РЕСПУБЛИКА ТАТАРСТАН МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ГАОУ СПО «АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

РЕСПУБЛИКА ТАТАРСТАН
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ГАОУ СПО «АЛЬМЕТЬЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ
СТУДЕНТОВ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
по дисциплине
«Строительные материалы и детали»
для специальности 08.02.01 (270802) Строительство и эксплуатация
зданий и сооружений
2014
1
Одобрена на заседании
УТВЕРЖДАЮ
цикловой комиссии
Зам. директора по УР
Протокол №
от « »
2014г. _______Л.С. Мавлявеева
Председатель цикловой комиссии
«
»
2014 г.
____________ Г.Н. Татаринова
Составила
Шафикова Л.А.
преподаватель строительных
дисциплин ГАОУ СПО
«Альметьевский
политехнический техникум»
Рецензенты
Закирова Н.П.
преподаватель архитектуры
зданий ГАОУ СПО
«Альметьевский
политехнический техникум»
Даминова Л.Г
Начальник производственнотехнического отдела
ООО»АЗЖБИ»
Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине
«Строительные материалы» для специальности 08.02.01 (270802)
Строительство и
эксплуатация зданий и сооружений рассчитаны на 34 часа аудиторных занятий. Содержат
описание 15 лабораторных работ, которые охватывают основные разделы курса и
предназначены для более глубокого усвоения теории и развития у студентов практических
навыков экспериментального исследования.
2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………………………….
1 Тематика лабораторных работ……………………………………………
2 Техника безопасности при выполнении лабораторных работ……………
3 Методические указания по выполнению лабораторных работ.
3.1 Лабораторная работа 1 Определение истинной, средней и насыпной
плотности различных материалов (образцы правильной и неправильной
формы). Расчет пористости………………………………………………….
3.2 Лабораторная работа 2 Определение водопоглощения и оценка
морозостойкости материала…………………………………………………..
3.3 Лабораторная работа 3 Определение предела прочности и
водостойкости материала……………………………………………………..
3.4 Лабораторная работа 4 Изучение микро- и макро структуры
древесины; ознакомление с образцами различных пород древесины;
пороки древесины…………………………………………………………….
3.5 Лабораторная работа 5 Определение равновесной влажности
древесины, средней плотности и прочности (при сжатии и изгибе)……..
3.6 Лабораторная работа 6 Ознакомление с главнейшими минералами и
горными породами, применяемыми в строительстве. Оценка твердости
горных пород. Ознакомление с видами фактур поверхности каменных
материалов (грубые и гладкие фактуры)………………………………….
3.7 Лабораторная работа 7 Оценка соответствия кирпича требованиям
ГОСТов осмотром и обмером. Определение марки кирпича………………
3.8 Лабораторная работа 8 Определение твердости стали…………………
3.9 Лабораторная работа 9 Испытание гипсового вяжущего вещества
(определение нормальной густоты, сроков схватывания, прочности)…….
3.10 Лабораторная работа 10 Определение марки (активности)
портландцемента……………………………………………………………..
3.11 Лабораторная работа 11 Определение марки строительного
битума….
3.12 Лабораторная работа 12 Определение зернового состава песка.
Испытание песка для бетона…………………………………………………
3.13 Лабораторная работа 13 Испытание крупного заполнителя для
бетона…………………………………………………………………………..
3.14 Лабораторная работа 14 Изготовление бетонной смеси и испытание
образцов……………………………………………………………………….
3.15 Лабораторная работа 15 Подбор состава строительного раствора……
Список литературы……………………………………………………………
3
4
5
6
7
7
12
15
19
24
29
34
40
42
47
53
58
61
64
68
70
ВВЕДЕНИЕ
Важнейшим условием успешного выполнения большой программы
капитального строительства является улучшение структуры применяемых
строительных конструкций и материалов, расширение использования
эффективных видов металлопроката, пластмасс, смол, полимеров,
прогрессивных изделий из древесины, керамических и других неметаллических
материалов. Эффективность использования обширной номенклатуры
строительных материалов, изделий и деталей невозможна без их тщательного
лабораторного контроля при поступлении на строительство.
Учебной программой дисциплины «Строительные материалы и детали»,
помимо изучения способов получения, свойств и области применения
строительных материалов, изделий и деталей, предусмотрено выполнение
учащимися техникумов лабораторных работ. Основная цель лабораторных
работ – углубление, расширение и закрепление знаний, полученных учащимися
на теоретических занятиях по данному предмету. В процессе выполнения
лабораторных работ обучающие знакомятся со свойствами строительных
материалов, методами их лабораторных испытаний, применяемыми при этом
приборами, инструментами и машинами, а также с требованиями ГОСТ,
предъявляемыми к качеству материалов.
Лабораторные работы проводят подгруппами, состоящими из 12-15
учащихся. Для повышения самостоятельности в проведении испытаний
подгруппы учащихся делят на бригады, при этом необходимо, чтобы каждый
учащийся работал самостоятельно и активно.
В процессе выполнения лабораторных работ учащиеся должны вести
систематические записи результатов испытаний материалов в тетради для
лабораторных работ. Каждая работа должна завершаться заключением о
проведенном испытании и соответствии качества испытанного материала
требованиям стандарта.
При проведении испытаний необходимо строго соблюдать правила
техники безопасности.
Для лучшего усвоения методики испытания различных строительных
материалов учащийся должен самостоятельно ответить на контрольные
вопросы, в конце каждого лабораторного занятия.
4
1 ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Таблица 1 – Тематика лабораторных работ
Номер Номер
Содержание занятия
Кол-во
п/п темы
часов
1
2.1 Определение истинной, средней и насыпной плотности
2
различных материалов (образцы правильной и
неправильной формы). Расчет пористости.
2
2.1 Определение
водопоглощения
и
оценка
2
морозостойкости материала.
3
2.1 Определение предела прочности и водостойкости
2
материала.
4
2.2 Изучение микро- и макро структуры древесины;
2
ознакомление с образцами различных пород древесины;
пороки древесины.
5
2.2 Определение равновесной влажности древесины,
2
средней плотности и прочности (при сжатии и изгибе)
6
2.3 Ознакомление с главнейшими минералами и горными
2
породами, применяемыми в строительстве. Оценка
твердости горных пород. Ознакомление с видами
фактур поверхности каменных материалов (грубые и
гладкие фактуры).
7
2.4 Оценка соответствия кирпича требованиям ГОСТов
2
осмотром и обмером. Определение марки кирпича.
8
2.5 Определение твердости стали
2
9
2.6 Испытание гипсового вяжущего вещества (определение
2
нормальной густоты, сроков схватывания, прочности).
10
2.6 Определение марки (активности) портландцемента.
4
11
2.7 Определение марки строительного битума.
2
12
2.8 Определение зернового состава песка. Испытание песка
2
для бетона.
13
2.9 Испытание крупного заполнителя для бетона.
2
14
2.9 Изготовление бетонной смеси и испытание образцов.
4
15
2.10 Подбор состава строительного раствора.
2
Итого
34
5
2 Техника безопасности при выполнении лабораторных работ
1. Техника безопасности перед началом работ:
1.1. Получить от преподавателя инструктаж о безопасных методах и
приемах, последовательного выполнения задания.
1.2. Надеть спецодежду, если таковая предусмотрена. В соответствии с
заданием надеть защитные средства.
1.3. Проверить исправность инструмента и приспособления.
1.4. Осмотреть и привести в порядок рабочие места и проходы.
1.5. Проверить исправность электроприборов.
2. Техника безопасности во время работы:
2.1. Выполнять только ту работу, которая поручена.
2.2. Не отвлекаться посторонними делами и разговорами.
2.3. Не допускать присутствие посторонних лиц на рабочем месте.
3. Техника безопасности по окончании работ:
3.1. Привести в порядок рабочее место.
3.2. Инструменты и приспособления осмотреть, очистить и сложить в
отведенное место.
3.3. Защитные средства, полученные в кладовой, сдать.
6
3 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО
ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
3.1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТИННОЙ, СРЕДНЕЙ И НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ
РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ОБРАЗЦЫ ПРАВИЛЬНОЙ И
НЕПРАВИЛЬНОЙ ФОРМЫ). РАСЧЕТ ПОРИСТОСТИ
Цель работы: определение истинной, средней и насыпной плотности
различных материалов (образцы правильной и неправильной формы), расчет
пористости.
Оборудование:
• Технические весы.
• Объемомер для определения истинной плотности материала.
• Шаровая мельница.
• Сито с сеткой № 02.
• Сушильный шкаф.
• Мерные цилиндры емкостью 250 мл.
• Сосуды емкостью 1 л.
• Фарфоровые чашечки.
• Совки.
• Материалы.
Изучение методов определения истинной, средней и насыпной плотности
материалов для образцов правильной и неправильной геометрической формы.
Расчет пористости.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Для выполнения лабораторных работ подгруппа учащихся разделяется на
бригады по 3 человека, и каждая бригада самостоятельно определяет истинную
и среднюю плотность какого-либо одного материала по заданию преподавателя
и рассчитывает пористость этого материала. Результаты, полученные каждой
бригадой, учащиеся совместно с преподавателем оформляют в виде свободной
таблицы (форма приведена ниже), в которой таким образом окажутся
показатели свойств нескольких материалов по числу бригад. На основании
данных сводной таблицы учащиеся самостоятельно делают выводы о
взаимосвязи объемного веса, пористости, а также о прочности отдельных
испытанных материалов.
7
Определение истинной плотности
Истинной плотностью материала называют физическую величину,
равную отношению массы материала к его объему в абсолютно плотном
состоянии. Истинную плотность материала р, кг/м , определяют по формуле:
P
m
V
где m -масса материала, кг;
V- объем материала, м3.
Для определения истинной плотности каменного материала из
отобранной и тщательно перемешанной средней пробы отвешивают 200 -220 г.
Кусочки отобранной пробы материала сушат в сушильном шкафу при 110±5°С
до постоянной массы; затем их тонко измельчают в агатовой или фарфоровой
ступке. Полученный порошок просеивают через сито с сеткой №02 (размер
ячейки в свету 0,2*0,2 мм). Отвесив в фарфоровой чашке навеску около 180 г
просеянного порошка, его снова высушивают при 110±5°С, а затем охлаждают
до комнатной температуры в эксикаторе, где порошок хранят до проведения
испытания.
Истинную плотность материала определяют по формуле:
P
m  m1
V
где m - масса материала в гр;
m1 - остаток навески после опыта;
V- объем материала см3, в объемомере.
Результаты определений рекомендуется записать по следующей форме:
Таблица 2
Навеска
№ Материал порошка,
гр.
Остаток
Истинная
Масса
Масса порошка
навески
плотность
порошка в
в объемомере,
после
объемомере, гр.
см3
г/см кг/м
опыта
1. Песок
2. Кирпич
Истинную плотность материала вычисляют с точностью до 0,01 г/см как
среднее арифметическое двух определений, расхождение между которыми не
должно превышать 0,02 г/см3.
Результаты сравнивают с данными, приведенными в таблице «Истинная и
средняя плотности некоторых строительных материалов» (См. ниже).
8
Таблица 3 - Истинная и средняя плотности некоторых строительных
материалов
Материал
Истинная плотность, кг/м
Средняя плотность, кг/м3
Гранит
Известняк плотный
Туф вулканический
Кирпич керамический
Древесина сосны
Песок
Пенопласты
Стекло
Сталь строительная
2800-2900
2400-2600
2600-2800
2600-2800
1550-1600
2600-2700
1300-1400
2400-2600
7800-7850
2600-2700
2100-2400
900-2100
1600-1800
500-600
1400-1600
20-50
2400-2600
7800-7850
Определение средней плотности
Средней плотностью называют отношение массы материала
естественном состоянии, т.е. вместе с порами и пустотами, к его объему.
Среднюю плотность р0, кг/м3 вычисляют по формуле:
Po 
в
m
,
V
где m - масса материала в кг.
V - объем материалов в естественном состоянии, м3.
Большинство строительных материалов имеет поры. Чем их больше в
единице объема материала, тем меньше его средняя плотность. Для жидкостей
и материалов, получаемых и расплавленных масс (стекло, металл), средняя
плотность по значению практически равна истинной плотности (См. табл.
«Истинная и средняя плотности некоторых строительных материалов»).
От средней плотности материала в значительной мере зависят его
физико-механические свойства, например прочность и теплопроводность.
Значение средней плотности материала используют при определении его
пористости, массы и размера строительных конструкций, при расчетах
транспорта и подъемно-транспортного оборудования.
При определении средней плотности материала можно использовать
образцы как правильной, так и неправильной геометрической формы. От
формы образца зависит метод определения средней плотности материала.
1. Определение средней плотности образца правильной геометрической
формы. Для определения средней плотности образцы материала могут быть
изготовлены в форме куба, параллелепипеда или цилиндра. При этом
необходимо учитывать, что для пористых материалов размер образца
кубической формы должен быть не менее 100x100x100 мм, а для плотных - не
менее 40x40x40 мм.
Объем образца V, м3, имеющего вид куба или параллелепипеда
вычисляют по формуле:
V = aср· вср · сср
аср, вср, сср - средние значения размеров граней образца, м.
9
Результаты определения записывают по следующей форме: (см. таблицу)
Таблица 4
№
Материал
Плотность
Форма Размеры образца
Масса образц
Шири Толщи- Объем
Длина
кг/м3 г/см3
а
на
на
образца
Кирпич
керамический
Кирпич
2
силикатный
1
2. Определение средней плотности материала в образце неправильной
геометрической формы.
Определение средней плотности при помощи объемометра.
Среднюю плотность образца вычисляют следующим образом. Сначала
определяют объем парафина Vn, затраченного на покрытие образца по формуле:
Vn 
m1  m
,
Pn
где m - масса сухого образца, кг;
m1 — масса образца, покрытого парафином, кг;
рn - средняя плотность парафина, равная 930 кг/м3.
После этого вычисляют среднюю плотность образца по формуле:
P0 
m
,
V1  Vn
где m - масса сухого образца, кг;
Vn - объем образца с парафином (численно равный массе воды,
вытесненной образцом), м3.
V1 - объем парафина, м3.
Результаты определения записывают по следующей форме:
Таблица 5
Масса образца, кг
Плотность
Объем
Объем
№ Материал
Парафини- парафинированно парафина,
Сухого
кг/м3 г/см3
J
го образца, M
м
рованного
Полевой
1.
шпат
2.
3.
10
Определение насыпной плотности
Для сыпучих материалов (цемент, песок, щебень, гравий и др.)
определяют насыпную плотность. В объеме таких материалов не только поры в
самом материале, но и пустоты между зернами или кусками материала. Это
определение выполняют с помощью прибора, который представляет собой
стандартную воронку в виде усеченного конуса.
Насыпную плотность вычисляют как среднее арифметическое пяти
определений, пользуясь формулой:
PH 
m1  m2
,
V
где mi - масса цилиндра с материалом, кг;
m2 - масса цилиндра без материала, кг.
V - объем цилиндра, м3 .
Результаты записывают по рекомендуемой ниже форме и вычисляют
насыпной вес материала.
Таблица 6
Материал
Объем
сосуда, см
Вес, г
сосуда
сосуда с
материала
материалом
Объемный насыпной
вес
г/см3
кг/см
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Определение истинной плотности материала.
2. Чем истинная плотность отличается от средней плотности?
3. По какой формуле определяется значение плотности материалов.
4. Единица измерения плотности.
5. Как называется плотность сыпучих материалов?
11
3.2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ И МОРОЗОСТОЙКОСТИ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ
Цель работы: определение водопоглощения и оценка морозостойкости
материала.
Оборудование:
• Технические весы.
• Объемомер для определения истинной плотности материала.
• Шаровая мельница.
• Сито с сеткой № 02.
• Сушильный шкаф.
• Мерные цилиндры емкостью 250 мл.
• Сосуды емкостью 1 л.
• Фарфоровые чашечки.
• Совки.
• Материалы.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Для выполнения лабораторных работ подгруппа учащихся разделяется на
бригады по 3 человека, и каждая бригада самостоятельно определяет
водопоглощение и морозостойкость. Результаты, полученные каждой бригадой,
учащиеся совместно с преподавателем оформляют в виде свободной таблицы
(форма приведена ниже), в которой таким образом окажутся показатели
свойств нескольких материалов по числу бригад. На основании данных сводной
таблицы учащиеся самостоятельно делают выводы о взаимосвязи
водопоглощения и морозостойкости.
Водопоглощение – способность материала впитывать и удерживать в
порах воду. Вода заполняет мельчайшие поры и капилляры в материале, но так
как часть из них все же оказывается недоступной для воды, а в порах,
заполняемых водой, частично остается воздух, то по количеству воды,
поглощаемой материалом, только приблизительно можно установить открытую
пористость, Определяют водопоглощение по массе и объему.
Водопоглощение по массе Вмас, % , равно отношению массы сухого
образца:
Вмас = ((m1- m) /m )*100,
где m1 – масса сухого образца, кг;
m – масса насыщенного водой образца, кг.
Водопоглощение по объему, Воб, %, равно массе поглощенной образцов
воды при насыщении его, отнесенной к объему образца V:
Воб = ((m1- m) / V)*100.
12
Соотношение между водопоглощением по объему и массе равно средней
плотности материала в сухом состоянии:
Воб = m1- m : m1- m = m
Вмас
V
m
V
Зная значение водопоглощения по массе и среднюю плотность материала,
можно получить формулу для расчета водопоглощения по объему:
Воб = Вмас
Определение водопоглощения каменных материалов
Предварительно высушенный до постоянного веса образец взвешивают с
точностью до 0,01 г и помещают в ванну с водой на подставочки из стеклянных
трубочек, чтобы он не касался дна ванны, Затем ванну заполняют водой в таком
количестве, чтобы уровень ее был не менее чем на 2 см выше образца.
Через 48 ч водонасыщения образец вынимают из ванны, обтирают
влажной тканью и взвешивают с точностью до 0,01 г.Полученные данные
записывают по следующей форме и рассчитывают весовое и объемное
водопоглощение.
Таблица 7
Материал
Вес образца в г.
В сухом
В насыщенном
состоянии водой состоянии
Объем
Водопоглощение в %
образца в см Весовое Объемное
Определение морозостойкости
Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой
состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и
оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного снижения
прочности.
Долговечность материалов в конструкциях зданий и сооружений в
значительной мере зависит от морозостойкости. Замерзание воды,
заполняющий поры материала, сопровождается увеличением ее объема
примерно на 9%, в результате чего возникает давление на стенки пор, и
приводит к разрушению материала. Однако во многих пористых материалах
вода не может заполнять более 90% объема доступных пор, поэтому
образующийся при замерзании воды лед имеет свободное пространство для
расширения. Разрушение такого материала наступает только после
многократного попеременного замораживания и оттаивания.
Методика определения морозостойкости материалов заключается в
приготовлении пяти образцов от каждой пробы, насыщении их водой , загрузки
холодную камеру и замораживания в течении 4 или 6 часов в зависимости от
размеров и плотности образцов: при толщине образца до 15 см замораживания
13
ведут в течении 4 часов, а при больших размерах время насыщения водой
увеличивается. Затем образцы выгружают из холодильной камеры,
осматривают и погружают в воду комнатной температуры для оттаивания,
выдерживая образцы в течении 4 ч, и более ( в зависимости от их размеров) до
полного оттаивания, Одно замораживание и оттаивание применяется за один
цикл испытания на морозостойкость. Если признаки разрушения отсутствуют,
образцы снова помещают в морозильную камеру и так продолжается до
установленного количества циклов испытаний (марки морозостойкости). По
окончании заданного количества циклов образцы отбирают влажной тряпкой,
взвешивают и определяют предел прочности при сжатии после замораживания,
Одновременно определяют предел прочности при сжатии образцов той же
партии в водонасыщенном состоянии.
Результаты испытаний записывайте в следующей форме:
Таблица 8
Вес образцов в г.
Потеря в
Предел прочности
Коэффивесе после при сжатии в кг/см
циент
Материал
испытаний,
образцов
морозов%
До замора- После
Водонасы- После стойкости
живания заморащенных
замораживания
живания
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Способы определения водопоглощения.
2. Способы определения морозостойкости.
3. По какой формуле определяется водопоглощение?
14
3.3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ И ВОДОСТОЙКОСТИ
МАТЕРИАЛА
Цель работы: определение предела прочности и водостойкости
материала.
Оборудование:
• Технические весы.
• Объемомер для определения истинной плотности материала.
• Шаровая мельница.
• Сито с сеткой № 02.
• Сушильный шкаф.
• Мерные цилиндры емкостью 250 мл.
• Сосуды емкостью 1 л.
• Фарфоровые чашечки.
• Совки.
• Материалы.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Для выполнения лабораторных работ подгруппа учащихся разделяется на
бригады по 3 человека, и каждая бригада самостоятельно определяет прочность
материала. Результаты, полученные каждой бригадой, учащиеся совместно с
преподавателем оформляют в виде свободной таблицы (форма приведена
ниже), в которой таким образом окажутся показатели свойств нескольких
материалов по числу бригад.
Прочностью называют свойство материала сопротивляться разрушению
под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок.
Под воздействием различных нагрузок материалы в зданиях и сооружениях
испытывают различные внутренние напряжения (сжатие, растяжение, изгиб,
срез и др.)
Прочность является важным свойством большинства строительных
материалов, от ее значения зависит нагрузка, которую может воспринимать
данный элемент при заданном сечении. Если материал обладает большой
прочностью, то размер сечения элемента может быть уменьшен.
Прочность строительных материалов характеризуется пределом
прочности при сжатии, при изгибе и при растяжении. Ее определяют путем
испытания образцов в лаборатории на гидравлических прессах или разрывных
машинках.
Пределом прочности при сжатии материала называют напряжение,
соответствующее нагрузке, пи которой происходит разрушение образца
материала. Предел прочности при сжатии Rсж , МПа, опредляют по формуле:
15
Rсж = Р/S,
где Р - разрушающая нагрузка, Н ;
S - площадь поперечного сечения образца, мм
Для определения предела прочности при сжатии образцы материала
подвергают действию сжимающих внешних сил и доводят до разрушения.
Испытуемые образцы должны быть правильной формы ( куб, параллелепипед,
цилиндр). Образцы из природных каменных материалов, имеющих форму
кубов, могут быть следующих размеров: 50*50*50; 70*70*70; 100*100*100 мм.
Образцы из плотных материалов можно принимать меньшего размера, а из
пористых материалов – большого.
Образцы кубической формы изготавливают при помощи специальных
дисковых пил. При распиливании камня под лезвие пилы вводят абразивный
порошок в смеси с вязкой суспензией из тяжелой глины. Для очень твердых
горных пород, например кварцитов, применяют корундовые, алмазные и другие
диски. Образец камня закрепляют захватами станка и распиливают поочередно
в трех направлениях.
Диаметр образцов- цилиндров может быть 50 или 80 мм, а высота - не
более двух диаметров. Изготовлять цилиндрические образцы из каменных
материалов (при помощи специальных полых сверл) значительно проще, чем
кубические, так как в образцах- кубах требуется тщательная обработка шести
граней.
Подготовленные образцы кубов или цилиндры пришлифовывают на
шлифовальном станке по двум противоположным плоскостям, которые должны
быть параллельны. Правильность плоскостей проверяют металлическим
угольником и штангенциркулем. После изготовления образцы нумеруют
черной тушью. Параллельными
линиями указывают направление
сланцеватости. Форма и размеры образцов должны соответствовать требования
ГОСТа для каждого вида материала.
Для испытания образцов материала на сжатие применяют гидравлические
прессы и универсальные испытательные машины. Перед испытанием образец
очищают мягкой щеткой или тканью, взвешивают, обременяют с точностью до
1 мм и устанавливают на нижнюю опорную плиту пресса точно по ее центру.
Верхнюю опорную плиту при помощи винта опускают на образец и плотно
закрепляют его между двумя опорными плитами. Затем убедившись в
правильности установки образца, включают в действие насос пресса и дают на
образец нагрузку , следя за скоростью ее нарастания (05 1 МПа в 1 с. ). В
момент разрушения образца, т.е. в момент наибольшей нагрузки на образец,
стрелка остановиться и пойдет обратно. Этот момент необходимо
зафиксировать.
В каждый материал испытывают не менее чем на трех образцах. За
окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов
принимают среднее арифметическое результатов трех образцов. Результаты
испытаний как отдельные, так и средние, заносят в журнал для лабораторных и
практических работ.
16
Физическое состояние материала оказывает большое влияние на значение
прочности образцов. Прочность каменных материалов в сухом состоянии почти
всегда выше прочности того же материала в насыщенном водой состоянии. Это
учитывается коэффициентом размягчения.
Коэффициент размягчения Кp определяют как частное от деления
среднего арифметического значения предела прочности при сжатии образцов,
испытанных в насыщенном водой состоянии Rнас на предел прочности
образцов в сухом состоянии Rсух
Предел прочности при изгибе определяют на тех же прессах, что и предел
прочности при сжатии, однако применяют специальные приспособления. К
нижней опорной плите при помощи двух планок прикрепляют два катка,
которые служат опорной для испытуемого образца, а к верхней опорной плите
при помощи планок- нож изгиба. Например, при испытании цемента
изготавливают образцы- балочки размером 40*40*40мм а при испытании
древесины- балочки размером 20*20*300мм . Нагрузка на образец передается
одним или двумя грузами.
Предел прочности при изгибе Rизг МПа, определяют по формулам:
При одном сосредоточенном грузе и образце- балочке прямоугольного
сечения
Rизг =(3Рl)/(2bh²)
При двух равных грузах, расположенных симметрично оси балочки
Rизг =[p ( l-a)]/ (2bh²),
где Р – разрушающая нагрузка, Н;
l – пролет между опорами, мм;
a – расстояние между грузами, мм;
b и h – ширина и высота поперечного сечения балочки, мм.
Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое
результатов испытаний трех образцов.
Предел прочности при растяжении определяют у таких строительных
материалов, как древесина, строительные стали, пластмассы, рулонные
кровельные материалы. Образцы изготавливают обычно в виде двухсторонних
лопаток; форму и размер образцов определяют по соответствующим ГОСТам
на испытуемый материал.
Перед испытанием измеряют ширину и толщину образца с точностью до
0,01 мм, после чего образец закрепляют в зажимы разрывной машины.
Нагружают образец равномерно с заданной ГОСТом скоростью. По
силоизмерителю машины определяют максимальную нагрузку.
Предел прочности при растяжении Rp, МПа, вычисляют по формуле:
Rp= Р/Sо
где Р- разрушающая нагрузка, Н;
S- первоначальная площадь поперечного сечения образца в мм².
17
Предел прочности при растяжении вычисляют
арифметическое результатов испытаний трех образцов.
как
среднее
Таблица 9
Материал
Размеры образца
Показание Площадь Нагрузка Предел
на
прочности
Длина, Ширина, Площадь, манометра, поршня
кг/см³
пресса образец,
при
см
см
см³
кг
сжатии
материала,
кг/см³
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Какова методика определения предела прочности при сжатии
природных каменных материалов?
2. Что такое коэффициент размягчения и как его вычисляют?
18
3.4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4
ИЗУЧЕНИЕ МИКРО- И МАКРОСТРУКТУРЫ ДРЕВЕСИНЫ.
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ОБРАЗЦАМИ РАЗЛИЧНЫХ ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ.
ПОРОКИ ДРЕВЕСИНЫ
Цель работы: изучение микро- и макро структуры древесины;
ознакомление с образцами различных пород древесины; пороки древесины.
Приборы:
 Сушильный шкаф.
 Технические весы с разновесами.
 Бюксы
 Камера влажного хранения.
 Диаграмма для определения влажности.
 Психрометр.
 Образцы древесины.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Группу учащихся разделяют на две лабораторные подгруппы; одна из них
определяет влажность древесины высушиванием, вторая- по диаграмме.
Каждая подгруппа в свою очередь разделяется на бригады, каждая из которых
испытывает один образец, но из различных пород. Все образцы должны
находиться перед испытанием в одинаковых температурно- влажностных
условиях, например над водой, в камере влажного хранения, в которой должен
быть установлен психрометр.
Особенности древесины как строительного материала
Древесина — высокопористый продукт живой природы, отличающийся
специфическим волокнистым строением, предопределяющим своеобразие ее
физико-механических свойств, широкое и многообразное использование в
различных отраслях народного хозяйства.
Благодаря этим свойствам лесные материалы, а также изделия и
конструкции на их основе могут достаточно долго работать в различных условиях
эксплуатации.
К положительным свойствам древесины относится высокая механическая
прочность и одновременно с этим легкость (табл. 1 и 2), что позволяет отнести
ее к эффективным материалам с достаточно высоким коэффициентом
конструктивного качества (К.К.К=а/р).
Древесина способна поглощать ударные нагрузки и гасить вибрации, она
отличается высокими тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами,
химической стойкостью к кислотам и щелочам, легко обрабатывается
резательными инструментами, хорошо удерживает металлические и другие
крепления, надежно склеивается и, наконец, обладает естественной
декоративностью, что делает ее популярным отделочным материалом.
19
Таблица 10 - Механические свойства древесины различных древесных пород
Порода
Ель
Сосна
Кедр
Пихта
Лиственница
Береза
Бук
Дуб
Граб
Ясень
Липа
Осина
Предел прочности, при Ш-12%, МПа
Твердость при У=12%, Мпа
При сжатии При статиче- При растяжении При скалывании вдоль Торцовая Радиальная Тангенциальная
вдоль волокон ском изгибе
вдоль волокон
волокон
Рад.
Тангенц.
Хвойные породы
35,1 - 42,3
69,3 - 77,4
103 - 145,8
5,3 - 8,7
5,2 - 6,7
22,2 - 22,4
18,0 - 18,2
18,0 - 18,4
38,4 - 46,6
71,7-87,7
103,5 - 127,8
6,2 - 7,2
6,2 - 7,3
23 - 27
19,9 - 24,4
22,0 - 26,2
35,2 - 37,8
60,3 - 64,5
90,5
5,3 - 7,0
6,0 - 7,4
18,5 - 22,0
13,7
14,6
34,8 - 36,0
68,5 - 70,0
67,0
6,04 - 8,1
6,5 - 8,8
28 - 34
17,0
16,7
42,4 - 55,8
97,0 - 104,7
120,3 -125,0
9,4 - 9,9
8,8 - 9 ,4
36,2 - 42,8
26,7 - 30,2
26,7 - 29,2
47,8 - 52,2
45,0 - 46,1
49,0 - 52,0
53,1 - 72,4
49,9 - 52,7
36,2 - 39,0
35,0 - 37,0
88,7 - 101,1
94,0 - 108,5
78,8 - 102,0
108,5 - 137,0
104,3 - 108,4
68,0 - 88,0
66,6 - 67,3
Лиственные породы
156,0 - 168,0
6,1- 10,6 7,1 - 11,5
123,0 - 134,0
6,8 - 11,6 9,2 - 14,5
145,0
7,4 - 8,6
8,3 - 10,2
141,0 - 189,0
15,6
19,4
110,9 - 145,0
9,5 - 13,9 9,0 - 13,4
86,9 - 121,0
7,3 - 8,6
8,0 - 8,1
125,5 - 45,0
6,3 - 7,8
8,4 - 8,6
20
36,8 - 42,1
55,4 - 61
52,2 - 60,8
64,3 - 90,5
69,0 - 74,0
19,0 - 26,0
38,0 - 4,1
31,1 - 33,7
37,9 - 43,5
52,1 - 56,0
50,8 - 77,0
57,3 - 59,0
16,4 - 17,0
16,3 - 19,7
31,3 - 33,5
40,2 - 44,5
49,0
78,5
60,2 - 67,0
16,5 - 18,0
16,0 - 21,2
Таблица 11 - Средняя плотность древесины с различных древесных пород
Порода
Лиственница
Сосна
Ель
Кедр
Пихта
Граб
Дуб
Ясень
Бук
Береза
Осина
Липа
Средняя плотность, кг/м
р,2(Ш=12%)
р„(У=0%)
Хвойные породы
730 — 640
702—614
580 — 470
546 — 443
460 — 450
435—425
450 — 460
426 — 407
440 — 350
416 — 331
Лиственные породы
740 — 670
696 — 630
710 — 650
672 — 614
680 — 660
643 — 624
670 — 620
629 — 582
660 — 620
612 — 574
490 — 460
462—433
510 — 490
475—456
К отрицательным свойствам древесины относятся анизотропность, т.е.
неоднородность структуры и свойств в различных направлениях по отношению
к расположению древесных волокон; повышенная гидроскопичность и
водопоглощение, предопределяющие изменение важнейших физикомеханических характеристик за счет неравномерного разбухания (табл.11),
коробления и растрескивания.
Таблица 12- Коэффициенты объемной Ко и линейной К, Кг усушки
древесины различных древесных пород
Порода
Коэффициент усушки
объемной
радиальной
тангенциальной
Хвойные породы
Лиственница
0,61 —0,66
0,19 — 0,25
0,35 — 0,39
Сосна
0,48 — 0,55
0,17 — 0,19
0,30 — 0,33
Ель
0,44 — 0,52
0,14 — 0,17
0,24 — 0,31
Пихта
0,44—0,51
0,12—0,18
0,33—0,34
Кедр
0,46 — 0,47
0,12 — 0,13
0,27 — 0,28
Лиственные породы
Береза
0,60 — 0,72
0,28 — 0,30
0,30 — 0,34
Бук
0,53 — 0,55
0,15 — 0,18
0,32 — 0,35
Ясень
0,46 — 0,50
0,18 — 0,19
0,28 — 0,31
Дуб
0,47 — 0,51
0,14—0,19
0,24 — 0,30
Осина
0,50 — 0,52
0,16 — 0,22
0,26 — 0,30
Граб
0,48 — 0,57
0,18 — 0,19
0,31 — 0,34
Липа
0,56 — 0,67
0,24 — 0,26
0,35 — 0,39
21
Степень усушки древесины учитывается при распиловке бревен на доски
(припуски на усушку), при сушке пиломатериалов, шпона. Величина усушки
зависит как от породы древесины, так и от ее средней плотности и процента
поздней древесины в стволе, возраста, условий произрастания и др.
В зависимости от величины коэффициента объемной усушки К о
древесные породы могут быть разделены на четыре класса:
1. Малоусыхающие - Ко менее 0,45.
2. Умеренно усыхающие - Коот 046 до 0,55.
3. Значительно усыхающие - Ко от 0,56 до 0,65.
4. Сильно усыхающие - К0 более 0,66.
В определенных температурно-влажностных условиях эксплуатации
древесина как материал органического происхождения подвернется
разрушению (загнивает) в результате жизнедеятельности сапрофитных грибов,
гифы (нитевидные клетки, образующие грибни-1у) которых выделяют
ферменты, постепенно разрушающие стенки древесных клеток, превращая
вещества, их которых состоят эти стены, в растворимые сахара, которыми гриб
и питается. В результате нарушается сплошность древесины, она становится
трухлявой и легко растирается в порошок. Характерной особенностью такого
деструктивного типа гниения является также изменение естественной окраски
древесины.
Грибного происхождения являются и различные ненормальные окраски
срубленной древесины — синевато-серая (синева), коричневая и желтая.
Древесина подвержена также разрушению различными древогры-зущими
насекомыми — жуками-усачами или жуками-короедами, мебельными
точильщиками и др.
Легкая возгораемость древесины и наличие в ней таких непаразитных
пороков, как различные (метиковые, отлупные, морозные) трещины, трещины
усушки; пороки строения древесины — косослой, свилеватость, крень,
различные (сросшие, частично сросшие, выпадающие, табачные, роговые)
сучки; прорости; двойная сердцевина; рак — в большей или меньшей мере
снижают сортность лесных материалов и должны обязательно учитываться при
использовании древесины в качестве сырья для производства изделий и
конструкций различного назначения. Следует иметь в виду, что большинство из
указанных отрицательных свойств древесины могут быть устранены путем
химической и химико-механической ее переработкой в листовые и плитные
материалы, модификацией свойств и повышением стойкости натуральной
древесины путем введения в нее антисептиков, антипиренов, смол, а также
прессованием и пластификацией исходного материала.
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Назовите основные части ствола дерева, видимые невооруженным
глазом не его поперечном разрезе.
2. Перечислите основные структуры элементы древесины сосны,
наблюдаемые под микроскопом.
3. Перечислите основные физические свойства древесины.
22
4. Кратко изложите методику определения влажности древесины.
5. Назовите механические свойства древесины.
6. Изложите методику определения предела прочности при сжатии
древесины вдоль волокон.
7. Нарисуйте общий вид образца для предела прочности древесины при
складывании вдоль волокон.
8. Какие пороки формы ствола дерева вы знаете?
9. Перечислите пороки строения древесины.
10. Какие виды сучков вам известны?
11. Что такое морозобоина и как она влияет на качество древесины
ствола?
12. Назовите виды грибов- разрушителей древесины.
13. Что такое червоточина? На какие виды она подразделяется и как
влияет на механические свойства древесины?
23
3.5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАВНОВЕСНОЙ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ,
СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ И ПРОЧНОСТИ (ПРИ СЖАТИИ И ИЗГИБЕ)
Цель работы: определение равновесной влажности древесины, средней
плотности и прочности (при сжатии и изгибе).
Приборы:
 Сушильный шкаф.
 Технические весы с разновесами.
 Бюксы
 Камера влажного хранения.
 Диаграмма для определения влажности.
 Психрометр.
 Образцы древесины.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Группу учащихся разделяют на две лабораторные подгруппы; одна из них
определяет влажность древесины высушиванием, вторая - по диаграмме.
Каждая подгруппа в свою очередь разделяется на бригады, каждая из которых
испытывает один образец, но из различных пород. Все образцы должны
находиться перед испытанием в одинаковых температурно-влажностных
условиях, например над водой, в камере влажного хранения, в которой должен
быть установлен психрометр.
Различают влагу гигроскопическую (связанную), содержащуюся в
оболочках клеток (для разных пород она составляет в среднем 24—30%), и
капиллярную—более 30%.
На механические свойства влияет гигроскопическая влага. Она заполняет
стенки клеток и делает их менее прочными. Поэтому с повышением
содержания гигроскопической влаги не только снижается прочность, но и
увеличивают поперечные размеры древесины (происходит разбухание). С
уменьшением содержания гигроскопической влаги поперечные размеры
древесины уменьшаются (происходит усушка),а прочность при этом возрастает.
При повышении влажности более 24—30% размеры и прочность древесины не
изменяются.
От величины влажности зависит долговечность деревянных конструкций.
Грибки, вызывающие гниение, размножаются в древесине только при
наличии в ней белее 20% влаги. Воздушно-сухая древесина влажностью не
менее 20% не гнет.
Влажность древесины определяют непосредственны высушиванием
образца до постоянного веса и но диаграмме влажности.
Влажность древесины высушиванием определяют на образце весом не
менее 5 г. Его помещают в бюксу, вес которой известен, и взвешивают с
точностью до 0,001 г*. Бюксу ставят в сушильный шкаф при температуре
1004:5оС и периодически взвешивают. Высушивание считают законченным,
24
когда разность двух последних взвешиваний не будет превышать 0,002 г (в
данной работе допускается 0,01 г).
По разности в весе образца до и после высушивания рассчитывают
абсолютную влажность древесины
W
G1  G2
G2  G
100 ,
где W - абсолютная влажность в %;
G - вес пустой бюксы в г;
G1 - вес бюксы с образцом до высушивания а г;
G2 - вес бюксы с образцом после высушивания в г.
Результаты рекомендуется записывать по следующей форме:
Таблица 13
Вид древесной породы
Показатель
Вес пустой бюксы в г
Вес бюксы с влажным образцом в г
Вес бюксы с высушенным образом в г
Влажность древесины в %
Определение влажности древесины по диаграмме основано на
гигроскопичности древесины в зависимости от относительной влажности и
температуры окружающего воздуха. Для этого пользуются диаграммой (рис. 1),
на которой по оси абсцисс отложена температура, а по оси ординат относительная влажность воздуха. Наклонные линии на диаграмме показывают
влажность древесины при данных температурно-влажностных условиях.
Влажность воздуха определяют при помощи психрометра (рис. 2). Он
состоит из двух термометров - «сухого» и «мокрого», шарик которого обернут
марлей, опущенной в сосудик с водой. В связи с испарением влаги и
поглощением на это тепла показание «мокрого» термометра будет меньше, чем
«сухого»; по разности этих показаний находят относительную влажность
воздуха таблице, прилагаемой к психрометру.
Влажность древесины с помощью психрометра и диаграммы определяют
следующим образом. По сухому термометру психрометра определяют
температуру среды, где хранится древесина, а затем по таблице относительную влажность воздуха. На оси абсцисс диаграммы находят точку,
соответствующую данной температуре воздуха, и из нее восстанавливают
перпендикуляр. Из точки на оси ординат, соответствующей данной
относительной влажности воздуха, проводят горизонтальную прямую до пересечения с перпендикуляром. Точка пересечения будет находиться на одной из
наклонных линий диаграммы. Она показывает влажность древесины при
данных температурно-влажностных условиях.
25
Результаты опыта рекомендуется записывать по следующей форме:
Таблица 14
Вид древесной породы
Показатель
Температура воздуха в помещении (по сухому
термометру) Сº
Показание мокрого термометра в Сº
Относительная влажность воздуха в %
Допускается взвешивание образца с точностью до 0,01 г.
Рисунок 1 Диаграмма для определения влажности древесины
Рисунок 2 Психрометр
(1 - сухой термометр; 2 - мокрый термометр;
3 - мокрая марля; 4 - чашка с водой)
26
Полученные результаты позволят установить, как изменяется влажность
древесины различных пород, находящихся в одинаковых условиях, а также сравнить
результаты определения.
1. Образец древесины весом 70 г высушивался при температуре 100110°С и периодически взвешивался. При первом взвешивании вес оказался
равным 50 г, при втором 45 г, при третьем 40 г, при четвертом 40 г. Определить
влажность древесины.
2. Определить влажность древесины. Начальные веса и веса в абсолютно
сухом состоянии образцов древесины приведены в таблице.
Таблица 15
№ Варианта
А
Б
В
Г
Д
Е
Вес образца
До высушивания
Абсолютно сухого
80
42
42
38
112
ПО
74
51
63
42
15
8
3. Определить влажность досок, хранившихся долгое время на складе при
средней температуре воздуха 20° С и относительной влажности 70%.
4. Образец древесины размером 10x10x8 см имеет влажность 20%. После
высушивания до влажности 0% размеры его стали следующими: 9,5x9,5x7,8.
Определить объемную усушку и коэффициент объемной усушки.
5. Определить стандартную прочность древесины сосновых досок,
хранящихся на закрытом складе при температуре 22° С и влажности воздуха
60%, если при данных условиях прочность древесины составляет: при изгибе 700 кГ/см, при сжатии - 410 кГ/см.
6. Образец древесины дуба размером а=2 см, b=2 см, h=3 см разрушился при
нагрузке 1280 кг. Влажность древесины 21%), температура при испытании 18°.
Определить коэффициент конструктивного качества данной древесины при
рср=680 кг/м3.
7. Объемный вес древесины - сосны, с влажностью W=15% составляет 536
кг/м. Определить коэффициент конструктивного качества данной древесины,
если при испытании на сжатие образца размером, 2x2x3 и влажностью 25%)
вдоль волокон разрушающая нагрузка была равна 1560 кг, а температура при
испытании 23°.
27
Температура воздуха, ºС
Рисунок 3 Диаграмма Н.Н. Чулицкого для определения равновесной влажности
древесины
28
3.6 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6
ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ГЛАВНЕЙШИМИ МИНЕРАЛАМИ И ГОРНЫМИ
ПОРОДАМИ, ПРИМЕНЯЕМЫМИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ. ОЦЕНКА
ТВЕРДОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД. ОЗНАКОМЛЕНИЕ С ВИДАМИ
ФАКТУР ПОВЕРХНОСТИ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ГРУБЫЕ И
ГЛАДКИЕ ФАКТУРЫ)
Цель работы: изучение минералов и горных пород, применяемых в
строительстве; видов фактур поверхности каменных материалов (грубые и
гладкие фактуры), оценка твердости горных пород.
Приборы:
 Шкала твердости.
 Капельница с соляной кислотой.
 Набор минералов- эталонов.
 Образцы породообразующих минералов.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Горные породы образовались в результате разнообразных геологических,
химических и других процессов, которые происходили на протяжении многих
миллионов лет. От условий образования в значительной мере зависят группа и
физико-механические свойства ГП.
Большое значение имеет их петрографическая характеристика, которая
дает возможность не только установить вид ГП и составить предварительные
суждения о её качестве, но и дополняет результаты лабораторных испытаний
сведениями о таких важных свойствах, как степень однородности и
выветрелости, строение, сложении, рисунок, характер раскола и др.
Таблица 16
Номер минерала по
шкале
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Минерал
Тальк
Гипс
Кальцит
Флюорит
Апатит
ортоклаз
Кварц
Топаз
Корунд
Алмаз
29
Предмет, оставляющий
царапину на данном
минерале
Мягкий карандаш
Ноготь
Медная монета
Железный гвоздь
Острие ножа
Стекло
Острие напильника
Наждачный круг
Алмаз
Не царапается ничем
Таблица 17 - Характеристика минералов
Минерал
Структура
Твердость
Цвет
Каолин
Аморфная, зернистая
1
Белый,
желтоватый
2,5
Гипс
Кристаллическая,
зернистая: бывает
пластинчатой и
волокнистой
Кристаллическая,
листовая
1,5-2
Белый,
желтоватый,
розовый
2,2
1,5-2,5
Серебристый,
белый,
светложелтый
Черный,
бурый, темнозеленый
Белый,
серый,
желтый
2,8
Расщепляется на тончайшие
Прозрачные листочки
Большой упругости
В граните,
сиените, гнейсе
2,8
Расщепляется на тонкие не
ломкие листочки
Тоже
2,6
Белый, серый
2,8
Прозрачен, при ударе
распадается на ромбические
кристаллы, вскипает в
холодном растворе
соляной кислоты.
В растворах соляной кислоты
вскипает только в
порошкообразно м состоянии
при подогреве
В известняках,
мраморе и
других
карбонатных
породах
То же
Мусковит
Биотит
оже
2-3
Кальцит
Кристаллическая и
зернокристаллическая
3
Доломит
кристаллическая
3,5
30
Другие
характерные признаки
Излом землистый, материал
легко рассыпается, жирный
на ощупь
Прозрачные кристаллы,
материал иногда
волокнистый, хрупкий
Условия
нахождения в
природе
В чистом виде
Истинная
плотность
То же
Авгит
Тоже
5-6
Роговая
обманка
Ортоклаз
То же
5-6
Тоже
6
Кварц
Кристаллическая
7
31
Черный,
темнозеленый
Черный и
зелено-бурый
Белый, серый,
розовый,
красный
Бесцветный,
белый,
серый,
черный,
фиолетовый
3,4
Просвечивает, блеск
стеклянный
В магматических
породах
3,1
Отчетливая спайность в
одном направлении
На плоскостях спайности
стеклянный блеск
То же
2,5
2,6
Излом раковистый,
острый
В граните,
сиените,
гнейсе
В граните,
гнейсе,
песчанике
Таблица 18 - Характеристика минералов
Порода
Цвет
Минералы входящие
в состав породы
Гранит
Серый, голубовато-серый, Полевой шпат, кварц,
розовый, темно-красный
слюда
Диорит
Серо-зеленый темноПолевой шпат, роговая
зеленый
обманка, иногда кварц
Габбро
Серый до черного
Полевой шпат, авгит,
оливин, слюда
Лабродорит
Тёмный
Полевой шпат, авгит,
оливин, Лабрадор
Диабаз
Серый до темно-серого
Полевой шпат и авгит
Базальт
Известняк
Темный, черный
Серый, желтый
Песчаник
Белый до темного
Мрамор
Белый, розовый, до
черного
Белый до темно-вишневого
Кварцит
Структура породы
Средняя
плотность
Кристаллическая
2500-2800
Предел
прочности,
МПа
100-250
Кристаллическая
2700-2900
150-300
Кристаллическая
2800-3100
200-350
Кристаллическая
2600-2900
150-250
2800-2900
200-300
2900-3300
1800-2600
200-400
50-150
2300-2600
80-300
2600-2800
100-300
2500-2700
300-400
Кристаллическая,
мелкозернистая
Полевой шпат и авгит Скрытокристаллическая
Кальцит
Плотная аморфная,
Частично кристаллическая
Кварц
Зерна кварца соединены
глиной, известью,
кальцитом, кремноземом
Кальцит и доломит Зернисто-кристаллическая
Кварц
32
Зерно кварца соединены
природными цементами
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Что такое горная порода?
2. Что такое минерал?
3. Перечислите минералы шкалы твердости Мооса в порядке возрастания
твердости от 1 до 10.4.
4. Какие горные породы определяют, используя раствор соляной
кислотой?
33
3.7 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7
ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ КИРПИЧА ТРЕБОВАНИЯМ ГОСТОВ
ОСМОТРОМ И ОБМЕРОМ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАРКИ КИРПИЧА
Цель работы: оценка соответствия кирпича требованиям ГОСТов
осмотром и обмером, определение марки кирпича.
Приборы и материалы:

Керамический кирпич.

Металличекая линейка.

Метал, угольник.

Гидравлический пресс.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Оценка качества кирпича по внешнему осмотру и обмеру
Внешним осмотром устанавливают наличие недожога и пережога в
контролируемом кирпиче, для чего сравнивают отобранные образцы с эталоном
(нормально обожженным кирпичом). Более светлый цвет кирпича, чем у
эталона («алый кирпич»), и глухой звук при ударе по кирпичу молотком
указывает на наличие недожога. Пережженный кирпич характеризуется
оплавлением и вспучиванием, имеет бурый цвет и, как правило, искривлен.
Недожженный и пережженный кирпичи являются браком.
После внешнего осмотра кирпич измеряют по длине, ширине, толщине
определяют искривление поверхностей ребер и длину трещин. Линейные
размеры кирпича и размеры трещин проверяют металлической линейкой с
точностью до 1 мм. Кирпич одинарный должен иметь длину 250, ширину 120,
толщину 65мм; кирпич модульный - длину 250, ширину - 120, толщину - 88 мм.
Допускаемые отклонения от этих размеров для кирпича не должны превышать
по длине ±5, ширине ±4, толщине ±3 мм.
Кирпич должен иметь форму прямоугольного параллелепипеда с
прямыми ребрами и углами, с четкими гранями и ровными лицевыми
поверхностями.
Искривление поверхностей и ребер, отбитость или притупленность ребер
и углов устанавливают с помощью металлического угольника и линейки с
точностью до 1 мм. В лаборатории кирпич укладывают на ровный стол. К
проверяемой поверхности прикладывают ребром металлическую линейку или
треугольник в таком направлении, чтобы выявить максимальное значение
прогиба поверхности.
34
Рисунок 4 - Измерение искривления поверхности и ребер кирпича 1 - стальной
угольник; 2 - кирпич; 3 - стальная линейка.
Максимальное значение зазора между ребром
линейки
и
проверяемой поверхностью изделия измеряют специально изготовляемыми
для этой цели калибрами. Результат измерения записывают в журнал для
лабораторных работ и сравнивают с данными, регламентированными ГОСТ
530-80.
По форме и внешнему виду кирпича стандартом допускаются следующие
отклонения:
- искривление граней и ребер кирпича - по постели не более 3 мм и по
ложку не более 4 мм;
- сквозные трещины на ложковых гранях (т.е. на сторонах размером
250x65 и 250x88) на всю толщину кирпича протяженностью по ширине
кирпича до 30 мм включительно - не более одной (кирпич, имеющий сквозную
трещину, протяженностью более 30 мм, относятся к половнику);
- отбитости или притупленности ребер и углов размером по длине ребра
не более 15 мм - не свыше двух.
Определение марки кирпича
Марку кирпича определяют по пределу прочности при сжатии и изгибе
подготовленных и испытанных на гидравлическом прессе образцов. Для
определения предела прочности при сжатии отобранные для испытания
кирпичи (5 штук от средней пробы) распиливают дисковой пилой на
распиловочном станке по ширине на две равные части. Обе половинки
постелями накладывают одна на другую так, чтобы поверхности распила были
направлены в противоположные стороны, и склеивают цементным тестом из
портландцемента марки не выше М400, при этом толщина слоя цементного
теста не должна превышать 5 мм. Кроме того, цементным тестом слоем 3 мм
выравнивают (подливают) обе внешние половинки, параллельные
соединительному шву.
Для склейки и подливки двух половинок кирпича на гладкую,
горизонтально-установленную
плоскость
(выверенной
по
уровню
35
металлической плиты) кладут стекло, покрытое смоченной бумагой, и по
бумаге расстилают цементное тесто слоем 3 мм. Затем одну половинку кирпича
укладывают на цементное тесто и слегка прижимают, после чего верхнюю
поверхность половинки кирпича покрывают тем же цементным тестом и на
него укладывают вторую половинку кирпича, слегка прижимая. Верхнюю
поверхность второй половинки также покрывают цементным тестом и
прижимают стеклом со смоченной бумагой. Излишки цементного теста
срезают, и края слоев выравнивают ножом.
Изготовленный таким образом образец должен быть близок по форме к
кубу.
Необходимо, чтобы плоскости образца были взаимно параллельными и
перпендикулярными боковым граням, что проверяют угольником. Образцы до
испытания следует выдерживать в лаборатории во влажных условиях в течение
3-4 суток для затвердевания цементного теста, после чего их испытывают на
сжатие. Перед испытанием проверяют угольником параллельность
поверхностей, покрытых затвердевшим цементным тестом, и измеряют
площадь поперечного сечения образца (с точностью до 1 см ), которая равна
произведению результатов двух взаимно перпендикулярных измерений по
плоскости склейки половинок кирпича.
При определении предела прочности при сжатии образец устанавливают
на нижнюю опору гидравлического пресса так, чтобы геометрически его центр
совпадал с центром опоры. Затем верхнюю опору опускают на образец и
насосом пресса равномерно передают давление на образец, доводя его до
разрушения. Значение разрушающего усилия фиксируют по показанию
контрольной стрелки силоизмерителя пресса.
Предел прочности при сжатии Мпа (кгс) см2, І
RCЖ 
P
S
где Р - разрушающая нагрузка, Н (кгс);
S – площадь, м2 (см)2.
Среднее значение предела прочности при сжатии вычисляют как среднее
арифметическое из результатов испытаний пяти образцов. Кроме того,
записывают минимальный результат испытаний.
Предел прочности при изгибе определяют путем испытания на
гидравлическом прессе целого кирпича, уложенного плашмя на две опоры,
расположенные на расстоянии 200 мм одна от другой (рис. 5)
36
Рисунок 5 Схема испытания кирпича на изгиб
Опоры должны иметь закругления радиусом 10-15 мм. Нагрузку
передают на середину кирпича через опору с таким же закруглением. В целях
более плотного и правильного прилегания образца к опорам на кирпиче по
уровню укладывают из цементного теста три полоски шириной 20-30 мм; две
полоски - в местах опирания на нижние опоры, одну - под опору, передающую
нагрузку. Если в кирпиче имеются трещины, то полоски располагают так,
чтобы самые значительные трещины при испытании оказались на нижней
поверхности образца. Подготовленные образцы выдерживают в лаборатории в
течение 3-4 суток для затвердевания цементного теста
Перед испытанием измеряют размеры поперечного сечения кирпича по
середине пролета (между опорами) с точностью до 1 мм. Испытания кирпича
подводят на 5-тонном гидравлическом прессе.
Предел прочности при изгибе I МПа (кгс) см I
где Р - разрушающая нагрузка , Н (кгс);
l -расстояние между опорами, м (см);
b- ширина кирпича, м(см);
h - высота (толщина) кирпича по середине пролета, м (см).
За окончательный результат принимают среднее арифметическое из пяти
определений. Кроме того, записывают минимальный результат испытаний.
Полученные результаты сравнивают с данными, приведенными в таблице. По
среднему и минимальному значениям прочности отдельных образцов
определяют марку кирпича.
37
Таблица 19
Предел прочности, МПа, не менее
При сжатии
При изгибе
Способ
Наименьший
Наименьший
формироМарка
Средний
Средний
для
для
вания
для пяти
для пяти
отдельного
отдельного
образцов
образцов
образца
образца
Пласти300
30
25
4,4 3,9 3,4 2,2 2,0 1,7 1,5
ческое
250 200 175
25
20
3,1 2,8
1,4 1,2 U 0,9
150 125 100 75
20
17,5
2,5 2,2 1,8
17,5
15
15
12,5
12,5
10
10
7,5
7,5
5
Полу300
30
25
3,4 2,9 2,5 2,3 1,7 1,5 1,3
сухое
250 200 175 25 20 17,5 15
20
2,1 1,9 1,6 1,4 1,1 1,0 0,9 0,8
150 125 100 75 12,5 10 7,5
17,5
0,7
15
12,5
10
7,5
5
Таблица 20 - Оценка пригодности глиняного кирпича по внешним признакам
Показатель
Размеры кирпича в мм:
Длина
Ширина
Толщина
Искривление поверхностей
и ребер в мм:
по постели
ложку
Количество сквозных
трещин (на сторонах
250x65 мм) на всю
толщину кирпича длиной
до 30 мм включительно
Качество обжига
Факт.
По ГОСТ 530-80
250
120
65
3
4
1
38
Отклонение ± мм
Определение марки кирпича
Предел прочности при изгибе
3Pl
,
2bh 2
R ИЗГ 
где Р - разрушающая нагрузка в кг;
l - длина пролета между опорами в см;
b - ширина кирпича в см;
h - высота (толщина) кирпича по середине пролета в см.
Таблица 21
Показатель
1
2
№ образцов
3
4
5
1. Размеры поперечного сечения
образца посередине пролета в см.
длина (ширина)
высота (толщина)
2. Расстояние посередине пролета
3. Разрушающая нагрузка в кг
4. Предел прочности при изгибе в
кг/см
5. Средний предел прочности для
пяти образцов в кг/см .
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Изложите методику проверки качества керамического кирпича по
внешнему осмотру и обмеру.
2. Каким образом подготавливают кирпич для определения его марки?
3. Кратко изложите методику испытания кирпича для определения его
марки.
4. Какие марки керамического кирпича вы знаете?
5. Изложите методику определения водопоглощения кирпича.
6. При какой температуре осуществляется замораживание и оттаивание
кирпича при определении его морозостойкости?
39
3.8 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ СТАЛИ
Цель работы: изучение свойств и методов определения основных
свойств стали.
Приборы:
1. Разрывная машина мощностью 50 т.
2. Прибор Бринелля для определения твердости стали.
3. Лупа с микроделениями для измерения отпечатка шарика при
вдавливании.
4. Копер для определения ударной вязкости стали.
5. Образцы стали.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Все определения механических свойств стали проводит преподаватель.
На основании полученных данных учащиеся устанавливают предел текучести,
предел прочности и относительное удлинение при растяжении, твердость и
ударную вязкость стали. По результатам механических свойств стали при
растяжении и сравнения этих результатов с табличными данными учащиеся
определяют марку испытанной стали.
Определение твердости стали
Твердость стали определяют вдавливанием в металлический образец под
определенной нагрузкой стального шарика (метод Бриннеля), алмазного конуса
или стального шарика (метод Роквелла) или алмазной пирамиды (метод
Виккерса).
Между твердостью и другими свойствами металла, в частности
прочностью, имеется определенная зависимость. Поэтому определяя твердость,
можно быстро и без разрушения контролировать качество металла.
При определении твердости по методу Бринелля в плоскую поверхность
металлического образца вдавливают под постоянной нагрузкой стальной
заклеенный шарик. После снятия нагрузки на поверхности от шарика останется
сферический отпечаток, при этом чем мягче будет металл, тем больше будет
площадь отпечатка. Таим образом, число твердости металла по Бринеллю НВ
может быть выражено отношением нагрузки Р в кГ к площади отпечатка F в мм
НВ= Р кг/ мм
F
Выражая поверхность отпечатка через диаметр шарика D и диаметр
отпечатка d, путем преобразований получают формулу для определения числа
твердости металла по Бринеллю:
НВ=2р/[пD(D√ D – d)]
40
Диаметр шарика выбирают в зависимости от твердости металла, толщины
образца и прилагаемой нагрузки 2,5; 5 и 10 мм.
Связь между пределом прочности стали при растяжении и ее твердостью
по Бринеллю выражается следующей зависимостью: = 0,36 НВ кг/мм
Твердость НВ наиболее распространенной строительной стали равна
примерно 90, а арматурной стали около 150, наименьший предел же их
прочности при растяжении равен соответственно до 38 и 50 кг/мм или 3800 и
5000 кг/см
При испытании сталей с числом твердости НВ более 450 применяют
способ Роквелла, так как стальной шарик в этом случае может
деформироваться. По методу Роквелла на поверхность металлического образца
вдавливают алмазный конус с углом при вершине 120°. О величине твердости
металла судят по глубине вдавливания. Чем меньше она будет, тем тверже
металл. Число твердости металла по Роквеллу HR в среднем в 2 раза меньше
числа твердости по Бринеллю НВ.
Твердость особо твердых металлов или твердость тонких наружных слоев
закаленной, цементированной или азотированной стали а также
микротвердость испытывают по методу Виккерса. В поверхность
металлического образца вдавливают алмазную пирамиду с углом между
гранями 135°. Число твердости металла по Виккерсу HV Выражается
отношением нагрузки в кг к поверхности отпечатка в мм, вычисленной по его
диагонали.
Числа твердости по Виккерсу и по Бринеллю совпадают для металлов
твердостью до 450, а затем значения этих величин по Виккерсу превышают
таковые по Бринеллю.
Результаты испытания записывают по следующей форме:
Нагрузка……………………………………………………………………..кГ
Диаметр шарика…………………………………………………………….мм
Диаметр отпечатка………………………………………………………….мм
Твердость стали НВ……………………………………………………..кГ/мм
Предел прочности стали, определенной по ее твердости…………….кГ/мм
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. По каким механическим характеристикам определяют марку
строительной стали?
2. Приведите значения механических свойств стали марки Ст3сп и
Ст5Гпс.
3. Кратко изложите методику испытания стального образца на
растяжение.
4. При помощи какого прибора определяют твердость стали?
5. Что служит критерием качества арматурной стали при испытании на
изгиб?
41
3.9 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 9
ИСПЫТАНИЕ ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО ВУЩЕСТВА
(ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАЛЬНОЙ ГУСТОТЫ, СРОКОВ
СХВАТЫВАНИЯ, ПРОЧНОСТИ)
Цель работы: изучение свойства гипса строительного.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Для оценки качества гипса от каждой партии вяжущего, подлежащего
испытанию, отбирают пробу массой 10-15 кг. При поставке гипса без упаковки
пробу отбирают непосредственно с транспортных средств равными частями из
четырех мест. При поступлении гипса в мешках пробу отбирают из 10 мешков,
примерно по 1-11,5 кг из середины каждого мешка. Отобранные пробы
тщательно смешивают и квартованием делят на 2 равные части по 5-7 кг
каждая, одну из которых передают в лабораторию на испытание. Испытывают
гипс по ГОСТ 23789-79.
Определение тонкости помола
Отобранную пробу гипса насыпают ровным слоем в плоскодонную
фарфоровую чашу и просушивают в сушильном шкафу в течение 1 часа, при
температуре 50°-55°. Высушенный гипс хранят до испытания в стеклянной
банке с притертой пробкой. На технических весах на часовом стеклышке
отвешивают с точностью до 0,1 г навеску гипса в количестве 50 г. Навеску
высыпают на сито с сеткой №02 и, закрыв крышкой, производят просеивание
вручную или устанавливают сито в прибор для механического просеивания и
включают прибор. Длительность просеивания обычно составляет 5-7 минут,
после чего прибор выключают, сито извлекают, осторожно снимают донышко и
высыпают прошедший через сито гипс. Контрольное просеивание гипса
производят вручную на бумагу при снятом донышке. Просеивание гипса
считают законченным, если в течение 1 минуты сквозь сито проходит не более
0,05 г гипса. Тонкость помола рассчитывают по формуле:
T 
m
·100%, с точностью до 0,1 %
50
где m - остаток на сите в г.
За величину тонкости помола принимают среднее арифметическое
результатов 2-х испытаний. По тонкости помола строительный гипс делят на
три группы:
І - грубого помола - остаток на сите не более 23%
II - среднего помола - не более 14%
III - тонкого помола - не более 2%
Определение нормальной густоты гипсового теста
Нормальную густоту определяют с помощью медного или латунного
цилиндра, имеющего высоту 100 мм и внутренний диаметр 50 мм. Цилиндр
42
должен иметь хорошо отполированные внутреннюю поверхность и место
соприкосновения со стеклом, на которое его устанавливают при проведении
опыта. На стекле диаметром более 240 мм или на бумаге под стеклом наносят
ряд концентрических окружностей, диаметром 150-220 мм, причем окружности
диаметром 170-190 наносят через 5 мм, остальные через 10 мм. Перед
испытанием цилиндр и стекло протирают влажной тканью. Стеклянную
пластинку кладут строго горизонтально, а цилиндр устанавливают в центре
концентрических окружностей.
Для определения нормальной густоты теста отвешивают 300 г гипса,
высыпают его в сферическую чашку с заранее отмеренным количеством воды в
пределах 150-220 мл и ручной мешалкой перемешивают в течение 30 сек.,
начиная отсчет времени от начала высыпания гипса в воду. После окончания
перемешивания цилиндр, установленный в центре стекла заполняют гипсовым
тестом, излишки которого срезают линейкой. Через 40-45 сек., считая от начала
высыпания гипса в воду, или через 15 сек. после окончания перемешивания
цилиндр быстро поднимают вертикально и отводят в сторону, при этом
гипсовое тесто расплывается на стекле в лепешку. Диаметр расплыва
определяют по концентрическим окружностям или измеряют линейкой в двух
перпендикулярных направлениях с погрешностью не более 5 мм и вычисляют
среднее арифметическое значение.
Средний диаметр расплыва характеризует консистенцию гипсового теста.
Стандартная консистенция (нормальная густота) характеризуется диаметром
расплыва гипсового теста, равного (180±5мм). Если диаметр расплыва теста не
соответствует 180±5мм, испытание повторяют с измененной массой воды.
Нормальную густоту гипсового теста выражают числом мм воды,
приходящейся на 100г. гипса.
Результаты опытов записывают в следующую таблицу:
Таблица 22
Показатель
№ опыта
1
2
3
4
Навеска гипса, г
Количество взятой воды, мг
Расплыв лепешки, мм
Нормальная густота
Определение сроков схватывания гипсового теста
Сроки схватывания гипсового теста определяют с помощью стандартного
прибора ВИКА, который состоит из станины подвижного металлического
стержня-2 с площадкой-3 для добавочного груза, латунного кольца в виде
усеченного конуса-8, стеклянной пластинки-9. Для закрепления стержня на
требуемой высоте служит зажимной винт-6, стержень снабжен указательной
стрелкой-4 для отсчета перемещения его относительно прикрепленной к
станине шкалы-5 с делениями от 0 до 40мм. В нижней части подвижного
стержня закрепляют стальную иглу-7, диаметром 1,1 мм и длиной 50 мм.
43
Перед началом испытания проверяют свободное падение металлического
стержня, чистоту иглы, положение стрелки, которая должна быть на 0, если
игла упирается в пластинку. Масса стержня с иглой составляет 300 г.
Кольцо и пластинку перед началом испытания смазывают тонким слоем
машинного масла. Затем в металлическую чашку наливают такое количество
воды, которое соответствует нормальной густоте теста, приготовленное из 20 г
гипса. Отвешенные 200 г гипса всыпают в воду и в течении 30 секунд
равномерно перемешивают смесь ручной мешалкой. Кольцо, предварительно
протертое и смазанное минеральным маслом и установленное на стеклянную
пластинку, заполняют тестом. Для удаления попавшего в тесто воздуха кольцо
с пластинкой 4-5 раз встряхивают путем поднятия и опускания одной из сторон
пластинники примерно на 10 мм. После чего излишки теста срезают линейкой и
заполненную форму на пластинке устанавливают на основание прибора ВИКА.
Подвижную часть прибора с иглой устанавливают в такое положение, при
котором конец иглы касается поверхности гипсового теста, а затем иглу
свободно опускают в кольцо с тестом. Стержень-2 закрепляют зажимным
винтом-6, который затем быстро опускают, давая игле свободно погружаться в
гипсовое тесто. Опуская иглу со стержнем через каждые 30 сек при этом всякий
раз меняют место соприкосновения иглы. После каждого погружения иглу
тщательно протирают. Глубину погружения иглы в гипсовое тесто фиксируют
по показанию стрелки, расположенной на подвижном стержне и ее значение
заносят в журнал для лабораторных работ.
По полученным значениям определяют 2 момента «начала и конец
схватывания» считают промежуток времени от момента затворения гипсового
теста (всыпания гипса в воду) до момента, когда игла не доходит до дна
пластинки на 0,5мм. Концом схватывания считают промежуток времени от
момента затворения гипсового теста до момента, когда свободно опущенная
игла погружается в тесто не более чем на 1 мм.
Сроки схватывания используемого гипсового теста заносят в журнал для
лабораторных работ и сравнивают с требованиями стандарта. В зависимости от
сроков схватывания строительный гипс можно отнести к одной из трех групп:
А - быстротвердеющий, начало схватывания не ранее 2 минут, конец - не
позднее 15 минут.
Б - нормально твердеющий - начало схватывания не ранее 6 минут, конец
- не позднее 30 минут.
В - медленно твердеющий - начало схватывания не ранее 20 минут, конец
- не нормируется.
Таблица 23 - Таблица определения сроков схватывания
№ замера
Время замера, Глубина погружения Время с момента
в мин.сек.
иглы, в мм
затворения, в сек.
1. (момент затворения)
2.
3.
и т.д.
44
Начало схватывания через _мин. _сек.
Конец схватывания через
_мин. сек.
Определение предела прочности при изгибе и сжатии
Для оценки качества и сорта гипса его пробу подвергают и испытывают в
лаборатории, где определяют предел прочности при изгибе и сжатии образцов балочек, изготовленных из гипсового теста. Для изготовления трех образцов балочек отвешивают от 1 до 1,6 кг гипса и доливают в чашку воду в количестве,
которое соответствует нормальной густоте теста. Гипс в течение 5-20 сек
засыпают в чашку с водой, перемешивают ручной мешалкой в течение 60
секунд до получения однородной массы, которую заливают в металлическую
форму. Предварительно внутреннюю поверхность формы слегка смазывают
минеральным маслом. Продольные и поперечные стенки формы должны
плотно прилегать к отшлифованной поверхности поддона. Поперечные стенки
формы вместе с продольными стенками следует закреплять нажимным винтом,
т.е. чтобы форма была плотно пригнана к поддону. Угол, между стенками и
дном формы должен быть (90 ± 0,5)°. Размеры форм необходимо проверять не
реже одного раза в 6 месяцев. Если они отклоняются от номинала более чем на
0,5 мм по длине и на 0,2 мм по ширине и высоте, то такие формы следует
заменить.
В каждой форме одновременно изготовляют 3 образца размером 40x40х
160 мм. При изготовлении образцов отсеки форм наполняют одновременно, для
чего чашку с гипсовым тестом равномерно продвигают над формой. Для
удаления вовлеченного воздуха, а после заливки форму встряхивают 5 раз, для
чего ее поднимают за торцовую сторону на высоту около 10 мм и опускают.
После наступления начала схватывания излишки гипсового теста снимают
линейкой, передвигая ее по верхним граням формы перпендикулярно
поверхности образцов: через (15 ± 5) минут после схватывания образцы
извлекают из формы и осматривают. Грани образцов - балочек, прилегающие к
плиткам пресса должны быть параллельны и не иметь отклонения от плоскости,
более чем на 0,5 мм. Если на гранях образцов будут обнаружены дефекты, то
испытывать их нельзя.
Через 2 часа после затворения теста три образца - балочки испытывают на
изгиб на машине МИИ-100.
Предел прочности при сжатии определяется путем испытания 6
половинок балочек, полученных при испытании образцов на изгиб, на 10тонном гидравлическом прессе. Для передачи нагрузки на половинки балочек
используют плоские стальные шлифованные пластинки размером 40x62,5мм.
Каждую половинку балочки перемещают между пластинками таким образом,
чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным
стенкам формы, совпадали с рабочими поверхностями, а упоры пластинок
плитки прилегали к торцевой гладкой стенке образца. Нагрузка при испытании
должна возрастать непрерывно до разрушения образца. Время от начала
равномерного нагружения образца до его разрушения должно быть в пределах
5-30 секунд, средняя скорость нарастания нагрузки при испытании должна
быть (1 ± 0,1) н/с.
45
Предел прочности при сжатии каждого образца равен частному от
деления значения разрушающей нагрузки на рабочую площадь пластинки,
равную 25 см.
За
окончательный
результат
принимают
среднее
арифметическое из четырех значений испытания шести образцов половинок
(без наибольшего и наименьшего результатов). Полученные результаты
сравнивают с данными таблицы 8.
Таблица 24
Марка
вяжущего
Г-2
Г-3
Г-4
Г-5
Г-6
Г-7
Предел прочности
Марка
Предел прочности
образцов-балочек
вяжущего образцов-балочек размером
размером 40x40x160 мм в
40x40х160 мм в возрасте 2ч,
возрасте 2 ч, МПа
МПа, не менее
При сжатии При изгибе
При сжатии При изгибе
2
1,2
Г-10
10
4,5
3
1,8
Г-13
13
5,5
4
2,0
Г-16
16
6,0
5
2,5
Г-19
19
6,5
6
3,0
Г-22
22
7,0
7
3,5
Г-25
25
8,0
Таблица 25
Показатель
1
Номер образца
2
3
4
5
Размеры образца
Длина
Ширина
Разрушающая нагрузка на образец в кг
Предел прочности при изгибе образца в кг/см
Средний предел прочности при изгибе в кг/см
Средний предел прочности при сжатии
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Что представляет собой строительный гипс?
2. С какой сеткой используют сито для определения тонкости помола
строительного гипса?
3. Изложите методику определения нормальной густоты гипсового
теста?
4. При помощи какого прибора определяют сроки схватывания
гипсового теста?
5. На каких образцах и каким образом определяют прочность гипса?
6. Каковы требования стандарта к срокам схватывания гипсового теста?
7. Перечислите марки строительного гипса в зависимости от предела
прочности при сжатии?
46
3.10 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАРКИ (АКТИВНОСТИ) ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
Цель: определение марки (активности) портландцемента.
Приборы и материалы:
1.Технические весы.
2.Сито №008.
3.Прибор ВИКА.
4.Встряхивающий столик.
5.Гидравлический пресс.
6.Металлические формы.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Определение тонкости помола
Тонкость помола определяют ситовым анализом с помощью прибора,
который состоит из станины, шатунно - коцентрикового механизма, кулачков,
набора цилиндрических сит и электродвигателя. Для испытания отвешивают 50
г цемента, предварительно высушенного в сушильном шкафу в течении 2ч. при
температуре 105-110о С и высыпают его на сито, закрыв сито крышкой.
Просеивание считается законченным, если в течении 1мин. Через сито
проходит не более 0,05г цемента. По окончании просеивания остаток на сите
взвешивают с точностью до 0,01 г.
Тонкость помола определяют как остаток на сите с сеткой №008 в
процентах от первоначальной массы просеиваемой пробы. Согласно
требованиям ГОСТ 101 78-76 тонкость помола цемента должна быть такой,
чтобы при просеивании его через сито с сеткой №008 проходило не менее 85%
пробы, взятой для просеивания, а остаток на сите был не более 15% .
Таблица 25
Показатель
Навеска цемента в г.
Остаток на сите в г.
Тонкость помола %
...................
...................
...................
Определение нормальной густоты теста
Нормальную густоту цементного теста определяют согласно ГОСТ 310.376 на приборе Вика. В этом случае иглу прибора заменяют металлическим
пестиком диаметром 10 и длиной 50 мм. Масса подвижного стержня прибора
вместе с пестиком должна быть 300 г. Перед началом испытания проверяют
свободное падение подвижного стержня прибора, чистоту пестика положение
стрелки, которая должна стоять со стекла 0, при соприкосновении пестика со
стеклянной пластинкой, смазывают кольцо и пластинку тонким слоем
машинного масла. Для приготовления цементного теста отвешивают 400г
47
испытуемого цемента, высыпав его в сферическую металлическую чашку.
Затем в цементе делают углубление, куда в один приём вливают
предварительно отмеренную воду в количестве , необходимом для получения
цементного теста нормальной густоты. Количество воды для первого пробного
затворения цемента может быть налита вода, с помощью ориентировочно
принято 22-28% от массы цемента. Углубление, в которое была стальных
лопаток заполняют цементом . После этого осторожно перемешивают, а затем
энергично растирают тесто лопаткой. Продолжительность перемешивания и
непрерывного растирания с момента затворения водой 5 мин. После окончания
перемешивания цементное тесто укладывают в один приём в кольцо, которое 56 раз встряхивают. Кольцо на стеклянной пластинке ставят под стержень
прибора Вика, пестик приводят в соприкосновение с поверхностью теста в
центре кольца и закрепляют его в таком положении зажимным винтом. Затем
быстро отвинчивают зажимной винт, и стержень вместе с пестиком свободно
погружается в тесто.
Через 30 сек. С момента освобождения стержня по шкале прибора,
фиксируют глубину погружения пестика.
Густота цементного теста считается нормальной, если пестик не доходит
до стеклянной пластинки на 5-7мм. Если он, погружаясь в цементное тесто,
остановится выше, то опыт повторяют с большим кол-вом воды, а если ниже-с
меньшим, добиваясь погружения пестика на глубину, соответствующую
нормальной густоте теста. Количество добавляемой воды для получения теста
нормальной густоты, выраженное в % массы цемента, определяют с точностью
до 0,25%.
Таблица 27 - Определение нормальной густоты цементного теста
Показатель
1
Номер опыта
2
3
4
Навеска цемента в г.
Количество взятой воды в см3
Глубина погружения пестика в мм.
Нормальная густота цементного теста в %
Определение сроков схватывания цементного теста
Сроки схватывания согласно ГОСТ 310.3-76 определяют с помощью
прибора Вика, но вместо пестика на нижней части подвижного стержня
закрепляют стальную иглу сечением 1 мм и длинной 50 мм. Так как общая
масса стержня при замене пестика уменьшается, то на плоскую головку
стержня накладывают дополнительный груз, чтобы масса стержня с иглой
составила 300 г.
Перед началом испытания проверяют свободное перемещение
металлического стержня прибора Вика, положение стрелки, которая должна
быть на нуле при опирании иглы на стеклянную пластинку, чистоту прямизну,
иглы. После этого смазывают кольцо и пластинку тонким слоем машинного
масла.
48
Цементное тесто нормальной густоты приготавливают по методике,
изложенной ранее и сразу после приготовления помещают в кольцо прибора
Вика, установленное на стеклянной пластинке и слегка встряхивают 5-6 раз .
Кольцо с цементным тестом устанавливают на столик прибора, опускают
стержень до соприкосновения иглы с поверхностью теста и закрепляют
стержень винтом. Затем быстро отвинчивают зажимной винт, чтобы игла могла
свободно погрузиться в тесто. Иглу погружают в тесто через каждые 5 мин. До
начала схватывания и через каждые 15 мин. В последующее время до конца
схватывания. Место погружения иглы в тесто меняют, передвигая кольцо, иглу
вытирают мягкой тканью или фильтровальной бумагой.
За начало схватывания принимают время с момента затворения водой до
момента, когда игла не дойдёт до стеклянной пластинки на 1-2 мм. За конец
схватывания принимают время с момента, когда игла будет опускаться в тесто
не более чем на 1-2 мм. Начало схватывания портландцемента, должно
наступать не ранее чем через 45 минут, конец схватывания- не позднее 10 часов
с момента затворения цементного теста.
Таблица 28 - Определение сроков схватывания цемента
№ замера
Время замера, Глубина погружения Время с момента
в мин.сек.
иглы, в мм
затворения, в сек.
1. (момент затворения)
2.
3.
и т.д.
Начало схватывания через .......... -мин.-сек.
Конец схватывания через ............ -мин.-сек.
Определение равномерности изменения объема цемента
Процесс твердения цемента сопровождается изменением объёма
образовавшегося цементного камня. Однако наличие в цементе свободных СаО
и MgO, которые гасятся с увеличением объёма в уже затвердевшем цементном
камне, может привести к неравномерным деформациям и образованию трещин
в твердеющих бетонах и растворах.
Равномерность изменения объёма цемента согласно ГОСТ 310.3-76
устанавливают кипячением в воде образцов - лепёшек. Для изготовления
лепешек берут 400 г цемента и из него приготовляют тесто нормальной
густоты. Затем отвешивают 4 навески цементного теста по 75 г каждая и
помещают последние в виде шариков на отдельную стеклянную пластинку,
предварительно протёртую машинным маслом. Осторожно простукивая
пластинкой о край стола, получают из шарика, лепёшку диаметром 7-8 см и
толщиной в середине её части около 1 см. поверхность полученных лепёшек
заглаживают от наружных краёв к центру смоченным в воде ножом.
Приготовленные таким образом лепёшки выдерживают на стеклянных
пластинах 24 часа в ванне с гидравлическим затвором при температуре 20±5°С.
49
Цемент признают доброкачественным, если на лицевой стороне лепёшек,
подвергнутых испытанию кипячением, нет радиальных доходящих до краев
трещин или сетки мелких трещин, видимых в лупу или невооруженным глазом,
а также каких-либо искривлений.
Затем лепёшки снимают со стеклянных пластинок и кладут на
решетчатую полку бачка. Для поддерживания постоянного уровня воды бачок
резиновым шлангом соединен с регулятором уровня воды. Воду в бачке за 3040 мин доводят до кипения, которое поддерживают 3 часа. После кипячения
лепёшки охлаждают в бачке до температуры 20° , вынимают из бачка и
тщательно рассматривают.
Определение марки цемента
Марку цемента устанавливают по показателям предела прочности при
изгибе и сжатии образцов балочек размером 40-40-160 мм, изготавливаемых из
пластичного цементного раствора, состава 1: 3 по массе.
Методика определения марки цемента ГОСТ 310.4-76 состоит в
следующем. Сначала определяют консистенцию цементного раствора, которая
требуется для изготовления образцов - балочек. Для этого отвешивают 1500 г
песка и 500г цемента, высыпают их в сферическую чашку и перемешивают
цемент с песком лопаткой в течении 1 мин. Затем в центре сухой смеси делают
лунку и вливают в неё 200 г воды (В/Г= 0,4). После того как вода впитается ,
ещё раз перемешивают смесь в течении 1 мин., переносят её в механический
смеситель и перемешивают в течении 2,5 мин.
По окончании перемешивания определяют консистенцию цементного
раствора. Для этого используют встряхивающий столик и металлическую
форму-конус. Растворную смесь укладывают в форму-конус двумя слоями
ровной толщины. Каждый слой уплотняют металлической штыковкой. Нижний
слой штыкуют 15 раз, а верхний 10 раз. Во время укладки и
уплотнения раствора конус прижимают рукой к стеклянному диску.
Излишек раствора срезают ножом, и форму-конус медленно поднимают. Затем,
вращая рукоятку маховика, встряхивают столик 30 раз в течении 30 сек., при
этом конус цементного раствора расплывается. С помощью линейки измеряют
расплыв конуса по нижнему основанию в двух взаимно перпендикулярных
направлениях. Консистенцию раствора считают нормальной, если расплыв
конуса оказался равным 106-115 мм. При меньшем расплыве конуса раствор
приготавливают заново, несколько увеличивая кол-во воды затворения.
Для определения марки цемента образцы-балочки в возрасте 28 суток с
момента их изготовления испытывают на изгиб, и затем каждую из полученных
половинок - на сжатие.
Образцы балочки испытывают на изгиб с помощью машины МИИ-100.
Машина снабжена счетчиком, который автоматически в зависимости от
положения груза показывает напряжение в балочке в данный момент
испытания.
Предел прочности при изгибе образцов цементного раствора вычисляют
как среднее арифметическое из двух наибольших результатов испытания.
Половинки балочек испытывают на сжатие на гидравлическом прессе. Для
50
передачи нагрузки на половинки балочек применяют плоские стальные
шлифовальные пластинки размером 40—62,5 мм. Каждую половинку балочки
помещают межгу двумя пластинками таким образом, чтобы боковые прилегали
к продольным стенкам формы, совпадали с рабочими поверхностями
пластинок, а упоры пластинок прилегали к торцевой гладкой стенке образца.
При испытании образца на сжатие скорость увеличения нагрузки должна быть
около 5 кН/с.
Предел прочности при сжатии (Мпа/кгс/см2) определяют по формуле:
Rcx = P / S
где
Р – разрушающая нагрузка (Н/кгс)
S- площадь грани (м2/см2)
Предел прочности при сжатии образцов, изготовленных из испытуемого
цементного раствора, вычисляют как среднее арифметическое четырех
наибольших результатов шести испытанных образцов.
Полученные результаты сравнивают с требованиями ГОСТ 10178-76 для
портландцемента, приведенными в таблице 4 и делают заключение о марке
испытанного цемента.
Таблица 29
Цемент
Портландцемент и
портландцемент с
минеральными
добавками.
Шлакопортландцемент
Марка
Предел прочности в возрасте 28 сут.
При изгибе
При сжатии
5,5 Мпа
40 Мпа
6,0 Мпа
50 Мпа
6,2 Мпа
55 Мпа
6,5 Мпа
60 Мпа
4,5 Мпа
30 Мпа
6,5 Мпа
40 Мпа
6,0 МПа
50 МПа
400
500
550
600
300
400
500
Таблица 30 - Определение марки цемента
Показатель
Прочность образцов в кг/см
1
2
3
1
2
3
4
При изгибе
При сжатии
Размеры образца:
ширина
высота
Предел прочности при
изгибе в кг/см
Площадь образца в см2
Разрушающая нагрузка
в кг
51
5
6
Предел прочности при
сжатии в кг/см
Ср. пред ел прочности
при изгибе в кг/см
Ср.предел прочности
при сжатии в кг/см
Марка цемента
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Что представляет собой портландцемент?
2. Изложите методику определения насыпной плотности цемента.
3. Каковы требования стандарта к тонкости помола портландцемента?
4. Каким образом определяют сроки схватывания цементного теста и
каковы требования стандарта?
5. Изложите методику определения нормальной густоты цементного
теста.
6. Кратко изложите методику определения равномерности изменения
объема цемента.
7. Какова методика определения марки портландцемента?
8. Какие марки портландцемента предусмотрены действующим
стандартом?
52
3.11 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 11
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАРКИ СТРОИТЕЛЬНОГО БИТУМА (ИСПЫТАНИЕ
НА ВЯЗКОСТЬ, РАСТЯЖИМОСТЬ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
РАЗМЯГЧЕНИЯ)
Цель работы: определение вязкости битума при помощи прибора пенетрометра, определение растяжимости битума на приборе - дуктилометре,
определение температуры размягчения битума на приборе «кольцо и шар»,
определение температуры вспышки битума.
Приборы и материалы
 Пенетрометр.
 Металлическая чашка.
 Дуктилометр.
 Прибор «кольцо и шар».
 Смесь талька с глицерином.
 Прибор для определения температуры вспышки битума.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Для выполнения лабораторной работы подгруппу учащихся разделяют на
бригады по 3-4 человека, при этом каждая бригада испытывает по одному разу
битум одной из марок, определяя три основных свойства: вязкость,
растяжимость и температуру размягчения. Результаты, полученные при
испытании битума, учащиеся заносят в журнал для лабораторных работ. На
основании результатов испытаний и сравнения их с требованиями ГОСТа,
учащиеся должны сделать заключение, к какой марке следует отнести битум,
испытанный каждой бригадой.
Битумные вяжущие (битумы) представляют собой сложные смеси
высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных.
Битумы бывают природными и искусственными (нефтяными); последние
широко применяют в строительстве и в производстве различных
гидроизоляционных материалов. Нефтяные битумы - продукты переработки
нефти и ее смолистых остатков. В зависимости от способа получения
различают остаточные, окисленные и крекинговые нефтяные битумы.
Для оценки качества поступившего на строительство нефтяного битума,
упакованного в таре, вскрывают 2% числа ящиков, бочек или мешков и
отбирают от каждого упаковочного места один кусок массой около 1 кг. Затем
каждый кусок разбивают на части размером не более 25 мм, тщательно
перемешивают, разравнивают, последовательным квартованием доводят массу
средней пробы до 2-3 кг и направляют в строительную лабораторию для
испытания. В лаборатории пробу делят на две равные части: одну используют
для проведения испытаний; вторую - в опечатанном виде хранят в течение 2
месяцев на случай повторного испытания.
Перед определением показателей физико-механических свойств битума
его необходимо обезводить, для чего пробу в чашке помещают в сушильный
53
шкаф или на песчаную баню и доводят до подвижного состояния, нагревая
твердые и полутвердые битумы до температуры не выше 120-180°С в
зависимости от их вязкости. Затем расплавленный битум процеживают через
сито с отверстиями 0,6-0,8 мм и тщательно перемешивают до полного удаления
пузырьков воздуха. После остывания проба битума считается подготовленной к
проведению испытаний.
При оценке качества нефтяных битумов в лаборатории определяют
вязкость, растяжимость, температуру размягчения и вспышки.
Определение вязкости битума
Вязкость (пенетрацию) нефтяного битума определяют при помощи
стандартного прибора - пенетрометра. По глубине проникания в битум иглы
прибора под нагрузкой 1Н в течение 5 с при температуре 25 °С судят о вязкости
битума. Вязкость выражают в градусах, причем 1° соответствует глубине
проникания иглы 0,1 мм.
Предварительно обезвоженный и процеженный битум расплавляют на
песчаной или масляной бане или в сушильном шкафу до подвижного состояния
(не перегревая битум) и тщательно перемешивают до полного удаления
пузырьков воздуха. Затем битум наливают в металлическую чашку на высоту
не менее 30 мм и выдерживают при температуре 18-20°С в течение 1 ч,
предохраняя образец от пыли. После этого чашку с битумом помещают в ванну
с водой, нагретой до 25°С, и оставляют на 1 час до испытания. Высота слоя
воды над битумом должна быть не менее 25 мм. Температуру в ванне
поддерживают постоянной, добавляя горячей или холодной воды. Колебания
температуры воды в ванне не должны превышать ±0,5°С.
Через одну чашку с битумом помещают в кристаллизатор, наполненный
водой, имеющей температуру 25°С. Кристаллизатор устанавливают на столик
пенетрометра. Подводят острие иглы к поверхности битума, при этом игла
должна слегка касаться битума, но не входить в него. Для облегчения этой
операции служит зеркало. Кремальеру доводят до верхней площадки стержня,
несущего иглу, и устанавливают стрелку на нуль или отмечают ее положение,
после чего одновременно пускают секундомер и нажимают стопорную кнопку,
давая игле свободно входить в битум в течение 5 секунд. По истечении этого
времени кнопку отпускают. Затем доводят нижнюю часть кремальеры до
верхней площадки стержня с иглой, и стрелка, передвигающаяся вместе с
кремальерой, показывает расстояние, град, пройденное иглой за 5 секунд.
Определение повторяют три раза в различных точках на поверхности
битума, отстоящих не менее чем на 10 мм от краев чашки и одна от другой.
Среднее арифметическое этих определений дает значение проникания в
градусах, соответствующее глубине проникания иглы в десятых долях
миллиметра. Расхождение между результатами определения глубины
проникания, полученными в каждых из трех опытов, не должно превышать
следующих значений:
54
Таблица 31
Глубина проникания иглы, град
Расхождение, град
150-200
10
75-150
5
25-75
3
До 25
1
При больших расхождениях результатов испытание следует повторить.
После каждого погружения (определения) иглу вынимают из гнезда,
обмывают бензином острие и насухо вытирают.
Определение растяжимости битума
Растяжимостью
(дуктильностью)
называют
свойство
битумов
вытягиваться в тонкие нити под влиянием приложенной растягивающей
нагрузки. Растяжимость характеризуется длиной нити до разрыва ее при
температуре 25°С и скорости вытягивания 5 см/мин и выражается в
сантиметрах.
Растяжимость битумов определяют на приборе - дуктилометре. Образец
битума с формой и пластинкой помещают в ящик дуктилометра, куда
предварительно налита вода температурой 25°С, и выдерживают в нем в
течение 1,5 часа, следя за тем, чтобы температура воды была постоянной
25±0,5°С. Слой воды над образцом должен быть не менее 25 мм. Затем,
проверив скорость движения салазок и температуру воды, закрепляют форму в
дуктилометре (надевают ее на штифты, укрепленные на салазках и стойке
ящика), отнимают боковые части формы и включают электродвигатель или
начинают вращать маховик, растягивая битум со скоростью 5 см/мин. Длину
нити битума, отмеченную указателем в момент ее разрыва, принимают
показатель растяжимости битума. Испытание проводят три раза, и за
окончательный результат принимают среднее арифметическое трех
определений.
При определении растяжимости битумов, имеющих плотность
значительно больше (или меньше) единицы, плотность воды соответственно
или повышают раствором поваренной соли, или понижают добавлением
спирта, чтобы нить растягиваемого битума не всплыла и не потонула.
Определение температуры размягчения битума
Температура размягчения позволяет судить об относительной
теплостойкости и степени размягчаемости битумов при нагревании.
Температуру размягчения битума по методу «кольцо и шар» определяют
следующим образом. Латунные кольца укладывают на металлическую
пластинку и смазывают смесью талька с глицерином (состав 1:3). Затем
заполняют их с некоторым избытком, расплавленным и перемешанным в
течение 15 мин битумом. После охлаждения избыток битума срезают нагретым
ножом вровень с краями. Кольца устанавливают горизонтально в отверстия на
средней пластине прибора. Термометр вставляют в среднее отверстие верхней
пластины точно по оси так, чтобы ртутный шарик его был на нижнем уровне
кольца.
55
Прибор с кольцами ставят в стакан, наполненный дистиллированной
охлажденной водой с температурой 5°С. Через 15 минут прибор вынимают из
стакана, на каждое кольцо в центре поверхности битума кладут стальной шарик
диаметром 9,5 мм и массой 3,45-3,55 г и помещают прибор в тот же стакан.
Стакан с прибором ставят на асбестовую сетку, нагревают на газовой горелке
или спиртовке так, чтобы скорость подъема температуры составляла 5°С/мин.
При нагревании битум размягчается и стальной шарик вместе с битумом
проходит
сквозь
отверстие
кольца.
Температура,
при
которой
деформирующийся битум под действием массы шарика коснется нижнего
диска прибора, принимают за температуру размягчения. Если температура
размягчения битума по методу «кольцо и шар» окажется, например, равной
70°С, то сокращенно записывают «70°К и Ш». В том случае, когда температура
размягчения битума выше 80°С, прибор заполняют не водой, а глицерином;
образец перед испытанием выдерживают в течение 15 минут при температуре
32°С.
Испытание проводят два раза и температуру размягчения вычисляют как
среднее арифметическое двух определений.
Определение температуры вспышки битума
Температурой вспышки называют температуру, при которой
газообразные продукты, выделяющиеся из битума, при нагревании образуют с
воздухом смесь, вспыхивающую на короткое время при поднесении к ней
пламени. Температуру вспышки битумов определяют для установления
безопасного технологического режима их расплавления, а также смешивания с
наполнителями.
Расплавленный битум с ожидаемой температурой вспышки до 210°С
наливают во внутренний тигель так, чтобы уровень был на 12 мм ниже края
тигля.
Большой тигель (вместе с малым тиглем) устанавливают в кольцо,
закрепленное на штативе; под него подводят газовую горелку, а сверху в
испытываемый битум погружают термометр так, чтобы ртутный шарик его
находился примерно в геометрическом центре меньшего тигля. К поверхности
битума подводят зажигательное приспособление, состоящее из трубки,
присоединенной к газопроводу. Наружный тигель нагревают пламенем газовой
горелки с таким расчетом, чтобы повышение температуры в начале испытания
было в пределах 10°С/мин; за 40°С до ожидаемой температуры вспышки
скорость нагрева уменьшают до 4°С/мин. За 10°С до ожидаемой температуры
вспышки поджигают зажигательное приспособление и медленно проводят им
по краю тигля на расстоянии 10-14 мм от поверхности битума. Длина пламени
у зажигательного приспособления должна быть около 4 мм. Появление синего
пламени над поверхностью битума принимают за момент его вспышки, а
температуру, отмеченную в этот момент, - за температуру вспышки.
При проведении испытания следует избегать движения воздуха и яркого
освещения, что затрудняет наблюдение за моментом вспышки. Определение
следует проводить дважды, за окончательный результат принимают среднее
арифметическое двух определений.
56
При проведении лабораторных испытаний дорожных, строительных или
кровельных битумов следует руководствоваться данными, приведенными в
таблице.
Таблица 32 - Физико-механические свойства нефтяных битумов
Марка битума
БН-50/50
БН-70/30
БН-90/10
БНК-45/180
БНК-90/40
БНК-90/30
БНД-200/300
БНД-130/200
БНД-90/130
БНД-60/90
БНД-40/60
Глубина
Температура
Растяжимость
проникания
при 25°С, см, не размягчения, вспышки, °С,
иглы при 25°С,
менее
°С, не ниже
не ниже
0,1 мм
Строительные битумы
41-60
40
50
220
21-40
3
70
230
5-20
1
90
240
Кровельные битумы
140-220
Не нормируется
40-50
240
35-45
То же
85-95
240
25-35
85-95
240
«
Дорожные битумы
201-300
35
200
131-200
65
39
220
91-130
60
43
220
61-90
50
47
220
40-60
40
51
220
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Что представляют собой нефтяные битумы?
2. Как определяют вязкость битума?
3. Изложите методику определения растяжимости битума.
4. Изложите последовательность определения температуры размяг-чения
битума.
5. Как определить температуру вспышки битума?
57
3.12 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕРНОВОГО СОСТАВА ПЕСКА
Цель: определение гранулометрического (зернового) состава песка.
Приборы и материалы:
1. Сито диаметром 5 и 10 мм.
2. Сито с сеткой №014; 0,315; 0,63; 1,25; 2,5 и 5.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Определение зернового состава песка
Зерновой (гранулометрический) состав песка имеет большое значение для
получения тяжелого бетона заданной марки . В тяжелом бетоне песок служит
для заполнения пустот между зернами крупного заполнителя .В то же время все
пустоты между зернами песка должны быть заполнены цементным тестом
.Кроме того , этим же тестом должны быть покрыты и поверхности всех частиц
. Для уменьшения расхода цементного теста следует применять пески с малой
пустотностью и наименьшей суммарной поверхностью частиц. Крупный песок
имеет небольшую поверхность зерен , но значительную пустотность . Мелкий
же, наоборот , обладает меньшей пустотностью , но очень большой суммарной
поверхностью зерен . Поэтому для получения бетона плотной структуры при
наименьшем расходе цемента целесообразно применять крупные пески ,
содержащие оптимальное количество средних и мелких частиц.
Зерновой состав песка характеризуется процентным содержанием в нем
зерен различного размера . Для определения зернового состава песка
применяют ситовой анализ . Среднюю пробу песка массой 2кг высушивают , а
затем просеивают сквозь сита с круглыми отверстиями диаметром 5 и 10 мм .
Полученные на ситах остатки взвешивают и определяют с точностью до 0, 1%
содержание в песке зерен крупностью 5-10 (Гр5 ) и выше 10 мм (Гр10 ) по
формулам:
Гр5=(m5:m)·100
Гр10=(m10:m)·100
Где Гр5 и Гр10 -содержание в песке зерен крупностью 5-10 мм и выше 10
мм, %;
m - масса пробы, г;
т5 и т10-остатки на ситах с круглыми отверстиями, равными
соответственно 5 и 10 мм, г.
Из пробы песка , прошедшего через сито с отверстиями диаметром 5 мм,
отбирают навеску 1000 г и просеивают ручным или механическим способом
через комплект сит , последовательно расположенных по мере уменьшения
размера отверстий в ситах (сита с круглыми отверстиями диаметром 2,5 мм,
ниже сита с сетками, имеющими квадратные отверстия размером 1,25; 0,63 ;
0,315 и 0,14 мм).
58
Просеивание считается законченным , если через сито на чистый лист
бумаги за 1 мин проходит не более 0,1% зерен от общей массы просеиваемой
навески.
Остатки песка на каждом сите взвешивают и вычисляют частные остатки
на каждом сите с точностью до 0,1% по формуле :
ai=(mi:m)·100
где ai-частный остаток , %;
mi- масса остатка на данном сите , г;
m- масса просеиваемой навески ,г.
Затем с точностью до 0,1% определяют полные остатки на каждом сите .
Полный остаток Ai %, определяют как сумму частных остатков на всех ситах с
большим размером отверстий плюс остаток на данном сите по формуле :
Ai=a2,5+…+ai
где a2,5+...+ai - частные остатки на ситах с большим размером отверстий ,
начиная с сита с размером отверстий 2,5 мм ,%;
аi- частный остаток на данном сите , % .
Для оценки зернового состава песка и его пригодности для приготовления
бетона результаты просеивания (по полным остаткам) наносят на график . На
графике по оси абцисс в определенном масштабе откладывают размеры
отверстий на ситах с сеткой № 0,15; 0,315; 0,63; 2,5 и 5 , а по оси ординат значения полных остатков на соответствующих ситах, %. Полученные точки
соединяют ломанной линией . Если кривая , характеризующая зерновой состав
испытуемого песка, располагается в заштрихованной части графика , то такой
песок признают годным для приготовления бетона . Если кривая располагается
выше заштрихованной части , то песок считается мелким , а если ниже крупным . В песке для бетонов и растворов не допускается наличие зерен
размером более 10мм . Зерен размером от 5 до 10 мм не должно быть более 5%
по массе . Количество мелких частиц , прошедших через сито №0,14, не должно
превышать 10%.
Зерновой состав песка характеризуется также модулем крупности Мк ,
который вычисляют с точностью до 0,1 по формуле :
Мк= (А2,5 +A1,25 +А0,63 +А0,315+А0,14):100
где А2,5; А1,25 ; А0,315;А0,14 - полные остатки на ситах ,%.
Пески для строительных работ в зависимости от зернового состава
подразделяют на следующие группы : крупные , средние , мелкие и очень
мелкие .Для каждой группы песков значения Мк и полный остаток на сите с
сеткой №063 должны соответствовать значениям , приведенным в таблице 13.
Для выполнения данной лабораторной работы подгруппу учащихся
разбивают по три-четыре человека и каждая бригада определяет зерновой
состав песка. Учащиеся каждой бригады рассеивают пробу на наборе
59
стандартных сит ,после чего рассчитывают частные и полные остатки на ситах
в процентах , а также вычисляют модуль крупности песка. Результаты заносят в
таблицу журнала для лабораторных работ . В этом же журнале по полученным
результатам каждый учащийся строит график зернового состава испытанного
песка .Для сравнения рекомендуется наносить график кривые состава песков,
испытанных учащимися смежных бригад .
Таблица 33 - Классификация песков по зерновому составу
Группа песков
Мк
Крупный
Средний
Мелкий
Очень мелкий
свыше 2,5
2-2,5
1,5-2
1-1,5
Полный остаток на сите
№063 ,% по массе
свыше 45
30-45
10-30
до 10
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Что представляет собой песок?
2. Для чего служит песок в строительстве?
3. Как определяется зерновой состав песка?
4. От чего зависит качество песка?
60
3.13 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13
ИСПЫТАНИЕ КРУПНОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ БЕТОНА
Цель работы: испытание крупного заполнителя для бетона.
Приборы:

Стандартный набор сит с отверстием по ГОСТ 8269- 64

весы торговые (10 кг)

Щебень или гравий с наибольшей крупностью зерен 40 или 70 мм,
высушенный до постоянного веса. Щебень (гравий) не должен иметь на зернах
пленок глины.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Подгруппу учащихся разделяют на бригады, и каждая бригада определяет
зерновой состав песка. Для этого учащиеся рассеивают пробу на стандартном наборе
сит, а затем рассчитывают частные и полные остатки на ситах. На основании
полученных результатов каждый учащийся строит график, наносит на него кривую по
результатам полных остатков на ситах и рассчитывает модуль крупности песка.
Зерновой состав крупного заполнителя (щебня или гравия) в
значительной мере влияет на качество приготовленного на нем бетона. При
выборе зернового состава крупного заполнителя для бетона необходимо
исходить из основного требования: получить наименьший объем пустот в
крупном заполнителе, а следовательно, наименьший расход цемента в бетоне
заданной марки.
В зависимости от размера зерен щебень (гравий) подразделяют на
следующие фракции: 5- 10, 10- 20, 20- 40 и 40- 70 мм. В каждой фракции гравия
или щебня должны быть зерна всех размеров от наибольшего до наименьшего
для данной фракции. Зерновой состав загрязненного нефракционного
щебня(гравия) определяют просеиванием с одновременной промывкой водой
пробы заполнителя. В условиях учебной лаборатории при испытании щебня
(гравия), зерна которого не имеют примесей глины, зерновой состав
рекомендуется определять без одновременного промывания водой по
приведенной ниже методике.
В данном случае крупный заполнитель высушивают до постоянной массы
и берут испытания пробу в количестве5, 10, 20, 30 и 50 кг при наибольшей
крупности его соответственно 10, 20, 40 и 70 мм. Щебень (гравий) присеивают
через набор сит с отверстиями размером 1,25 Dнаиб, Dнаиб; 0,5 (Dнаиб +
Dнаим); Dнаим, собранных в колонну, и определяют частные и полные остатки
на каждом сите, % по массе рассеиваемой пробы. При отсутствии сит с
отверстиями, диаметр которых точно равен 1,25 Dнаиб и 0,5(Dнаиб + Dнаим),
разрешается пользоваться ситами стандартного набора, размеры отверстий
которых наиболее близки требуемым. Обычно рассеивают пробу через набор
сит следующих размеров: 70; 40; 20; 10; и 5 мм.
В случае когда остаток образовался на сите с отверстиями диаметром 70
мм, определяют также необходимый для построения кривой просеивание
61
предельный размер зерен щебня (гравия),используя проволочные кольцакалибры различного диаметра различного диаметра- 100, 120 мм или более в
зависимости от крупности.
Далее вычисляют остатки на каждом сите, % к суммарной массе
просеянной пробы:
ai =(mi – 100)/∑m
где mi- масса остатка на данном сите, кг;
∑m- сумма частных остатков на всех ситах, кг.
По известным значениям частных остатков рассчитывают полные
остатки, % на каждом сите:
Ai = a70 +…+ ai
где a70 +…+ ai – частные остатки на всех ситах с большими
размерами отверстий плюс остаток на данном сите, %.
Затем устанавливают наибольшую Dнаиб и наименьшую Dнаим
крупность зерен щебня (гравия). За наибольшую крупность зерен принимают
размер отверстия того верхнего сита, на котором полный остаток не превышает
5 %, а за наименьшую крупность- размер отверстия нижнего сит, полный
остаток на котором составляет не менее 95%. Кроме того, вычисляют значения
0,5 (Dнаиб + Dнаим) и 1,25 Dнаиб. Зерновой состав каждой фракции или смеси
фракций должен находиться в пределах, указанных в табл. 33.
Таблица 34
Размер контрольных сит
Dнаим
Полный остаток на ситах,
% по массе
от 90 до 100
0,5 (Dнаиб +
Dнаим)
от 30 до 80
Dнаиб
1,25 Dнаиб
до 10
до 0,5
Качество зернового состава щебня( гравия) оценивают значением полных
остатков (в%) на ситах с контрольными отверстиями Dнаим; 0,5 (Dнаиб +
Dнаим); Dнаиб и 1,25 Dнаиб.
При выполнение данной лабораторной работы студенты определяют
зерновой состав щебня или гравия, на зернах которого нет примесей глины и он
не сильно загрязнен пылью. При этом условии можно отказаться от
промывания заполнителя водой. Пробу щебня (гравия) с наибольшей
крупностью зерен 40 70 мм, высушенную до постоянной массы, просеивают на
наборе стандартных сит, после чего рассчитывают частные и полные остатки на
ситах а процентах и результаты заносят в таблицу журнала для лабораторных и
практических работ. Затем заносят на график полные остатки на ситах с
размерами отверстий
Dнаим; 0,5 (Dнаиб + Dнаим); Dнаиб и 1,25 Dнаиб,
соединяют полученные точки и оценивают пригодность щебня (гравия) для
приготовления бетона.
62
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Что представляет собой щебень и гравий?
2. Изложите последовательность определения зернового состава щебня
(гравия)?
63
3.14 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 14
ИЗГОТОВЛЕНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ И ИСПЫТАНИЕ ОБРАЗЦОВ
Цель работы: определение прочности бетона путем испытания на
разрушения специально изготовленных контрольных образцов.
Приборы:
• Стандартный набор сит с отверстием по ГОСТ 8269- 64
• весы торговые (10 кг)
•
Щебень или гравий с наибольшей крупностью зерен 40 или 70 мм,
высушенный до постоянного веса. Щебень (гравий) не должен иметь на зернах
пленок глины.
Порядок выполнения лабораторной работы:
В условиях лаборатории строительного техникума рекомендуется
определять предел прочности при сжатии бетона по результатам испытания
образцов- кубов размером 100х100х100 и 150х150х150мм, а также знакомить с
методикой определения предела прочности при изгибе образцов- призм
размером 150х150х600 мм, и с методикой определения прочности бетона на
осевой растяжение по результатам испытания образцов- восьмерок,
изготовленных в специальных формах. Кроме того, следует ознакомить
студентов с определением прочности бетона в конструкциях без их разрушения
механическими и физическими.
Таблица 35
Показатель
1
Вес пустой формы в кг.
Формы с бетонной смесью в кг.
Объем формы в л.
Плотность бетонной смеси в кг/л.
Средняя плотность бетонной смеси всех
образцов в кг/л
Размеры образцов в см
длина
ширина
Площадь образцов в см
Разрушающая нагрузка в кг
Предел прочности при сжатии бетона в кг/см
Средний предел прочности при сжатии всех
образцов в кг/см
Переводной коэффициент на размеры образца
Средний предел прочности при сжатии образцов
с учетом переводного коэффициента на размер
образца в кг/см
64
№ образца
2
3
4
Переводной коэффициент на сроки испытания
Средний предел прочности при сжатии образцов
в возрасте 28 суток (с учетом переводного
коэффициента на сроки испытаний) в кг/см
Плотность уплотненной бетонной смеси определяют по формуле:
гбет = (G1-G):V
где G - вес формы без смеси в кг.
G1 - вес формы с уплотненной бетонной смесью в кг.
V - объем формы в л.
гБЕТ - плотность бетонной смеси в кг/л
Таблица 36 - Изготовление образцов для определения прочности бетона и их
испытание
Показатель
1
№ образца
2
3
4
Вес пустой формы в кг.
Формы с бетонной смесью в кг.
Объем формы в л.
Плотность бетонной смеси в кг/л.
Средняя плотность бетонной смеси всех
образцов в кг/л
Размеры образцов в см
длина
ширина
Площадь образцов в см
Разрушающая нагрузка в кг
Предел прочности при сжатии бетона в кг/см
Средний предел прочности при сжатии всех
образцов в кг/см
Переводной коэффициент на размеры образца
Плотность уплотненной бетонной смеси определяют по формуле:
гбет = (G1-G):V
где G - вес формы без смеси в кг.
G1 - вес формы с уплотненной бетонной смесью в кг.
V - объем формы в л.
гБЕТ - плотность бетонной смеси в кг/л
65
Проектирование состава тяжелого бетона
Таблица 37 - Свободная таблица результатов проектирования состава бетона
Показатели
Замес бетона
2
3
1
4
• Израсходовано материалов на
пробный замес, в кг
цемента
воды
песка
щебня (гравия)
• Плотность бетонной смеси в
кг/л
• Объем бетонной смеси,
полученной при замесе, в л
• Расход материалов на 1 м
бетона в кг
цемента
воды
песка
щебня (гравия)
• Средний предел прочности
при сжатии в кг/см
действительное ц/б
действительный состав бетона в
кг
цемента
воды
песка
щебня (гравия)
Таблица 38 - Приготовление замесов
Материал
Расход материалов, кг
Добавлено при корректировании
подвижности или жесткости смеси
на 1000 л
бетонной
смеси
1
на 5 л
бетонной
смеси
цемент
вода
песок
щебень
66
2
3
Всего
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Изложите последовательность определения прочности бетона.
2. назовите приборы, при помощи которых определяют прочность бетона
в конструкциях.
3. Кратко изложите последовательность определение прочности бетона в
конструкциях с помощью эталонного молотка НИИМосстроя.
4. Какие приборы применяют для испытания прочности бетона
импульсным методом?
67
3.15 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 15
ПОДБОР СОСТАВА СТРОИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА
Цель работы: подбор состава строительного раствора.
Приборы:
 Гидравлический пресс мощностью 5 т.
 Весы торговые.
 Приборы для определения водоудерживающей способности
растворной смеси (по ГОСТ 5802- 66)
 Формы- кубы с ребром 70,7 мм для изготовления образцов раствора с
поддоном и без поддона (ГОСТ 5802- 66)
 Штангенциркуль или стальная линейка.
 Шпатель (по Гост 5802- 66)
 Чашка с лопаткой для приготовления растворной смеси.
 Камера или бачок для твердения образцов раствора.
 Мерные цилиндры емкостью 500 мл.
 Портландцемент,
пуццолановый
портландцемент
или
шлакопортландцемент низких марок.
 Песок средний крупности, высушенный до постоянного веса.
 Масло машинное для смазки форм.
Порядок выполнения лабораторной работы:
Перед началом расчета сообщаются учащимся исходные данные для
расчета. Каждой бригаде (3-4 чел.) даётся задание запроектировать раствор
одной какой-либо марки с таким расчётом, чтобы подгруппа учащихся
запроектировала в целом несколько составов раствора разной прочности, но
одинаковой подвижности.
Результаты проектирования состава раствора, полученные каждой
бригадой, оформляют в виде сводной таблицы, на основании данных которой
учащиеся строят график в координатах: прочность- расход цемента, по
которому определяют, при каком расходе цемента на данных материалах может
быть получен раствор заданной прочности.
Методика и определение прочности раствора приведена в ГОСТ 5802- 51
и заключается в следующем. Для испытания приготавливают не менее 3 л
растворной смеси заданного состава. При этом должны быть
Указаны расходы на 1 м растворной смеси: вяжущего вещества, добавок,
песка и воды. Умножением этих величин на 0,003 получают количество
материалов на 1 замес растворной смеси – 3 л. После тщательного
перемешивания сухих материалов, а затем в течении 5 мин после добавления
воды растворную смесь укладывают в сосуд прибора и уплотняют, штыкуя 25
раз стальным стержнем диаметром 10- 12 мм и встряхивая 4- 6 раз легким
постукиванием о стол. Затем выравнивают поверхность смеси в сосуде,
доводят острие конуса до соприкосновения с поверхностью смеси,
устанавливают стрелку на шлаке прибора на 0 и нажимают пружину кнопку,
68
Спустя 10 сек. отмечают глубину погружения конуса в см и устанавливают
степень подвижности растворной смеси.
Величина подвижности в см принимается как среднее арифметическое
результатов двух испытаний.
Форма записи результатов рекомендуется следующая:
Вид раствора.…………………………………………………………………...
Объем замеса растворной смеси …………………………………………….л
Состав раствора:
Вяжущее вещество ………………………………………………………...кг/л
Добавка …………………………………………………………………………
Песок ……………………………………………………………………………
Таблица 39
Расход материала на 1 м
смеси
Состав
раствора Цемент
в кг
Песок
в кг
Вода в
кг
Средний
предел
прочности
при сжатии в
28 суток в
кг/см
Ц/В
Водоудерживающая
способность
в%
№1
№2
№3
Вопросы для самостоятельного контроля и повторения:
1. Что представляет собой строительный раствор?
2. Как определяют подвижность растворной смеси?
3. Как определяют расслаиваемость растворной смеси?
4. Что называют маркой раствора и как ее определяют?
69
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Учебная основная
1. Основин В.Н., Шуляков Л.В. Строительные материалы и изделия,
2009.
2. Аскадский А.А., Попова М.Н. Структура и свойства
строительных
материалов
государственный строительный университет, 2013.
3. Виноградов П.Н., Шевченко С.С., Гарафутдинова Е.С.,
Методические
рекомендации
по
местных строительных материалов- Росинформагротех, 2008.
1.
2.
3.
4.
полимерных
Московский
Седов О.Л.,
применению
Учебная дополнительная
Сидоренко Ю.В., Коренькова С.Ф., Строительные материалы Самарский государственный архитектурно-строительный университет,
2008.
Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительное материаловедение - ИнфраИнженерия, 2013.
Дергунов С.А., Орехов С.А., Сухие строительные смеси (состав,
технология, свойства) - Оренбургский государственный университет,
2012
Дворкин
Л.И.,
Дворкин
О.Л.,
Строительные минеральные
вяжущие материалы - Инфра-Инженерия, 2013
70