заседании кафедры технологии строительных материалов, изделий и конструкций

протокол № 19 от 18.06.2007г.

Зав. кафедри А.П. Приходько

Утверждено на заседании

Методического совета ПГАСиА

протокол № 5(46) от “25” июня 2007р.

Цель работы – изучить основные физико-механические свойства строительных материалов и методы их определения.

1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

К важнейшим физическим свойствам строительных материалов, определяющим области использования их в строительстве, относятся: плотность и пористость; гигроскопичность, водопоглощение и водостойкость; водонепроницаемость и морозостойкость, теплопроводность и теплоемкость; термическая стойкость и огнеупорность.

Основные механические свойства строительных материалов: прочность при сжатии, прочность призменная, прочность при изгибе, прочность на растяжение, твердость, истираемость, сопротивление удару, сопротивление износу, деформации под нагрузкой.

Указанные свойства определяют несущую способность, долговечность и другие свойства, как отдельных строительных конструкций, так и всего здания или сооружения в целом.

Испытание строительных материалов должны проводиться в строгом соответствии с требованиями Государственного стандарта (ДСТУ) на данный вид материала или продукции. В стандартах указывают основные требования к материалам (размеры, свойства, состав и другие), методы их определения, где указано, как отбирать образцы материалов на испытание, в каком количестве, каких размеров, на каких приборах, в какие сроки и как их испытывать, как сделать оценку полученных результатов.

Одним из наиболее важных свойств строительных материалов является плотность – т.е. масса единицы объема материала или вещества (размерность в системе СИ – кг/м³). Определение плотности зависит от агрегатного состояния материала. Учитывая эту сложность, строители дифференцируют понятие плотность на истинную, среднюю и насыпную плотности. Например, истинная плотность известняка 2700кг/м³, его средняя плотность 2500кг/м³, а насыпная плотность известкового щебня 1300кг/м³. Как видно, незнание точно используемой характеристики, особенно при расчетах составов бетона, растворов и др. материалов, может привести к серьезным ошибкам в строительстве.

При определении физико-механических свойств строительных материалов необходимо правильно пользоваться системами единиц и уметь выразить полученный результат в системах МКС, МКГСС и СИ (прил. 1).

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1Определение истинной плотности

Истинная плотность – масса единицы объема вещества в абсолютно плотном состоянии, г/см³ (кг/м³):

,

где m- масса, г (кг); V_a – абсолютный объем материала (или близкий к нему (см³, м³)).

Массу образцов материалов устанавливают взвешиванием. Его объем в абсолютно плотном состоянии – измерением (стекла, металла и др.) или погружением измельченного в порошок материала (для разрушения пор) в инертную жидкость и определением объема вытесненной жидкости.

Приборы и материалы: колба Ле-Шателье – Кандло; технические весы с разновесами; порошок испытуемого материала; жидкость, инертная к испытываемому порошку; тампон из фильтровальной бумаги; керамическая ложечка.

Ход работы

Материал измельчают, высушивают до постоянной массы и охлаждают в эксикаторе. Колбу Ле-Шателье – Кандло (рис.2.1) наполняют инертной по отношению к испытываемому материалу жидкостью до нулевой отметки. Капиллярную трубку колбы тщательно протирают тампоном. Взвешивают порошок (m₁) с точностью до 0,01г и через воронку ложечкой постепенно засыпают его в колбу до тех пор, пока жидкость не поднимется до одного из верхних делений. Проворачиванием наклоненной колбы и легким постукиванием добиваются удаления пузырьков воздуха, после чего фиксируют приращение объема. Остаток порошка взвешивают (m₂). Данные заносят в табл. 2.1.

Таблица 2.1

2.2. Определение средней плотности (общей)

Плотность – это единица объема материала в естественном состоянии (с порами и пустотами)

, г/см³

Плотность – это величина изменяемая. Этой характеристикой пользуются при расчете складов, расходов материалов и т.д. в практике возможны различные случаи определения плотности, зависящие от формы и размеров образцов, физико-химических характеристик строительных материалов.

2.2.1. Образцы правильной геометрической формы.

Приборы и материалы: технические весы с разновесами, линейка и штангельциркуль образец строительного материала кубической или цилиндрической формы с диаметром или стороной не менее 5см.

Ход работы

Массу образца определяют взвешиванием с точностью до 0,1г. Объем образцов вычисляют с точностью до 0,1см³. При этом размер каждой грани образцов кубической формы вычисляют как среднее арифметическое из трех измерений с точностью до 0,5мм (два – по краям, один – посередине грани). Для образцов цилиндрической формы с помощью щтангельциркуля определяют среднее размеры диаметра d_ср и высоты h_ср. результаты заносят в табл. 2.2.

Таблица 2.2

2.2.2. Образцы неправильной геометрической формы плотной структуры.

Приборы и материалы: технические весы с разновесами; объемомер (рис. 2.2); сосуд для насыщения образцов водой; вода питьевая; испытуемые образцы.

Ход работы

Взвешиванием определяют массу m высушенных образцов. Затем их помещают в воду комнатной температуры на 1,5-2 часа (уровень воды должен быть выше верха образцов не менее чем на 200мм). Насыщенные образцы вынимают из воды, удаляют влагу с поверхности мягкой влажной тканью и помещают в объемомер. Измеряют воду, вылившуюся из носика объемомера в мерный цилиндр и равную объему образца. Данные помещают в табл. 2.3.

Таблица 2.3

2.2.3. Образцы неправильной геометрической формы пористой структуры.

Приборы и материалы: технические весы с разновесами; столик-подставка; стеклянный стакан вместимостью 500мл; испытуемый образец; расплавленный парафин; вода питьевая, нитки.

Ход работы

Предварительно высушенный и взвешенный образец помещают в расплавленный парафин на 1…2 с, дают ему стечь, остыть и затем взвешивают. Вычисляют объем парафина на образце:

где m₁, m₂ – масса соответственно сухого образца и образца, покрытого парафином; - истинная плотность парафина (0,9г/см³).

Производят гидростатическое взвешивание образца с парафином, вычисляют его объем.

,

где g₁ – вес образца, покрытого парафином на воздухе (численно равен массе m₂); g₂ – вес образца, покрытого парафином, в воде; - истинная плотность воды (1г/см³).

Плотность образца

,

Данные сводят в табл. 2.4.

Таблица 2.4

2.2.4. Образцы сыпучих материалов.

Приборы и материалы: технические весы с разновесами; мерный сосуд; испытуемый материал (песок, цемент и др.).

Ход работы

Высушенный до постоянной массы материал насыпают с высоты 10см в предварительно взвешенный сосуд до образования над ним конуса, который срезают линейкой вровень с краями сосуда. Затем сосуд с материалом взвешивают. Вычисляют плотность

,

где m, m₁, – масса соответственно мерного сосуда и мерного сосуда с материалом, кг; V – объем сосуда, л.

Данные сводят в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Наименование материала	Масса сосуда, m, кг	Масса сосуда с материалом, m1, кг	Масса материала m2, кг	Плотность , кг/л	Плотность , кг/м3

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1 Испытания на истираемость

Истираемость материала характеризуется значением потери первоначальной массы, отнесенной к 1м² площади истирания. Сопротивление истиранию определяют для материалов, предназначенных для полов, дорожных покрытий, лестничных маршей и т.д.

Степенью истираемости материала

,

где m, m₁, – масса образца соответственно до и после истирания, г; F – площадь истирания, см².

Приборы и материалы: прибор ЛКИ – 2, технические весы с разновесами, бетонный или растворный образец, песок стандартный.

Ход работы

Образец (куб с ребром 7,07см или цилиндр диаметром и высотой 7,07см) в воздушно-сухом состоянии взвешивают с точностью до 0,1г и измеряют площадь той грани, которая будет подвергнута испытанию. Образец вкладывают в обойму лабораторного круга истирания ЛКИ – 2 (рис.3.1), представляющего собой горизонтальный диск, вращающийся от электрического привода. Обойму прижимают рычагом с гирей (прижимное, усилие которого 30кгс) к диску, на который равномерно высыпают 20г кварцевого песка, и включают электродвигатель.

После каждых 28 отборов диск останавливается, обойма с образцом поворачивается на 90^о в горизонтальной плоскости, отработанный песок заменяют на новый и опыт продолжают. После 140 оборотов диска образец очищают от пыли и взвешивают. Испытания заканчивают после 560 оборотов диска.

Результаты заносят в табл.. 3.1.

Таблица 3.1

3.2.Испытание сопротивления удару

Предел прочности при ударе характеризуется количеством работы, затраченной на разрушение образца, отнесенной к единице объема материала, Дж/м³:

,

где g – вес гири, кгс; h – высота сбрасывания, см; n – количество ударов до разрушения; V – объем образца.

Испытание проводят на специальных приборах – копрах Мартенса (рис. 3.2.), Педжа, ПМ и др. в основном материалов, применяемых для полов, дорог, аэродромов и т.д.

Приборы и материалы: копер Мартенса, плитка бетонная.

Ход работы

Образец в виде плитки определенных размеров (по стандарту) укладывают на песчаную подушку под направляющими рейками копра Мартенса. На рейках закрепляют каретку, к которой потом подвешивают гирю на определенной высоте. Гирю многократно сбрасывают на образец до тех пор, пока на нем не появятся трещины.

Результаты заносят в табл. 3.2.

Таблица 3.2

3.3. Определение предела прочности при сжатии

Прочность строительных материалов характеризуется пределом прочности. Пределом прочности называется напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение образца материала. Предел прочности при сжатии для различных материалов колеблется от 0,5 до 1000 МПа и более и определяется по формуле:

,

где Р_разр – разрушающая сжимающая сила, кгс; F – первоначальная площадь образца, см².

Различают разрушающие и неразрушающие методы определения прочности строительных материалов.

3.3.1 Разрушающие методы определения прочности строительных материалов.

Разрушающим методом определение прочности при сжатии является испытание образцов на механических или гидравлических прессах (рис. 3.3). Для этой цели применяют образцы в форме кубов, цилиндров, призм. Учитывая, что на показания пресса оказывают влияния форма, размеры образца, характер его поверхности, скорость приложения нагрузки и другие факторы, необходимо придерживаться стандартных метолов испытания, установленных для данного материала. Мощность пресса должна не менее чем в 1,25 раза превышать разрушающую нагрузку на образец. Недостатки метода: громоздкость пресса, необходимость силовой электроэнергии, разрушение образцов, а не материала продукции (между ними может быть существенная разница).

Приборы и материалы: пресс гидравлический, образец строительного материала, линейка мерная.

Ход работы

Образцы перед испытанием осматривают и измеряют. Они должны иметь правильную геометрическую форму и параллельные противоположные грани. Рабочая площадь сечения образца F, см², определяется как среднее арифметическое площадей обеих опорных граней с округлением до 0,1 см².

Образец устанавливают одной из ранее отмеченных граней на нижнюю опорную плиту пресса так, чтобы оси образца и плиты совпадали. Возрастание нагрузки на образец должно происходить плавно и со скоростью, предусмотренной стандартом применительно к типу пресса и размерами образцов. Количество образцов должно быть не менее трех. Полученные результаты заносят в табл. 3.3.

3.3.1.а. Определение коэффициента размягчения

Коэффициентом размягчения называется отношение прочности насыщенного водой материала к его прочности в сухом состоянии. Этот коэффициент характеризует водостойкость материала и изменяется в пределах 0…1. Для строительных конструкций, находящихся в воде или эксплуатирующихся в местах постоянного увлажнения, нельзя применять материалы с коэффициентом размягчения менее 0,8, для стеновых материалов – менее 0,6.

Коэффициент размягчения:

,

где R_нас, R_сух – предел прочности при сжатии образцов соответственно в насыщенном водой и сухом состоянии, МПа.

3.3.2. Неразрушающие методы определения прочности строительных материалов.

Неразрушающие методы оценки прочности строительных материалов подразделяются на механические и физические. Они основаны на зависимости прочности материала от какой-либо другой физико-механической характеристики материала .

3.3.2.а. Механические неразрушающие методы определения прочности материала.

Механические неразрушающие методы основаны на измерениях:

а) величины отпечатка штампов на бетоне, получаемых от вдавливания штампов с помощью специальных приборов (штамп Хайдукова Г., молоток Физделя И.А. и др.);

б) отношения величины отпечатков, полученных при вдавливании ударника в поверхность бетона и отпечатка на эталоне (молоток Макарова К.П., Польди и др.);

в) величины упругого отскока (пистолет Борового С.Н., склерометр Шмидта);

г) прочности бетона методом стрельбы (метод Скрамтаева В.Г. – стрельба из нагана, строительно-монтажный пистолет СМП);

д) усилия отрыва стержней, дисков из материала (прибор Вольфа).

Приборы и материалы: эталонный молоток Кашкарова К.П. (рис.3.4.); угловой масштаб; бетонные образцы.

Прочность определяют эталонным молотком Кашкарова К.П. Молоток состоит из головки, корпуса с ручкой, стакана, пружины и шарика. В станке имеются отверстия, через которые вставляются эталонные стержни из стали класса А-І.

Ход работы

Бетонный образец устанавливают на твердое основание испытываемой гранью вверх. В молоток вставляют стержень и несколькими ударами (5-6 раз) средней силы на образце делают круглые отпечатки. Каждый следующий удар производят через 20мм. Угловым масштабом измеряют с точностью до 0,1мм диаметры отпечатков на бетоне d_б и на эталонном стержне (d_э). определяют среднее значение d_б и d_э, по которому вычисляют отношение d_б /d_э. пользуясь тарировочной кривой (рис. 3.5), определяют прочность бетона. Результаты заносят в табл. 3.3.

Преимущество метода – простота, портативность прибора, возможность определения прочности непосредственно в конструкциях. Недостаток метода – возможность определения прочности только в поверхностном слое.

3.3.2.б. Физические неразрушающие методы определения прочности материалов.

К физическим методам испытания прочности бетона относятся ультразвуковой импульсный, резонансный и радиометрический методы, позволяющие судить о качестве испытуемого бетона не только по его поверхностному слою, но и по внутренней структуре.

При резонансном методе свойства бетона оценивают по динамическому модулю упругости и логарифмическому декременту затухания.

Радиометрический метод определения основных физико-механических свойств основан на законе ослабления потока лучей после их взаимодействия с испытуемой средой.

При ультразвуковом импульсном методе о свойствах бетона судят по скорости распространения ультразвукового импульса и интенсивности его затухания.

В последнее время также получили распространения приборы, основанные на измерении магнитной проницаемости, диэлектрической постоянной и характеристик электропроводности.

Ход работы

Подготовка прибора к работе:

1) переключатели дискретно-цифрового отсчета «х10», «хІх», «х0,1» установить в «0» положение, тумблер «+200» в верхнее положение, тумблер «Задержка» - в любое положение.

2) Включить тумблер сетевого питания, при этом должна загораться индикаторная лампа;

3) Смазать торцы датчика приемника и излучателя техническим вазелином и прижать их друг к другу, при этом должна загореться индикаторная лампа включения прибора. Через 3…10 с должен начать работать излучатель, что сопровождается появлением характерного звука частоты 30…40 Гц, при этом загорается индикаторная лампа;

4) Придерживая пальцами торцы датчиков прибора, раздвинуть их. Индикаторная лампа должна гореть, пока расстояние между торцами датчиков будет не менее 60…70мм;

5) Проверить коррекцию приборной поправки. Для этого тумблер «+200» поставить в нижнее положение: прижать друг к другу предварительно смазанные торцевые поверхности датчиков и затем вращать ручку «Коррекция» по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы.

Работа с приборами:

1) прижать торцы датчиков к исследуемому материалу с противоположных боковых граней;

2) установить тумблер «+200» в верхнее положение, если при этом загорится индикаторная лампа, тумблер возвращается в нижнее положение;

3) переключатель дискретного отсчета «+10» поворачивают по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы. При загорании индикаторной лампы ручку с множителем «+10» повернуть против часовой стрелки на одно положение, лампа должна погаснуть;

4) переключатель дискретного отсчета «хІх» вращают по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы. При загорании индикаторной лампы ручку поворачивают против часовой стрелки на одно положение, лампа должна погаснуть;

5) переключатель дискретного отсчета «х0,1» вращают по часовой стрелке до момента загорания индикаторной лампы. На этом измерение заканчивают. Снимают отсчет показания тумблера и переключатель дискретного отсчета (время измеряют в микросекундах).

Определяют скорость прохождения ультразвука через образец

,

где V – скорость распространения ультразвука, м/с; l – толщина образца, мм; t – время распространения ультразвука, мкс.

По тарировочной кривой определяют прочность материала (рис. 3.7) и данные помещают в табл. 3.3.

Таблица 3.3

По данным табл. 3.3 можно сделать вывод о целесообразности применения и согласования разрушающих и неразрушающих методов определения прочности строительных материалов.

Ультразвуковой прибор «Бетон – 3М» есть простым и надежным в эксплуатации, но используют и более современные аппараты, такие как «Бетон – 5» и «УК – 10ПМ».

Ход работы на ультразвуковом приборе «Бетон – 5».

Смазать торцы датчика и излучателя техническим вазелином и приложить их к исследуемому образцу с противоположных боковых граней соответственно.

Установить тумблер «+200» в верхнее положение. При появлении сигнала индикатора вернуть тумблер в нижнее положение. (При отсутствии сигнала тумблер остановить в верхнем положении). Переключатель с дискретностью 200мкс повернуть по часовой стрелке до момента появления сигнала. При появлении сигнала переключатель повернуть по часовой стрелке на одно положение. Стрелка индикатора при этом должна повернуться в положение «0». Переключатель с дискретностью отсчета 20мкс повернуть по часовой стрелке до момента появления сигнала. При его появлении ручку переключателя повернуть против часовой стрелки на одно положение. Стрелка индикатора при этом должна стать в положение "0". Переключатель с дискретностью отсчета 2 мкс повернуть по часовой стрелке до момента появления сигнала. При появлении индикации ручку переключателя повернуть против часовой стрелки на одно положение, при этом сигнал индикатора должен отсутствовать.

Ручку «коррекции» повернуть по часовой стрелке до появления сигнала, что соответствует дискретности отсчета 0,1 мкс. Снять отсчет показаний переключателей дискретного отсчета и «коррекции».

После работы все ручки и тумблеры вернуть в нулевые положения Значение времени прохождения ультразвуковой волны через массив образца подставляем в формулу скорости, рассчитываем ее и по графику зависимости V-R_сж определяем прочность образца.

Все результаты заносим в табл. 3.3.

ПОРЯДОК РАБОТЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО

ПРИБОРА УК-10 ИМ

Установить искательные головки через слой контактной смазки соответственно на образце материала. На экране электронно-лучевой трубки І (ЭТЛ) должно появиться изображение принятого сигнала УЗК в виде волны.

Вращая влево от себя ручку регулировки усиления сигнала 2, перемещаем начало волны до её совмещения с началом линии развертки. На цифропоказывающей панели 3 – «режим отсчета» фиксируем время прохождения ультразвуковой волны через массив образца в МКС. Значение времени подставляем в формулу скорости и по тарировочной кривой определяем прочность образца.

ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Изучение зависимости водопоглощения материала от вида и характера пористости.

2. Изучение зависимости прочности материалов от вида и характера пористости.

3. Изучение зависимости средней плотности материалов от их пористости.

4. Исследование зависимости для эталонного молотка на материалах различной плотности.

5. Исследование зависимости на материалах различной плотности, прочности, при различной температуре.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Международная система единиц физических величин

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 524 | Нарушение авторских прав