Лабораторная работа №2 определение гидрофизических и теплофизических свойств строительных материалов - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Лабораторная работа №3 определение механических свойств строительных... 1 56.91kb.
Экспериментальные исследования диэлектрических свойств материалов 1 92.64kb.
Рабочая программа учебной дисциплины "теория и практика расчета теплофизических... 1 110.97kb.
Литейное производство 1 25.35kb.
Исследование свойств смешанных вяжущих на основе извести 1 155.6kb.
Государственный стандарт союза сср 1 175.36kb.
Лабораторная работа э-8 Изучение свойств ферромагнетика с помощью... 1 208.47kb.
Лабораторная работа №2 Определение температурного коэффициента удельного... 1 24.09kb.
Урока Наименование разделов и тем программы 1 84.72kb.
Лабораторная работа № : «Определение кривой намагничивания и петли... 1 131.63kb.
Урока Наименование разделов и тем программы 1 147.9kb.
Водопоглощение как функция плотности образца рассчитывалась для древесно-пластиковых... 1 8.45kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Лабораторная работа №2 определение гидрофизических и теплофизических свойств строительных - страница №1/1

1.2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ и ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: изучить гидрофизические и теплофизические свойства строительных материалов и методы их исследования.

Оборудование и материалы: Образцы строительных материалов (3 шт.), электро печь, весы, сосуд с водой, сушильный шкаф, ветошь.

Основные положения:

К основным гидрофизическим свойствам относятся водопоглощение, влажность, водопроницаемость, морозостойкость.



1.2.1 Определение водопоглощения

Водопоглощение - способность материала поглощать и удерживать в порах воду. По водопоглощению можно приблизительно характеризовать пористость материала, так как часть мелких и замкнутых пор водой не насыщается.

Водопоглощение характеризуют по массе и объему.

Водопоглощение по массе (%) равно отношению массы воды, поглощенной образцом при насыщении, к массе сухого образца:






(1.11)

где m1 - масса сухого образца, г;

m2 - масса водонасыщенного образца, г.

Водопоглощение по объему равно отношению массы поглощенной образцом воды при его насыщении к объему образца (вместе с порами и пустотами):



(1.12)

где Воб - водопоглощение по объему, г/; см 3

V0 - объем образца, см 3.

Отношение водопоглощения по объему и массе равно плотности материала:



(1.13)

Ниже приводится методика определения водопоглощения каменных материалов.

Образцы в количестве 3 шт. высушивают при температуре (110 ± 5) 0С до постоянной массы, затем взвешивают после их остывания на воздухе. После сушки образцы укладывают в сосуд с водой температурой 15-20 0С на решетку так, чтобы уровень воды в нем был выше верха образцов на 2-10 см. Образцы плотностью менее 1000 кг/м 3 пригружают, чтобы они не всплывали. Через 48 ч. выдерживания в воде образцы извлекают из сосуда, обтирают влажной тканью и немедленно взвешивают. Массу воды, вытекшей из образца на чашу весов, включают в массу насыщенного водой образца.

Водопоглощение по массе и объему вычисляют по формулам 1.12 и 1.13 как среднее арифметическое испытаний трех образцов горных пород.

Для ускоренного определения водопоглощения каменных материалов применяют способ кипячения. Высушенные до постоянной массы образцы погружают в сосуд с водой и кипятят в течении 4 ч, после чего их охлаждают до температуры 20-30 °С путем доливания в сосуд холодной воды. Затем образцы вынимают из сосуда, обтирают влажной тканью, сразу взвешивают и вычисляют водопоглощение. Водопоглощение по массе гранита, габбро, кварцита и др. плотных горных пород составляет 0,1-1%; известняка колеблется в широких пределах - от 0,5 до 2,5%. или 25.


1.2.2 Определение коэффициента размягчения

Коэффициент размягчения - отношение прочности водонасыщенного образца материала к прочности сухого. Коэффициент размягчения характеризует водостойкость строительных материалов. При коэффициенте размягчения 0,8 и выше материал считается водостойким, менее 0,8 - неводостойким.



Влажностьэто количество воды, содержащееся в материале в естественном состоянии. В зависимости от способа подсчета различают влажность относительную и абсолютную.



(1.14)



(1.15)

где m2 - масса образца в естественном состоянии, г;

m - масса сухого образца, г.

Влажность может быть капиллярной, адсорбционной, гидратной (кристаллизационной), водой затворения и водой набухания.

Капиллярная влага заполняет капилляры, субкапилляры и мелкие поры материала и удерживается в них капиллярными силами.

Влага, поглощаемая из воздуха поверхностью частиц строительного материала, называется адсорбционной. Количество ее зависит от влажности воздуха, степени дисперсности материала и адсорбционных свойств.

Гидратной или кристаллизационной влагой называется вода, которая входит в состав кристаллов, например, CaS04 • 2Н20; Na2S04 • 10Н2О и т. д.

С удалением кристаллизационной воды кристалл разрушается (при определенной температуре для каждого отдельного кристалла).

Водой затворения называют то количество ее, которое вводится из технических соображений в состав сырьевых бетонных и растворных смесей, керамических масс для придания им соответствующей подвижности, пластичности, удобоукладываемости, связанности и т.д.

Для определения влажности образцы любой формы взвешивают с точностью до 1 ч, затем высушивают в сушильном шкафу до постоянной массу при температуре (110±5)°С. Чтобы установить в процессе высушивания достижение образцами постоянной массы, необходимо производить взвешивание через каждые 1-2 ч. Одинаковые результаты двух последующих взвешиваний свидетельствует о том, что образец приобрел постоянную массу.

Влажность образца (%) определяют по формуле (1.15). Влажность испытываемого материала - среднее арифметическое из определения влажности трех образцов.

Водопроницаемостью называют способность материала пропускать воду под давлением. Степень водопроницаемости материалов зависит от их плотноcти и строения. Особо плотные материалы (стекло, битум, сталь) водонепроницаемы, материалы с замкнутыми мелкими порами также водонепроницаемы.

Водопроницаемость выражают количеством воды в граммах, прошедшей за 1 час через 1 см2 поверхности материала при постоянном давлении.

Водопроницаемость гидроизоляционных и кровельных материалов - один из важнейших показателей их качества.

Морозостойкостью называют способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Некоторые строительные материалы, соприкасавшиеся с наружным воздухом и водой, разрушаются. Разрушение вызывается тем, что материал полностью насыщается водой, которая при температуре меньше 0°С замерзает в порах, увеличиваясь в объеме примерно на 9 %. Лед, образующийся в порах материала, давит на стенки пор и может их частично разрушать, вследствие чего прочность материала понижается. Плотные материалы без пор или с незначительной открытой пористостью практически морозостойки. Пористые же материалы обладают удовлетворительной морозостойкостью только в случае, если вода заполняет до 80 - 85 % доступных пор.

Испытание заключается в многократном от 10 до 200 раз (в зависимости от условий работы сооружений) замораживании образца, насыщенного водой, с оттаиванием его в воде комнатной температуры после каждого замораживания. Температура замораживания должна быть не выше -17°С, т. к. в тончайших порах вода замерзает только при указанной температуре.

Материал считает морозостойким, если после установленного числа циклов замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии прочность его снизилась не более чем на 15 - 25%, а потери в массе в результате выкрашивания не превышали 5 %.

По числу выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания материалы подразделяют на марки Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и более.

В лабораторных условиях замораживание образцов производят в холо­дильных камерах. Один-два цикла замораживания в камере дают эффект, близкий к 3 - 5 - годичному действию атмосферы. Существует также ускоренный метод испытания, по которому образцы погружают в насыщенный раствор сернокислого натрия и затем высушивают при температуре 100 - 110°С. Образующиеся при этом в порах камня кристаллы десятиводного сульфата натрия (со значительным увеличением объема) давят на стены пор еще сильнее, чем вода при замерзании. Такое испытание является особо жестким (ранее его называли пробой на сохранность). Один цикл испытания в растворе сернокислого натрия приравнивается к 5 - 10 и даже 20 циклам прямых испытаний замораживанием.

При испытании на морозостойкость (по ГОСТ 9479 - 2000) образцы испытуемого природного каменного материала в виде цилиндров диаметром 40 - 50 мм и кубиков с ребром размером 40-50 мм в количестве пяти для каждого испытания обмеряют и взвешивают в сухом состоянии. Затем их помещают в ванну с водой и выдерживают до полного насыщения (до постоянной массы), фиксируя массу каждого образца. После этого образцы помещают в морозильную камеру не ближе чем на 20 мм друг от друга для лучшей циркуляции охлаждающего воздуха.

Образцы выдерживает в камере при температуре (-17 - 25)°С до полного промораживания. Продолжительность одного замораживания при установившейся температуре воздуха в камере минус 17 - 25°С должна составлять 4 ч.

Замороженные образцы вынимают из камеры и помещают для полного оттаивания, но не менее чем на 2 часа, в ванну с водой, имеющей температуру (20±5)°С. На этом заканчивается один цикл. Через каждые пять циклов замораживания - оттаивание образцы осматривают, взвешивают и по достижении определенного количества циклов испытывают на сжатие. Испытанию на сжатие подвергают также контрольные образцы, насыщенные водой, в течение 48 часов.

Потерю прочности образцов ∆R процентах вычисляют по формуле:





(1.16)

где Rсж - среднее арифметическое значение прочности на сжатие пяти образцов в насыщенном водой состоянии, МПа (кгс/см2);

Rнас сж - среднее арифметическое значение прочности на сжатие пяти образцов после испытания их на морозостойкость, МПа (кгс/см2 ).


Если среднее значение потери прочности пяти образцов при сжатии после попеременного их замораживания и оттаивания не превышает 20 % при установленном числе циклов, то горная порода отвечает соответствующей марке по морозостойкости.

Если величину морозостойкости материала необходимо получить в короткие сроки (обычно для дорожного строительства), испытания производят ускоренным методом, который состоит в следующем. Готовят насыщенный раствор сернокислого натрия путем растворения в 1 л подогретой до 30°С дистиллированной воды 250 - 300г безводного сернокислого натрия Nа2S04 или 700 -1000 г кристаллического сернокислого натрия: Nа2S04 • 10Н2О. Образцы высушивают до постоянной массы и погружают в указанный раствор с температурой 15 - 20°С на 20 ч. Затем их вынимают и высушивают при температуре 105 -110°С в течение 4 ч, после чего охлаждают до комнатной температуры и вновь погружают в раствор сернокислого натрия на 4 ч. Цикл испытаний (насыщение и высушивание) повторяют пять раз. После этого образцы осматривают и отмечают появившиеся повреждения. Прошедшие испытания образцы промывают горячей водой до полного удаления сернокислого натрия, высушивают до постоянной массы и взвешивают.

Потеря в массе каждого образца (%)


(1.17)


где m1 - масса высушенного образца до испытания, г;

m2 - то же, после испытания, г.


За окончательный результат принимают среднее арифметическое из трех определений образцов. По результатам испытания на морозостойкость определяют марку морозостойкости испытываемого материала (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Морозостойкость каменных материалов



Марка по мо­розостойкости ГОСТ 8267




Метод определения




Непосредственно замораживание

В растворе сернокислого натрия

Число циклов

Потери в массе после испытания, %, не более

Число циклов

Потери в массе по­сле испы­тания, %,не более

Мрз 15

15

10

3

10

Мрз25

25

10

5

10

Мрз 50

50

5

10

10

Мрз 100

100

5

10

5

Мрз 150

150

5

15

5

Мрз 200

200

5

15

3

Мрз 300

300

5

15

2


1.2.3 Теплофизические свойства

К основным теплофизическим свойствам относятся теплопроводность, теп­лоемкость, термическая стойкость, огнестойкость и огнеупорность.



Теплопроводнос- это свойство материала пропускать тепло через свою толщину от одной своей поверхности к другой. Теплопроводность материала оценивают количеством тепла, проходящим через образец материала толщиной 1 м, площадью 1 м за 1 час при разности температур на противоположных плоскопараллельных поверхностях образца в 1К. Характеристикой теплопроводности является коэффициент теплопроводности λ Величина X имеет размерность в Вт/(М-К). Теплопроводность материала зависит от многих факторов: природы материала, его структуры, степени пористости, характера пор, влажности и средней температуры, при которой происходит передача тепла. Тепловой поток проходит через твердый "каркас" и воздушные ячейки пористого материала. Теплопроводность воздуха (X =0,023 Вт/(м-К)) меньше, чем твердого вещества, из которого состоит «каркас» материала. Поэтому увеличение пористости является основным способом уменьшения теплопроводности. В материале стремятся создать мелкие закрытые поры, чтобы снизить количество теплоты, передаваемой конвекцией и излучением.

Приближенно коэффициент теплопроводности X можно вычислить по формуле В. П. Некрасова:





(1.18)

где d - относительная плотность материала.
Точное значение определяют экспериментально.

С повышением температуры теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается:



,

(1.19)

где λt - коэффициент теплопроводности при температуре t, Вт/(м-К);

λ0-коэффициент теплопроводности при температуре 0°С, Вт/(м-К);

t- температура материала, °С;

β - температурный коэффициент, который показывает величину приращения теплопроводности при повышении температуры на 1°С.
Эта формула справедлива при температурах не выше 100°С.

Влага, попадающая в поры материала, увеличивает его теплопроводность, так как теплопроводность воды (λ =0,58 Вт/(м∙К)) в 25 раз больше теплопроводности воздуха. Замерзание воды в порах с образованием льда еще больше увеличивает теплопроводность, поскольку теплопроводность льда (А=2,3 Вт/(м∙К)) в 4 раза больше, чем воды.



Наименование материала

Вт/(м∙К)




Наименование материала

К

Вт/(м∙К)

Сталь

58




Легкий бетон

0,35 -0,8

Гранит

2,9-3,3




Сосy. древесина

0,15 -0,2

Тяжелый бетон

1,0-1,6




Минерал, вата

0,06 -0,09

Известняк

0,8-1,0




Пеностекло

0,06 -0,08

Кирпич керам.

0,8 - 0,9




Мипора

0,04 -0,05

Кирпич силикат.

0,4 - 0,7




Воздух

0,023

Теплопроводность можно охарактеризовать также термическим сопротивлением R(м2К/Вт).





(1.20)

где δ- толщина слоя, м;

λ- коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙К).

Термическое сопротивление - важнейшая характеристика качества наружных ограждающих конструкций (стен, кровли и т. д.). От значения R зависит толщина наружных стен и расход топлива на отопление зданий.



Теплоемкость это способность материала поглощать при нагревании тепло и отдавать тепло при охлаждении. Характеризуется удельной теплоемкостью:



(1.21)

где С - удельная теплоемкость, Дж/(кг∙К);

Q - количество теплоты, затраченной на нагревание материала (выделяемого при охлаждении), Дж;

m - масса материала, кг;

Т2 - Т1- разность температур материала до и после нагрева (охлаждения),°С.


С повышением влажности материалов их теплоемкость возрастает.

Таблица 1.2 - Удельная теплоемкость некоторых строительных материалов



Наименование материала

Удельная теплоемкость С,Дж/(кг-К)

Сталь

460

Каменные материалы

755-925

Тяжелый бетон

800 - 900

Древесноструж. плита

1340-1630

Лесные материалы

2380-2720

Вода

4190

Чем больше удельная теплоемкость материала, тем выше при всех прочих равных условиях теплоустойчивость зданий, т.е. способность ограждающих конструкций сохранять постоянство температурного режима внутри ограждаемого помещения, несмотря на колебания температуры наружного воздуха. Это особенно важно для зданий с постоянным температурным режимом (музеи, книгохранилища, картинные галереи и т. д.), а также при расчете подогрева материала для зимних бетонных работ, при расчете печей.



Термическая стойкость - это свойство материала не растрескиваться при резких и многократных изменениях температуры. Термическая стойкость зависит от степени однородности материала и от коэффициента температурного расширения. Наименее термостойки композиты, состоящие из разных материалов, имеющих различный коэффициент термического расширения. К ним можно отнести бетон, гранит. При сезонном изменении температуры окружающей среды на 50°С относительная температурная деформация достигает L = 0,5 - 1,0 мм/м. Поэтому во избежание разрушения сооружений большой протяженности их разрезают деформационными швами.

Огнестойкость - свойство материала сопротивляться действие огня при пожаре без потери несущей способности (большого снижения прочности и значительных деформаций).

Строительные материалы по степени огнестойкости делят на несгораемые, трудно сгораемые и сгораемые. К несгораемым относят материалы, которые не горят и не тлеют под воздействием открытого источника огня. Несгораемые материалы - это бетон, железобетон, керамические материалы. Сталь не относится к огнестойким материалам, так как при температуре 600°С и выше конструкции из нее получают значительные деформации и теряют несущую способность.



Трудносгораемые - это материалы, которые горят или тлеют под воздействием открытого источника огня, но горение или тление прекращается после снятия воздействия источника огня. К таким материалам относятся асфальтобетон, гидроизол, фибролит, древесина, пропитанная огнезащитными составами - антипиренами. Сгораемые - это материалы, которые горят или тлеют под воздействием открытого источника огня, и горение или тление продолжается после снятия этого воздействия. К таким материалам относятся древесина, войлок, битум, смолы и т. д. Сгораемые материалы необходимо защищать от возгорания. Широко используют конструктивные меры, исключающие непосредственное воздействие огня на материал в условиях пожара.

Огнеупорность - свойство материала противостоять длительному воздействию высокой температуры без деформации и расплавления. Материалы по степени огнеупорности подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. К огнеупорным относят материалы, имеющие температуру огнеупорности свыше 1580°С. Тугоплавкие имеют температуру огнеупорности от 1350 до 1580°С. Легкоплавкие - менее 1350 °С. Температура огнеупорности определяется с помощью стандартного конуса Зегера (рисунок 1.7). Образец материала помещают на подставке в печь и поднимают температуру. Температура, при которой образец коснется вершиной подставки, принимается за температуру огнеупорности.



Рисунок 1.7 – Определение температуры огнеупорности




Лекарство от любви: брак. Антоний Унеховский
ещё >>