Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт

для студентів напряму підготовки 6.060101

"Будівництво"

 

ЗАТВЕРДЖЕНО

на засіданні кафедри зварювального виробництва та автоматизованого проектування будівельних конструкцій протокол №1 від 31.08.2015 p.

 

 

Чернігів – ЧНТУ – 2015

Будівельне матеріалознавство. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів напряму підготовки 6.060101 – "Будівництво". /Укл.: Новомлинець О.О., Болотов М.Г. – Чернігів: ЧНТУ, 2015. – 37с.

 

 

Укладачі: Новомлинець Олег Олександрович, кандидат технічних наук, доцент;

Болотов Максим Геннадійович, кандидат технічних наук, доцент

 

Відповідальний за випуск: Прибитько Ірина Олександрівна, завідувач кафедри зварювального виробництва та автоматизованого проектування будівельних конструкцій, кандидат технічних наук, доцент

 

 

Рецензент: Олексієнко Сергій Владиславович, кандидат технічних наук, доцент кафедри зварювального виробництва та автоматизованого проектування будівельних конструкцій Чернігівського національного технологічного університету

 

 

ЗМІСТ

Вступ...................................................................................................................

1. Лабораторна робота № 1. Визначення щільності матеріалу…………...

2. Лабораторна робота № 2.Визначення водопоглинання та……………..

водостійкості матеріалів………………………………………………….

3. Лабораторна робота № 3.Визначення міцності матеріалів……………...

4. Лабораторна робота № 4. Оцінка якості дрібного заповнювача бетонів……………………………………………………………………..

5. Лабораторна робота № 5 Оцінка якості крупного заповнювача бетонів...........................................................................................................

6. Лабораторна робота № 6. Проектування складу цементного газобетону………………………………………………………………….

7. Лабораторна робота № 7. Зношування матеріалів………………………

Рекомендована література..............……...........................................................

 

ВСТУП

 

Для будівництва використовуються велику кількості різних будівельних матеріалів, серед яких основними є кам'яні, органічні та неорганічні в'яжучі, цементні розчини та бетони, метали, пластмаса і деревина.

Інженер-будівельник повинен бути ознайомлений з номенклатурою матеріалів, їх властивостями і раціональними областями застосування, а також методами їх лабораторного контролю, здійснюваного шляхом випробування зразків контрольованого матеріалу в будівельній лабораторій відповідно до вимог відповідних Державних стандартів (ГОСТ) і ДСТУ 3008- 95.

Лабораторні роботи написані відповідно до навчального плану і програм та підібрані так, щоб час їхнього виконання не перевищувала двох годин.

Лабораторні роботи проводять підгрупами, чисельністю до 10-15 студентів. Для підвищення самостійності в проведенні випробувань підгрупи ділять на бригади, при цьому необхідно, щоб кожен студент працював самостійно і активно.

До кожної роботи мається короткий теоретичний вступ, який при самостійній підготовці дозволить краще підготуватися до виконання запропонованої роботи.

В кінці кожної роботи наведені контрольні питання, фіксуючи увагу студентів на найбільш важливих моментах досліджуваного материала.

В процесі виконання лабораторних студент повинен спостерігати за ходом експерименту, відзначаючи всі його особливості. Результати виконання роботи оформлюють у наступній послідовності:

1. Назва лабораторної роботи.

2. Мета роботи.

3. Короткі теоретичні відомості.

4. Обладнання.

5. Опис виконання роботи з вказівкою схем приладу і приведенням необхідних формул і графіків.

6. Результати експерименту у вигляді таблиць.

7. Висновки про результати роботи.

 

Лабораторна робота №1

 

ВИЗНАЧЕННЯ ЩІЛЬНОСТІ МАТЕРІАЛУ

 

Мета роботи: Поглибити знання про властивості будівельних матеріалів та ознайомитися з методами визначення істинної та середньої щільності матеріалу.

 

1.1 Короткі теоретичні відомості

 

Щоб будівля або споруда була міцною та довговічною, необхідно знати агресивні дії зовнішнього середовища, в якому буде працювати кожна конструкція. Тому важливо знати, які властивості має той чи інший матеріал.

Фізичні властивості матеріалу характеризують його відношення до фізичних процесів навколишнього середовища і визначаються параметрами стану матеріалу:

- структурно-фізичні (істина густина, середня густина, насипна густина, пористість, щільність);

- гідрофізичні (гігроскопічність, водостійкість, морозостійкість, водонепроникність, капілярне відношення);

- теплофізичні (теплопровідність, теплоємність, температурні деформації, вогнестійкість).

Істина густина (питома маса) – це маса одиниці об'єму матеріалу в абсолютно-щільному стані:

кг/м³ (1.1)

 

Середня густина (об’ємна маса) – маса одиниці об'єму матеріалів у природному стані, включаючи пори і порожнечі:

 

кг/м³ (1.2)

 

Насипна густина (насипна маса) – відношення маси сипкого матеріалу до об’єму, який він займає:

кг/м³ (1.3)

Пористість – це ступінь заповнення об’єму будівельного матеріалу порами і порожнечами не більше 1-3 мм:

(1.4)

 

1.2 Обладнання

 

Ваги технічні, штангенциркуль, сушильна шафа, чашка для зважування, вода дистильована, скляний мірний циліндр, будівельний матеріал.

 

1.3 Хід виконання роботи

 

1.3.1 Визначення істинної густини матеріалу.

Так як більшість будівельних матеріалів знаходяться не в абсолютно щільному стані, перед випробуванням необхідно тонко подрібнювати, щоб зруйнувати пори. При цьому масу визначають зважуванням на вагах, а об'єм - пикнометрическим способом, тобто зануренням порошку в рідину і вимірюванням прирощення його об'єму. Щільність будівельних матеріалів вимірюють об'ємомір, що представляє собою скляний мірний циліндр з ціною поділки 0,1 см³.

Для визначення щільності з відібраної і ретельно перемішаної середньої проби відважують 100-200 г матеріалу, який сушать в сушильній шафі при температурі 115 °С до постійної маси. Висушений матеріал тонко подрібнюють та знову просушують при температурі 115 °С, а потім охолоджують до кімнатної температури.

Об'ємомір наповнюють до відповідної позначки рідиною, інертною по відношенню до порошку випробуваного матеріалу і закріплюють на штативі. Потім відважують 100-200 г матеріалу з точністю до 0,01 г і насипають його в об'ємомір та фіксують позначку, до якої збільшився об’єм рідини. Густину обчислюють з точністю до 0,01 г / см³ за формулою:

 

r = m _п / V _a, (1.5)

 

де m_п – маса подрібненого матеріалу, г;

V_a– об’єм рідини, яка витиснена матеріалом (об’єм порошку у об’ємомірі), см³.

Результати випробувань записують у таблицю 1.1:

Таблиця 1.1.

Результати випробувань

Найменування матеріалу

mп, г

Va, см3

r, г/см3

 

Експериментальні дані порівнюють з даними, наведеними в таблиці 1.1 та роблять відповідні висновки.

 

1.3.2 Визначення середньої густини матеріалу правильної геометричної форми.

Зразки після виготовня висушують в сушильній шафі до постійною маси при температурі 110⁰С і потім охолоджують до кімнатної температури. Штангенціркулем вимірюють з точністю до 0,1 мм кожну грань зразків в трьох місцях їх по довжині, ширині і висоті і за остаточний результат приймають середнє арифметичне трьох вимірів кожної грані (див. рисунок 1.1).

 

 

Рисунок 1.1 Вимірювання зразків

 

Обсяг зразка, см³, обчислюють за формулою:

 

V= a·b·h, (1.6)

 

де a, b, h - середнє арифметичне вимірів, см

 

Після визначення обєму, зразок зважують і обчислюють середню густину з точністю до 0,01 г / см³ за формулою:

 

r₀= m / V, (1.7)

 

де m – маса зразка, г;

V – обєм зразка, см³.

 

Результати досліду заносять у наступну таблицю 1.2:

 

Таблиця 1.2

Результати експериментів

 

Найменування матеріалу

Розміри, (см)

V, см3

m, г

r0, г/см3

а1

а2

а3

а

b1

b2

b3

b

h1

h2

h3

h

 

 

Експериментальні дані порівнюють з даними, наведеними в таблиці 1.3.

 

 

Таблиця 1.3.

 

Істинна і середня густина деяких будівельних матеріалів

Матеріал	Істинна густина, г/см3	Середня густина, г/см3
Гранит	2,8-2,9	2,6-2,7
Цегла керамічна	2,6-2,80	1,6-1,9
Пісок	2,5-2,7	1,4-1,6
Деревина сосни	1,5-1,6	0,45-0,6
Сталь	7,85-7,9	7,8-7,85
Гіпс будівельний	2,6-2,7	1,25-1,45
Цемент	3,0-3,1	0,3-1,3
Бетон	2,6-2,9	1,8-2,5

 

1.3.3 Визначення середньої густини матеріалу неправильної геометричної форми методом гідростатичного зважування.

Висушені при t = 105-110⁰С, охолоджені до кімнатної температури зразки пронумеровують і зважують до 0,01 г, парафінують і знову зважують. Після парафініровання зразок перев'язують ниткою, підвішують до гачка коромисла терезів і занурюють у склянку з водою так, щоб зразок не торкався стінок і визначають масу зразка у воді (рисунок 1.2).

 

 

 

Рисунок 1.2. Технічні ваги для гідростатичного зважування

 

Середню густину зразка r₀, г/см³, обчислюють з точністю до 0,01 г / см³ як середнє арифметичне отриманих результатів за формулою:

 

r₀= m / [(m₁– m₂) / rв – (m₁– m) / rп], (1.8)

 

де m – маса сухого зразка, г;

m₁ – маса парафінованого зразка, г;

m₂ – маса парафінованого зразка у воді, г;

r_в і r_п – щільність води 1 г/см³ і щільність парафіну 0,93.

 

У цій формулі (m₁ - m₂ / r_в) – об’єм зразка з парафіном, см³, чисельно рівний масі води, витісненої зразком; (m₁ - m / r_п) – обсяг парафіну, витраченого на покриття зразка, см³.

Результати випробувань записують у наступну таблицю 1.4:

 

Таблиця 1.4.

Результати експериментів

Найменування матеріалу

m, г

m1, г

m2, г

rв, г/см3

rп, г/см3

ro, г/см3

 

Дані досліду порівнюють з таблицею 1.1 і відповідно до мети роботи роблять висновок.

 

1.4 Контрольні запитання

 

1.4.1 Що називається істинної щільністю?

1.4.2 Як визначають істинну щільність? Навіщо подрібнюють матеріал?

1.4.3 В чому відмінності між істинною і середньою щільністю?

1.4.4 Який принцип геометричних вимірів зразків правильної форми?

1.4.5 Яка суть методу гідростатичного зважування? Навіщо парафінують

зразки при визначенні середньої щільності?

 

 

Лабораторна робота №2

 

ВИЗНАЧЕННЯ ВОДОПОГЛИНАННЯ ТА ВОДОСТІЙКОСТІ МАТЕРІАЛІВ

 

Мета роботи: ознайомитися з методами визначення водопоглинення та водостійкості будівельного матеріалу.

 

2.1 Короткі теоретичні відомості

 

Водопоглинення (W) – це властивість будівельного матеріалу вбирати і утримувати в своїх порах воду при безпосередньому контакті з нею. Водопоглинення визначають по масі (W_m):

 

W_m= (m₂ - m₁)/ m₁×100% (2.1)

 

де m₁ – маса сухого зразка, г;

m₂ – маса зразка, насиченого водою, г;

 

та по об’єму (W_v):

W_v= (m₂ - m₁)/V×100% (2.2)

 

де V – об’єм сухого зразка, см³.

 

Водостійкість – здатність матеріалу зберігати міцність при тимчасовому або постійному зволоженні. Водостійкість характеризується коефіцієнтом розм’якшення K _р (або водостійкості), який визначається відношенням міцності насиченого водою матеріалу (s_нас) до його міцності в сухому стані (s_сух):

 

K_р = s_нас/s_cyx (2.3)

 

Водостійкими вважаються матеріали, у яких коефіцієнти розм'якшення більше 0,8.

Вологовіддача – здатність матеріалу віддавати вологу при зміні температури та вологості середовища.

Водонепроникність – здатність матеріалу не пропускати через себе воду при визначеному гідравлічному тиску.

Гідрофільність - здатність матеріалу зв'язувати воду і змочуватися водою (притягувати воду).

Гідрофобність – здатність матеріалу не змочуватися водою (відштовхувати воду).

Капілярне усмоктування пористими матеріалами відбувається за рахунок підняття вологи по капілярах, коли частина матеріалу знаходиться у воді.

Вологі деформації – здатність матеріалів змінювати свій об’єм і розміри у залежності від зміни вологості.

Морозостійкість – здатність матеріалу в насиченому водою стані витримувати багаторазові заморожування та відтаювання. Марка по морозостійкості (позначається - F) визначає найбільшу кількість циклів «заморожування - відтавання», яке можуть витримати зразки матеріалу. При цьому міцність на стиск не повинна знизитися більш ніж на 15%.

 

2.2 Обладнання

 

Шафа сушильна, ваги технічні, посудину з водою, нагрівальні прилади, гідравлічний прес, зразки будівельного матеріалу.

 

2.3 Хід виконання роботи

 

2.3.1 Визначення водопоглинення матеріалу.

Зразки просушують до постійної маси, охолоджують до кімнатної температури, зважують і занурюють у воду так, щоб рівень води в посудині був вище зразка не менше 20 і не більше 100 мм. Зразки утримують у воді протягом 48 годин. Після цього їх виймають з води, обтирають вологою ганчіркою і зважують з точністю до 0,01 г.

Водопоглинання по масі і за об’ємом обчислюють з точністю до 0,1% за формулами 1 та 2.

Водопоглинання обчислюють як середнє арифметичне результатів випробувань всіх зразків і заносять у наступну таблицю 2.1:

 

Таблиця 2.1

Результати випробувань

 

Найменування матеріалу

m1,г

m2,г

V,cм3

Wm, %

Wv,%

 

 

Дані випробувань слід порівняти з відомими значеннями водопоглинення, які, наприклад, для граніту складають 0,1-0,5%, цегли – не менше 8%, керамічних плиток – до 4%.

За результатами випробувань і відповідно до мети роботи роблять відповідні висновки.

 

2.3.2 Визначення водостійкості матеріалу.

Зразки просушують до постійної маси, охолоджують до кімнатної температури. Одну частину зразків випробовують на гідравлічному пресі та визначають міцність на стиск у сухому стані. Іншу частину занурюють у воду так, щоб рівень води в посудині був вище зразка не менше 20 і не більше 100 мм. Зразки утримують у воді протягом 48 годин. Після цього їх виймають з води, обтирають вологою ганчіркою і випробовують на гідравлічному пресі та визначають міцність на стиск.

Коефіцієнтом розм’якшення (K_р) обчислюють за формулою 3 та результати випробувань заносять у наступну таблицю 2.2:

Таблиця 2.2.

Результати випробувань

Найменування матеріалу

sнас, МПа

scyx, МПа

Kр

 

Дані випробувань порівнюють з відомими значеннями коефіцієнтів розм’якшення і роблять відповідні висновки.

 

2.4 Контрольні запитання

 

2.4.1 Що таке водопоглинання?

2.4.2 Як визначається водопоглинання?

2.4.3 Який вплив робить пористість на водопоглинання?

2.4.4 Що таке водостійкість?

2.4.5 Як визначають водостійкість?

 

 

Лабораторна робота №3

 

ВИЗНАЧЕННЯ МІЦНОСТІ МАТЕРІАЛІВ

 

Мета роботи: освоїти методику визначення міцності властивостей будівельних матеріалів.

 

3.1 Короткі теоретичні відомості

 

Основними механічними властивостями будівельних матеріалів є міцність, опір удару та зносостійкість.

Міцність – це властивість матеріалу чинити опір руйнуванню під дією внутрішніх напружень (стиск, вигин, зріз і ін.), виникаючих від зовнішніх навантажень.

Міцність будівельних матеріалів характеризується в основному межею міцності при стисненні і вигині. Її визначають шляхом випробування зразків у лабораторії на гідравлічних пресах.

Опір удару – це здатність матеріалу протистояти ударним (динамічним) впливам.

 

3.2 Обладнання

 

Гідравлічний прес, зразки будівельного матеріалу (куб, паралелепіпед).

 

3.3 Хід виконання роботи

 

3.3.1 Визначення міцності на стиск.

Приготовлені зразки оглядають, перевіряючи відсутність дефектів, оскільки вони знижують міцність. Верхню і нижню межі зразків, що стикаються з плитами, преса ретельно вирівнюють, підмазуючи раковини і тріщини гіпсовим тестом. Зразки заміряють з точністю до 0,1 мм і обчислюють площу робочого перерізу. Після цього зразок встановлюють на нижню опорну плиту преса точно по її центру, а верхню плиту опускають на зразок і закріплюють його між двома опорними плитами. Перевіривши правильність установки зразка включають прес і дають на зразок зростаюче навантаження, при цьому уважно стежать за показаннями стрілки. Момент руйнування зразка встановлюють по початку зворотного руху стрілки вимірювача при дії навантажуючого пристрою. Граничне руйнівне навантаження встановлюють по положенню фіксуючої стрілки на шкалі вимірювача. Схема випробування наведена на рисунку 3.1.

 

 

 

 

Рисунок 3.1 Схема випробувань зрака на стиск

 

Межа міцності при стисканні обчислюють з точністю до 0,1 МПа за формулою:

 

σ_ст = F / A (3.1)

 

де F – руйнівне сила, Н;

A – площа робочого перерізу зразка, м².

 

Межа міцності при стисненні визначається як середньоарифметичне значення результатів випробувань всіх зразків; дані випробувань заносять в таблицю3.1:

Таблиця 3.1.

Результати випробувань

 

Найменування матеріалу

F, Н

А, м2

V, cм3

σст, МПа

 

Результати дослідів порівнюють зі стандартом на даний матеріал. За результатами випробувань і відповідно до мети роботи роблять відповідні висновки.

 

3.3.2 Визначення міцності на вигин.

Зразки оглядають і при наявності допустимих тріщин орієнтують перед випробуванням так, щоб тріщини розташовувалися в розтягнутій зоні (внизу). Верхня і нижня межі зразків повинні бути плоскими і паралельними. Зразки розміщують трьома лініями, де перша – фіксує положення робочого перерізу, дві інші паралельні їй – фіксують ліворуч і праворуч від робочого перерізу величину розрахункового прольоту, який визначається стандартами на випробовуваний матеріал. Схема розмітки випробування зразка на вигин представлена на рисунку 3.2.

 

 

 

Рисунок 3.2. Схема випробувань зразка на вигин

Межа міцності при вигині обчислюють з точністю до 0,1 МПа за формулою:

 

σ_виг = 3×F×L/2×b×h², (3.2)

 

де F – руйнівне зусилля, Н;

L – відстань між опорами, м;

b – ширина робочого перерізу, м;

h – висота робочого перерізу, м.

 

Межа міцності при вигині приймають як середньоарифметичне значення результатів усіх випробувань. Дані випробувань заносять в таблицю:

Таблиця 3.2

Результати випробувань

Найменування матеріалу	F, H	Розміри, м	σвиг, МПа	σвигсер, МПа
L	b	h

 

Дані випробувань порівнюють з відомими значеннями границі міцності і роблять відповідні висновки.

 

 

3.4 Контрольні запитання

 

3.4.1 Що називається межею міцності при стиску?

3.4.2 Що називається межею міцності при вигині?

3.4.3 Як правильно встановлювати зразки в прес при випробуванні на стиск і на вигин?

3.4.4 Що таке опір удару?

3.4.5 Як визначається опір удару?

 

 

Лабораторна робота №4

 

Оцінка якості дрібного заповнювача бетонів