Методичні вказівки 1 страница. Кафедра «будівельні матеріали, конструкції та споруди»

УКРАЇНСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

Кафедра «Будівельні матеріали, конструкції та споруди»

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт

з дисципліни «Будівельні матеріали»

Частина 1

Харків – 2012

Методичні вказівки розглянуто і рекомендовано до друку на засіданні кафедри «Будівельні матеріали, конструкції та споруди» 7 листопада 2012 р., протокол № 4.

Рекомендуються для студентів спеціальності 7.070108 “Залізничні споруди та колійне господарство” всіх форм навчання.

Укладачі:

доценти Д.А. Плугін,

О.С. Борзяк

Рецензент

доц. С.І. Возненко

ЗМІСТ

	стор.
ВСТУП...............................................
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 1. ОСНОВНІ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ. ВИЗНАЧЕННЯ ГУСТИНИ МАТЕРІАЛУ...................
1.1 Визначення істинної густини..........................
1.2 Визначення середньої густини.........................
1.2.1 Визначення середньої густини зразків правильної геометричної форми..........................................
1.2.2 Визначення середньої густини зразків неправильної геометричної форми.......................................
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 2. ВИЗНАЧЕННЯ НАСИПНОЇ ГУСТИНИ СИПКИХ МАТЕРІАЛІВ, ПОРИСТОСТІ І ВОДОПОГЛИНЕННЯ...................................
2.1 Визначення насипної густини..........................
2.2 Визначення пористості...............................
2.3 Визначення водопоглинення...........................
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3. КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ......
3.1 Сировина для одержання кераміки і керамічні вироби.....
3.2 Цегла глиняна одинарна звичайна......................
3.2.1 Зовнішні ознаки....................................
3.2.2 Визначення марки цегли............................
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 4. ЛІСОВІ МАТЕРІАЛИ..........
4.1 Будова деревини.....................................
4.1.1 Частини дерева і будова деревини....................
4.1.2 Особливості будови деревини хвойних порід...........
4.2 Будова стовбура дерева (макроструктура)...............
4.3 Формування і структура целюлози......................
4.4 Мікроструктура деревини.............................
4.5 Субмікроструктура деревини..........................
4.5.1 Розподіл лігніну в деревині..........................
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 5. ПОРОКИ ДЕРЕВИНИ, ВИДИ ЛІСОВИХ МАТЕРІАЛІВ, НАПІВФАБРИКАТИ І БУДІВЕЛЬНІ ДЕТАЛІ І ВИРОБИ.........................
5.1 Пороки деревини....................................
5.1.1 Пороки будови деревини............................
5.1.2 Сучки............................................
5.1.3 Тріщини..........................................
5.1.4 Ненормальні забарвлення і гнилі.....................
5.1.5 Захист деревини...................................
5.2 Види лісових матеріалів..............................
5.2.1 Круглі лісові матеріали..............................
5.2.2 Пиломатеріали.....................................
5.3 Напівфабрикати і будівельні деталі і вироби.............
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 6. НАФТОВІ БІТУМИ І БІТУМНІ МАТЕРІАЛИ..........................................
6.1 Дослідження бітумів.................................
6.1.1 Твердість бітумів...................................
6.1.2 Розтяжність бітумів.................................
6.1.3 Температура розм'якшення бітумів....................
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 7. ЛАКОФАРБОВІ МАТЕРІАЛИ..
7.1 Пігменти...........................................
7.1.1 Визначення маслоємності пігменту...................
7.1.2 Визначення покривності пігменту.....................
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.................................

В С Т У П

Методичні вказівки складено згідно з рекомендованим програмою циклом робіт з курсу «Будівельні матеріали».

В методичних вказівках викладена методика проведення лабораторних робіт з випробування основних будівельних матеріалів та виробів, що застосовуються в промисловому та цивільному будівництві, при зведенні мостів, тунелів, у будівництві метрополітенів та інших споруд. Наведено стислий опис лабораторних приладів та обладнання, подано методику розрахунку отриманих результатів випробувань.

З метою підвищення самостійності при підготовці та проведенні лабораторних робіт методичні вказівки містять контрольні питання для самоперевірки.

Загальні положення про виконання лабораторних робіт:

1 Кожна лабораторна робота, кожне випробування – це самостійна дослідна робота, приступати до виконання якої без знання основ явищ та властивостей, що вивчаються, не припустимо.

2 Усвідомлене виконання лабораторних робіт навчає застосовувати теоретичні знання в експериментальній роботі, правильно планувати дослід, проводити вимірювання з достатньою точністю, аналізувати та отримувати вірогідні результати.

3 Студент отримує методичні вказівки до виконання лабораторних робіт, до заняття ознайомлюється з теорією, суттю і методикою виконання завдання, зокрема використовуючи конспект або підручник. На заняттях з’ясовує у викладача всі питання, що виникли в процесі самопідготовки, і виконує роботу.

4 При проведенні випробувань необхідно строго дотримуватись правил техніки безпеки.

5 Після остаточної обробки матеріалу кожного заняття їх результати заносяться у відповідні таблиці даних методичних вказівок та робиться висновок про відповідність якості матеріалу вимогам стандарту. Заповнення всіх граф, які передбачені журналом, обов’язкове.

6 У час, який відведено для проведення лабораторного заняття, мають бути виконані такі складові:

- поточний контроль підготовленості студентів до виконання конкретної лабораторної роботи;

- виконання завдань теми заняття;

- оформлення індивідуального звіту з виконаної роботи;

- захист звіту перед викладачем.

7 Студенти, які в результаті поточного контролю на початку заняття показали незадовільний рівень підготовленості, до лабораторної роботи не допускаються.

8 Відпрацювання лабораторних робіт для студентів, які не були на них допущені або пропустили їх з поважних причин, виконується у позанавчальний час.

9 Зарахування лабораторної роботи проводиться за отриманими результатами і висновками студента, з коротким опитуванням або співбесідою за результатами роботи. В окремих випадках захист лабораторної роботи може проводитися на наступному занятті.

10 Оцінювання результатів лабораторної роботи диференційоване, залежно від рівня роботи студента на занятті, отриманих результатів та зроблених висновків. Враховуються також попередні недопуски на дане заняття або пропуски його з неповажних причин.

11 Студентам, які мають хоча б одну не зараховану лабораторну роботу, не зараховується відповідний контрольний модуль. Вони не мають права на отримання заліку або допуску до екзамену.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 1

ОСНОВНІ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ.

ВИЗНАЧЕННЯ ГУСТИНИ МАТЕРІАЛУ

1.1 ВИЗНАЧЕННЯ ІСТИННОЇ ГУСТИНИ

Істинна густина характеризується масою сухого матеріалу в одиниці абсолютного об’єму, тобто об’єму без пор і пустот.

Практично абсолютно щільний стан сухого матеріалу досягається здрібнюванням його в ступці або кульовому млині і наступним просіюванням через сито з отворами у просвіті 0,2 мм (918 отв./см²), при цьому вважають, що частки матеріалу не мають пор.

Для визначення істинної густини необхідний: об’ємомір – прилад Ле Шательє – Кандло (рисунок 1.1), лійка скляна, ваги аналітичні, інертна до випробовуваного матеріалу рідина і сухий здрібнений матеріал (порошок).

Прилад Ле Шательє – Кандло являє собою скляну колбу з вузькою шийкою, що трохи розширюється в середній частині, як показано на рисунку 1.1.

а)	б)

Рисунок 1.1 – Прилад для визначення істинної густини:

а – колба Ле Шательє – Кандло; б – прилад у зібраному вигляді

На шийку колби нанесені риси вище і нижче сферичного розширення, об’єм між якими дорівнює 20 см³. Вище верхньої риси колба також градуйована з ціною поділу 0,1 см³.

Об’ємомір наповняють до нижньої, нульової, риси рідиною, інертною (що не вступає в реакцію з випробовуваним матеріалом) до порошку матеріалу.

Від підготовленої проби відважують 60¸90 г матеріалу і висипають совочком через лійку в прилад невеликими порціями доти, поки рівень рідини в колбі (по нижньому меніску) не підніметься до риси в межах верхньої градуйованої частини приладу. Різниця між кінцевими і початковими рівнями рідини в об’ємомірі показує об’єм всипаного порошку в прилад. Залишок порошку зважують.

Маса порошку, всипаного в об’ємомір, буде дорівнювати різниці між результатами першого і другого зважування.

Істинну густину (r) матеріалу розраховують за формулами, г/см³, кг/м³,

; (1.1)

, (1.2)

де m₁ – наважка сухого матеріалу до випробувань, г;

m₂ – залишок від наважки, г;

m – кількість порошку, всипаного в прилад, г;

V – об’єм рідини, витиснутої наважкою матеріалу, см³.

1.2 ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОЇ ГУСТИНИ

Середня густина характеризується масою сухого матеріалу в одиниці загального об’єму у природному стані, тобто разом з порами.

Середню густину ρ_сер обчислюють за формулою (1.3) як відношення маси сухого матеріалу до його загального об’єму, г/см³, кг/м³,

, (1.3)

де m – маса сухого матеріалу, г;

V – загальний об’єм сухого матеріалу в природному стані, з порами, см³.

При визначенні середньої густини матеріалу можна використовувати зразки як правильної, так і неправильної геометричної форми. Від форми зразка залежить метод визначення середньої густини матеріалу.

1.2.1 ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОЇ ГУСТИНИ ЗРАЗКІВ

ПРАВИЛЬНОЇ ГЕОМЕТРИЧНОЇ ФОРМИ

Для визначення середньої густини зразки матеріалу можуть бути виконані у формі куба, паралелепіпеда або циліндра.

Зразки правильної геометричної форми попередньо висушують до постійної маси в сушильній шафі при температурі 105¸110º С.

За допомогою штангенциркуля або лінійки вимірюють геометричні розміри зразків і обчислюють їх об’єм, після чого зразки зважують на технічних вагах.

Зразок будь-якої правильної геометричної форми вимірюють у трьох місцях і беруть середній результат з точністю до 0,1 мм.

Об’єм зразка V, що має вигляд куба або паралелепіпеда, обчислюють за формулою, см³,

, (1.4)

де a_сер, b_сер, h_сер – середнє значення розмірів граней зразка, см.

Об’єм зразка V циліндричної форми обчислюють за формулою, см³,

, (1.5)

де d_сер – середній діаметр зразка, см;

h_сер – середня висота циліндричного зразка, см.

1.2.2 ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОЇ ГУСТИНИ ЗРАЗКІВ

НЕПРАВИЛЬНОЇ ГЕОМЕТРИЧНОЇ ФОРМИ

При визначенні середньої густини зразка неправильної геометричної форми необхідно визначити його об’єм і масу.

Для визначення об’єму зразка неправильної геометричної форми застосовують метод, заснований на витісненні зразком із ємності рідини, у яку його занурюють. Ємність, що застосовується для проведення вимірювання, називається об’ємоміром.

Цей прилад являє собою металевий циліндр 2 (рисунок 1.2) із внутрішнім діаметром 150 мм і висотою 350 мм. На висоті 250 мм у ємність упаяна трубка 1 діаметром 10 мм, що має загнутий униз кінець.

Об’ємомір наповняють водою трохи вище трубки й очікують, поки надлишок води стече. Потім під трубку підставляють мірний циліндр або скляну колбу 3 (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Об’ємомір

Випробування виконується таким чином. На поверхню попередньо висушеного до постійної маси і зваженого зразка щетинним пензлем наносять тонким шаром розплавлений парафін, дають йому застигти і зразок знову зважують.

Занурювати зразок у розплавлений парафін не слід, тому що при цьому нагріваються і зразок, і повітря, що вміщується у його порах. Останнє, збільшуючись в об’ємі при нагріванні, прагне вийти назовні й утворить повітряні пузирі між поверхнею зразка і шаром парафіну. Наявність таких пузирів впливає на точність визначення об’єму, а отже, і середньої густини.

Об’єм парафіну, витраченого на покриття зразка, обчислюють за формулою

(1.6)

де V_п – об’єм парафіну, см³;

m – маса зразка без парафіну, г;

m₁ – маса зразка, покритого парафіном, г;

r_п – густина парафіну, r_п =0,81¸0,93 г/см³. Цей показник визначають до початку випробування або умовно приймають рівним 0,93 г/см³, що не впливає суттєво на точність визначення об’єму.

Підготовлений зразок 4 (рисунок 1.2) занурюють в об’ємомір, при цьому вода, що витісняється, буде витікати з трубки в мірний циліндр або колбу. Після того, як падіння крапель припиниться, за мірним циліндром визначають об’єм витісненої рідини, що буде дорівнювати об’єму зразка.

Після одержання величин маси й об’єму обчислюють середню густину зразка неправильної геометричної форми за формулою

, (1.7)

де m – маса зразка без парафіну, г;

V₁ – об’єм зразка з парафіном, см³;

V_п – об’єм парафіну, см³.

Контрольні запитання

1 Що таке істинна густина?

2 Що таке середня густина?

3 Істинна густина та середня густина – величини постійні або змінні? Поясніть, чому.

4 Чи залежить істинна або середня густина від пористості?

5 Середня густина матеріалу більша або менша його істинної густини і чому?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 2

ВИЗНАЧЕННЯ НАСИПНОЇ ГУСТИНИ СИПКИХ МАТЕРІАЛІВ,

ПОРИСТОСТІ І ВОДОПОГЛИНЕННЯ

2.1 ВИЗНАЧЕННЯ НАСИПНОЇ ГУСТИНИ

Насипна густина характеризується масою сухого матеріалу в одиниці об'єму матеріалу в пухкому стані (з порами і міжзерновими пустотами).

При транспортуванні і збереженні сипкі матеріали ущільнюються. При цьому значення їхньої насипної густини виявляється на 15¸30 % вище, ніж у пухкому стані.

Для визначення насипної густини матеріалів звичайно використовують прилад – стандартну лійку (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Стандартна лійка для визначення насипної густини

Стандартна лійка (рисунок 2.1) являє собою усічений конус 1. Унизу конус переходить у трубку діаметром 20 мм із засувкою 2. Під трубкою встановлюють заздалегідь зважену мірну ємність 3 об’ємом 1 л (1000 см³).

Відстань між верхнім обрізом мірної ємності і засувкою має бути 50 мм.

У лійку насипають попередньо висушений матеріал. Потім відкривають засувку 2 і заповнюють мірну ємність цим матеріалом з надлишком, закривають засувку і металевою лінійкою зрізують від середини в обидва боки надлишок матеріалу урівень із краями ємності. Потім ємність з матеріалом зважують на технічних вагах.

Знаючи масу матеріалу і його об’єм, за формулою (2.1) визначають насипну густина сипкого матеріалу, г/см³, кг/м³,

, (2.1)

де m₁ – маса ємності із сухим матеріалом, г;

m₂ – маса ємності, г;

m – маса сухого матеріалу, г;

V – об’єм, зайнятий сухим сипким матеріалом, см³.

2.2 ВИЗНАЧЕННЯ ПОРИСТОСТІ

Пористість матеріалу характеризується ступенем заповнення його загального об’єму порами. Пористість визначають у частках одиниці за формулою

(2.2)

або у відсотках за формулою

, (2.3)

де V_пор – об’єм пор у зразку матеріалу, см³;

V_заг – загальний об’єм зразка, з урахуванням пор, см³;

V_іст – істинний об’єм зразка, без пор, см³;

r_сер – середня густина матеріалу, г/см³;

r – істинна густина матеріалу, г/см³.

Найважливіші властивості матеріалів – міцність, теплопровідність, водопоглинення, водонепроникність тощо залежать від ступеня і характеру пористості матеріалу.

Пористість різних природних кам’яних матеріалів коливається від 0,3% (габро) до 38% (вапняк).

Пустотність характеризується ступенем заповнення загального об’єму сипких матеріалів міжзерновими пустотами. Пустотність обчислюють за формулами:

(2.4)

або

%, (2.5)

де r_н – насипна густина матеріалу, г/см³;

r_сер – середня густина матеріалу, г/см³.

2.3 ВИЗНАЧЕННЯ ВОДОПОГЛИНЕННЯ

Водопоглинення характеризується здатністю сухих матеріалів втягувати й утримувати воду. Воно характеризується ступенем заповнення об’єму матеріалу водою (об’ємне водопоглинення).

Однак часто прийнято виражати водопоглинення стосовно маси матеріалу в сухому стані.

Для обчислення водопоглинення (%) за об’ємом і за масою користуються формулами:

; (2.6)

, (2.7)

де m – маса сухого матеріалу, г;

m₁ – маса матеріалу, насиченого водою, г;

V – об’єм матеріалу (зразка), см³.

У даній лабораторній роботі визначається водопоглинення керамічної цегли, для чого спочатку необхідно зробити виміри по довжині, ширині, висоті зразка й обчислити його об’єм. Після чого зразок поміщають у сушильну шафу і висушують до постійної маси при температурі 105¸110 º С. Після охолодження зразка його зважують з точністю до 1 г. Зразок встановлюють вертикально у ванну, яку заповнюють водою (при температурі 20±5 º С) до 1/3 висоти цегли, та витримують 12 годин. Потім рівень води підвищують до 2/3 висоти зразка і витримують ще 12 годин, після чого він цілком покривається водою, так щоб шар води над зразком був не менше 2 см, на 24 години. Після закінчення доби зразок виймають, дають стекти воді, обтирають вологою тканиною і зважують з точністю до 1 г. Водопоглинення обчислюється за формулами (2.6) або (2.7).

Контрольні запитання

1 Що таке насипнагустина?

2 Що таке пористість та пустотність матеріалу, і від чого вона залежить?

3 Як визначається водопоглинення?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3

КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ

3.1 СИРОВИНА ДЛЯ ОДЕРЖАННЯ КЕРАМІКИ І КЕРАМІЧНІ ВИРОБИ

Керамікою називають широке коло матеріалів і виробів у вигляді штучного каменю, отриманого шляхом випалу до спікання (900÷1300 º C) попередньо підготовленої керамічної маси з необхідними добавками, узятими в строго визначеному співвідношенні, й одержанням керамічного черепка. Після випалу керамічні матеріали набувають значної міцності, водостійкості, морозостійкості і ряду інших властивостей.

Керамічні будівельні вироби поділяють на дві основні групи: пористі і щільні. Пористі керамічні вироби поглинають більше 5 % води (по масі). Пористу структуру мають стінові, покрівельні і облицювальні матеріали, а також стінки дренажних труб і ін.

Щільні керамічні вироби поглинають менше 5 % води. Щільну структуру мають плитки для підлоги, дорожня цегла, каналізаційні труби.

За призначенням керамічні матеріали і вироби поділяють на такі види:

- стінові вироби – цегла, камені пустотілі і панелі з них;

- покрівельні вироби – черепиця;

- облицювальні вироби – лицьова цегла, архітектурно-художні деталі, карнизи, кутики, облицювальні плитки;

- санітарно-технічна кераміка – ванни, унітази;

- дренажні і каналізаційні вироби – дренажні і каналізаційні труби;

- вогнетривкі вироби;

- спеціальна кераміка;

- пористий гравій – керамзит.

Сировиною для виробництва керамічних виробів є каоліни і глини, що застосовуються як у чистому вигляді, так і в суміші з добавками (спіснюючими, пороутворюючими, плавнями, пластифікаторами й ін.).

Під каолінами і глинами розуміють природні водні алюмосилікати з різними домішками, здатні при змішуванні з водою утворювати пластичне тісто, після формування і висихання зберігають додану форму, і після випалу набувають властивостей штучного каменю.

Каоліни – складаються майже винятково з мінералу каолініту і містять значну кількість часток з розміром менше 0,01 мм, після випалу зберігають білий колір.

Глини – більш різноманітні за мінеральнім складом, вони більше забруднені мінеральними й органічними домішками. Глиниста речовина (з частками менше 0,005 мм) складається переважно з каолініту, монтморилоніту Al₂O₃·4SiО₂·n₂O, галуазиту Al₂O₃·2SiО₂·4H₂O.

Спіснюючі добавки уводяться до складу керамічної маси для зниження пластичності і зменшення повітряної і вогневої усадки глин. Як спіснюючі добавки використовують шамот, дегідратовану глину, кварцовий пісок, золу ТЕС, гранульований доменний шлак.

Пороутворюючі матеріали вводять у сировинну масу для одержання легких керамічних виробів з підвищеною пористістю і зниженою теплопровідністю. Використовують речовини, що при випалі дисоціюють з виділенням газу (СО₂ – мелену крейду, доломіт) або вигорають.

Плавні додають у глину для зниження температури її спікання. До них відносять: польові шпати, залізну руду, доломіт, магнезит, тальк і ін.

Усадка характеризується зменшенням лінійних розмірів і об’єму глиняного сирцю при його сушінні (повітряна усадка) і випалі (вогнева усадка). Усадку виражають у відсотках від первісного розміру виробу.

У_пов = ;

У_вог = ;

У_заг = У_пов + У_вог,

де У_пов – повітряна усадка;

У_вог – вогнева усадка;

У_заг – загальна усадка;

V₁, V₂ і V₃ – об’єм матеріалу відповідно первісний, після сушіння і після випалу.

ЦЕГЛА ТА КАМЕНІ КЕРАМІЧНІ

Керамічні цегла і камені (ДСТУ Б В.2.7-61:2008) належать до стінових керамічних виробів. Виготовляють їх із легкоплавких глин з добавками й без, застосовують для кладки зовнішніх і внутрішніх стін, для виготовлення стінових панелей і блоків.

Цегла має такі розміри: одинарна – 250×120×65 мм; потовщена – 250×120×88 мм; модульна – 288×138×63 мм, модульна потовщена – 288×138×88 мм; потовщена з горизонтальним розташуванням пустот – 250×120×138 мм.

Камені виготовляють таких розмірів: звичайний – 250×120×138 мм; укрупнений – 250×250×138 мм; модульний – 288×138×138 мм; модульний укрупнений – 288×288×88 мм; укрупнений з горизонтальним розташуванням пустот – 250×250×120 мм.