Дорожно-строительные материалы

   Истинную  плотность строительных материалов определяют при помощи специальной  тарированной колбы (пикнометра). Просушенную  пробу материала измельчают до полного  прохода порошка через сито 0,14 мм. В пикнометр насыпают порошок, взвешивают, заливают до половины объема дистиллированную воду и кипятят на песчаной бане для удаления воздуха с поверхности  зёрен  порошка,  охлаждают до температуры окружающей среды, доливают водой до метки на пикнометре и снова взвешивают. После этого пикнометр моют, наполняют до метки водой и снова взвешивают.

   Объём порошка в абсолютно плотном  состоянии

    

,                             (2)

где  ₂ - ₁- масса порошка в пикнометре;

    ₃ – масса пикнометра с порошком и дистиллированной водой;

    ₄ – масса пикнометра, заполненного дистиллированной водой;

    - истинная плотность жидкости, инертной по отношению к порошку, например вода или керосин (для цементов).

    Из  формулы 2 видно, что объём порошка  в абсолютно плотном состоянии  принимают равным объёму вытесненной  порошком  жидкости.

    Истинную  плотность испытуемого материала  вычисляют по формуле 1. Истинная плотность  для строительного материала – величина относительно постоянная и определяется прежде всего его химическим составом.  

    Средняя плотность (12) – масса единицы объема материала в естественном состоянии с порами и пустотами.; г/см³, кг/м³. Средняя плотность различается в зависимости от пористости, его структуры, влажности. 

                                     ρ_с=m/V                                          (3) 

    <<<Методы определения ρ_с  зависят от формы образца и его пористости.

    Средняя плотность образцов правильной формы (куб, цилиндр, призма) определяется путем замера образца линейкой или штангенциркулем и вычислением объема, затем высушенный образец взвешивают на технич. весах и определяют ρ_с по формуле 2. Средняя плотность образцов неправильной формы определяется методом гидростатического взвешивания. Куски природных или искусственных каменных материалов массой 150-200 г очищают от пыли, высушивают до постоянной массы и взвешивают. Затем если образец пористый, для предотвращения поглощения влаги его покрывают  тонкой парафиновой пленкой (не более 1мм), быстро опустив в расплавленный парафин, Образец обвязывают тонкой нитью и взвешивают на весах для гидростатического взвешивания на воздухе и в воде.

    Разница в массе образца на воздухе  и в воде соответствует объёму этого образца.

    Средняя плотность пористого образца, покрытого  парафином,

                                    ,                                        (4) 

где - масса сухого образца;

    ₁ – масса образца, покрытого парафином, на воздухе;

    ₂ – масса образца, покрытого парафином, в воде;

    - истинная плотность воды;

    - истинная плотность парафина  при 20°С (930кг/м³).

   Средняя плотность строительных материалов колеблется в очень широких пределах: от 15 кг/м³ упористой пластмассы до 7850 кг/м³ у стали. >>> 

    Насыпная  плотность(13) – масса единицы объема рыхлого сыпучего материала.

    Для определения насыпной плотности  используют стандартный сосуд определённого объема в зависимости от крупности зёрен  сыпучего материала

    Сухой сыпучий материал (щебень, гравий песок) насыпают в соты 10 см в предварительно взвешенный мерный сосуд до образования  конуса. Конус снимают вровень  с краями сосуда без уплотнения, после чего сосуд с материалом взвешивают  и определяют насыпную плотность: 

                          ,                                                  (5)

где ₁ – масса мерного сосуда;

        ₂ – масса мерного сосуда с сыпучим материалом;

     V – объем мерного сосуда. 

      Насыпная плотность характеризует,  кроме пор в зернах материала,  пустоты между зернами.  

      Пористость (13)– степень заполнения объёма материала порами. Пористость выражают в долях от объёма, принимаемого за единицу, или в процентах от объёма. Зная среднюю и истинную плотности материала можно вычислить пористость:

                             ,                                                (6)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

    Пористость  строительных материалов колеблется в  широких пределах (0-98%).

      Открытая пористость равна отношению  суммарного объёма всех водонасыщенных  пор к объёму материала:

                           ,                                           (7)

где ₁ – масса сухого образца;

        ₂ – масса водонасыщенного образца;

     V – объем образца. 

   Открытые  поры материала сообщаются с окружающей средой поэтому они могут заполняться  водой.

   Закрытая пористость

                                                                                  (8)

    Пористый  материал содержит открытые и закрытые поры. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает  водо- и морозостойкость материала. 

      Пустотность (14)– степень заполнения объёма рыхлого сыпучего материала пустотами. Пустотность, как и пористость,  выражают в долях от объема материала или в процентах. По насыпной и средней плотности материала вычисляют пустотность:

                                       ,                                      (9)

    Пустотность взаимосвязана с зерновым составом рыхлого сыпучего материала. Чем больше одномерных зёрен в этом материале, тем выше пустотнсть.

      Пример (с.14) необходимо вычислить пористость известняка и пустотность известнякового щебня. Истинная плотность известняка 2600 кг/м³., средняя плотность 2400 кг/м³, насыпная плотность известнякового щебня 1350 кг/м³.

      Вычисляем по ф-ле6 пористость  известняка

    

      Вычисляем по ф-ле 9 пустотность щебня:

    

    Зёрна известнякового щебня содержат 7,7 % пор, а межзерновая пустотность  щебня как рыхлого насыпного  материала составляет 43,8%. 
 

    Гидрофизические  свойства  возникают и проявляются при контакте материала с водой. К ним относятся:

- гигроскопичность;

- водопоглощение;

- водопроницаемость;

- водонасыщение;

- водостойкость;

- влагоотдача;

- морозостойкость;

- воздухостойкость  и т.д.

     

    Гигроскопичность – способность материала поглощать водяные поры из воздуха и удерживать их на своей поверхности. В зависимости от природного материала гигроскопичность различна. Одни материалы притягивают воду и имеют острый угол смачивания. Их называют гидрофильными. Другие материалы отталкивают молекулы воды и имеют тупой угол смачивания – гидрофобные.

    c.15 <<<< Водопоглощение – способность материала поглощать воду при длительном выдерживании в воде при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С.  Водопоглощение, определяемое погружением образцов материала в воду, характеризует открытую пористость.

    Водопоглощение  по массе:

    

,

     Водопоглощение по объему:

    

,

 где ₁ – масса образца после водопоглощения;

        ₂ – масса сухого образца;

     V – объем образца.>>>> 

   Отношение предела прочности материала при сжатии насыщенного водой  к пределу прочности  при сжатии материала в сухом состоянии называется коэффициентом  размягчения.

   Этот  коэффициент  характеризует водостойкость  материала (для стекла он равен 1. Материалы, у которых коэффициент равен или >0,8 называются водостойкими

   

. 

      Водопроницаемость – способность материала пропускать воду под давлением.

    с.15 <<<<Водонасыщение – способность материала поглощать воду при  вакууме или повышенном давлении. В этих условиях открытые поры освобождаются от находящегося в них воздуха и заполняются водой, поэтому водонасыщение  материала всегда больше, чем водопоглощение. Высушенные и взвешенные образцы материала помещают в сосуд вакуум-аппарата и заливают дистиллированной водой. Сосуд  закрывают крышкой, включают вакуум-насос, доводят разряжение до 27 кПа и поддерживают его 3 ч. Прекращение выделения пузырьков воздуха с поверхности образцов служит признаком того, что насыщение закончилось. Вакуум-насос тоключают, а образца оставляют в воде ещё на 2ч при нормальном атмосферном давлении. После этого образцы взвешивают и вычисляют водонасыщение по массе  и объёму по формулам.

    Водопоглощение  и водонасыщение измеряются в широких пределах:

У гранита 0,02-0,7, плотного асфальтобетона 1-3, дорожного  цементобетона 2-4, кирпича 8-15%.

    При увлажнении пористого материала  изменяются некоторые его свойства и прежде всего уменьшается его  прочность. Степень снижения прочности  материала после его водонасыщения называют водостойкостью. Показателем водостойкости служит коэффициент размягчения: