Испытание теплоизоляционных материалов.

1.Цель работы: Углубление знаний по исследованию теплоизоляционных материалов, применяемых в современном строительном производстве.

2.Теоретическое обоснование. Теплоизоляционные материалы применяют с целью уменьшения теплопотерь. Они характеризуются высокопористым строением и, как следствие этого, малой плотностью (не более 600 кг/м³), низким коэффициентом теплопроводности (не более 0.17 Вт/(м * °С)).

По виду исходного сырья теплоизоляционные материалы можно разделить на две группы: органические, состоящие, как правило, из различных растительных (реже из животных) волокон (древесноволокнистые и торфяные плиты, войлок, шевелин, камышит, фибролит и др.); неорганические, получаемые из минерального сырья (минеральная вата, стеклянное волокно, материалы на основе асбеста, ячеистые бетоны и др.). При испытании теплоизоляционных материалов различных видов определяют как общие свойства (плотность, коэффициент теплопроводности, прочность, влажность), так и специфические, присущие только данному материалу (набухание древесноволокнистых плит или содержание корольков в минеральной вате). В строительстве применяется большое разнообразие теплоизоляционных материалов и изделий.

3. Приборы и материалы.

3.1 Металлическая рулетка. 3.2 Штангенциркуль.

3.3 Технические весы, разновесы. 3.4 Сушильный шкаф.

3.5 Сосуд с водой. 3.6 Фильтровальная бумага или сухая тряпка.

3.7 Гидравлический пресс. 3.8 Цилиндрические опоры (3шт)

3.9 Образцы древесноволокнистых плит различных размеров.

4. Программа работы.

4.1 Проверка внешнего вида и размеров.

4.2 Определение влажности.

4.3 Определение плотности.

4.4 Определение водопоглощения и набухания.

4.5 Определение предела прочности при изгибе.

5.Методика проведения работы.

5.1 Проверка внешнего вида и размеров ДВП

Для проверки качества ДВП от каждой партии отбирают образцы в кол-ве 5% и подвергают их поштучному осмотру и обмеру. Кроме того, отбирают по 3 плиты для определения физико-механических свойств. Длину и ширину плит проверяют металлическим измерительным инструментом с точностью до 1мм, а толщину - микрометром с точностью до 0.1 мм на расстоянии не менее 100 мм от кромки плиты в шести точках: в двух точках каждой длинной стороны плиты (расстояние между точками замера - 1/3 длины), и по одной точке (средина) на короткой стороне. Окончательное значение - среднее арифметическое значение шести определений. Размеры древесноволокнистых плит приведены в таблице 1.

Таблица 1. Размеры древесноволокнистых плит.

Наименование	Номинальные размеры
и марка плит	Длина	Ширина	Толщина
Сверхтвердые СТ-500	2050; 1200	1220; 1200; 1000	5; 6
Твердые
Т -400
Т - 350	2700; 2500	1220; 1800	2.5; 3.2
Полутвердые ПТ - 100	5500; 3600	3000; 2140; 1830; 1700	6; 8; 12
Мягкие
М - 20	1800; 1600; 1200		8; 12
М - 12		1700; 1220
М - 4	3000; 2700

В древесноволокнистых плитах допускаемые отклонения от размеров не должны превышать, мм:

По длине ± 5 мм

По ширине ± 3 мм

По толщине

в сверхтвердых и твердых ± 3 мм

в полутвердых и мягких М - 20 ± 7 мм

в мягких М-4 и М-12 ± 1мм

Плиты должны иметь правильную прямоугольную форму с параллельными кромками. На кромках плит не допускаются повреждения в виде отбитых или смятых углов. Лицевая поверхность твердых отделочных плит

 

должна быть гладкой и не иметь масляных пятен, лицевая поверхность остальных плит может иметь следы сетки.

Определение физико-механических свойств. Для определения физико-механических свойств из каждой отобранной плиты вырезают образцы, номера, и размеры которых приведены на рис.1.

 

 

5.2 Определение влажности выполняют на образцах размером 100 * 100 мм, каждый из которых в отдельности взвешивают с точностью до 0.1 г, а затем помещают в сушильный шкаф, где высушивают до постоянной массы при температуре 103 ± 2°С. Масса образца при сушке считается постоянной, если разность между двумя последними взвешиваниями, проведенными через 6 часов, не превышает 0.1% массы испытываемого образца. Высушенные образцы помещают в эксикатор для охлаждения до температуры воздуха в помещении, а затем быстро взвешивают их, во избежании повышения влажности. Содержание влаги в плите определяют по ранее приведенной формуле, как среднее арифметическое результатов испытания трех образцов.

5.3 Определение плотности производят на 8 образцах размером 100 * 100 мм, которые высушивают по приведенной выше методике, а затем, охладив, взвешивают и измеряют их линейные размеры. Длину и ширину измеряют в двух местах параллельно его кромкам и принимают как среднее арифметическое двух измерений. Толщину образца измеряют в четырех точках и принимают как среднее арифметическое четырех измерений. Объем образца вычисляют с точностью до 0.1 см³. Плотность каждого образца вычисляют по приведенной ранее формуле и принимают как среднее арифметическое результатов испытаний восьми образцов.

5.4 Определение водопоглощения и набухания по толщине производят на одних и тех же восьми образцах. Образцы, после кондиционирования в установке (температура - 20 ± 2°С; относительная влажность воздуха 65 ± 5°С), взвешиваются и измеряются с точностью до 0.1 мм. Затем их помещают в сосуд с водой при температуре 20°С. В сосуд образцы укладывают вертикально, при этом они не должны соприкасаться друг с другом, со стенками и дном резервуара и должны находиться на 20 мм ниже уровня поверхности воды. Чтобы образцы не всплыли на них сверху накладывают груз. Время выдержки - 2ч для мягких, полутвердых плит, 24 ч - для твердых и сверхтвердых. После извлечения из воды укладывают в горизонтальном положении по 4 шт. в пачки, а между ними фильтровальная бумага, для удаления воды с поверхности. На каждую пачку кладут квадратную плиту (груз). В таком положении выдерживают 30 сек, затем груз снимают и удаляют фильтровальную бумагу. Не позднее чем через 10 мин после извлечения образцов из воды их взвешивают вторично и измеряют толщину в тех же точках. Водопоглощение каждого образца определяют по ранее приведенной формуле, а общее вычисляют с точностью до 0.1%, как среднее арифметическое из восьми образцов. При определении набухания толщину образца измеряют штангенциркулем в четырех точках посредине каждой стороны образца. Конечный результат вычисляют как среднее арифметическое четырех указанных измерений.

 

Значение набухания, %, определяют по формуле:

где h₁ и h - толщина образца после и до погружения, мм.

Значение набухания плиты вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний восьми образцов.

5.5 Определение предела прочности при изгибе производят на образцах размером (25h+50)*75 мм, где h - толщина плиты, мм. У подлежащих испытанию восьми образцов после кондиционирования измеряют ширину и толщину с точностью до 0.1 мм. Ширину образца измеряют по его поперечной оси, а толщину в трех точках, расположенных на его продольной оси, из которых одна в центре, а две другие расположены на расстоянии 15 мм от кромок. За толщину образца принимают среднее арифметическое измерение в трех точках.

Для проведения данного определения применяют испытательное устройство, состоящее из двух параллельных опор с цилиндрической поверхностью. Опоры можно перемещать в горизонтальной плоскости и в плоскости ножа с цилиндрической поверхностью, расположенного параллельно опорам в вертикальной плоскости на равном расстоянии от них и имеющего возможность перемещения в той же плоскости. Длина опор ножа должна превышать ширину образца не менее чем на 5 мм.

Диаметр цилиндрической части опор и ножа должен быть равен: 15 ± 0.5; 30 ± 0.5; 50 ± 0.5 для образцов соответственно менее 7; 7 ¸ 20 и более 20 мм. Расстояние между центрами опор испытательного устройства устанавливают равным 25-кратной номинальной толщине испытываемых плит, с погрешностью не более 1 мм.

Образец устанавливают на опоры испытательного устройства так, чтобы продольная ось образца была перпендикулярна опорам, а поперечная параллельна оси ножа. Испытания проводят на двух группах образцов, соответствующих продольному и поперечному направлениям плиты.

В пределах каждой группы одну половину образцов (4 шт.) испытывают, укладывая на опоры испытательного устройства сетчатой стороной вверх, а другую половину - вниз. Включив машину, передают нагрузку Р через нож устройства н а испытываемый образец с постоянной скоростью (30 ± 3 мм/мин) до разрушения образца с точностью до 1Н фиксируют максимальную нагрузку. Предел прочности при изгибе образца, МПа, определяют по формуле:

R =3* Р_раз / l * (2bh²),

где Р_раз - сила нагружения, действующая на образец в момент разрушения, Н;

l - расстояние между центрами опор, мм;

b и h -ширина и толщина образца, мм.

Предел прочности при изгибе для каждого образца вычисляют с точностью до 0.5 МПа. Предел прочности плиты при изгибе вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний восьми образцов.

Таблица 2. Физико-механические свойства ДВП

Показатели	Нормы для марок
	СТ_500	Т-400	Т-350	ПТ-100	М-20	М-12	М-4
Плотность кг/м^3, не менее	не менее 950	не менее	не менее	400-800	не более	не более	не более
Влажность, %	8 ± 2	8 ± 2	8 ± 2	не более 12	не более 12	не более 12	не более 12
Водопоглощение за 2 ч, % не, более	-	-	-	-
Водопоглощение за 24 ч, % не, более					-	-	-
Набухание за 24 ч, %, не более					-	-	-
Предел прочности при изгибе, кгс/см^2
Предел прочности при изгибе, МПа						1.2	0.4
Коэф. теплопроводности, Вт/(м*°С)	-	-	-	-	0.093	0.071	0.055

 

Содержание отчета.

6.1 Наименование работы.

6.2 Цель работы.

6.3 Приборы и материалы.

6.4 Ход работы.

6.5 Вывод.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №23

Испытание минеральной ваты.

1.Цель работы: Углубление знаний по исследованию теплоизоляционных материалов, применяемых в современном строительном производстве.

2.Теоретическое обоснование. Минеральная вата рыхлый материал, состоящий из хаотически расположенных тонких стекловидных волокон, получаемых из расплава горных пород (доломитов, известняка и др.) и металлургических шлаков. Ее применяют для теплоизоляции в виде сырой волокнистой массы или в виде различных изделий из нее: минераловатных прошивных матов, минераловатных плит и др. Для испытания минеральной ваты из пяти мест отбирают пробы по 0.5 кг каждая.

3. Приборы и материалы.

3.1 Пять проб минеральной ваты по 0.5 кг.

3.2 Сушильный шкаф.

3.3 Технические весы с разновесами.

3.4 Прибор для определения плотности минваты.

3.5 Прибор для определения содержания в минвате корольков.

3.6 Микроскоп с увеличением в 450 ¸ 600 раз.

4. Программа работы.

4.1 Определение влажности минваты.

4.2 Определение плотности.

4.3 Определение содержания корольков.

4.4 Определение диаметра волокон.

5.Методика проведения работы.

5.1 Определение влажности минеральной ваты начинают с того, что от пяти проб берут три навески массой 10 г каждая. Навеску ваты m высушивают в сушильном шкафу при температуре 105 ¸ 110°С до постоянной массы m₁. Взвешивание производят с точностью до 0.01 г. Влажность навески (%) вычисляют по формуле:

где m - первоначальная масса навески, г.; m₁ - масса сухой навески, г.

Влажность ваты данной партии вычисляют как среднее арифметическое 15 определений. Она не должна превышать 2%. В условиях учебной лаборатории можно ограничиться тремя определениями.

5.2 Плотность минеральной ваты определяют с помощью прибора. Навеску ваты в 0.5 кг укладывают горизонтальными слоями в металлический цилиндр. Сверху на вату опускают металлический диск массой 7 кг, что соответствует давлению 2 кПа (0,02кгс/см²). Вату выдерживают под нагрузкой в течении 5 мин. Высоту сжатого слоя ваты в цилиндре определяют по шкале, находящейся на стержне. Плотность ваты вычисляют с точностью до 10 кг/м³.

P_m = m / [V * (1 + 0/01 * W)],

где m - масса ваты (равна 0.5 кг); V - объем ваты, находящейся под нагрузкой, м³; W - влажность ваты, %.

Плотность ваты вычисляют как среднее арифметическое пяти определений. В зависимости от значения плотности минеральную вату подразделяют на три марки: 75, 100 и 125.

5.3 Содержание «корольков», т.е. шаровидных и грушевидных включений размером свыше 0.25 мм, которые увеличивают плотность минеральной ваты и коэффициент теплопроводности, определяют следующим образом. Минеральную вату отбирают по одной навеске массой 50 г из любых пяти упакованных мест. Каждую пробу взвешивают с точностью до 1 г, а затем прокаливают в муфельной печи при температуре 700 ¸ 800°С в течении 30 минут. После охлаждения навеску помещают в специальный прибор, представляющий собой вращающийся вокруг горизонтальной оси цилиндр с отверстиями в стенке, заключенный в металлический кожух и снабженный приемником для сбора «корольков». Включают прибор на 15 мин, при вращении цилиндра часть ваты гранулируется (скатывается в комочки) и остается в цилиндре прибора. Другая часть в виде измельченных волокон и «корольков» проходит через отверстия в стенке цилиндра и собирается в приемнике. Измельченные волокна из приемника удаляют струей воздуха, а «корольки» выгружают и просеивают через сито с отверстиями 0.25 мм. Остаток на сите взвешивают с точностью до 0.1 г. Масса остатка «корольков» на сите представляет собой содержание в навеске ваты «корольков» размером более 0.25 мм, которое вычисляют в %. Содержание корольков в минеральной вате данной партии определяют как среднее арифметическое пяти определений.

 

 

5.4 Определение диаметра волокон минеральной ваты выполняют с помощью микроскопа с увеличением 450 ¸ 600 раз. Он позволяет получать различное увеличение, т.к. в комплекте имеется набор объективов и окуляров. Комбинируя их номера можно получать необходимую степень увеличения. Для определения линейных размеров предметов, рассматриваемых с помощью микроскопа, в окуляр вкладывается линза с делениями (линеечка). Сравнивая размеры исследуемого предмета с делениями этой линеечки, определяют размеры.

Для определения диаметра волокна сначала уточняют цену деления линеечки. Каждый микроскоп для этого снабжен приспособлением, называемым объект-микрометр. Его устанавливают в зажимы предметного столика микроскопа. Добившись регулировочными винтами отчетливого изображения делений объект-микрометра и линеечки окуляра, наложенных друг на друга, на условном интервале, границы которого определяют совпадением делений объект-микрометра и линеечки, подсчитывают кол-во делений объект-микрометра N и линеечки n. Цена делений линеечки (мкм)

I = 0/01 * N * 1000 / n

После этого от каждого из 5 упаковочных мест из различных частей берут по 4 навески ваты массой около 1 г. Их перемешивают в общую навеску и делят на 10 примерно равных частей. Каждую часть помещают на предметное стекло микроскопа и закрепляют на нем каплей иммерсионной жидкости. Вату разравнивают иглой, укладывая ее тонким слоем, и, пользуясь окуляром определяют диаметр 10 волокон. Средний диаметр волокон вычисляют как среднее арифметическое 100 определений. Этот показатель имеет большое значение: чем тоньше волокна, тем выше качество ваты, характеризуемое меньшим коэффициентом теплопроводности и меньшей плотностью.

Таблица 1

Показатели	Нормы для ваты марок
Плотность под удельной нагрузкой 2кПа, не более
Содержание «корольков» размер свыше 0.25мм, %, не более
Коэффициент теплопроводности Вт/(м*°) при средней температуре, °С, не более
25 ±5	0.042	0.044	0.047
	0.058	0.058	0.060
	0.107	0.102	0.105
Средний диаметр волокон, мкм, не более
Влажность, %, не более
Содержание серы, %, не более

 

Содержание отчета.

6.1 Наименование работы.

6.2 Цель работы.

6.3 Приборы и материалы.

6.4 Ход работы.

6.5 Вывод.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №24