Лабораторная работа 2
«Физико-механические свойства строительных материалов»
Для материалов, используемых в строительстве, наиболее общим и чаще встречающемся в практике являются следующие свойства.
Физические – истинная плотность, средняя плотность, пористость. теплопроводность, водопоглощение, водонасыщение, коэффициент водонасыщения, морозостойкость;
Механические – прочность при сжатии, прочность при изгибе, прочность на удар, коэффициент размягчения, коэффициент конструктивного качества и т.д.
Лабораторная работа состоит из экспериментальной (лабораторные испытания) и расчётной частей и рассчитана на два занятия.
Оборудование и принадлежности
Пикнометр, весы технические, весы для гидростатического взвешивания, комплект разновесов, пресс гидравлический.
Порядок выполнения работы
Для работы необходимы три образца строительного материала в виде куба 2*2*2 см или цилиндра a = h = 2,5 см, образец того же материала неправильной формы и материал, измельчённый в порошок. Все материалы высушены до постоянной массы.
Лабораторные испытания
Определение истинной плотности
Это масса единицы объёма абсолютно плотного материала (без пор).
Для исключения пор материал измельчается в тонкий порошок. Берётся навеска порошка – масса m1. Абсолютно плотный объём её точно определяется при помощи пикнометра – колбы с длинным узким горлышком, на котором нанесена черта, точно указывающая объём его внутреннего пространства.
Пикнометр наполняют дистиллированной водой до черты и взвешивают – m2.
Затем воду выливают, пикнометр высушивают, всыпают в него навеску порошка материала, наполняют водой до половины колбы и ставят в вакуум-шкаф для удаления пузырьков воздуха, после чего доливают до черты и взвешивают – m3.
- истинная плотность материала, г/см3
m1 – масса материала, г
m2 – масса пикнометра с водой, г
m3 – масса пикнометра с материалом и водой, долитой до риски, г
Определение средней плотности
Это масса единицы объёма материала в естественном состоянии (с учётом пор, имеющихся в материале). При определённой средней плотности образца правильной плотности его взвешивают, определяют размеры и подсчитывают объём
где 
- средняя плотность материала, г/см3
m – масса материала, г
Vест – объём материала, см
Средняя плотность куска материала неправильной формы определяется методом гидростатического взвешивания. С этой целью взвешивают образец материала неправильной формы в воздухе – масса m1. Образец опускают в расплавленный парафин, затем вынимают и после застывания парафина снова взвешивают в воздухе – m2 (парафинирование образца производится для закрытия пористой поверхности образца).
Объём парафина на образце составит
Запарафинированный образец материала взвешивают в воде на гидростатических весах – масса m3. Согласно закону Архимеда объём парафинированного образца
Объём образца без парафина 
Вычисляют значение средней плотности материала
Где m1 – масса материала при взвешивании на воздухе, г
m2 – масса запарафинированного материала при взвешивании на воздухе, г
m3 – масса запарафинированного материалапри взвешивании в воде на гидростатических весах.
Характерные влажности
Для оценки строительных материалов практическое значение имеют две характерные влажности – водопоглощение и водонасыщение.
1.3.1 Водопоглощение. Это влажность, приобретённая материалом,
находящимся при нормальном давлении воздуха. При водопоглощении вода не заполняет все открытые поры из-за в них воздуха.
Для определения водопоглощения влажный образец слегка обтирают влажной тканью, взвешивают – m2. Масса сухого образца – m1 известна и записана на его поверхности.
Водопоглощение определяют по формуле
где Wпог – водопоглощение материала, %
m1 – масса сухого материала, г
m2 – масса влажного материала, г
1.3.2 Водонасыщение. Это влажность, которую приобретает
материал в воде при условии вакуума, кипячения или большого давления.
При водонасыщении все открытые поры заполняются водой. Для определения водонасыщения образец, на котором определяли водопоглощение, снова помещается в воду и устанавливается в вакуум – шкаф для полного заполнения открытых пор водой. Через некоторое время образец вынимают из воды, обтирают влажной тканью и взвешивают – m1.
Водонасыщение определяет по формуле
где Wнас – водонасыщение материала, %
m1 – масса водонасыщенного материала, г
1.3.3 Коэффициент водонасыщения. Характеризует, какую часть открытых пор в материале заполняет вода при естественном давлении.
1.3.4 Объёмное водонасыщение. Это отношение массы воды, содержащейся в открытых порах материала, к объёму занимаемого им пространства.
где 
- водонасыщение по объёму, %
Vecт – объём материала, см
Объёмное водонасыщение характеризует открытую пористость в материале.
Прочность на удар
Определяется числом ударов, необходимых для разрушения образца на специальном копре Педжа. Образец устанавливают на наковальню копра. С помощью специального приспособления поднимают на высоту 1 см и ударяют по образцу. Высота поднятия груза после каждого удара увеличивается на 1 см. Порядковый номер удара (или высота подъёма в см), при котором образец разрушится, определит ударную вязкость материала.
Прочность при сжатии
Характеризуется разрушающей силой F, отнесённой к единице площади поперечного сечения образца S. Образец материала правильной формы и определённых размеров устанавливают между плитами гидравлического пресса и разрушают. Предел прочности при сжатии определяют по формуле
Rсж = F/S
где Rcж – предел прочности при сжатии, МПа
F – разрушающая сила, Н
S – площадь поперечного сечения образца, м
Помимо испытания на сжатие сухого образца, испытывают влажный образец после определения его водонасыщения и подсчитывают аналогично предел прочности при сжатии влажного образца.
Водостойкость
Это способность материала не разрушаться и не изменять своих свойств при работе во влажных или водных условиях. Водостойкость материала можно оценить по коэффициенту размягчения, который определяется по формуле
Если Кр ≥ 0,8, значит материал водостойкий и его можно применять для изготовления конструкций, работающих во влажных или водных условиях.
Расчетная часть
Имея данные, полученные при лабораторном испытании материалов, студент обязан произвести расчёты, по которым определяются следующие свойства.
Относительная плотность
Это отношение средней плотности вещ (с порами) и истинной плотности
Пористость
Это отношение объёма пор, содержащихся в материале к объёму занимаемого им пространства
Пористость можно подсчитать и по формуле
где 
- относительная плотность, %
n – пористость, %