Т.М. Федотова Физико-механические свойства материалов

1

1. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Определение основных физических и механических свойств различных материалов. Время выполнения работы 2 часа.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Истинная плотность – единица массы в единице абсолютного объема. Абсолютный объем материала – это объем без учета пор, пустот, включений другого материала.

где ρ − истинная плотность материала, г/см3; m – масса материала, г; Vабс – объем материала в плотном состоянии, без пор и пустот, см3.

Средняя плотность – отношение массы материала ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем пустоты и поры.

где ρ 0 − средняя плотность материала, г/см3; m – масса материала в воз- душно-сухом состоянии, г; Vест – объем материала в естественном состоянии, см3.

Для сыпучих зернистых материалов определяют насыпную плотность – отношение массы материала в виде порошка ко всему занимаемому им объему, включая и пространство между частицами.

Пористость – степень заполнения объема материала порами. По величине воздушных пор материалы разделяют на мелкопористые (поры имеют размеры в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупнопористые (размеры пор от десятых долей миллиметра до 1-2 мм).

С пористостью связаны такие важные свойства, как прочность, водопоглощение, водонепроницаемость, теплопроводность, морозостойкость, звукопроницаемость.

Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах: от 0 (сталь, стекло) до 90 % (плиты из минеральной ваты).

2

Различают общую, открытую и закрытую пористость.

где П – общая пористость материала, %; ρ 0 − средняя плотность материала, г/см3; ρ − истинная плотность материала, г/см3.

Открытой называется пористость доступная для воды.

где П0 – открытая пористость материала, %; mн – масса материала в насыщенном водой состоянии, г; mс – масса материала в сухом состоянии, г; Vест – объем материала в естественном состоянии, см3; ρ H 2O − плот-

ность воды, г/см3.

Закрытой называется пористость, не доступная для воды.

где Пз – пористость закрытая, %; П – пористость общая, %; П0 – пористость открытая, %.

Прочность – способность материала выдерживать внутренние напряжения, возникающие от внешней нагрузки. Прочность характеризуется маркой материала по прочности и пределом прочности материала. Пределом прочности называются максимальные внутренние напряжения, возникающие в материале, при которых происходит его разрушение.

где Rсж – предел прочности материала на сжатие, кг/см2; Pразр – внешняя разрушающая нагрузка, кг; S – площадь передачи нагрузки, см2.

По пределу прочности на сжатие устанавливают марку материала по прочности. Маркой материала называются внутренние напряжения,

3

которые материал выдерживает не разрушаясь. Например: М50 – материал выдерживает внутренние напряжения 50 кг/см2 не разрушаясь.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТИННОЙ ПЛОТНОСТИ МАТЕРИАЛА ПРИ ПОМОЩИ ПИКНОМЕТРА

3.1. Оборудование и материалы

Технические весы, пикнометр, молотый кирпич, вода.

3.2. Порядок выполнения опыта

Взвешивают чистый высушенный пикнометр. Приготовленную навеску всыпают в пикнометр, заполняя его примерно на одну треть. Взвешивают пикнометр с навеской. Определяют массу навески (m1). Наливают в пикнометр с навеской воду не более чем наполовину объема. Затем удаляют из суспензии пузырьки воздуха. Для этого пикнометр с суспензией встряхивают несколько раз в горизонтальной плоскости. Доливают жидкость до метки и взвешивают (m2). Затем освобождают его от суспензии, промывают и снова заполняют водой до метки, после чего вновь взвешивают (m3).

3.3. Обработка результатов

Истинную плотность материала определяют с точностью до 0,01 г/см3 как среднее арифметическое значение трех измерений по формуле

где m1 – масса навески порошка, г; m2 – масса пикнометра с суспензией, г; m3 – масса пикнометра с водой, г.

Результаты измерений заносят в табл. 3.1.

4

Таблица 3.1

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ НА ОБРАЗЦАХ ПРАВИЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

4.1. Оборудование и материалы

Технические весы, штангенциркуль, образцы материала.

4.2. Порядок выполнения опыта

Если образец имеет форму куба или параллелепипеда, то каждую грань измеряют в трех местах. За окончательный размер каждой грани принимают среднее арифметическое трех измерений. Обмер произво-

где V – объем образца материала, см3; a – длина образца, см; b – ширина образца, см; h – высота образца, см.

Когда образец имеет форму цилиндра, то для установления его объема за величину его диаметра принимают среднее арифметическое шести измерений, а за высоту – среднее арифметическое четырех измерений.

Объем вычисляют по формуле

5

где V – объем образца материала, см3; d – диаметр образца, см; h – высота образца, см.

Затем каждый образец взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г.

4.3. Обработка результатов

Полученные данные заносят в табл. 4.1.

Таблица 4.1

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ НА ОБРАЗЦАХ НЕПРАВИЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

5.1. Оборудование и материалы

Весы для гидростатического взвешивания, емкость с водой, образец материала, разогретый парафин.

5.2. Порядок выполнения опыта

Определение средней плотности на образцах неправильной геометрической формы производят методом гидростатического взвешивания. Объем испытуемого образца определяют по закону Архимеда.

Отобранный образец сначала взвешивают на технических весах (m). Затем его парафинируют.

Парафинирование производят следующим образом. Образец, высушенный до постоянной массы, нагревают до t = 60 ° С и несколько раз погружают в расплавленный парафин с таким расчетом, чтобы на его поверхности образовалась пленка парафина толщиной около одного миллиметра. После этого образец взвешивают (m1). Для определения объема образца с парафином образец прикрепляют на нитке (проволо-

6

ке) к чашке весов, погружают в сосуд с водой, установленный на гидростатических весах, и взвешивают (m2).

5.3. Обработка результатов

Плотность образца неправильной формы вычисляют по формуле

(5.1).

где ρ 0 − средняя плотность образца, г/см3; m – масса образца без парафина, г; V1 – объем образца с парафином, см3, который определяют по формуле (5.2); Vп – объем парафина, см3, который определяют по фор-

муле (5.3).

где V1 – объем образца с парафином, см3; m1 – масса образца с парафином, г; m2 – масса образца с парафином, определенная взвешиванием в воде, г; ρ H 2O − плотность воды, равная 1 г/см3.

где Vп – объем парафина, см3; m1 – масса образца с парафином, г; m – масса образца без парафина, г; ρ п − плотность парафина, равная

0,81-0,93 г/см3.

Все полученные значения заносят в табл. 5.1.

7

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРИСТОСТИ МАТЕРИАЛА

Для определения пористости материала пользуются результатами опытов раздела 3 и раздела 5.

Общую пористость материала вычисляют по формуле (2.3). Результаты заносят в табл. 6.1.

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛА

7.1. Оборудование и материалы

Пресс гидравлический ПСУ-100, штангенциркуль, образцы правильной геометрической формы.

7.2. Порядок выполнения опыта

Определяют площадь образца. Образец испытывают на гидравлическом прессе, причем давление на образец во время испытания должно передаваться плавно, без сотрясений и толчков, перпендикулярно его поверхности.

8

7.3. Обработка результатов

Значение предела прочности образца при сжатии вычисляют по формуле (2.6). Результаты опыта заносят в табл. 7.1.

8. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет по лабораторной работе оформить в школьной тетради; по каждому опыту сделать вывод о соответствии свойств предложенного материала требованиям государственного стандарта.

9. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные физические и механические свойства материалов?

2.Отличие истинной плотности от средней плотности?

3.Что лежит в основе опыта определения средней плотности образца неправильной геометрической формы?

4.Как влияет пористость материала на другие его физические и механические свойства?

10. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Воробьев В. А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов. – М.: Высш. шк., 1978. – 245 с.

2.Пащенко А. А. Вяжущие материалы. – Киев: Высш. шк., 1975. – 444 с.

Составитель Татьяна Митрофановна Федотова

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

Методические указания к лабораторной работе по курсу “Строительные материалы”

для студентов направления 550100 – “Строительство”

Редактор З. М. Савина

ЛР № 020313 от 23. 12. 96

Подписано в печать 24. 05. 2000. Формат 60× 84/16 Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 0,5. Тираж 50 экз. Заказ .

Кузбасский государственный технический университет. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография Кузбасского государственного технического университета. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.