EHITUSMATERJALID PRAKTIKUM 1 TIHEDUS (0)

Copy of 1 Labor Tihedus



TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Ehitusmaterjalid Laboratoorne töö nr. 1 2021 Tiheduse määramine Rühm: - - - - Tallinn 21/09/2021


1. TÖÖ EESMÄRK Töö eesmärgiks on määrata korrapärase ja ebakorrapärase kujuga keha tihedus ja poorsus. 2. KATSETATUD MATERJALID Käesoleva töö autor katsetas kolme järgnevat materjali: ● Puitkiudplaat
● Graniit
● Keraamiline kivi 3. KASUTATUD VAHENDID Katsete käigus on korduvalt kasutatud kahte vahendit: ● Elektriline kaal - mõõtepiirkond 6000 g, skaala jaotis 0,1g;
● Nihik - mõõtepiirkond 175mm, vähim skaala jaotis 0,05mm. 4. KATSEMETOODIKA Materjali tiheduseks nimetatakse loomuliku struktuuriga materjali mahuühiku massi (koos
pooride ja tühimikega). Korrapärase kujuga keha maht arvutatakse keha geomeetrilistest mõõtmetest lähtudes. Iga
mõõde arvutatakse kui aritmeetiline keskmine kolmest mõõtmistulemusest. Proovikeha mass
määratakse kaalumise teel. Materjali tihedus arvutatakse valemiga (1). Ebakorrapärase kujuga proovikeha mahu määramisel kasutatakse Archimedese seadusel
põhinevat hüdrostaatilist kaalumist. Kuna proovikeha mahu määramiseks on vajalik tema
kaalumine vedelikus, sõltub edasine katsemetoodika valik materjali vee imamise võimest. Kui
materjali poorsus on väga väike ja ta katse käigus praktiliselt vett ei ima, siis kaalutakse
proovikeha õhus, seejärel vees ning arvutatakse tema maht (valem 2) ja tihedus (valem 1).
Poorse ja suure veeimavusega materjali tihedust saab määrata katmise meetodiga. Määratakse
kuiva proovikeha mass õhus 𝑚. Et vältida vedeliku imbumist kehasse hilisemal kaalumisel vees, kaetakse see parafiiniga ja kaalutakse uuesti. Et leida keha tihedus kasutatakse valemeid
(3), (4), (5), (1). 2


4.1.Valemid Keha tihedus  𝜌 määratakse keha massi ja mahu suhtena [kg/m³]. ρ = 𝑚 𝑉 (1) m - proovikeha mass õhus [kg]
V -  proovikeha maht  [m³] Ebakorrapärase kujuga keha maht  𝑉 [m³] arvutatakse valemiga: 𝑉 = 𝑚−𝑚 𝑣 ρ (2) m - proovikeha mass õhus [kg] - vedelikku uputatud proovikeha näiv mass [kg] 𝑚 𝑣 - vedeliku tihedus, vee tihedus 20 °C juures on = 998 [ 𝑘𝑔/m³] ρ 𝑣 ρ 𝑣 Keha maht [m³] koos parafiiniga: 𝑉 𝑘𝑝 𝑉 𝑘𝑝 = 𝑚 𝑝 −𝑚 𝑝𝑣 ρ 𝑣 (3) - katsekeha mass koos parafiiniga õhus [kg] 𝑚 𝑝 -katsekeha näiv mass koos parafiiniga vees [kg] 𝑚 𝑝𝑣 - vee tihedus 998 [kg/m³] ρ 𝑣 Parafiini ruumala [m³]: 𝑉 𝑝 𝑉 𝑝 = 𝑚 1 −𝑚 ρ 𝑝 (4) - kuiva proovikeha mass õhus ilma parafiinita [kg] 𝑚 -kuiva proovikeha mass õhus koos parafiiniga [kg] 𝑚 1 - parafiini tihedus 930 [kg/m³] ρ 𝑝 Keha maht V [m³]: (5) 𝑉  =  𝑉 𝑘𝑝   −  𝑉 𝑝 3


4.2.1. Korrapärase kujuga keha tiheduse määramine, puitkiudplaat Kehal mõõdetakse kolm korda nihiku abil järgmised mõõdud - pikkus ( ), laius ( ), kõrgus ( 𝑎 𝑖 𝑏 𝑖 ). Seejärel arvutatakse pikkuse, laiuse, kõrguse aritmeetilised keskmised . Saadud ℎ 𝑖 𝑎  , 𝑏 , ℎ keskmised korrutatakse omavahel ning saadaks keha maht (V). Keha mass õhus (m) leitakse
elektrilise kaalu abil. Leitakse massi ja mahu suhe ning saadakse tiheduse väärtus (valem 1). Näide:
𝑎 1 = 99, 2 𝑚𝑚     𝑏 1 = 100, 0 𝑚𝑚  𝑐 1 = 16, 1 𝑚𝑚  𝑎 2 = 99, 2 𝑚𝑚 𝑏 2 = 100, 0 𝑚𝑚  𝑐 2 = 16, 1 𝑚𝑚  𝑎 3 = 99, 3 𝑚𝑚 𝑏 3 = 100, 05 𝑚𝑚  𝑐 3 = 16, 1 𝑚𝑚   𝑎 =   99,2+99,2+99,3 3 = 99, 23𝑚𝑚 𝑏 =   100,0+100,0+100,05 3 = 100, 02 𝑚𝑚 𝑐 =   16,1 +16,1 +16,1  3 = 16, 1𝑚𝑚  𝑉 = 0, 099𝑚 · 0, 1 𝑚 · 0, 016𝑚 = 0, 0001584 𝑚 3 𝑚 = 118, 3 𝑔  = 0, 01183 𝑘𝑔
ρ = 0,01183 0,0001584 = 746, 84 𝑘𝑔/𝑚³  Katse andmed tabelis 2 ja graafik 1. 4.2.2. Ebakorrapärase kujuga ja vett mitte imava keha tiheduse määramine, graniit Mahu määramisel kasutatakse Archimedese seadusel põhinevat hüdrostaatilist kaalumist.
Kuna materjali poorsus on väga väike ja katse käigus praktiliselt vett ei ima, siis toimitakse
järgmiselt. Keha ümber seotakse kaaluta traat ning otsa tehakse aas, et keha oleks võimalik
riputada. Leitakse keha mass õhus (m) elektrilise kaalu abil. Seejärel leitakse keha mass vees
( ), keha pannakse traadi abil rippuma konksu külge nii, et kivi oleks tervenisti vees aga 𝑚 𝑣 mitte vastu põhja, riputamiseks mõeldud konks on seotud elektrilise kaaluga. Seejärel
arvutatakse keha ruumala (valem 2) ning tihedus (valem 1). Näide:
𝑚 = 96, 1 𝑔  = 0, 0961 𝑘𝑔
𝑚 𝑣 = 59, 4 𝑔  = 0, 0594 𝑘𝑔 𝑉 = 0,0961−0,0594 998 = 3, 68 · 10 −5 𝑚 3 ρ = 0,0961 3,68·10 −5 = 2611, 41 𝑘𝑔/𝑚³  Katse andmed tabelis 3 ja graafik 2. 4


4.2.3. Ebakorrapärase kujuga ja vett imava keha tiheduse määramine, keraamiline tellis Keha on poorne ja suure veeimavusega seega kasutatakse tiheduse määramisel katmise
meetodit. Keha ümber seotakse kaaluta traat ning otsa tehakse aas, et keha oleks võimalik
riputada. Leitakse kuiva keha mass õhus (m) elektrilise kaalu abil. Et vältida vedeliku
imbumist kehasse hilisemal kaalumisel vees, kaetakse see parafiiniga. Parafiiniga katmiseks
kastetakse keha 2-3 korda traadi abil sulaparafiini. Pärast igakordset kastmist tuleks lasta
parafiinikihil hanguda, vajadusel suuremad poorid sõrmega kinni muljuda. Parafiiniga kaetud
keha kaalutakse õhus ( ) ja vees ( ). Arvutatakse keha maht koos parafiiniga (valem 3). 𝑚 𝑝 𝑚 𝑝𝑣 Seejärel leitakse parafiini ruumala (valem 4). Seejärel leitakse keha maht (valem 5) ja saadud
tulemuse abil arvutatakse keha tihedus (valem 1). Näide:
𝑚 = 27, 8 𝑔  = 0, 0278 𝑘𝑔 𝑚 𝑝 = 28, 2 𝑔 =  0, 0282 𝑘𝑔 𝑚 𝑝𝑣 = 14, 6 𝑔 = 0, 0146 𝑘𝑔 𝑉 𝑘𝑝 =  0,0282−0,0146 998 = 1, 36 · 10 −5  𝑚 3 𝑉 𝑝 = 0,0282−0,0278 930 = 4, 30 · 10 −7  𝑚 3 𝑉  = 1, 36 · 10 −5   −  4, 30 · 10 −7 = 1, 317 · 10 −5  𝑚 3   ρ = 0,0278 1,317·10 −5 = 2110, 86 𝑘𝑔/𝑚³  Katse andmed tabelis 3 ja graafik 2. 4.3. Materjali poorsuse määramine Materjali poorsus  𝑝 [ ] protsentides arvutatakse järgmise valemiga: % (6) 𝑝  =  (1  −   ρ ρ 𝑎𝑏𝑠 ) ⋅ 100% - materjali tihedus ρ - materjali absoluutne tihedus ρ 𝑎𝑏𝑠 Näide:
graniit kg/ ρ = 2660  𝑚 3 kg/ ρ 𝑎𝑏𝑠 = 2680  𝑚 3 𝑝  =  (1  −   2660
2680 ) ⋅ 100% ≈ 0, 7 % 5


5. KATSETULEMUSE 5.1. Tabelid Tabel 1. Materjalide absoluutsed tihedused Materjal Absoluutne tihedus [kg/ ] 𝑚 3 Graniit 2680 Keraamiline kivi 2655 Tabel 2. Korrapärase kujuga keha tiheduse määramine Jrk nr Materjali nimetus Mõõtmed [mm] Mass [g] Maht [cm³] Tihedus [kg/m³] pikkus laius kõrgus a 𝑎 b 𝑏 h 𝑐 m V ρ 1 Autoklaavitud poorbetoon 153 153 149 149 149 150,3 2236.7 3426,39 653 154 150 152 152 151 150 2 Dolokivi 98.88 98,71 99.40 99,45 97.94 98,18 2005.1 963,80 2080 98.64 99.42 98.50 98.60 99.54 98.10 3 Betoon 99.8 99,8 99.8 99.8 100.1 100.1 2356 997,00 2363 99.8 99.8 100 99.8 99.8 100.2 4 xps 147.55 147,73 29 28,95 99.55 99,78 19,6 426,74 46 147.45 28.95 100 148.2 28.9 99.8 5 EPS 1 148.80 148,77 148.80 149,07 48.90 49,15 34,5 1090,15 32 148.60 149.10 49.05 148.90 149.30 49.50 6 EPS 2 148.5 148,23 148.4 148,37 47 47,13 13,5 1036,52 13 148 148.5 47.1 148.2 148.2 47.3 7 Keraamiline täiskivi 252 251,83 64.5 64 118.5 117,7 3702,9 1896,99 1952 251 64.5 117 252.5 63 117.5 6


Tabel 2. jätk Jrk nr Materjali nimetus Mõõtmed [mm] Mass [g] Maht [cm³] Tihedus [kg/m³] pikkus laius kõrgus a 𝑎 b 𝑏 h 𝑐 m V ρ 8 Ristkiht liimpuitplaat 199 199 99.55 99,82 21.1 20,97 167,8 416,55 403 199 100.05 20.85 199 99.85 20.95 9 Klaasvill 146.5 146,83 198 197,83 46 46,3 99,9 1344,89 74 147 198 46 147 197.5 47 10 puitplaat 99.2 99,23 100 100,02 16.1 16,1 118,3 159,79 747 99.2 100 16.1 99.3 100.05 16.1 11 puitkiudplaat (LDF) 263 262,7 212 212,7 11.9 11,93 191,4 666.60 287 262 212 12 263 213 11.9 12 Õõnes keraamiline tellis 246 246 116.65 115,65 30.65 31,3 1316,5 890.48 1478 246 115.65 31.5 246 114.65 31.75 13 šamott-tellis 251 251 122 121,3 64 64,3 3851,5 1959.25 1970 252 121 64 250 121 65 7


Tabel 3. Väikese veeimavusega ebakorrapärase kujuga kehade maht, tihedus ja poorsus. Jrk nr Materjal Proovikeha mass [g] Proovikeha
maht ] [𝑐𝑚 3 Proovikeha tihedus 𝑘𝑔/𝑚 3 [ ] Poorsus % [ ] Õhus Vees m 𝑚 𝑣 𝑉 ρ 1 Tardkivi Graniit 75.9 47.1 28,86 2630 1,87 2 96.1 59.4 36,77 2614 2,48 3 41.3 25.6 15,73 2626 2,03 4 62.8 39.2 23,65 2655 0,92 5 71.8 44.7 27,15 2645 1,32 6 56.6 35.1 21,54 2628 1,95 7 85.7 53.2 32,57 2631 1,82 8 62.3 38.7 23,65 2634 1,71 9 113.6 70.3 43,39 2618 2,31 Tabel 4. Suure veeimavusega ebakorrapärase kujuga kehade maht, tihedus ja poorsus. Jrk nr Materjal Proovikeha mass [g] Proovikeha maht ] [𝑐𝑚 3 Proovikeha tihedus 𝑘𝑔/𝑚 3 [ ] Poorsus % [ ] Õhus Vees parafiiniga Parafiinita parafiiniga m 𝑚 𝑝 𝑚 𝑝𝑣 𝑉 𝑏𝑟 ρ p 1 keraamiline kivi 1 27.8 28.2 14.6 13.2 2107 21.1 2 50 50.9 26,3 23.68 2111 20.9 3 44.1 44.8 23.2 20,89 2111 20.9 1 keraamiline kivi 2 45.8 47.3 23.9 21.84 2097 21.04 2 35.8 37 18.6 17.15 2087 21.8 3 53.3 54.5 27.9 25.36 2101 21.3 4 26.8 27.7 13.8 12.96 2067 22.6 5 36.5 37.7 18.5 17.95 2033 23.8 6 42.3 43.3 22.2 20.06 2108 21.1 8


5.2. Graafikud Järgnev graafik 1 esitab tabeli 2 andmeid. Tabelist näeme erineva tihedusega materjale
tiheduse järgi kahanevas järjekorras. Graafik 1. Korrapäraste proovikehade tihedused. Järgnev graafik 2 esitab tabelite 3 ja 4 andmeid. Tabelist on näha, et mida suurem on keha
tihedus, seda väiksem on poorsuse osakaal. Graafik 2. Ebakorrapäraste proovikehade keskmised tihedused koos poorsusega. 9