 |
Природные каменные материалы
|
|
|
|
ХАМЗИН С.К. АБДУШКУРОВ Ф.Б.
ЛАБОРАТОРНО - ПРАКТИЧЕСКИЕ
РАБОТЫ
ПО СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ
Для студентов колледжей и бакалавриата строительных специальностей
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
А С Т А Н А 2 0 0 7
В В Е Д Е Н И Е
Промышленность строительных материалов представляет собой огромную отрасль, от развития которой зависит экономический потенциал республики. Затраты на материалы составляют более половины общей стоимости строительно – монтажных работ. Производство строительных материалов связано с добычей и переработкой огромного количества сырья. В строительном комплексе ежедневно создаются новые технологии, материалы и изделия, которые должны удовлетворять требованиям Стандартов Республики Казахстан (СТ РК) и Межгосударственным стандартам (ГОСТ).
Стандарты РК и ГОСТы на строительные материалы являются законом для изготовителей, предусматривают строгое выполнение их требований по всем показателям. Поскольку числовые характеристики при лабораторных испытаниях материалов зависят от методов испытания, в основу изучения и оценки показателей их студентами принята единая методика согласно стандартам Республики Казахстан и межгосудаственным стандартам.
Изучение дисциплины «Строительные материалы и изделия» сопровождается выполнением лабораторных работ, позволяющих студентам на практике ознакомиться с основными строительными материалами, их свойствами, методами определения этих свойств с целью более квалифицированного использования их в строительстве.
При составлении учебного пособия использованы стандарты Республики Казахстан (СТ РК), межгосударственные стандарты (ГОСТы) и строительные нормы и правила (СНиП).
|
|
|
Так как «Практикум» является пособием к основному учебнику по строительным материалам, в нем отсутствуют многие общие сведения, которые изучают студенты.
CТАНДАРТЫ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН (СТ РК), МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЕ СТАНДАРТЫ (ГОСТы), ИХ НАЗНАЧЕНИЕ И ПОСТРОЕНИЕ
Назначение стандартов
В Республике Казахстан 19 июля 1999 года принят закон «О стандартизации», который регулирует общественные отношения в области стандартизации, определяет правовые основы государственной системы стандартизации и меры защиты интересов государства и потребителей в вопросах качества продукции, процессов (работ) и услуг посредством разработки и применения нормативных документов по стандартизации. Стандарты на строительные материалы предназначены для обеспечения выпуска продукции заданных свойств и регулирования взаимоотношений между поставщиком и потребителем.Стандарты отражают успехи, достигнутые в области технологии производства строительных материалов, изменяются и совершенствуются вместе с изменением и совершенствованием техники производства строительных материалов. Предприятия обязаны выпускать продукцию, отвечающую заданным свойствам. Для этой цели необходимо иметь единые республиканские нормы. Такие нормы приводятся в межгосударственных стандартах и стандартах республики Казахстан.Наряду со стандартами - основным руководящим документом для строителей являются действующие “Строительные нормы и правила” (СНиП), в которых приводятся номенклатура и основные размеры строительных материалов, изделий и конструкций, основные требования к их качеству, указания по выбору и применению строительных материалов, изделий и конструкций в зависимости от класса сооружений (зданий), а также основные правила перевозки и хранения строительных материалов, изделий и конструкций.
|
|
|
Построение стандартов
Стандарты РК и Межгосударственные стандарты выпускаются по определенной форме, имеют свой номер, дату утверждения и срок введения их в действие. Стандарты и ГОСТы состоят из отдельных разделов, перечень и содержание которых приводится ниже.
Раздел 1. Определение. В разделе дается наименование стандартизируемого материала, указывается сырье и кратко приводится технология изготовления материала.
Раздел 11. Классификация. Указываются сорта и марки материала, форма и размеры и допускаемые отклонения.
Раздел 111. Технические условия. Приводятся нормативы, которым должен удовлетворять материал, испытанный по указанной в стандарте методике. Если материал не удовлетворяет хотя бы по одному пункту технических норм на сорта, предусмотренные стандартом, его следует считать некондиционным, т.е. несортными.
При получении некондиционного материала необходимо заводу- изготовителю предъявить рекламации, т.е. требования о возмещении убытков, что будет способствовать повышению качества выпускаемой им продукции.
Раздел IV. Методы испытаний. При выполнении лабораторных работ этому разделу следует уделять особое внимание, так как в нем дается описание приборов и правил работы на них. Несоблюдение правил работы или небрежность в работе ведет к получению неверных результатов и необходимости повторения опыта.
Раздел V. Правила отбора проб для испытаний. Чтобы исключить возможность субъективного подхода при отборе проб и наиболее точно характеризовать пробой качество получаемого материала, в ГОСТе приводятся указания по отбору проб от поступающих партий материала и даются количественные значения отбираемых проб. Это исключает разногласия, которые могут возникнуть между поставщиком и потребителем по вопросу отбора проб материала для испытаний.
Раздел VI. Правила упаковки, маркировки, хранения и транспортирования материалов. Указания о правилах упаковки, транспортирования и хранения на складах материалов преследуют цель предохранить их от порчи и потерь. ГОСТы и стандарты обязывают заводы выдавать паспорта на выпускаемую продукцию с указанием ее сорта и марки. Это позволяет установить причины снижения качества материала.
|
|
|
Принятое построение стандартов и ГОСТов дает возможность установить качественные характеристики материалов, наметить рациональные пути их использования в конструкциях. Разрешить споры, которые могут возникнуть между поставщиком и потребителем по вопросам качества продукции и связанной с этим оплаты ее стоимости.
Стандарты и ГОСТы налагают ответственность на изготовителя за качество выпускаемой продукции, а потребителя – за правильное использование ее в конструкциях.
1. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Основные свойства, присущие всем строительным материалам, можно разделить на следующие группы.
1.Физические свойства, характеризующие:
- параметры состояния: истинная плотность, средняя плотность, насыпная плотность, относительная плотность, пористость;
- отношение материала к воде (гидрофизические): водопоглощение, капиллярное всасывание, гигроскопичность, влажность, водонепроницаемость, гидрофобность, гидрофильность, влажностные деформации, морозостойкость, водостойкость;
- отношение материала к теплу и высоким температурам (теплофизические): теплопроводность, теплоёмкость, огнеупорность, огнестойкость.
2.Механические свойства, характеризующие способность материала сопротивляться воздействию внешних сил: упругость, пластичность, хрупкость, прочность, твердость, истираемость, износ, релаксация.
3.Химические свойства, характеризующие стойкость материала при действии различных химических сред: атмосферостойкость, солестойкость, кислотостойкость, щелочестойкость.
4.Долговечность, надежность - свойства, характеризующие способность материалов проявлять свои физико-механические свойства в процессе эксплуатации.
Все свойства материала определяются его составом и строением, особенно величиной и характером пористости. В табл. 1.1. приведены основные свойства некоторых строительных материалов.
Физические свойства
|
|
|
1.1.1. Определение истинной плотности
Истинная плотность ρ - предел отношения массы к объёму, когда объём стягивается к точке, в которой определяется плотность тела (т.е. без учета имеющихся в них пор и пустот).
Приборы: пикнометр (колба Ле-Шателье Кандло) рис.1.1, весы аналитические сито №008 (918отв/см2), стекло 10х10 см.
Материалы: любой строительные материал, высушенный и измельченный в шаровой мельнице или ступке.
Таблица 1.1
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
| Наимено-вание материала | Истинная плотность, г/см3 | Средняя плотность, г/см3 | Пористость, % | Коэффициент теплопровод-ности, Ватт/м град | Предел прочности при сжатии, Мпа |
| Сталь | 7,85 | 7,85 | 380-450 | ||
| Бетон (тяжелый) | 2,60 | 2,20-2,50 | 8-12 | 1,28-1,55 | 10-60 |
| Бетон (легкий) | 2,60 | 0,50-1,80 | 50-80 | 0,20-0,45 | 15-30 |
| Гранит | 2,70 | 2,67 | 1,40 | 2,80 | 150-130 |
| Вулканический туф | 2,70 | 1,40 | 52,00 | 0,50 | 30,40 |
| Кирпич обыкновенный | 2,65 | 1,80 | 32,00 | 0,75 | 7,5-30 |
| Кирпич пустот. | 2,65 | 1,30 | 51,0 | 0,50 | 7,5-25 |
| Стекло | 2,60 | 26,00 | 0,80 | ||
| Пеностекло | 2,60 | 0,30 | 88,00 | 0,11 | - |
| Сосна (вдоль волокон) | 1,53 | 0,50 | 67,00 | 0,17 | 30-40 |
| Стеклопластик | 2,00 | 2,00 | 0,50 | 300-500 | |
| Пенопласт | 1,07 | 0,20 | 90,0 | 0,03 | 0,4 |
Пикнометр представляет собой стеклянную колбу с узким длинным горлом, расширяющимся в средней части. Выше и ниже расширяющейся части нанесены риски, между которыми обозначен объём. Пикнометр наполняют жидкостью, инертной по отношению к исследуемому материалу, до нижней отметки. Взвешивают на стеклянной пластинке 100г измельченного, высушенного материала и небольшими порциями осторожно высыпают в прибор до тех пор, пока уровень жидкости не достигнет верхней риски. Остаток исследуемого материала взвешивают.
Истинную плотность определяют с точностью до 0.01 г/см3 как среднее арифметическое по формуле
ρ = m – m1 / Va,
где ρ- истинная плотность материала в г/см3; кг/м3;
m - масса материала до опыта в г; кг;
m1-масса материала после опыта в г; кг;
Va.- абсолютный объём материала равный объёму вытесненной
жидкости, в см3; м3.
Рис.1.1. Колба Ле Шателье Кадло
Расхождение между результатами двух определений истинной плотности не должно быть больше 0,02 г/см3. В случаях больших расхождений производят третье определение и вычисляют среднее арифметическое двух ближайших значений. Результаты испытания заносят в табл. 1.2.
Таблица 1.2.
Результаты определения плотности
| Наименование материала | Навеска порошка, г | Остаток навески после опыта, г | Масса порошка в объёмометре, г | Истинная плотность материала, г/см 
|
|
|
|
1.1.2. Определение средней плотности
Средняя плотность ρо - это масса единицы объёма материала в естественном состоянии
ρо = m / Ve,
где ρо - средняя плотность в г/см3; кг/м3;
m - масса материала в г; кг;
Ve - объём в естественном состоянии в см3, м3.
Большинство строительных материалов имеют поры. Чем их больше в единице объёма материала, тем меньше его средняя плотность, от средней плотности материала в значительной мере зависят его физико-механические свойства, например: прочность, теплопроводность. Значение средней плотности используется для определения пористости, массы и размеров строительных конструкций. При определении средней плотности можно использовать образцы как правильной, так и не правильной геометрической формы. От формы образца зависит метод определения плотности.
Приборы: штангенциркуль, линейка, объёмомер или весы Архимеда, стандартная воронка, аналитические весы.
Материалы: строительные материалы трех видов: правильной, неправильной геометрической формы и сыпучий.
1.1.2.1. Определение средней плотности на образцах правильной геометрической формы
Берется образец, имеющий форму куба и каждая грань измеряется в трех местах, как показано на рис. 1.2.
Рис.1.2. Измерение образца правильной кубической формы
За окончательный размер каждой грани принимают среднее арифметическое трех измерений. Обмер производят с точностью до 0,1 мм.
Объем образца цилиндрической формы определяют замером двух взаимно перпендикулярных диаметров. Кроме того, нужно измерить величину диаметров по середине высоты цилиндров. Высоту образца измеряют в точках пересечения диаметров с окружностью как показано на рис.1.3.
Рис.1.3.Измерение образца цилиндрической формы
После определения объёма, определяют массу образца на весах с точностью до 0,01 г, если образец весом более 100г. Если масса образца менее 100 г определяют с точностью до 0,001г.
Среднюю плотность образца определяют
ρо = m / Ve,
где ρо - средняя плотность вещества г/см3, кг/м3;
m - масса образца г, кг;
Vе - объём образца см3, м3.
Объём образца цилиндрической формы определяют
Ve = π d 2 h / 4,
Результаты испытания заносят в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Результаты определения средней плотности
| Наимено-вание материала | Форма образца | Размеры образца, см |
Объём образца, см
| Масса образца, г. | Средняя плотность | |||
| шири-на | диа-метр | высо-та | г/см
| кг/м
| ||||
1.1.2.2. Определение средней плотности на образцах неправильной геометрической формы
Для определения средней плотности образцов неправильной геометрической формы пользуются методом парафинирования.
Для этого берут образец неправильной формы, предварительно высушенный, взвешивают на технических весах. Затем образец с помощью кисти покрывают тонким слоем парафина и производят повторное взвешивание на технических весах уже с парафином. Только после этого взвешивают на гидростатических весах (рис.1.4).
 |
Рис.1.4. Гидростатические весы
Среднюю плотность вещества вычисляют по формуле
ρo = m / V1 - Vп,
где m - масса образца в сухом состоянии, г;
V1 - объем образца с парафином, см3;
Vп - объем парафина, см3;
ρо - средняя плотность, г/см3.
Vп = m1 – m / ρп ,
где m - масса образца без парафина, г;
m1 - масса образца с парафином на воздухе, г;
ρп - плотность парафина - 0,93 г/см3.
V1 = m1 – m2 / ρв,
где m2 - масса образца с парафином в воде, г;
ρв - плотность воды - 1,0 г/см3;
Результаты испытания заносят в табл. 1.4.
Таблица 1.4
Результаты определения средней плотности
| Материал | Масса образца, г | Потери массы в воде или объем образца, см3 | Средняя плотность | |||
| в сухом состоянии на воздухе, г | парафи-нирова-нного образца на воздухе, г | парафи-нирова- нного образца в воде, г | г/см3 | кг/м3 | ||
1.1.3. Определение насыпной плотности
сыпучих материалов
Насыпная плотность ρн - отношение массы зернистых или порошковых материалов к занимаемому ими объему, включая пространство между частицами.
Мерный сосуд взвешивают и ставят под воронку рис.1.5. В воронку насыпают исследуемый материал. Открыв затвор воронки, заполняют сосуд до образования верхушки, которую срезают линейкой и взвешивают сосуд с материалом. Насыпную плотность определяют как среднее арифметическое из трех измерений по формуле
ρн = m1 – m2/ V,
где m1 - масса мерного сосуда с материалом, кг;
m2 - масса мерного сосуда, кг;
V - объем мерного сосуда, м3.
 |
Рис.1.5. Воронка для определения насыпной плотности
Результаты испытания заносят в табл.1.5.
Таблица 1.5
Результаты определления насыпной плотности
| Материал | Масса, г | Объём материала, см3 | Насыпная плотность, г/см3 | ||
| Мерного сосуда | материала с сосудом | материала | |||
1.1.4. Определение пористости
Пористость - степень заполнения объема материала порами. Пористость выражается чаще всего в процентах от объема материала.
Прямой метод определения пористости основан на замещении порового пространства в материале сжиженым гелием или другой средой и используется в научных исследованиях. Эксперементально- расчетный метод определения пористости используется найдеными вышеописаными способами значения истинной и средней плотности. Пористость определяется по формуле
П = (1 - ρ0/ ρ) 100%,
где П - пористость, %;
ρ0 - средняя плотность, г/см 3;
ρ - истинная плотность, г/см3.
1.1.5. Определение теплопроводности
Теплопроводностью называют свойство материала передавать тепло от одной поверхности к другой. Это свойство является главным как для большой группы теплоизоляционных материалов, так и для материалов, применяемых для устройства наружных стен и покрытий зданий. Теплопроводность воздуха λ =0,023 Вт/м град, что значительно меньше, чем у твердого вещества, из которого состоит каркас строительного материала. Поэтому увеличение пористости материала является основным способом уменьшения теплопроводности. Показателем теплопроводности материала служит коофициент теплопроводности, который зависит от его пористости и может быть выражен эмперической формулой профессора В.Н. Некрасова
λ =1,16 
-0,16,
где λ - коэффициент теплопроводности;
ρ0 - средняя плотность, г/см3.
Механические свойства
1.2.1. Определения прочности при сжатии и изгибе
Прочность материала характеризуется пределом прочности - максимальным напряжением, соответствующим нагрузке, вызывающей разрушение образца.
Приборы: гидравлический пресс, линейка.
Материалы: бетон, раствор в виде образцов правильной формы (куб, цилиндр, параллелепипед) - для определение прочности на сжатие;
балочки 4х4х16 см - для определения прочности на изгиб.
1.2.1.1. Определение предела прочности при сжатии
Методика определения: замеряют поперечные размеры образца, а затем подвергают его на прессе разрушению под действием сжимающих сил.
Величина предела прочности при сжатии Rсж вычисляют в кгс/см2 или МПа поформуле
Rсж = P / F = n . Fп / F,
где P - величина разрушающей нагрузки, кгс;
F - площадь поперечного сечения, см2;
n - показания манометра, кгс;
Fп - площадь поршня, см2 .
Результаты испытания заносят в табл. 1.6.
Таблица 1.6
Показатели прочности
| Мате- риал | Размеры образца, См | Пло-щадь попе-речного сечения, см2 | Пока-зания мано-метра | Пло- щадь порш-ня, см2 | Разру-шаю-щая нагрузка, кгс | Предел проч-ности при сжатии кгс/см2 (МПа) | ||
| 1 сто-ро- на | сто-ро- на | диа-метр | ||||||
1.2.1.2. Определение предела прочности при изгибе
Предел прочности при изгибе Rизг - определяют путем испытания образца материала в виде балочек на двух опорах
Rизг= 3 Р l1/ 2 b h2,
где Р - разрушающая нагрузка, кгс;
l 1 - расстояние между опорами = 20 см;
b - ширина, см;
h - высота, см;
R - предел прочности при изгибе, в кгс/см 2, МПа.
1.2.3. Определение истираемости
Истираемостью называют способность материала уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих сил.
Приборы: круг истирания ЛКИ, технические весы, разновесы, линейка.
Образец испытуемого материала взвешивают на весах с точностью до 0,01 г. Взвешенный образец устанавливают в обойму круга и прижимают к поверхности круга (рис. 1.5.). Площадь образца, подвергающаяся истиранию, должна полностью совпадать с горизонтальной поверхностью круга. Затем круг прибора приводят в движение. Во время вращения круга, под образец, периодически подсыпают мелкий кварцевый песок.
Один цикл истирания равен 150 метрам пути.
Степень истираемости материала устанавливается по формуле
И = m – m1 / F,
где m - масса образца до истирания, г;
m1 - масса образца после истирания, г;
F - площадь истирания, см;
И - истираемость, г/см2.
Результаты испытания заносят в табл. 1.7.
Таблица 1.7
Результаты определения степени истираемости
| № | Наименование материала | Число оборотов, n или пройден-ный путь, м | Масса мате- риала до исти-рания, г | Масса мате-риала после исти-рания, г | Пло-щадь исти-рания, см2 | Исти-раемость, г/см2 |
Рис.1.5. Круг истирания типа ЛКИ-3
1 - истирающий диск; 2 - испытываемые образцы; 3 - нагружающее устройство; 4 - счетчик оборотов
Вопросы для самоподготовки
1. Что такое средняя плотность? Напишите формулу и размерность.
2. Истинная плотность материала. Формула для определения.
3. Что такое гигроскопичность.
4. Водопоглощение и способы его определения.
5. Влияние влажности на свойства материала.
6. Что такое пористость и как она выражается?
7. Свойства строительных материалов зависящих от пористости.
8. Морозостойкость материала, способы ее определения.
9. Влияние пористости и характера пор на морозостойкость.
10. Водонепроницаемость. Как она определяется?
11.Что такое теплопроводность материала? Напишите формулу для определения теплопроводности.
12. Какое влияние на теплопроводность оказывает структура пор и температура.
13. Огнеупорность. Различие строительных материалов по степени огнеупорности.
14. Огнестойкость. Различие строительных материалов по степени огнестойкости.
15. Дайте определение прочности материала.
16. Факторы, влияющие на прочность материала.
17. Что такое коэффициент размягчения и как он выражается?
18. Твердость материала, её определение.
19. Что такое газонепроницаемость? Для каких материалов это свойство важно.
ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Природным каменным материалом или горной породой называют минеральную массу, состоящую из одного (мономинеральная) или нескольких (полиминеральная) минералов. Минералом называют природное тело однородное: по химическому составу и физико-механическим свойствам, образующимся в результате физико-химических процессов, совершающихся в земной коре.
В зависимости от условий образования горные породы подразделяются на три вида: первичные или магматические; вторичные или осадочные; видоизменённые или метаморфические.
Первичные или магматические породы образовались из магмы, излившейся из глубины земли и затвердевшей. Эти породы делятся на глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные). Глубинные образовались в результате остывания магмы на большой глубине от поверхности земли в условиях высокой температуры и высокого давления. Излившиеся породы образовались в результате остывания магмы на поверхности земли (новейшие) или близко к поверхности (древние).
Вторичные или осадочные породы образовались в результате выветривания других ранее образовавшихся пород (обломочные), от остатков организмов (органогенные) и от осаждения солей из водных растворов (химические).
Видоизменённые или метаморфические породы образовались в результате глубоких изменений (перекристаллизации) магматических и осадочных пород под воздействием высоких температур и больших давлений.
|
|
|
