Строительные материалы и изделия

Структурные характеристики материалов

Плотность у„ (кг/м3) — это масса единицы объема материала в естественном состоянии:

Ъ - т / ^ест>

где т — масса высушенного образца; Vecr — объем образца в естественном состоянии.

Объем образца в естественном состоянии равен сумме объема пор Кпор и абсолютного объема Кабс (объема плотной части мате­риала):

V = V +

г ест г пор ~ г абс*

Абсолютная плотность р — это масса единицы объема матери­ала в абсолютно плотном состоянии:

Р = т/ Кбс-

Насыпная плотность ун — это масса единицы объема, занимае­мого дисперсным материалом в рыхло или плотно насыпанном состоянии:

ун = (m-m{)/V,

где т — масса мерного сосуда с рыхлым материалом; т, — масса пустого сосуда; V — объем сосуда.

Для получения сопоставимых значений ун в рыхлом состоянии мерный сосуд заполняют гипсом с помощью стандартной наклон­ной плоскости, а портландцементом — с помощью стандартной воронки.

Истинная пористость П0 (%) — это степень заполнения объе­ма материала порами:

П0 = (Кпор/ Кест)100 = [(Ксст - Fa6c) / Кест]100 = [(р - Уо)/р]ЮО.

Пористость материалов колеблется в широких пределах (табл.

2.1).

Водопоглощение — это способность материала впитывать и удер­живать в себе воду. Водопоглощение определяют:

по массе —

вм = {ттс - пі)/ m] 100;

по объему —

Во — [(^нас — Wl) / Рп Кесх] 100,

где тнж — масса материала в насыщенном водой состоянии; рв — плотность воды, равная 1 кг/м3.

Капиллярная пористость Пк (%) — это степень заполнения объе­ма капиллярными (открытыми) порами:

Пк = (Ккап/ КСС|)100,

где VKan — объем капиллярных пор.

Эти поры заполняются водой, поэтому VKan приблизительно равен объему воды в порах: VKan = (тнж-т)/р; капиллярная пори­стость равна водопоглощению по объему: Пк = В0. Поэтому вели­чину В0 называют кажущейся пористостью.

Замкнутая пористость П3 (%) — это степень заполнения объема замкнутыми (закрытыми) порами, в которые вода не проникает. Замкнутую пористость можно приближенно определить по разно­сти между истинной и капиллярной пористостями: П3 = П0 - В0.

Все перечисленные ранее характеристики вычисляются по эк­спериментально полученным значениям четырех величин: массы образца в высушенном (т) и водонасыщенном (тнас) состоянии; объема высушенного образца в естественном состоянии (1/,ст) и абсолютного объема (Кабс).

Определение массы производится взвешиванием образцов на аналитических или технических весах.

Высушивание образцов производят в лабораторном сушильном шкафу при температуре (100... 110)°С. Периодически взвешивая образцы, следят за изменением их массы в процессе сушки. Когда масса перестает изменяться, сушку заканчивают и образцы поме­щают в эксикатор (стеклянный сосуд с герметично притертой крышкой) для охлаждения.

Насыщение образцов водой производят, погружая образцы в воду на подкладки, или при постепенном повышении уровня воды в сосуде. Окончание процесса заполнения водой открытых пор определяют по постоянству массы образца при периодическом взвешивании. Перед каждым взвешиванием образец обтирают мяг­кой тканью.

Определение объема образца в естественном состоянии выпол­няется различными методами в зависимости от формы образцов.

Образцы правильной формы (кубы, цилиндры) обме­ряют штангенциркулем и вычисляют объем: Ккуб = abh, где а, b, h — соответственно длина, ширина и высота куба; КЦШ1 = nr2h, где г, h — соответственно радиус и высота цилиндра.

I — подставка; 2 — образец; 3 — сосуд с водой; 4 — штатив; 5 — ведерко; 6 —
уравновешивающий груз; 7 — риски

Образцы неправильной формы подвергают обычному и гидростатическому взвешиваниям в водонасыщенном состоянии и вычисляют объем как разность результатов этих взвешиваний, поделенную на плотность воды.

При гидростатическом взвешивании образец неправильной фор­мы подвешивают к весам с помощью тонкой проволоки, погружа­ют в воду (рис. 2.1, а) и определяют его вес в воде (7ГС = mrcg, который меньше, чем вес в воздухе (70 = mag, на значение вытал­кивающей (архимедовой) силы, равной весу вытесненной воды; GB - Кврвg, где т1С, т0 — масса насыщенного водой образца соот­ветственно при гидростатическом и обычном взвешивании; VB — объем вытесненной воды, равный объему образца (VB= Кест); рв — плотность воды, равная 1 000 кг/м3; g — ускорение свободного падения. Следовательно, Vt„= {т0-тТС)/рв.

Образцы сыпучих материалов (гравия, щебня) испы­тывают также путем гидростатического взвешивания, однако схе­му испытания несколько видоизменяют (рис. 2.1, б). На чашу ве­сов устанавливают сосуд с водой, в который погружают пустое ведерко, подвешенное на тонкой проволоке к штативу. Весы уравновешивают грузом на другой чаше. В ведерко всыпают пор­цию насыщенного водой гравия (щебня). При этом равновесие весов нарушается из-за того, что на гравий действует выталкива­ющая сила. Значение массы Ат, необходимой для восстановления равновесия, поделенное на плотность воды, равно объему зерен гравия: Кест = А/я/р„.

Определить абсолютный объем можно только, превратив об­разец в тонкий порошок. При измельчении открываются закры­тые поры, в которые вода не проникла бы при испытании образ­ца целиком. Чем тоньше измельчен образец, тем точнее будет оп­ределен абсолютный объем.

Объем порошка проще всего отмерить с помощью стеклянной колбы Ле-Шателье, на горле которой между двумя рисками име­ется расширение (рис. 2.1, в). В этот объемомер заливают жидкость до нижней черты, после чего всыпают измельченный в порошок материал, пока жидкость не поднимется до верхней черты. Объем всыпанного материала равен объему между рисками (обычно 20 или 10 см3).