Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
Тюменская государственная архитектурно-строительная академия
Кафедра «Строительные материалы»
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Методические указания к выполнению лабораторных работ
по курсу «Материаловедение», «Дорожно-строительные материалы»
для всех специальностей
Тюмень 2004
Содержание
Общие положения
Структура лабораторной работы
Лабораторная работа №1. Определение средней плотности материала на образцах правильной геометрической формы
Лабораторная работа №2. Определение средней плотности материала на образцах неправильной геометрической формы
Лабораторная работа №3. Определение истинной плотности материала
Лабораторная работа №4. Определение насыпной плотности песка и щебня
Лабораторная работа №5. Определение пустотности сыпучих материалов
Лабораторная работа №6. Определение водопоглощения материалов
Лабораторная работа №7. Определение пористости материалов
Лабораторная работа №8. Определение влажности материалов
Лабораторная работа №9. Определение прочности при сжатии и коэффициента конструктивного качества материалов
Лабораторная работа №10. Определение коэффициента размягчения
Лабораторная работа №11. Определение предела прочности при изгибе
Лабораторная работа №12. Определение морозостойкости строительных материалов
Приложение 1
Литература
1. Общие положения
К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, изучившие содержание работы по соответствующим методическим указаниям и представившие конспект отчета по работе с необходимыми лабораторными журналами. Конспект отчета составляется в соответствии со структурой лабораторной работы.
Структура лабораторной работы.
I . Наименование темы лабораторной работы .
II . Цель лабораторной работы.
III . Теоретическая часть.
IV . Материалы и оборудование, реактивы.
V . Методика выполнения работы.
VI . Лабораторный журнал.
VII . Расчетная часть.
VIII . Заключение.
Лабораторная работа №1 Определение средней плотности материала на образцах правильной геометрической формы
Цель работы : определение средней плотности материалов различного происхождения и структуры.
I . Теоретическая часть.
Плотность – это масса единицы объема материала.
Средняя плотность – это масса единицы объема в естественном состоянии (с порами и пустотами):
, [г/см3
; кг/м3
]
где 
- масса материала в естественном состоянии, г (кг);
- средняя плотность, г/см3
(кг/м3
).
Относительная плотность – безразмерная величина, равная отношению средней плотности материала к плотности воды при 4 0 С, равной 1 г/см3 (1000 кг/м3 ):
,
где 
- относительная плотность;
- средняя плотность, г/см3
(кг/м3
);
- плотность воды при 4 0
С, 1 г/см3
(1000 кг/м3
).
Относительная плотность учитывается в некоторых эмпирических формулах.
II. Материалы и оборудование:
- образцы материалов (перечислить);
- весы технические с разновесами; весы торговые;
- штангенциркуль;
- линейка;
- сушильный шкаф.
III . Методика выполнения работы:
- высушить образец до постоянной массы;
- взвесить образец - 
, г, (с точностью до 0,1 г при массе до 500 г, до 1 г при массе более 500 г);
- измерить образец по основным размерам (не менее чем в 3-х точках каждого сечения) с точностью до 0,01 см;
- рассчитать объем образца, см3 ;
- вычислить плотность образца, г/см3 и кг/м3 ;
- записать результаты в лабораторный журнал.
IV. Лабораторный журнал:
№ п/п |
Материал, форма образца | Масса, г |
Размеры образца, см | Объем образца, см3 |
Плотность
|
|||||
| материал | форма | ширина | длина | высота | диаметр | |||||
| m | b | l | h | d | V | г/см3 | кг/м3 | |||
V . Расчетная часть:
Объем куба: 
, см3.
Объем призмы: 
, см3
.
Объем цилиндра: 
, см3
.
Средняя плотность: 
, г/см3
.
VI . Заключение:
Полученный результат (не) лежит в пределах реальных значений
Лабораторная работа №2 Определение средней плотности материала на образцах неправильной геометрической формы
Среднюю плотность материала можно определить с помощью объемомера или методом гидростатического взвешивания.
Цель работы : определение средней плотности материала методом гидростатического взвешивания.
Теоретическая часть.
Объем образца неправильной геометрической формы определяют методом гидростатического взвешивания, который основан на действии закона Архимеда. В соответствии с этим законом на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме, занимаемом телом. Поэтому, объем образца определяют по объему вытесненной им жидкости.
I вариант . Для образцов, обладающих открытой пористостью.
I . Материалы и оборудование:
- образцы материала (наименование);
- весы технические с разновесами;
- приспособление для гидростатического взвешивания;
- песчаная баня;
- расплавленный парафин плотностью 
г/см3
.
II . Методика выполнения работы:
- взвесить образец - , г;
- с помощью кисточки покрыть образец парафином для сохранения в его объеме открытых пор;
- взвесить покрытый парафином образец, предварительно охладив его до комнатной температуры - 
, г;
- провести гидростатическое взвешивание покрытого парафином образца - 
, г (рис. 1).
Рис.1. Весы для гидростатического взвешивания.
1- П-образная подставка; 2- образец материала; 3 – стакан с водой.
Взвешивание провести с точностью до 0,01 г.
- рассчитать по формуле среднюю плотность образца.
Опыт повторить трижды.
III. Лабораторный журнал:
№ п/п |
Масса образца, г | Объем парафина
|
Объем образца
см3 |
Средняя плотность
|
|||
|
|
|
г/см3 | кг/м3 | |||
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
, см3
,
IV. Расчетная часть:
Конечный результат подсчитать как среднее арифметическое из трех определений.
II вариант . Для образцов плотной структуры.
I. Материалы и оборудование:
- образцы материала (наименование);
- весы технические с разновесами;
- приспособление для гидростатического взвешивания;
- песчаная баня;
- сосуд с водой.
II . Методика выполнения работы:
- взвесить образец - , г;
- поместить образец в сосуд с водой, выдержать в течение 2 ч до полного насыщения открытых пор и микротрещин водой. Уровень воды в сосуде должен быть на 20 мм выше поверхности материала;
- извлечь образец из воды, протереть мягкой влажной тканью;
- взвесить насыщенный водой образец на воздухе - , г;
- провести гидростатическое взвешивание образца - , г.
Взвешивание провести с точностью до 0,01 г.
- рассчитать среднюю плотность.
Опыт повторить трижды.
III. Лабораторный журнал:
№ п/п |
Масса образца, г | Средняя плотность
|
|||
|
|
|
г/см3 | кг/м3 | |
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 | |||||
IV . Расчетная часть:
Конечный результат подсчитать как среднее арифметическое из трех определений.
Лабораторная работа №3 Определение истинной плотности материала
Цель работы: определение истинной плотности керамического кирпича пикнометрическим методом. Оценка правильности полученного результата.
I . Теоретическая часть.
Истинная плотность – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот).
,
где 
- истинная плотность, г/см3
;
- масса материала в абсолютно плотном состоянии, г.
- объем материала в абсолютно плотном состоянии, см3
;
- объем материала в естественном состоянии, см3
;
- объем пор, заключенных в материале, см3
.
II . Материалы и оборудование:
- тонкомолотый порошок керамического кирпича, высушенный до постоянной массы (30-40 г);
- дистиллированная вода;
- пикнометр – калиброванная мерная колба (рис.2);
Рис.2
- весы технические с разновесами;
- пипетка;
- песчаная баня;
- стеклянная воронка;
- фильтровальная бумага;
- сухая салфетка.
III . Методика выполнения работы:
- взвесить пустой пикнометр - , г;
- взвесить пикнометр с материалом (15-20 г) - , г;
- долить в пикнометр воды на ¼ широкой части колбы и прокипятить содержимое 7-10 мин для удаления вовлеченного воздуха на песчаной бане, поворачивая пикнометр вокруг оси в наклонном положении при легком постукивании о колбу пальцем;
- охладив пикнометр, долить в него дистиллированную воду до метки;
- взвесить пикнометр с водой и материалом - 
, г;
- освободить пикнометр от содержимого и тщательно промыть водой;
- залить пикнометр дистиллированной водой до метки и взвесить - 
,
Перед взвешиванием пикнометр снаружи досуха протереть салфеткой.
- рассчитать истинную плотность.
Взвешивание производить с точностью до 0,01 г. Опыт повторить трижды.
Примечание: работа должна выполняться с особой тщательностью, так как ошибка во взвешивании даже в 0,01 г влечет за собой получение неверного результата.
IV . Лабораторный журнал:
| № опыта | Масса пикнометра, г | Масса материала | Объем материала, см3 | Плотность
|
||||
| пустого | с матлом | с мат.и водой | с водой | г/см3 | кг/м3 | |||
|
|
|
|
 -m1
|
 |
|||
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
Истинную плотность вычисляют как среднее арифметическое 3-х определений.
V . Заключение : Полученный результат (не) лежит в пределах реальных значений.
Лабораторная работа № 4 Определение насыпной плотности песка и щебня
Цель работы : определение насыпной плотности кварцевого песка и щебня в свободно насыпанном состоянии. Оценка правильности полученных результатов.
I. Теоретическая часть.
Насыпная плотность – масса единицы объема материала в свободно насыпанном состоянии (в насыпной объем включены межзерновые пустоты):
,
где 
- масса материала в насыпном состоянии, г;
- насыпная плотность, г/см3
;
- насыпной объем, см3
.
Насыпную плотность определяют как в рыхлонасыпном состоянии, так и в уплотненном. В первом случае материал засыпается в сосуд с определенной высоты, во втором – уплотняется на виброплощадке (30-60 сек).
II . Материалы и оборудование:
- высушенные кварцевый песок, щебень;
- торговые весы;
- прибор «Стандартная воронка»;
- линейка;
- мерный сосуд объемом 1 и 5 л.
III . Методика выполнения работы (для определения насыпной плотности песка):
- взвесить мерный сосуд - , г;
- в «Стандартную воронку», установленную на поддон, засыпать песок при закрытом затворе;
- одним приемом, открыв затвор, заполнить песком мерный сосуд до образования конуса над его краями;
- удалить избыток песка, проводя линейкой по верхней части образующей сосуда;
- взвесить мерный сосуд, заполненный песком, - , г;
- рассчитать насыпную плотность песка.
Взвешивание произвести с точностью до 1 г. Опыт повторить трижды.
IV . Лабораторный журнал.
№ п/п |
Мерный сосуд | Масса сосуда с песком, г
|
Масса песка, г
|
Насыпная плотность
|
||
Объем, см3
|
Масса, г
|
г/см3 | кг/м3 | |||
| 1 | ||||||
| 2 | ||||||
| 3 | ||||||
За окончательный результат принять среднее значение 3-х определений.
V . Методика выполнения работы (для определения насыпной плотности щебня):
- взвесить пустой сосуд объемом 5 л - , г;
- засыпать щебень в сосуд совком с высоты 10 см до образования конуса над краями, предварительно поставив его на поддон;
- излишек щебня срезать линейкой вровень с краями;
- взвесить сосуд, заполненный щебнем - m 2 , г;
- рассчитать насыпную плотность щебня.
VI . Лабораторный журнал.
№ п/п |
Мерный сосуд | Масса сосуда с щебнем, г  |
Масса щебня, г
|
Насыпная плотность
|
||
Объем, см3
|
Масса, г
|
г/см3 | кг/м3 | |||
| 1 | ||||||
| 2 | ||||||
| 3 | ||||||
VII . Заключение:
Полученный результат (не) лежит в пределах реальных значений ( ).
Лабораторная работа №5. Определение пустотности сыпучих материалов
Цель работы : определить пустотность песка и щебня. Установить зависимость пустотности от величины зерен сыпучего материала. Оценить правильность полученных результатов.
I . Теоретическая часть.
Пустотность – это доля межзерновых пустот в насыпном объеме материала.
Расчетная формула:
,
где 
- пустотность, доли или %;
V пуст – объем пустот в насыпном объеме материала, см3 ;
V – объем материала, см3 .
Пустотность можно выразить и в %:
Пустотность – важнейшая характеристика правильности подбора зернового состава заполнителей для бетонов, от которого зависит расход вяжущего (цемента, битума и др.). На практике пустотность лежит в пределах 26,5 – 47,6%.
II. Лабораторный журнал:
| Материал | Насыпная плотность, г/см3 | Средняя плотность, г/см3 | Пустотность, % |
|
|
 |
|
| Песок | |||
| Щебень |
За окончательный результат принять среднее значение пустотности из трех определений.
III . Заключение:
С увеличением размера зерен (от 0,63 до 10 мм) пустотность (увеличивается, уменьшается) с ( )по ( ).
Полученные результаты пустотности (не)входят в стандартные значения.
Лабораторная работа №6. Определение водопоглощения материалов
Цель работы: определение водопоглощения керамического кирпича. Оценка правильности полученных результатов.
I .Теоретическая часть.
Водопоглощение – свойство материала поглощать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Водопоглощение может быть массовым и объемным:
Массовое водопоглощение – это отношение массы поглощенной материалом воды при стандартных условиях к массе сухого материала в %:
Объемное водопоглощение – это отношение объема поглощенной материалом воды при стандартных условиях к объему материала в сухом состоянии в %:
,
где Bm – массовое водопоглощение, %;
Bv – объемное водопоглощение, %;
m н - масса материала, насыщенного водой при стандартных условиях, г;
m – масса воздушно-сухого материала, г;
V – объем воздушно-сухого материала, см3 ;
- объем поглощенной воды.
Соотношение между массовым и объемным водопоглощением:
; Bv
=
dBm
II . Материалы и оборудование:
- керамические кирпичи;
- торговые весы с разновесами;
- штангенциркуль и линейка;
- ванна с водой.
III . Методика выполнения работы:
- высушить кирпичи (3 шт) до постоянной массы при температуре 105-110 0 С (разность результатов 2-х последовательных взвешиваний не более 0,2%). Взвешивание произвести после полного остывания кирпичей – m , г;
- измерить геометрические размеры кирпичей с точностью до 0,1 см;
- произвести насыщение кирпичей водой при температуре воды 15-20 0 С в течение 48 часов при уровне воды на 2-10 см выше верха кирпичей;
- обтерев кирпичи влажной тканью, немедленно взвесить их – m н , г.
Взвешивать с точностью до 1 г.
IV . Лабораторный журнал:
№ п/п |
Масса кирпича, г | Геометрические размеры, см | Объем кирпича, см3 V = lbh |
Водопоглощение | ||||
Сухого m |
насыщ водой m н |
длина l, см |
ширина b, см |
высота h, см |
массовое Bm | объемное Bv |
||
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
V . Заключение:
| Показатели | Водопоглощение, % | |
| массовое | объемное | |
| Опыт | ||
| Стандартные значения | ||
Полученные результаты водопоглощения по массе ( ) и объему ( ) керамического кирпича лежат в пределах стандартных значений (требования ГОСТ приведены в приложении 1).
Лабораторная работа №7. Определение пористости материалов
Цель работы : определение пористости керамического кирпича. Оценка правильности полученных результатов.
I . Теоретическая часть.
Пористость – это доля заполнения объема материала порами. Общая пористость (или просто пористость) (По ):
,
где V пор – объем пор в материале, см3 (м3 );
V – объем материала в естественном состоянии, см3 (м3 );
V а – объем материала в абсолютно плотном состоянии (без пор), см3 (м3 );
- средняя плотность материала, г/см3
(кг/м3
);
- истинная плотность материала, г/см3
(кг/м3
).
Пористость можно выразить и в процентах:
От величины пористости и ее характера зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, теплопроводность, долговечность и др.
Пористость в материале характеризуется как открытыми, так и закрытыми порами.
Открытые поры увеличивают водопоглощение и водопроницаемость материала и ухудшают его морозостойкость.
Увеличение закрытой пористости за счет открытой увеличивает долговечность материала, снижает его теплопроводность.
Общая пористость складывается из открытой и закрытой. Открытая пористость численно равна объемному водопоглощению материала. Определив водопоглощение по объему и пористость материала, можно легко вычислить закрытую пористость:
, %
Коэффициент насыщения пор водой – отношение объемного водопоглощения к пористости:
Этот коэффициент изменяется от 0 (все поры в материале замкнуты) до 1 (все поры открыты).
Чем больше Кн , тем выше доля открытых пор.
II. Ход работы.
- величину средней () и истинной плотности 
взять из лабораторной работы №1 и №3;
- подсчитать значение общей пористости керамического кирпича (По );
- пользуясь данными, полученными в работе №6, определить открытую и закрытую пористость и коэффициент насыщения пор водой.
Данные занести в лабораторный журнал.
III. Лабораторный журнал:
№ п/п |
Плотность кирпича | Пористость, % | Коэффициент насыщения пор водой
|
|||
истинная
|
средняя
|
Общая
|
Открытая
|
Закрытая
|
||
| 1 | ||||||
| 2 | ||||||
| 3 | ||||||
, г/см3
г/см3
За окончательный результат принять среднее значение пористости из трех определений.
IV . Заключение : Полученные результаты пористости (не)входят в стандартные значения.
Лабораторная работа №8. Определение влажности материалов
I. Теоретическая часть.
Гигроскопичность это способность материала поглощать и конденсировать влагу из окружающего воздуха. Оценивается влажностью.
Влажность – это содержание влаги в материале в данный момент времени.
Расчетная формула:
или 
,
где m вл – масса материала в естественном состоянии, г;
m – масса сухого материала, г.
II. Материалы и оборудование:
- кварцевый песок;
- бюксы;
- сушилка радиационная;
- эксикатор;
- технические весы с разновесами.
III . Методика выполнения работы:
- взвесить пустой бюкс – m 1 , г;
- взвесить бюкс с влажным песком – m 2 , г;
- поместить бюкс с песком в радиационную сушилку на 10 мин;
- охладить бюкс с песком в эксикаторе и взвесить – m 3 , г;
- сушку производить до постоянной массы;
- рассчитать влажность песка.
За конечный результат принять среднее арифметическое из 3-х параллельных определений при условии, что относительное отклонение отдельного результата от среднего значения не превышает 5%.
IV . Лабораторный журнал:
№ п/п |
Масса бюкса, г | Масса бюкса с сухим песком, г | Влажность, %
|
|||
| пустого | с влажным песком | |||||
| m1 | m2 |  |
 |
 |
||
| 1 | ||||||
| 2 | ||||||
| 3 | ||||||
V . Заключение : Влажность кварцевого песка равна - %.
Лабораторная работа №9. Определение прочности при сжатии и коэффициента конструктивного качества материалов
Цель работы : изучить принцип действия гидравлического пресса и приобрести навыки работы на нем. Произвести испытание на сжатие материалов и сделать вывод о их прочностной эффективности.
I. Теоретическая часть.
Прочность – свойство материала сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, которые возникают под действием внешних факторов (силовых, тепловых и т.д.), не разрушаясь.
Прочность материала оценивается пределом прочности, который условно равен максимальному напряжению, возникшему в материале под нагрузкой, вызвавшей разрушение материала.
На практике предел прочности определяют путем разрушения стандартных образцов при сжатии, изгибе или разрыве.
Предел прочности при сжатии:
,
где N – разрушающая нагрузка, Н (или кгс);
А – площадь поперечного сечения образца, м2 (или см2 ).
Существует следующая зависимость между единицами измерения:
, 
Для оценки прочностной эффективности материала часто используют коэффициент конструктивного качества (к.к.к.), который определяют по формуле:
,
где R – предел прочности при сжатии, МПа;
d – относительная плотность.
Наиболее эффективными являются материалы, имеющие наименьшую плотность и наиболее высокую прочность.
II . Материалы и оборудование:
- образцы различных материалов;
- гидравлический пресс;
- штангенциркуль;
- весы с разновесами.
III . Методика выполнения работы:
- взвесить образец с точностью до 1 г;
- определить геометрические размеры образцов с точностью до 0,01 см;
- провести испытание образцов на сжатие на гидравлическом прессе:
- установить образец на нижнюю опорную плиту пресса точно по ее центру;
- установить на ноль стрелки силоизмерителя;
- опустить верхнюю опорную плиту с помощью винта для плотного закрепления образца между опорными плитами;
- включить насос пресса, предварительно убедившись, что вентиль сброса масла закрыт, и дать на образец нагрузку, отрегулировав скорость ее приложения (зависит от вида материала и размеров образца);
- зафиксировать момент разрушения образца, при котором стрелка силоизмерителя останавливается и начинает двигаться обратно;
- выключить пресс и открыть вентиль сброса масла, вентиль подачи масла закрыть;
- поднять верхнюю опорную плиту, убрать разрушенный образец и тщательно очистить плиту от остатков материала.
Каждый материал испытать не менее, чем на трех образцах.
IV . Лабораторные журналы:
ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ ПРИ СЖАТИИ.
№ п/п |
Материал | Размеры поперечного сечения, см | Площадь поперечного сечения образца,см2
|
Разруш. нагрузка, кгс N |
Предел прочности
|
||
| а |  |
кгс/см2 | МПа | ||||
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
КОЭФФИЦИЕНТ КОНСТРУКТИВНОГО КАЧЕСТВА.
№ п/п |
Материал | Размеры образца | Масса образца, m , г |
Относ. плотность
|
R сж , МПа |
к.к.к.= = |
||
площадь А , см2 |
высота h , см |
объем V =А h , см3 |
||||||
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
V . Заключение : Сравнить образцы по величине к.к.к. и объяснить причины различия.
Лабораторная работа №10. Определение коэффициента размягчения
Цель работы : определить коэффициент размягчения древесины. Оценить возможность ее использования в качестве конструкционного материала во влажных условиях.
I . Теоретическая часть:
Прочность древесины в сухом состоянии всегда выше прочности в водонасыщенном состоянии, так как вода, проникая в поры, создает в материале внутренние напряжения, что снижает его прочность. Это учитывается коэффициентом размягчения, который является количественной характеристикой водостойкости.
,
где R нас – прочность древесины в насыщенном водой состоянии, МПа;
R сух - прочность древесины в сухом состоянии, МПа.
II . Материалы и оборудование:
- стандартные образцы древесины (2х2х3 см) – 3 шт – насыщенные водой, 3 шт – воздушно-сухие;
- штангенциркуль;
- гидравлический пресс.
III . Методика выполнения работы:
- измерить размеры сечения образцов с точностью до 0,01 см;
- испытать образцы на сжатие вдоль волокон на гидравлическом прессе;
- рассчитать коэффициент размягчения.
IV . Лабораторный журнал:
| Образцы | № п/п. |
Геометрические размеры | Площадь сечения А= bl , см2 |
Разрушающая нагрузка N , кгс |
Предел прочности при сжатии
|
Коэф-т размягчения
|
||
| а , см | ширина b , см | R сух , МПа |
R нас , МПа |
|||||
| Сухие | 1 2 3 |
- - - |
||||||
| Насыщенные водой | 1 2 3 |
- - - |
||||||
V . Заключение:
Данный материал (можно, нельзя) применять во влажных условиях, т.к. Кр = , а значит он является (водостойким, неводостойким).
| Коэффициент размягчения | |
| Опыт | |
| Стандартные значения | Не менее 0,8 |
Лабораторная работа №11. Определение предела прочности при изгибе
Цель работы : определить предел прочности при изгибе для различных материалов. Оценить возможность их использования в условиях изгибающих нагрузок.
I. Теоретическая часть.
Предел прочности при изгибе для балочек прямоугольного сечения:
,
где Мизг – изгибающий момент;
W – момент сопротивления сечения балочки.
Для прямоугольного сечения момент сопротивления равен:
1) при одной сосредоточенной симметричной относительно опор нагрузке:
, ,
тогда
2) при двух сосредоточенных симметричных относительно опор нагрузках:
, ,
,
где N – разрушающая нагрузка, Н;
L – длина балочки, м;
l – расстояние между опорами, м;
b и h – соответственно ширина и высота балочки.
II . Материалы и оборудование:
- стандартные образцы – балочки из гипса, цемента и древесины (по 3 шт каждого материала);
- гидравлический пресс;
- приспособление для испытания балочек на изгиб;
- штангенциркуль.
III . Методика выполнения работы:
- определить геометрические размеры поперечных сечений образцов с точностью до 0,01 см;
- измерить расстояние между опорами у приспособления для испытания балочек на изгиб l с точностью до 0,01 см;
- провести испытание балочек на изгиб на гидравлическом прессе;
- определить разрушающую нагрузку, кгс (кН);
- привести схему испытаний;
- рассчитать предел прочности при изгибе, кгс/см2 (МПа).
IV . Лабораторный журнал:
№ п/п |
Материал | Сечение балочки | Расстояние между опорами l , см |
Разрушающая нагрузка N , кгс |
Расчетная формула | R изг | ||
ширина b , см |
высота h , см |
кгс/см2 | МПа | |||||
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
V . Заключение:
Сделать вывод о возможности использования того или иного материала в условиях изгибающих нагрузок.
Лабораторная работа №12. Определение морозостойкости материалов
Цель работы : определить марку по морозостойкости цементного бетона. Познакомиться с методами ее определения.
I . Теоретическая часть:
Морозостойкость – это свойство насыщенного водой или раствором соли материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности. Количественная характеристика морозостойкости – марка по морозостойкости (F ), которая показывает число циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенного в жидкой среде материала, при которых потери прочности и массы не превышают указанных в ГОСТе и СНиПах значений.
; 
- потеря прочности и массы, насыщенного в жидкой среде образца, после i
циклов замораживания и оттаивания, %;
- предел прочности при сжатии(в МПа) и масса (в г) образца после n
циклов замораживания и оттаивания образца;
- предел прочности при сжатии (в МПа) и масса образца (в г), насыщенного в жидкой среде, до замораживания.
Для каждого материала устанавливают марки по морозостойкости. Марка обозначается буквой F , после которой указывается минимальное число циклов, которое должен выдержать материал (например, F100).
Марка по морозостойкости (F ) для тяжелого цементного бетона – это количество циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенного водой стандартного образца, при которых потеря прочности не превышает 5%, а для бетона дорожных и аэродромных покрытий, кроме того, потеря массы не более чем на 3% (ГОСТ ……).
Стандарт устанавливает три метода контроля морозостойкости:
I – для бетонов, кроме дорожных и аэродромных;
II – для дорожных и аэродромных бетонов и ускоренный для других бетонов;
III – ускоренный для всех видов бетона.
Методы контроля морозостойкости.
| Метод | Размеры образцов, см | Температурный режим, время и среда | Число образцов | ||||
| насыщения | замораживания | оттаивания | основных (после замораживания) |
контрольных (насыщенных водой) | |||
| I | 10х10х10 или 15х15х15 |
Вода t = 18+ 20 C
|
Воздух t = -18+ 2 0 С
|
Вода t = 18+ 2 0 C
|
6 | 3 | |
| II | 10х10х10 или 15х15х15 |
5% р-р t=18+ 2 0 С
|
Воздух t = -18+ 2 0 С
|
5% р-р t=18+ 2 0 С
|
6 | 3 | |
5% раствор  |
|||||||
| III | 70х70х70 | t=18+ 2 0 С
|
Понижение до -50-55 0 С-2,5 ч выдержка при -50-550 С– 2,5 ч подъем до -10 0 С – 2,5 ч |
t=18+ 2 0 С
|
6 | 3 | |
96 ч
=2,5+
0,5 чОбразцы насыщают в жидкой среде по следующей схеме:
На 1/3 высоты - 24 часа, на 2/3 высоты – на 24 часа, целиком – на 48 часов.
Соотношение между марками бетона по морозостойкости, установленными различными методами, приведены в ГОСТ 10060-95.
II . Материалы и оборудование:
- образцы-кубы тяжелого цементного бетона;
- ванны для насыщения образцов в жидкой среде;
- торговые весы с разновесами;
- гидравлический пресс;
- морозильная камера;
- ванна для размораживания.
III . Методика проведения работы.
- контрольные образцы через 2-4 ч после извлечения из ванны испытать на сжатие.
- основные образцы загрузить в морозильную камеру в контейнере или установить на сетчатый стеллаж камеры таким образом, чтобы расстояние между образцами, стенками контейнеров и вышележащими стеллажами было не менее 50 мм. Началом замораживания считать момент установления в камере требуемой температуры;
- число циклов переменного замораживания и оттаивания, после которых должно проводиться испытание прочности на сжатие образцов бетона после промежуточных и итоговых испытаний, установить в соответствии с таблицей ГОСТ 10060.0. В каждом возрасте испытать по шесть основных образцов.
- образцы испытать по режиму, указанному в таблице.
- образцы после замораживания оттаять в ванне с водой при температуре (18±2)°С. При этом образцы должны быть погружены в воду таким образом, чтобы над верхней гранью был слой воды не менее 50 мм.
Исходные расчетные данные выдаются каждому студенту преподавателем на специальных карточках для бетона определенной марки.
IV . Лабораторный журнал.
Кол-во циклов замор-оттаив. n |
R сж , МПа |
Потеря прочности | Масса образца
|
Потеря массы | ||
МПа |
 |
г |
 |
|||
| 0 | ||||||
| 50 | ||||||
| … | ||||||
| n | ||||||
,г
,
,Полученные расчетные данные обработать в виде графиков:
и 
По построенным кривым определить морозостойкость бетона – допустимое число циклов замораживания и оттаивания, при которых потеря прочности равна 5% и потеря массы 3%. Установить марку бетона по морозостойкости – F , в соответствии с указанными марками в ГОСТе, как ближайшее количество циклов, найденных по графикам.
Марка по морозостойкости для дорожного и аэродромного бетона устанавливается как ближайшее круглое число циклов, менее или равное опытному, при котором:
и 
для всех остальных видов бетона учитывается только потеря прочности.
Приложение 1
Таблица 1
Физико-механические свойства некоторых материалов [3]
| Наименование материала | Прочность при сжатии, МПа |
Истинная плотность, кг/м3 |
Средняя плотность, кг/м3 | Тепло-проводность, Вт/(м.0 С) |
| Гранит | 150-250 | 2600-2800 | 2500-2700 | 2,9-3,3 |
| Известняк плотный | 50-150 | 2400-2600 | 1800-2200 | 0,8-1,0 |
| Известняк - ракушечник | 0,5-5 | 2300-2400 | 900-1400 | 0,3-0,6 |
| Кирпич керамический | 10-20 | 2600-2700 | 1700-2000 | 0,8-0,9 |
| Кирпич силикатный | 10-20 | 2400-2500 | 1700-1900 | 0,35-0,7 |
| Бетон тяжелый | 10-60 | 2500-2600 | 1800-2500 | 1,1-1,6 |
| Бетон легкий | 2-15 | - | 500-1800 | 0,35-0,8 |
| Древесина сосны | 30-60 | 1550-1600 | 500-600 | 0,15-0,2 |
| Сталь Ст3(при растяжении) | 380-450 | 7800-7900 | 7800-7900 | 58 |
| Пластмассы | 120-200 | 1000-2200 | 100-1200 | 0,23-0,80 |
Таблица 2
Пористость и водопоглощение керамического кирпича [4]
| Вид керамического кирпича | Средняя плотность, кг,м3 | Пористость, % |
| Обыкновенный | 1600-1900 | 26-38 |
| Условно-эффективный | 1400-1600 | 38-46 |
| Эффективный | 600-1400 | 46-76 |
Литература
1. И.И. Леонович, В.А. Стрижевский, К.Ф. Шумчик. Испытание дорожно-строительных материалов.: Минск, Вышэйшая школа, 1991. – 235 с.
2. К.Н. Попов, М.Б. Каддо, О.В. Кульков. Оценка качества строительных материалов.: Москва, АСВ, 2001. – 240 с.
3. И.А. Рыбьев. Строительное материаловедение. М.: Высшая школа, 2003.
4. ГОСТ 530-95. Кирпич и камни керамические. Технические условия.
5. ГОСТ 10060.0-95. Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования.