ĆWICZENIE 6,7 MATERIAŁY KAMIENNE

Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”
IIBZ
Ćwiczenie 6, 7
ĆWICZENIE 6,7
MATERIAŁY KAMIENNE
6.1. WPROWADZENIE
Oznaczanie gęstości objętościowej wykonuje się jedną z następujących metod:
metodą bezpośrednią na próbkach regularnych - gdy uwarstwienie, spękanie itp. cechy
strukturalne materiału kamiennego nie stanowią przeszkody w uzyskaniu próbki mającej
kształt prostej bryły geometrycznej (sześcianu, walca itp.);
metodą hydrostatyczną - gdy materiał kamienny nie odpowiada postawionym wcześniej
wymaganiom.
Oznaczanie gęstości (ciężaru właściwego) wykonuje się w zależności od wymaganej
dokładności pomiaru za pomocą:
1. Piknometru.
2. Kolby Le Chateliera.
W tabeli 6.1. podano podstawowe cechy techniczne najczęściej stosowanych w budownictwie
materiałów kamiennych.
Tab. 6.1. Podstawowe cechy techniczne materiałów kamiennych.
Rodzaj skały
Granit, sjenit
Dioryt, gabro
Bazalt, diabaz
Porfir, melafir
Andezyt
Piaskowiec zbity
(kwarcyt)
Piaskowiec
Wapień porowaty
Wapień zbity
Marmur
Dolomit
Gnejs
Serpentynit
Gęstość
pozorna
g/cm3
Wytrzymał
ość na
ściskanie
MPa
Ścieralność
na tarczy
Böhmego
cm
Porowato Nasiąkliw
ść
ość
wagowa
%
%
2,32,75
2,73,1
2,63,2
2,42,8
2,42,9
100250
120250
130300
120240
120240
0,060,23
0,060,13
0,090,19
0,070,15
0,080,22
0,11,2
0,11,2
0,20,9
0,21,5
0,31,5
0,10,7
0,10,5
0,10,7
0,10,7
0,10,6
67
68
7
67
2,52,75
100300
0,040,12
0,52
0,10,5
7
1,82,7
1,72,6
2,62,8
1,92,8
2,12,8
2,652,9
2,62,75
10150
2060
40140
80150
40160
160280
140250
0,052,50
0,300,40
0,200,40
0,201,0
0,100,12
0,020,10
0,525
0,535
0,52
0,52
0,55
0,43
0,33
0,215
0,530
0,32
0,10,5
0,20,8
0,10,6
0,10,7
47
23
23
3
24
-
Twardość
wg skali
Mohsa
6.2. OZNACZANIE GĘSTOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ METODĄ HYDROSTATYCZNĄ
Przyrządy.
Do oznaczania gęstości objętościowej metodą hydrostatyczną są niezbędne
następujące przyrządy:
 suszarka pozwalająca utrzymać temperaturę (70 ± 5)°C;
 naczynie próżniowe pozwalające na uzyskanie ciśnienia (2,0 ± 0,7)kPa z możliwością stopniowego
zanurzania zawartych w nim próbek;
 waga o dokładności ważenia co najmniej 0,01% masy, pozwalająca także ważyć próbkę w wodzie;
 zlewka o pojemności 300 ml;
 eksykator ze środkiem osuszającym.
-1-
Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”
IIBZ
Ćwiczenie 6, 7
Z każdego elementu, bloku lub odłamka kamienia przeznaczonego do
badań należy przygotować co najmniej sześć próbek w kształcie sześcianów, walców lub
graniastosłupów. Powinny one być wycięte piłą diamentową lub wycięte z rdzenia. Objętość
próbek obliczona na podstawie pomiarów geometrycznych powinna wynosić co najmniej 60
ml. Dodatkowo stosunek pola powierzchni do objętości powinien być zawarty w granicach od
0,08 mm-1 do 0,2 mm-1. Próbki należy ponumerować w sposób trwały.
Rys. 6.1. Zestaw do oznaczania gęstości objętościowej materiałów kamiennych.
Przebieg oznaczania.
1. Każdą próbkę wysuszyć do stałej masy w temperaturze (70 ± 5)°C i ostudzić w
eksykatorze (md).
2. Włożyć próbki do naczynia próżniowego i stopniowo obniżać ciśnienie do uzyskania
(2,0 ± 0,7)kPa = (15 ± 5)mmHg. Utrzymywać to ciśnienie przez (2 ± 0,2)h w celu
eliminacji powietrza zawartego w porach otwartych próbek.
3. Wprowadzić powoli zdemineralizowaną wodę o temperaturze (20 ± 5)°C do naczynia
(czas całkowitego wprowadzenia, aż do całkowitego zanurzenia próbek, nie powinien
być krótszy niż 15 min). Podczas wprowadzania wody utrzymywać ciśnienie (2,0 ±
0,7)kPa.
4. Następnie przywrócić w naczyniu ciśnienie atmosferyczne i pozostawić próbki pod
wodą przez następne (24 ± 2)h.
5. Każdą próbkę:
 zważyć w wodzie i odnotować masę w wodzie mh;
 szybko wytrzeć wilgotną ściereczką i oznaczać masę ms próbki nasyconej wodą.
Obliczenie wyniku.
Gęstość objętościowa (kg/m3) wyrażona jest przez stosunek masy suchej próbki do jej
objętości, zgodnie ze wzorem:
b 
md
  rh
ms  mh
-2-
Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”
IIBZ
Ćwiczenie 6, 7
gdzie: md - masa próbki wysuszonej do stałej masy, g;
ms – masa próbki nasyconej wodą, g;
mh – masa próbki w wodzie, g;
ρrh – gęstość wody w badanej temperaturze, g/cm3.
7.1. OZNACZANIE GĘSTOŚCI W KOLBIE LE CHATELIERA
Badanie gęstości w kolbie Le Chateliera daje
wystarczającą dokładność pomiaru do celów budowlanych.
Ogólny widok zestawu pomiarowego przedstawiono na rys.
7.1.
Rys. 7.1. Przyrządy do wyznaczania gęstości metodą Le Chateliera.
Rys. 7.2. Kolba Le Chateliera.
Przyrządy:
młynek kulowy, moździerz agatowy, moździerz ze stali utwardzonej;
sito o wymiarze boku oczka kwadratowego 0,063 mm;
suszarka szafkowa z urządzeniem do regulowania temperatury;
waga analityczna;
kolba Le Chateliera (rys. 7.2), kalibrowana w temperaturze 20°C;
eksykator próżniowy;
pompka próżniowa wodna lub olejowa;
termostat pozwalający na utrzymanie stałej temperatury 20 1°C.
Materiał kamienny należy rozdrobnić w młynku kulowym lub w moździerzu tak, aby
całość przeszła przez sito o wymiarze boku oczka 0,063 mm. W razie zanieczyszczenia
materiału kamiennego cząstkami żelaza należy je usunąć magnesem. Wysuszyć
sproszkowany materiał do stałej masy w temperaturze (70 ± 5)oC i odważyć masę me ok. 50 g
z dokładnością do ± 0,1 g.
Wykonanie oznaczenia.
1. Objętościomierz Le Chateliera napełnić wodą dejonizowaną do poziomu 0.
2. Dodać zważoną sproszkowaną próbkę o masie me do kolby w pięciu porcjach po 10 g
każda. Należy upewnić się, że każda porcja zanurzyła się w cieczy.
-3-
Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”
IIBZ
Ćwiczenie 6, 7
3. Po wprowadzeniu wszystkich porcji całość wymieszać w celu dyspersji
sproszkowanej próbki w cieczy.
4. Z podziałki należy odczytać objętość Vs cieczy wypartej przez masę me
sproszkowanej próbki w mililitrach z dokładnością do 0,1 ml. Przed ustaleniem
początkowego poziomu i końcowych odczytów objętości sprawdzić, czy temperatura
otaczającego powietrza wynosi (20 ± 5)oC.
Wynik badania.
Gęstość (ciężar właściwy) ρr badanego materiału kamiennego wyraża się jako
stosunek masy sproszkowanej suchej próbki me do objętości cieczy wypartej przez tę masę
me, zgodnie ze wzorem:
r 
me
  rh
Vs
gdzie: me - masa sproszkowanej suchej próbki, wysuszonej do stałej masy, g;
Vs - objętość próbki wsypanej odpowiadająca objętości wypartej przez
nią cieczy (odczyt na kolbie), cm3;
ρrh - gęstość wody w temperaturze badania, g/cm3.
Norma nakazuje wykonanie dwóch oznaczeń. Za wynik ostateczny przyjmuje się
średnią arytmetyczną gęstości (ciężarów właściwych) materiału kamiennego obliczoną dla
obu próbek. Dopuszczalna różnica między wynikami dwóch wykonanych oznaczeń wynosi
0,02 g/cm3. W razie jej przekroczenia oznaczanie należy powtórzyć.
7.2. OZNACZANIE POROWATOŚCI OTWARTEJ I CAŁKOWITEJ
Do obliczenia szczelności i porowatości wykorzystuje się wcześniej przeprowadzone
oznaczanie gęstości objętościowej i gęstości.
Porowatość otwarta [%] jest wyrażona przez stosunek objętości porów otwartych
do objętości próbki, zgodnie ze wzorem:
m  md
p0 = s
 100
m s  mh
gdzie: md - masa próbki wysuszonej do stałej masy, g;
ms – masa próbki nasyconej wodą, g;
mh – masa próbki w wodzie, g;
Porowatość całkowita [%] można opisać wzorem:

p= 1 
b 
 100
 r 

gdzie: ρb – gęstość objętościowa próbki, g/cm3;
ρr – gęstość próbki, g/cm3;
Normy przedmiotowe: PN-EN 1936:2010
-4-
Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”
IIBZ
Ćwiczenie 6, 7
Grupa LP - ………/zespół ………
Data……………
1. …………………………
2. …………………………
3. …………………………
4. …………………………
Ćwiczenie 6
OZNACZANIE GĘSTOŚCI OBJETOŚCIOWEJ MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
METODĄ HYDROSTATYCZNĄ
Próbk
a
Masa
próbki
suchej
md
g
Masa
Masa
próbki
próbki
nasączonej nasączonej
w
w wodzie
powietrzu
ms
mh
g
g
Objętość
Gęstość
objętościowa
V
b
cm3
g/cm3
1
2
3
4
5
6
Średnia:
Rodzaj badanego materiału: …………………………
Temperatura badania [°C]:
t = …………..
Gęstość wody w temperaturze badania [g/cm3]:
rh = …………..
Uwagi końcowe: …………………………………………………………………
-5-
Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”
IIBZ
Ćwiczenie 6, 7
Grupa LP - ………/zespół ………
Data……………
1. …………………………
2. …………………………
3. …………………………
4. …………………………
Ćwiczenie 7
OZNACZANIE GĘSTOŚCI MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH
W KOLBIE LE CHATELIERA
ORAZ ICH POROWATOŚCI
Próbk
a
Masa próbki
me
g
Objętość
Vs
cm3
Gęstość
r
g/cm3
1
2
Średnia:
Rodzaj badanego materiału: …………………………
Temperatura badania [°C]:
t = …………..
Gęstość wody w temperaturze badania [g/cm3]:
rh = …………..
m s  md
 100 = …………..
m s  mh
Porowatość otwarta [%]
p0 =
Porowatość całkowita [%]
p= 1 


b 
 100 = …………..
 r 
Uwagi końcowe: …………………………………………………………………
-6-