Визначення відносної густини

Відносна густина (d) – це відношення середньої густини матеріалу до густини стандартної речовини, що розраховується за формулою:

(1.4)

У будівельному матеріалознавстві як стандартну речовину найчастіше використовують воду, густина якої дорівнює 1,0 г/см³. Відносна густина матеріалу є безрозмірною величиною.

 

 

Визначення пористості та пустотності

Пористість (П) – це ступінь заповнення матеріалу повітряними включеннями у вигляді пор. Найчастіше визначають істинну, або загальну, пористість. Істинна пористість (П_і) – це відношення об'єму всіх пор (відкритих і закритих) до загального об'єму матеріалу. Її вимірюють у відсотках і визначають розрахунковим способом за формулою:

(1.5)

де ρ - істинна густина матеріалу, г/см³;

ρ_m - середня густина матеріалу, г/см³.

Пустотність (V_n) характеризується наявністю порожнин у будівельних виробах або між зернами в сипких матеріалах. Наприклад, пустотність піску визначають за вище наведеною формулою, але замість середньої густини потрібно брати насипну густину ρ_m^нас піску.

Визначення водопоглинання

Водопоглинання – це властивість матеріалу вбирати й утримувати воду. Визначають водопоглинання за масою та за об’ємом (у відсотках), як відношення маси або об’єму поглинутої зразком матеріалу води відповідно до маси сухого зразка або його об’єму у природному стані.

Для визначення водопоглинання зразок матеріалу висушують до постійної маси, знаходять його розміри (для зразків правильної геометричної форми), зважують, обчислюють об’єм, занурюють у посудину з водою і витримують у воді до повного насичення нею (поки приріст маси не стане менше 0,1% від початкової маси). Тривалість водонасичення для різних матеріалів встановлюється відповідними нормативними документами.

Насичений водою зразок виймають із води і зважують. Масу води, яка витекла на шальку ваг, включають у масу зразка, насиченого водою.

Водопоглинання зразка (Wi) у відсотках обчислюють за формулами:

за масою: %, (1.6)

за об’ємом: %, (1.7)

де m_в - маса зразка, насиченого водою, г;

m_с - маса зразка, висушеного до постійної маси, г;

V - об’єм зразка у природному стані, см³;

- густина води, яка приймається рівною 1 г/см³.

Визначення теплопровідності

Теплопровідність – це здатність матеріалу передавати теплоту від однієї поверхні до іншої за наявності різниці температур на цих поверхнях. Вона характеризується коефіцієнтом теплопровідності λ і вимірюється у Вт/(м·К).

Коефіцієнт теплопровідності – кількість теплоти, що передається через зразок матеріалу завтовшки 1 м, площею 1 м² за 1 секунду при різниці температур на протилежних сторонах зразка в один градус.

Коефіцієнт теплопровідності може бути орієнтовно визначений за емпіричною формулою проф. В.П.Некрасова для матеріалів мінерального походження з природною вологістю до 7%:

λ= , (1.8)

де d - відносна густина матеріалу (див. формулу 1.4).

Визначення міцності

Міцність – це здатність матеріалу чинити опір руйнуванню від внутрішніх напружень, що виникають під дією різних зовнішніх навантажень. В процесі експлуатації будівель і споруд конструкції в них зазнають різних напружень – стиску, згину, розтягу, кручень, сколювань тощо.

Міцність оцінюють границею міцностіR, яка дорівнює максимальному напруженню від дії навантаження, що виникає в матеріалі в момент його руйнування і вимірюється в мегапаскалях (МПа).

Методи визначення міцності

Границю міцності при стиску визначають випробуванням на гідравлічних, механічних або гідромеханічних пресах (фото1.4) зразків, форма, розмір і кількість яких є стандартними для відповідних матеріалів. З цією метою використовують зразки правильної геометричної форми (куби, циліндри, призми).

Границю міцності при стиску R_ст, МПа (кгс/см²), обчислюють за формулою:

, (1.9)

де P - руйнівне навантаження (сила), МН (кгс);

F - площа поперечного перерізу зразка до випробування, м² (см²).

Руйнівну силу визначають безпосередньо на силовимірювачі преса. Площу поперечного перерізу зразка F, см², визначають за результатами вимірювання лінійних розмірів зразків, яке проводять перед випробуванням.

Рис 1.4. Прес для визначення міцності

Для визначення міцності при стиску мінеральних в’яжучих речовин (портландцементу, гіпсових в’яжучих тощо) використовують половинки стандартно виготовлених зразків-балочок розмірами 4x4x16 см, що залишаються після випробування міцності при згині. При випробуванні таких зразків застосовують спеціальні металеві пластинки площею 25 см^2 (рис 1.5).

 

Рис. 1.5. Розташування зразка (половинки балочки) при визначенні міцності при стиску: 1, 3- нижня та верхня плита пресу, 2 – металеві пластинки, 4 – зразок матеріалу

 

Для порівняльної оцінки ефективності різних матеріалів використовують коефіцієнт конструктивної якості К_к.я., МПа, який характеризується відношенням границі міцності при стиску (або розтягу) до відносної густини і розраховується за формулою:

, (1.10)

де R_ст - границя міцності при стиску, МПа;

d - відносна густина матеріалу (безрозмірна величина, див. формулу 1.4).

Найбільш ефективними є матеріали, які є легкими та міцними. Наприклад, усереднені значення К_к.я., МПа, становлять: для цегли – 11, важкого бетону – 21, сталі – 52, сосни – 95, СВАМ (скловолокнистий анізотропний матеріал) - різновиду склопластику - 225.

Границю міцності при згині визначають за допомогою пресів або універсальних випробувальних машин типу “МИИ-100” (фото 1.6). Для цього використовують зразки матеріалів у вигляді призм квадратного або прямокутного перерізу з розмірами, встановленими відповідними стандартами, а також натурні зразки (цегла, черепиця тощо), розташовуючи їх на двох опорах.

Визначаючи міцність при згині стандартних зразків-балочок розмірами 4x4x16 см на універсальних машинах типу “МИИ-100” границю міцності R_зг фіксують за показником лічильника у кгс/см², а потім перераховують отримане значення у МПа.

 

Рис.1.6. Випробувальна машина “МИИ-100” для визначення границі міцності при згині

Визначення водостійкості

Водостійкість – це здатність матеріалу зберігати фізико-механічні властивості у насиченому водою стані.

Показником водостійкості є коефіцієнт розм’якшення (або водостійкості), який обчислюють за формулою

, (1.9)

де R_н - міцність матеріалу у водонасиченому стані, МПа;

R_с - міцність матеріалу у сухому стані, МПа.

Коефіцієнт розм’якшення є безрозмірною величиною. Водостійкими вважаються матеріали з коефіцієнтом розм’якшення не менше ніж 0,8.