Методические указания к выполнению лабораторно - практических работ по дисциплине «Материаловедение» по теме: «Каменные материалы»

Департамент образования Вологодской области

БОУ СПО ВО «Вологодский строительный колледж»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторно - практических работ 

по дисциплине

«Материаловедение»

по теме:

«Каменные материалы»

для студентов специальности  08.02.05

 «Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов»

Часть 1

Вологда

2015

    Материаловедение: методические указания к выполнению лабораторно – практических работ. Часть 1.- Вологда: БОУ СПО ВО «Вологодский строительный колледж», 2015. – 17с.

    Методические указания подготовлены в соответствии с учебной программой специальности 08.02.05 - «Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов».

    В методических указаниях приводятся содержание и последовательность выполнения лабораторно – практических работ.

Разработчик:

Лапкина Наталия Николаевна , преподаватель специальных дисциплин

БОУ СПО ВО «Вологодский строительный колледж»

Рецензент:   В.С.Мохов,  заведующий производством (АБЗ) ОАО «ВОЛОГОДАВТОДОР» ДРСУ.

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее пособие создано для студентов средних учебных заведений строительных специальностей.

Практикум включает 3 тематические части. Начальный его раздел посвящен методам определения основных физико-механических свойств каменных материалов, последующие вяжущим материалам .

Для всех материалов приводятся современные стандартные технические требования и методы испытаний, а для композитных материалов также и этапы подбора состава, методики расчета состава и изготовления образцов для испытаний.

 Лабораторный практикум «Материаловедение»  предназначен для закрепления общетеоретических знаний и получения практических навыков по дисциплине «Материаловедение».

Подготовка к лабораторным работам, кроме использования практикума, предусматривает самостоятельное изучение отдельных теоретических вопросов по литературным источникам, конспекту лекций, справочной и нормативной литературе.

Правила для студентов

         Прежде чем приступить к работе в лаборатории студент обязан изучать соответствующие разделы курса по учебникам и руководствам по лабораторным исследованиям строительных материалов.

         Необходимо изучить пояснения и методичку проведения лабораторной работы по настоящему руководству, сделать для себя необходимые записи в рабочую тетрадь, подготовить необходимые таблицы и координатные сетки для вычерчивания графиков.

         Результаты каждой лабораторной работы вносятся вручную в тетрадь. При оформлении лабораторной работы приводится краткое описание методики ее выполнения, таблицы экспериментальных данных, результаты обработки и вычислений.

Определение физических свойств строительных материалов

Физические свойства определяют способность материалов реагировать на воздействие различных физических факторов: гравитационных, тепловых, водной среды, электрических и т.д. К физическим свойствам относятся: средняя, истинная и насыпная плотности, пористость, влажность, водопоглощение, теплопроводность, теплоемкость, коэффициент размягчения, морозостойкость и др.

Пористость, истинная и средняя плотности являются важнейшими параметрами физического состояния любого строительного материала, которые обусловливают его отношение к действию факторов окружающей среды: воздействию влаги, температуры, газов и др. От параметров состояния функционально зависят такие свойства материалов, как прочность, деформативность, теплопроводность, морозостойкость и др. Они учитываются при определении рациональной области применения материалов, при проектировании строительных конструкций и сооружений, при решении ряда технологических вопросов их производства, хранения, транспортировки и т.д.

Лабораторная работа № 1

Тема: Определение зернового состава и модуля крупности песка

по ГОСТ 8735 – 88

Цель работы: научиться определять зерновой состав и модуль крупности песка.

Оборудование: набор  стандартных сит, весы, разновесы.

Ход работы:

1.     Пробу песка 1200г. Очистить от пыли и глины просеивают её через сито 5-10 мм и определяют % содержание гравийных фракций: 

2.     Из поддона берём навеску 1 кг и пропускаем её через набор сит. Находим остатки на ситах в граммах, частные остатки, полные остатки, полные проходы,  модуль крупности:

Модуль крупности - это сумма полных остатков всех сит деления на 100.

Группы песка и их применение

Таблица 1

Группа песка	Модуль крупности	Полный остаток на сите № 063, %	Область  применения
Очень крупный Повышенной крупности Крупный Средний Мелкий Очень мелкий Тонкий Очень тонкий	> 3,5 3,0…3,5 2,5…3,0 2,0…2,5 1,5…2,0 1,0…1,5 0,7…1,0 < 0,7	> 75 65…75 45…65 30…45 15…30 10…30 < 10 нет нормы	Для дорожных покрытий Для бетонов и дорожных покрытий Для бетонов, растворов, дорожных покрытий То же То же То же Для растворов -

Частный остаток - это сумма частных остатков сит с большим размером плюс частный остаток данного сита.

Таблица 2

Размеры сит, мм	Размеры фракций, мм	Остаток на сите,  г /m/	Остатки в %		Полные проходы,  %
			Частный а	Полный А
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 поддон	2,5 1,25-2,5 0,63-1,25 0,315-0,63 0,14-0,315 0,14

3.     По данным рассева строим кривую, которую наносим на стандартный график. Если кривая рассева пройдёт в допускаемой области, то песок отвечает требованиям ГОСТа.

1– нижняя граница крупности песка (М_к = 1,5); 2 – нижняя граница крупности песка (М_к = 2,0) для бетонов класса В15 и выше; 3 – нижняя граница крупности песка        (М_к = 2,5) для бетона класса В25 и выше; 4 –

верхняя граница крупности песков     (М_к = 3,25).

Заключение согласно ГОСТ 8735 - 88:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы для самопроверки:

1.     Что такое песок?

2.     Дать понятие «гранулометрический состав» песка.

3.     Дать понятие «частный остаток», расчетная формула.

4.     Дать понятие «полный остаток», расчетная формула.

5.     Дать понятие «полный проход», расчетная формула.

6.     По каким показателям строится кривая рассеивания песка?

7.     На что указывает модуль крупности песка?

Лабораторная работа № 2

Тема: Определение содержания в песке пылевидных, глинистых и илистых частиц

Цель работы: научиться определять загрязненность песка.

Оборудование: весы, разновесы, сушильный шкаф, сифон, сосуд для отмучивания, секундомер.

 Ход работы:

1. Берем пробу песка весом 1 кг, высыпаем в банку, заливаем водой,  взбалтываем и оставляем на 2 часа в покое.

2. содержимое в банке перемешиваем, оставляем в покое на 2 минуты и сливаем воду через сифон так, что бы над песком осталось 3 см воды.

3. Затем снова заливаем чистую воду и процесс взмучивания повторяем. Песок промываем до тех пор, пока вода не будет прозрачной.

4. Содержание пылеватых и глинистых частиц определяем по формуле:

Отм = ((g1-g2)/g1)*100%

Таблица 3

№ п/п	Показатели	Единицы измерения	Результаты
			Опыт №1	Опыт №2
1	Масса пробы до отмучивания, g1	г
2	Масса пробы после испытания, g2	г
3	Содержание пылеватых и глинистых частиц Отм	%

По техническим требованиям ГОСТ 8735 – 88  загрязненности песка

должна быть до 3-5%

Заключение согласно ГОСТ 8735  - 88

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы для самопроверки:

1.Каким методом определяется загрязненность песка?

2. Для решения каких строительных вопросов необходимо знать загрязненность песка?

3.В каких пределах,  ГОСТ 8735  - 88, должна находиться загрязненность песка?

Лабораторная работа № 3

Тема: Определение зернового состава щебня по ГОСТ 8269.0 – 97

Цель работы: научиться определять зерновой состав щебня.

Оборудование: набор сит (70; 40; 20; 10; 5 мм), весы, разновесы, совок.

 Ход работы:

1.Пробу щебня 10-15 кг просеиваем  через набор сит (70; 40; 20; 10; 5 мм), взвешиваем содержимое каждого сита и поддона отдельно(m₇₀, m₄₀, m₂₀, m₁₀, m₅, m_n).

Таблица 4

Размеры сит,  мм	Остаток на ситах
	Частные остатки (остаток на сите)		Полные остатки, %(А)
	%(а)	г (m)
70
40
20
10
5
Мелче 5

Расчёт: Частные остатков %    an=(mn/p)*100% ; 

Полные остатки % АП=а1+а2+а3+…..+ап

Построение графика кривых просеивание щебня

 

Полные проходы,%	0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
		Д  наим.	Д  ср.	Д  наиб.

                                                                                                Размер отверстий сит, мм

Требования ГОСТ 8269-97 к зерновому составу щебня:

Размер отверстия сит (мм)	Наим.	Средн.	Наиб.
Полные остатки на ситах в % по весу	90-100	30-80

Заключение ГОСТ 8269-97:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы для самопроверки:

1.     Что такое щебень?

2.     По каким показателям строится кривая рассеивания щебня?

3.     Для решения каких строительных вопросов необходимо знать зерновой состав щебня?

4.     Для изготовления каких строительных смесей используют щебень?

Лабораторная работа № 4

Тема: Определение влажности, истинной плотности, средней плотности, насыпной плотности и пустотности зерен щебня по ГОСТ 8269.0 – 97

Цель работы: научиться определять физические свойства щебня.

Опыт № 1: Определение влажности щебня

Влажность – содержание влаги в материале в данный конкретный момент, отнесенное к единице массе материала в сухом состоянии.

 Оборудование:  весы лабораторные, сушильный шкаф.

 Ход работы:

1.     Из щебня испытываемой фракции берут пробу.

2.     Отобранную пробу щебня насыпают в сосуд и взвешивают в состоянии естественной влажности (m_в).

3.      Затем пробу высушивают до постоянной массы(m).

4.     Влажность щебня вычисляют в процентах по массе:

Таблица 5

№ п/п	Показатели	Единицы измерения	Результаты
			Опыт № 1	Опыт № 2
1	Масса образца с естественной влажностью, mв	г
2	Масса сухого образца, m	г
3	Влажность щебня, W	%

Заключение согласно ГОСТ 8269.0 – 97:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт № 2: Определение истинной плотности щебня

Истинная плотность – это масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии  (без пор и пустот).

Оборудование: весы, пикнометр, термометр, воронка, ложечка, бюксы, песчаная баня,  лист кальки.

Ход работы:

1.   Каменный материал дробим до порошка, высушиваем до постоянного веса, берем навеску g=10 г.

2.   Пикнометр заливаем до риски дистиллированной водой при Т= 20˚С и взвешиваем   g₁.

3.   Сливаем 2/3 объема воды и в пикнометр через воронку переносим навеску каменного порошка.

4.   Ставим на песчаную баню и кипятим 30 минут.

5.   После кипячения пикнометр с содержимым охлаждаем до Т = 20˚С, доливаем до риски дистиллированной воды и взвешиваем g₂.

 Таблица 6

№ п/п	Показатели	Единицы измерения	Результат
			Опыт №1	Опыт № 2
1	Масса каменного порошка,  g	г
2	Масса пикнометра с дистиллированной водой до риски,  g1	г
3	Масса пикнометра с дист. водой и каменным порошком до риски после кипячения Т=20 С, g2	г
4	Плотность каменного порошка, ρ

Определяем плотность каменного порошка по формуле:

Заключение согласно ГОСТ 8267-93:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт № 3: Определение средней плотности щебня.

Средняя плотность – это масса единицы объема материала в естест­венном состоянии.

Оборудование: весы, приспособление для взвешивания в сосуде, сосуд для насыщения.

Ход работы:

1.Образцы промываем, высушиваем до постоянного веса, взвешиваем (g) опускаем в сосуд с водой на 30 минут.

2.Образцы достаем из воды, обтираем влажной тряпкой и взвешиваем на технических весах(g₁), а затем на гидростатических /в воде/ (g₂)

3.Среднюю плотность находим по формуле:

Таблица 7

№ п/п	Показатели	Единицы измерения	Результат
			Опыт № 1	Опыт № 2
1	Масса абсолютно сухого образца, g	г
2	Масса насыщенного образца, g1	г
3	Масса насыщенного образца в воде, g2	г
4	Средняя плотность щебня	г/см3

Заключение согласно ГОСТ 8267-93: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт № 4: Определение насыпной плотности зерен щебня по ГОСТ 8269.0 – 97

Насыпная плотность – это масса единицы объема материала в рыхлонасыпном состоянии.

Оборудование: мерный сосуд; весы.

Ход работы:

Приготовленную пробу щебня высыпают с высоты 10 см в мерную банку, предварительно взвешенную (g₁), с избытком. Щебень  до 10 мм   v=5л;   до 20 мм   v=10л;  до 40 мм   v=40л.

Таблица 8

№ п/п	Показатели	Единицы измерения	Результаты
			Опыт № 1	Опыт № 2
1	Масса сосуда, m1	г
2	Масса сосуда со щебнем, m2	г
3	Объём сосуда, V	л
4	Насыпная плотность, ρм

Расчёт:

Заключение согласно ГОСТ 8269.0 - 97:

 

Опыт № 5: Определение пористости  и пустотности зерен щебня по ГОСТ 8269.0 – 97.

Пористость -  это степень заполнения материала порами.

Оборудование: калькулятор

Таблица 9

№ п/п	Показатели	Обозначение	Данные
1	Средняя плотность ()	ρо
2	Насыпная плотность ()	ρон
3	Пустотность щебня (%)	V пустот
4	Плотность щебня ()	ρ
5	Пористость щебня %	П

Расчёт:                       

                                 

Заключение согласно ГОСТ 8269.0 – 97:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы для самопроверки:

1.     Для решения каких вопросов необходимо знать пустотность щебня?

2.     Для решения каких вопросов необходимо знать пористость щебня?

3.     На что влияет пористость? Пустотность?

4.     Что называется истинной, средней и насыпной плотностью материала?

5.     Как определяется истинная плотность материала?

6.     Как определяется средняя плотность материала?

7.     Опишите методику определения насыпной плотности материала.

8.     Как рассчитывается пористость материала?

9.     Какие свойства материала зависят от пористости?

10. Как рассчитывается межзерновая пустотность материала?

11. Опишите методику определения водопоглощения?

12. Как определяется влажность материала?

13. Какие свойства строительного материала зависят от его влажности?

Лабораторная работа № 5

Тема: Определение дробимости щебня (гравия)при сжатии в цилиндре и определение истираемости в полочном барабане по ГОСТ 8269.0 – 97.

Цель работы: научиться определять механические  свойства щебня.

Опыт № 1: Определение дробимости щебня (гравия) при сжатии в цилиндре по ГОСТ 8269.0 – 97.

Оборудование:  гидравлический пресс 100т, цилиндры стальные со съемным дном и плунжером, с внутренним диаметром 75 и 150 мм, весы настольные гиревые, сита из стандартного набора диаметром 2,5мм и 1,25мм.

Ход работы:

1.     Берем пробу щебня (гравия) 400г;

2.     Рассеваем пробу щебня (гравия) на фракции 5 – 10; 10 – 20; 20 – 40;

40 – 70мм;

3.     Берем пробу из остатка на сите ¼ наименьшего размера и погружаем в , цилиндр стальной со съемным дном и плунжером, с внутренним диаметром 75мм;

4.     Заполненный цилиндр устанавливаем на нижнюю плиту пресса;

5.     Повышая усилие пресса на 1 – 2 кН/с  доводят его до 50 кН;

6.     После сжатия до требуемого усилия испытываемую пробу высыпают из цилиндра и взвешивают, а затем просеивают через сито, размер которого зависит от размера  испытываемой фракции:

Таблица 10

Размер фракции, мм	5 – 10	10 – 20	20 – 40
Размер отверстий сита, мм	1,25	2,5	5

7.     Дробимость щебня (гравия) рассчитывают по формуле:

, где

m₁ – полная масса пробы щебня (гравия), г;

m₂ – масса остатка щебня (гравия) на контрольном сите после просеивания, г;

Результаты заносят в таблицу:

Таблица 11

№ п/п	Показатели	Единицы измерения	Данные
1	Масса пробы, m1	г
2	Размер насыпной фракции	мм
3	Масса остатка на сите ¼ наименьшего размера фракции	г
4	Дробимость	%

Марка по дробимости щебня (гравия) из изверженных горных пород

Таблица 12

Марка	Дробимость, %
1400	До 12
1200	До 16
800	17 – 20
600	26 – 34

Заключение согласно ГОСТ 8269.0 – 97:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт № 2: Определение истираемости щебня (гравия) в полочном барабане  по ГОСТ 8269.0 – 97.

Износ крупнозернистого материала (щебня, гравия)  определяют по потере его массы  при испытании пробы материала в полочном барабане (рис.1). Барабан с внутренним диаметром 700 мм и длиной 500 мм снабжен полкой шириной 100 мм для подъема щебня (гравия) вместе с загруженными в барабан чугунными или стальными шарами диаметром 48 мм и массой 405 г каждый. Частота вращения барабана составляет 30…33 об/мин.

1.     Для испытания щебень (гравий) фракции 5...10; 10...20; 20...40 мм просеивают через два сита с размером отверстий, соответствующих наибольшему и наименьшему размеру зерен данной фракции.

2.      Из остатка на нижнем сите отбирают по две навески массой 5000 ± 100 г каждая для щебня с предельной крупностью зерен до 20 мм и  две пробы по 10000 ± 100 г щебня фракции 20...40 мм.

3.      Затем пробу загружают в барабан вместе с шарами (8…12 шт.), и  включают его.

4.     По окончании  испытаний (500…1000 оборотов барабана) пробу просеивают через сито с размерами отверстий 5 мм и контрольное сито с сеткой № 1,25.  Остатки на ситах соединяют вместе и взвешивают.

5.     Износ щебня (гравия) определяют в  процентах  по формуле:

                                     , где                             

 m  - масса пробы материала, г;

m₁ - суммарная масса остатков на предохранительном и  контрольном ситах, г.

В качестве результата испытания принимается среднее арифметическое 2-х параллельных испытаний.  Результаты испытаний записываются в табл.

Таблица 13

Наименование материала	Масса пробы, m, г	Масса остатка на сите с отверстиями 5 мм, г	Масса остатка на сите с отверстиями №1,25, г	Суммарная масса остатков,   m1,  г	Износ,    г/см2
					полученное значение	среднее значение	по справочным данным

Марка по истираемости щебня (гравия)

Таблица 14

Марка	Осадочные породы	Изверженные и метаморфические породы
И – I	До 30	До 25
И – II	31 – 40	26 – 35
И – III	41 – 50	36 – 45
И – IV	51 – 60	46 – 55

Заключение согласно ГОСТ 8269.0 – 97:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы для самопроверки:

1. Что характеризуют механические свойства материалов?

2. Что такое прочность материала?

3. Чем характеризуется прочность материала?

4.  Описать методику определения истираемости строительных мате-

     риалов.

5. Как определяется истираемость (износ) щебня (гравия)?

6. От чего зависит показатель предела прочности материала?

Список литературы:

1.     ГОСТ 10178-85  Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия.- М.: Изд-во стандартов, 1985. -  6 с.

2.     ГОСТ 310.3-76  Цементы. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема.- М.: Изд-во стандартов, 1976. -  8 с.

3.     ГОСТ 310.4-81 Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии.- М.: Изд-во стандартов, 1981. -  12 с.

4.     ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия.- М.: Изд-во стандартов, 1990. -  9 с.

5.      ГОСТ 11506-73 Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару.- М.: Изд-во стандартов, 1973. - 4 с.

6.     ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия.- М.: Изд-во стандартов, 1993. -  12 с.

7.      ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1978. -  22 с.

8.     ГОСТ 26633-91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия.- М.: Изд-во стандартов, 1991. -  23 с.

9.      ГОСТ 10181.1-81 Смеси бетонные. Методы определения удобоукладываемости.- М.: Изд-во стандартов, 1981. - 8 с.

10. ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. – М.: Изд-во стандартов, 1990. -  36 с.