Под свойствами строительных материалов понимают их способность определенным образом реагировать на отдельные или совокупные внешние или внутренние воздействия - силовые, тепловые, усадочные, водной или иной среды и т. д.
Истинная плотность – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без учета пустот или пор.
r = m / Vа (1)
Размерность истинной плотности кг/ м3, г / см3.
Средняя плотность характеризует массу единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами и пустотами).
Эта важная физическая характеристика определяется путем деления массы m образца на его объем Vо и выражается:
r о = m / Vо в кг/ м3, г / см3 (2)
Коэффициент плотности материала вычисляется по формуле:
Кплотн = r о / r (3)
Относительная плотность d - отношение средней плотности материала к плотности стандартного вещества.
За стандартное вещество принята вода при температуре 4 °С, имеющая плотность 1000 кг/м3.
Относительная плотность (безразмерная величина) определяется по формуле:
d = r о / r ст (4)
Пористость материала (%) – степень заполнения объема материала порами. Обычно пористость рассчитывают исходя из средней и истинной плотности материала:
П = (r - rо / r) 100 = (1 - rо / r) 100 (5)
Водопоглощение – это способность материала впитывать и удерживать воду. Характеризуется оно количеством воды, поглощаемой сухим материалом. Водопоглощение, %, вычисляют по формулам:
Wm = (m2 – m1 / m1 ) 100 (водопоглощение по массе) (6)
Wv = (m2 – m1 / V) 100 (объемное водопоглощение) (7)
где m2 – масса материала в насыщенном водой состоянии, кг;
m1 – масса материала в сухом состоянии, кг;
V – объем материала в естественном состоянии, м3.
Водопоглощение строительных материалов изменяется в зависимости от объема пор, их вида и размеров и от природы вещества.
Коэффициент насыщения пор водой:
Кнас = Wv / П, (8)
где Wv - водопоглощение по объему, %,
П - пористость насыщенного образца, %
Теплопроводность – способность материала пропускать через свою толщу тепловой поток при наличии разности температур по обе стороны материала.
Значение теплопроводности материала характеризуется коэффициентом теплопроводности, равным количеству теплоты (в джоулях), проходящей через образец материала толщиной 1м, площадью 1м2 в течение 1часа при разности температур на противоположных поверхностях образца 1°С.
Величина теплопроводности обозначается λ, Вт/(м × °К).
Теплопроводность материала зависит от вида материала, его строения, пористости, характера и количества замкнутых пор, его влажности и плотности, а также от средней температуры, при которой происходит передача тепла. Но во всех случаях теплопроводность твердого вещества во много раз превышает теплопроводность воздуха. Поэтому, чем больше в материале пор (т. е. чем больше в нем воздуха), тем ниже будет его теплопроводность.
Если материал влажный, т. е. воздух в порах частично замещен водой, то теплопроводность материала резко возрастает. Причина этого в том, что теплопроводность воды в 25 раз выше, чем воздуха.
При замерзании воды в порах материала его теплопроводность повышается еще в большей степени, так как теплопроводность льда в 4 раза выше теплопроводности воды.
Ход работы
I. Определение истинной плотности кирпича
Пробу тонкоразмолотого кирпича (размер частиц должен быть менее размера пор в кирпиче) массой около 70 г помещают в стаканчик и взвешивают на технических весах с погрешностью не более 0,05 г (m1).
В объемомер (рис. 1, а) наливают воду до нижней риски, нанесённой до расширения на горле колбы. Горло объемомера подсушивают фильтрованной бумагой (или тряпочкой). Затем порошок кирпича из взвешенного стакана осторожно с помощью стеклянной палочки пересыпают в объемомер до тех пор, пока уровень воды не поднимется до верхней отметки (потери порошка недопустимы). Объем засыпанного порошка Vп равен объему между верхней и нижней метками объемомера (20 или 10 см3) и указывается на объемомере.
Массу порошка кирпича (г), засыпанного в объемомер определяют, взвешивая остатки порошка в стакане m2 и вычисляя ее как разность масс m1 - m2 .
Истинную плотность (г/см3) рассчитывают по формуле:
ρ = (m1 - m2)/ Vп (9)
II. Определение средней плотности материалов
Образец материала правильной формы. Образцы куба бетона (раствора), дерева и пенопласта измеряют линейкой с погрешностью 1 мм и рассчитывают объем образцов V ест, см3 . Затем определяют их массу m с погрешностью 5 г для бетона, 1 г для раствора и 0,1 г для дерева и пенопласта. Среднюю плотность (г/см3)рассчитывают по формуле ρ m = m/V ест, а затем переводят ее в кг/м3, умножая полученное значение на 1000. Полученные данные заносят в таблицу.
Образец неправильной формы. Трудность определения средней плотности на таких образцах заключается в определении объема образца. Его невозможно рассчитать по результатам геометрических измерений. Для определения объема используют метод гидростатического взвешивания, основанный на законе Архимеда: объём тела оценивают по объему вытесненной телом воды, который, в свою очередь, определяют по выталкивающей силе, действующей на погруженный в воду образец.
Образец кирпича взвешивают в сухом состоянии, определяя его массу m сух. Далее образец постепенно заливают водой и периодически (через 1...2 мин) взвешивают; перед взвешиванием образец обтирают мягкой тканью. Заканчивают насыщение образца водой после того, когда два последовательных взвешивания будут различаться не более чем на 0,05 г. Значение массы образца в этот момент принимают за массу насыщенного водой образца m нас.
а) б)
Рис.1. Объемомер (а) и весы для гидростатического взвешивания (б):
1 – П-образная подставка; 2 – образец материала; 3 – стакан с водой
Насыщенный водой образец подвешивают на тонкой проволочке к коромыслу технических весов и еще раз определяют его массу m нас. Затем образец, не снимая с весов, погружают в воду, используя приспособление для гидростатического взвешивания (рис. 1, б) и определяют массу гирь, уравновешивающих образец, находящийся в воде — m вод.
По результатам двух взвешиваний рассчитывают естественный объем образца:
V ест = (m нас- m вод )/ ρн2о, (10)
где ρ н2о = 1 г/см3.
Среднюю плотность ρm рассчитывают по приведенной ранее формуле.
Все результаты заносят в сводную таблицу 6, форма которой дана ниже.
