Лабораторная работа по метрологии № 6 на тему

Лабораторная работа по метрологии № 6 на тему:
«Определение физических показателей качества строительных материалов».
Строительные материалы обладают комплексом физических свойств, числовые показатели которых определяют в лаборатории с помощью
специальных приборов и стандартных методов.
К физическим свойствам относятся свойства, выражающие способность материалов реагировать на воздействия физических факторов (
гравитации, теплоты, воды, звука, электрического тока, излучения и др).
Физические свойства строительных материалов:
1). Водопроницаемость.
2). Гигроскопичность.
3). Водопоглощение.
4). Водостойкость.
5). Водопроницаемость.
6). Влагоотдача.
7). Строительные материалы бывают твердые и жидкие.
Масса материала
Каждый материал имеет объем и обладает определенной массой.
Масса — совокупность материальных частиц (молекул, атомов, ионов), содержащихся в данном теле или веществе.
Масса тела занимает часть пространства, т. имеет определенный объем;
Масса постоянна для данного вещества и не зависит от ускорения свободного падения, от скорости его движения и от положения в
пространстве.
Различные тела одинакового объема имеют неодинаковую массу, т. е. обладают разной плотностью.
Физические свойства и структурные характеристики
Параметрами физического состояния материалов являются:
плотность,
пористость,
удельная поверхность.
Важнейшими из параметров физического состояния твёрдых материалов являются плотность и пористость,
Важнейшими из параметров физического состояния дисперсных, например порошкообразных материалов, — удельная поверхность.
Удельной поверхностью называется поверхность, отнесенная к единице объема или массы материала.
Плотность.
Плотность - это отношение массы материала к его объему, длине, площади.
Подразделяется на истинную, среднюю и насыпную.
Истинная плотность (р )— масса единицы объема однородного материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без учета пор и пустот.
Истинная плотность определяется отношением массы (кг) материала к его объему (м3) в абсолютно плотном состоянии:
р=т/Уа (кг/м3).
Истинная плотность каждого вещества—является постоянной физической характеристикой, которая не может быть изменена без изменения
его химического состава или молекулярной структуры.
Плотностью, близкой к теоретической, обладают металлы, жидкости, стекло, полимеры.
Плотность твердых и жидких материалов сравнивают с плотностью воды.
Наибольшая плотность воды при температуре 4 °С равна 1 г/см3 , так как масса 1 см3 воды равна 1 г.
Истинная плотность вещества зависит от его химического состава.
Так, у неорганических материалов (природных и искусственных камней), состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция,
истинная плотность находится в пределах от 2,4 до 3,1 г/см3;
у органических материалов, состоящих в основном из углерода кислорода и водорода, составляет от 0,8 до 1,4 г/см3,
у древесины — 1,55 г/см3.
Истинная плотность металлов весьма различна (г/см3):
алюминия — 2,7,
стали — 7,85,
свинца — 11,3.
Средняя плотность (дальше мы будем называть ее просто плотностью) — важная физическая характеристика материала, которая
меняется в зависимости от его структуры и влажности.
Средняя плотность — это масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. с порами и пустотами.
Средняя плотность определяется отношением массы т (кг) материала к его объему V (м3 ) в естественном состоянии:
р = т/v или (кг/м3 ).
Так, путем изменения структуры можно получить тяжелый бетон плотностью 2400 кг/м3 и особо легкий — плотностью менее 500 кг/м3.
Средняя плотность оказывает существенное влияние на механическую прочность, водопоглощение, теплопроводность и другие свойства
материалов.
У плотных материалов числовые значения истинной и средней плотности одинаковы, у других материалов средняя плотность меньше, чем
истинная.
Плотность строительных материалов колеблется в очень широких пределах: от 15 кг/м3 (пористая пластмасса) до 7850 кг/м3 (сталь).
Для сыпучих материалов определяют насыпную плотность.
Насыпная плотность (р) — масса единицы объема рыхло насыпанных зернистых материалов (песка, цемента, гравия, щебня):
Рассчитывается по формуле:
р= т/v.
Например, истинная плотность гранита — 2700 кг/м3,
его средняя плотность — 2670 кг/м3,
а насыпная плотность гранитного щебня 1300 кг/м3.
Пористость.
Пористость — это степень заполнения объема материала порами.
В большинстве своем материалы содержат поры — малые ячейки, заполненные воздухом или водой.
Пористость вычисляют по формуле (%):
где ϱо — объемная плотность материала в кг/м3;
ϱ — плотность абсолютно плотного материала, кг/м3.
Поритстость выражают в долях объема материала, принимаемого за 1, или в процентах от объема.
Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах: от 0 (сталь, стекло) до 98% (микропора).
Поры — это мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом или водой.
Поры бывают открытые и закрытые, мелкие и крупные.
Мелкие поры, заполненные воздухом, придают строительным материалам теплоизоляционные свойства.
По величине пористости можно приближенно судить о других важных свойствах материала:
плотности,
прочности,
водопоглощении,
долговечности.
Для конструкций, от которых требуется высокая прочность или водонепроницаемость, применяют плотные материалы, с низким процентом
пористости.
Различают открытую и закрытую пористость.
Открытая пористость равна отношению суммарного объема всех пор, насыщающихся водой, к общему объему материала.
Открытые поры сообщаются с окружающей средой и могут сообщаться между собой, они заполняются водой при погружении в ванну с
водой.
В звукопоглощающих материалах специально создаётся открытая пористость и перфорация для большего поглощения звуковой энергии.
Закрытая пористость по размерам и распределению пор характеризуется:
интегральной кривой распределения объема пор по их радиусам в единице объема
дифференциальной кривой распределения объема пор по их радиусам.
Ртутный порометр, позволяет определить величину, размер и объем каждой поры и оценить форму пор. Ртуть не смачивает поры
большинства строительных материалов и проникает в них при повышенном давлении.
Изменяя соотношение объемов открытых и закрытых пор, их размеров, в технологии материалов достигают получения материалов с
заданными свойствами.
Например, при уменьшении пористости достигается повышение прочности материалов.
При увеличении пористости материалов и, создавая им мелкопористую структуру, можно увеличить теплоизоляционные свойства
материала.
При увеличении доли закрытых пор, увеличивается морозостойкость материалов.
Разветвленные и сообщающиеся поры улучшают звукопоглощающие свойства материала.
Таким образом, от пористости материалов зависят: их средняя плотность, прочность, водонасыщаемость,
теплопроводность, морозостойкость, звукопоглощаемость и другие свойства.
Пустоты.
Сыпучие и рыхлые материалы (песок, молотый мел, пигменты, цемент, шлак) кроме пор имеют пустоты.
Пустоты — это воздушные полости между отдельными частицами материала.
При транспортировании, хранении и в конструкциях материалы могут подвергаться действию воды.
Влажные материалы менее прочны, более тяжелы и теплопроводны, чем сухие.
Цемент, гипсовые вяжущие, пигменты, клеи и другие материалы портятся от атмосферной влаги, а влажная древесина легко поддается
гниению.
Пустотность.
Сыпучие и рыхлые материалы (песок, молотый мел, пигменты, цемент, шлак) кроме пор имеют пустоты — воздушные полости между
отдельными частицами материала.
Пустотность — это количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпанного материала (песка, щебня и т. п.) или имеющихся в
некоторых изделиях, например в пустотелом кирпиче, панелях из железобетона.
Пустотность песка и щебня составляет от 35 до 45%.
Пустотность пустотелого кирпича— 15...50%.
Удельная поверхность
Удельную поверхность порового пространства определяют, используя средний условный радиус пор или поглощающими методами (по
поглощению водяного пара, азота или другого инертного газа).
Удельная поверхность (см2/г) пропорциональна массе поглощённого водяного пара (газа), необходимой для покрытия мономолекулярным
слоем всей внутренней поверхности пор (в 1 г на 1 г сухого материала):
Свойства строительного материала определяются его составом, структурой и прежде всего значением и характером пористости.
Таблица 1. Физические свойства материалов
Плотность, г/см³
истинная
средняя
Пористость, %
Теплопроводность,
Вт/(мх°С)
Гранит
2,70
2,50
7,4
2,80
Вулканический туф
2,70
1,40
52,0
0,50
- обыкновенный
2,65
1,80
32,0
0,80
- пустотелый
2,65
1,30
51,0
0,55
- тяжелый
2,60
2,40
10,0
1,16
- легкий
2,60
1,00
61,5
0,35
- ячеистый
2,60
0,50
81,0
0,20
Сосна
1,53
0,40
67,0
0,17
Минераловатные плиты
2,70
0,05
98.0
0,047
Пенополистирол
1,05
0,04
96,0
0,03
Наименование
Керамический кирпич:
Бетон:
Пенопласт
Песок (речной)
Стекло
Сталь строительная
Цемент
Известняк плотный
1,3
2,6
2,4
7,8
3
2,4
0,02
1,4
2,4
7,8
0,9
2,1
96
0,03