EHITUSMATERJALID PRAKTIKUM 1 TIHEDUS (0)

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Ehitusmaterjalid Laboratoorne töö nr. 1 2021 Materjali tiheduse määramine Rühm:  Mattias Põldaru


1. 13. JANUARY 2022TÖÖ EESMÄRK Korrapärase ja ebakorrapärase kujuga materjali tiheduse määramine 2. KATSETATUD MATERJALID Paisutatud polüstüreen (EPS), lubjakivi, keraamiline tellis, graniit 3. KASUTATUD VAHENDID Kasutatud vahendite all nimetatakse ja iseloomustatakse kasutatud katseseadmeid, oluline on
seadme   liik   (kaal,   nihik,   joonlaud,   mõõtekell   vms)   tootja   ja   mudel,   mõõtetäpsus,
mõõtepiirkond. Töös kasutati järgnevaid seadmeid:  Nihik – täpsus 0,2 mm;  Elektrooniline kaal (katse nr.1) – täpsus 1 g;  Elektrooniline kaal (katse nr.2) – täpsus 0,2 g; 4. KATSEMETOODIKAD Materjali   tiheduseks   nimetatakse   loomuliku   struktuuriga   materjali   (koos   pooride   ja
tühimikega) mahuühiku massi.  Ehitusmaterjalide tihedus ρ0 määratakse keha massi ja mahu suhtena  [ k g m 3 ]: ρ 0 = m V br ∙1000             (Valem 1) Kus m – proovikeha mass õhus [ g] ja V br – proovikeha maht [cm3]. 4.1. Korrapärase kujuga materjali tiheduse määramine Korrapärase   kujuga   keha   ruumala   arvutatakse   mõõtmiste   tulemusena   saadud   keha
mõõtmetest   lähtudes.   Iga   mõõde   arvutatakse   kui   aritmeetiline   keskmine   kolmest
mõõtmistulemustest, mis on saadud kolmest erinevast kohast mõõtes, kusjuures mõõtetäpsus
on   0,2   mm.   Mõõtmised   tehakse   nihikuga.   Katsetatud   materjali,   lubjakivi   ja   paisutatud
polüstüreen (EPS), ruumala arvutatakse valemiga  V =abh                      (Valem 2) kus a – pikkus, b – laius, h – kõrgus.   2


Proovikeha mass saadakse kaalumisega elektroonilise kaaluga, täpsusega 1g. Proovikeha tihedus saadakse kasutades Valem 1. Katse tulemused näidatakse tabelis Tabel 5.1 ja graafikul Graafik 5.4. Näidis: Materjal – paisutatud polüstüreen (EPS) a kesk=109,6 mm=10,96 cm b kesk=109,3 mm=10,92 cm c kesk =48,7 mm=4,87 cm m=21 g V br=a ∙ b∙ h ⇒10,96 ∙ 10,92∙ 4,87 ≈ 582,9 cm 3 ρ 0 = m V br ∙1000= 21 582,9 ∙1000 ≈ 36 kg
m 3 4.2. Ebakorrapärase kujuga materjali tiheduse määramine Ebakorrapärase kujuga keha mahu määramisel kasutatakse Archimedese seadusel põhinevat
hüdrostaatilist kaalumist. Proovikeha   maht  V br [ cm 3 ]  leitakse   proovikeha   kaalumise   teel   õhus   ja   vedelikus,   ja arvutatakse valemiga: V br = m−m v ρv                   (Valem 3) kus m−¿katsekeha mass õhus [ g] m v− ¿vedelikku uputatud proovikeha näiv mass [ g] ρ v−¿ vedeliku tihedus, vee tihedus 20 ° C  juures on . Kuna proovikeha mahu määramiseks on vajalik tema kaalumine vedelikus, sõltub suuresti
katsemetoodika valik materjali võimest imada endasse vett. Katse andmed tuuakse välja peatükis 5, tabelis Tabel 5.2. 3


4.2.1. Väikse poorsuse ja mitte vett imava materjali mahu ja tiheduse määramine Kui materjali, graniidi, poorsus on väga väike ja ta katse käigus vett praktiliselt ei ima, siis
kaalutakse proovikeha õhus m [g ], seejärel vees mv [g ] ning arvutatakse tema maht (Valem 3)
ja tihedus (Valem 1). Katse andmed tuuakse välja peatükis 5, Tabelis 5.2. Näidis: materjal – graniit
proovikeha mass õhus m=77,2 g
proovikeha mass vedelikus mv=48,1 g vedeliku (vee) tihedus ρv=998 kg
m 3 =0,998 g c m 3   V br = m−m v ρv ⇒ 77,2−48,1 0,998 = 29,2 c m 3 ρ 0 = m V br ∙1000 ⇒ 77,2
29,2 ∙1000 ≈ 2640 kg
m 3 4.2.2. Poorse ja hästi vett imava materjali mahu ja tiheduse määramine Kuna   materjal,   keraamiline   tellis,   on   väga   poorne   ja   imab   hästi   vett,   siis   tema   mahu   ja
tiheduse määramiseks kaalutakse esmalt tema mass õhus m [g ]. Vältimaks vedeliku imbumist
kehasse hilisemal kaalumisel vees, kaetakse ta parafiiniga ja kaalutakse uuesti, saades m1 [g ]. Parafiiniga katmisel kastetakse keha 3 korda sulatatud parafiini. Peale igakordset kastmist
lastakse parafiinikihil hanguda ning vajadusel aidatakse sõrmega parafiini pooridesse suruda. Parafiiniga kaetud keha kaalutakse vees, saades m2 [g ]. Kuna   materjal   on   kaetud   parafiiniga,   siis   esmalt   leitakse   parafiini   mass.   Selleks   tuleb
parafiiniga   kaetud   keha   massist  m1 [g ]  lahutada   puhta   keha   mass  m [g ]:  mparafiin=m1−m
(Valem 4). Järgmisena leitakse parafiiniga kaetud keha ruumala V p valemist: ρ= m
V ⇒ V p= m parafiin ρparafiin               (Valem 5), kus mparafiin−¿ parafiini mass, ρparafiin−¿ parafiini tihedus 930 kg
m 3 = 0,93 g c m 3  . Lähtudes Archimedese seadusest, määratakse keha maht koos parafiiniga [cm3]: 4


V 1= m 1−m2 ρv                          (Valem 6), kus m1−¿keha mass koos parafiiniga õhus [ g], m2−¿keha mass koos parafiiniga vees [ g], ρ v−¿ vee tihedus  [ g cm 3 ]. Seejärel arvutatakse keha maht V  [cm3] valemiga V =V 1−V p (Valem 7). Viimaks arvutatakse keha tihedus ρ0 [ kg m 3 ] valemiga (Valem 1). Näidis: materjal – keraamiline tellis
kuiva keha mass õhus m=22,3 g
keha mass koos parafiiniga õhus m1=22,6 g
keha mass koos parafiiniga vees m2=12,4 g vee tihedus ρv=998 kg
m 3 =0,998 g c m 3   parafiini tihedus ρparafiin=930 kg m 3 =0,93 g c m 3   m parafiin=m1− m ⇒ 22,6 −22,3= 0,3 g ρ= m
V ⇒ V p= m parafiin ρparafiin = 0,3 0,93 = 0,32cm 3 V 1= m 1−m2 ρv ⇒ 22,6−12,4 0,998 = 10,22 cm 3 V =10,22−0,32=9,9 cm 3 ρ 0 = m V br ∙1000 ⇒ 22,3 9,9 ∙ 1000 ≈2250 kg m 3 4.3. Materjali poorsuse määramine Materjali poorsus  p protsentides arvutatakse järgmise valemiga: p= (1− ρ 0 ρ ) ∙ 100               (Valem 8) kus ρ0−¿ materjali tihedus  [ kg m 3 ], ρ−¿ materjali absoluutne tihedus [ kg m 3 ],  asuvad tabelis Tabel 5.3. 5


Näidis: materjal – graniit materjali tihedus ρ0=2640 kg m 3 materjali absouutne tihedus ρ=2680 kg m 3 p= (1− 2640
2680 )∙100=1,49% 5. KATSETULEMUSED Tabel 5.1 Korrapärase kujuga materjali tiheduse ja mahu määramine Jrk nr. Materjali nimetus Proovikeha mõõtmed [ mm ] Proovikeha maht  [cm3] Proovikeha mass [ g] Tihedus ρ 0 [ kg m 3 ] a a kesk b b kesk c c kesk 1 Normaalbetoon 1 134,6 135,0 136,5 135,9 135,1 134,5 2466,4 5878 2380 135,6 134,4 134,3 134,65 136,65 134,2 2 Aknaklaas 100,7 100,7 101,58 101,7 6,2 6,2 63,8 151 2370 100,64 101,9 6 100,72 101,7 6,48 3 Normaalbetoon 2 100 99,7 101 100,7 101 100,3 1006,7 2356,2 2340 100 100 100 99 101 100 4 Graafiline betoon 211,5 211,0 140,65 141,3 16,98 16,9 503,4 1130 2250 210,5 141,48 17,2 211 141,86 16,48 5 Dolokivi 99,11 99,1 99,09 99,1 98,48 98,5 967,4 2117 2190 99,09 99,1 98,7 99,11 99,11 98,32 6 Lubjakivi 48,36 48,3 49,02 48,9 47,22 47,4 112,0 233 2080 48,2 48,84 47,48 48,26 48,72 47,62 7 Betoonmüürikivi 98,15 98,1 98,75 98,8 99,5 99,6 965,4 2005 2080 98,2 98,8 99,6 98 98,85 99,75 8 Tsementkiudplaat 149,9 149,9 69,95 70,0 7,7 7,7 81,0 142 1750 149,9 70,15 7,85 149,9 69,9 7,6 9 Polümeriseeritud bituumen rullhüdroisolatsioon 101 100,2 124,5 124,8 5,6 5,6 70,5 73 1040 99,6 125 5,5 100 125 5,8 10 Puitkiudplaat (püssiplaat, saepuruplaat) 100,15 100,1 99,25 99,3 16,15 16,1 160,3 119 740 100,15 99,3 16,1 100,1 99,2 16,15 11 Puitplaat, suunatud 99,6 99,5 11 10,8 100 100,2 107,9 75,1 700 6


kiududega  99,8 10 100,1 99 11,5 100,4 12 Puitkiudplaat 99 98,9 101,05 100,8 16,2 16,1 160,5 110 690 98,75 100,6 16 99 100,6 16,1 13 Ristkiht liimpuit 99,44 99,4 199,5 199,5 21,09 21,1 418,4 169 400 99,42 199,9 21,1 99,4 199,0 20,96 14 EPS 109,42 109,6 109,04 109,2 48,7 48,7 582,9 21 36 109,58 109,24 48,54 109,82 109,46 48,72 7


Tabel   5.2   Ebakorrapärase   kuju   ja   erineva   veeimavusega   materjali   mahu,   tiheduse   ja
poorsuse määramine Jrk nr. Materjali nimetus Mass õhus m, [ g] Mass õhus parafiinig a m1, [ g] Mass vees m 2, [ g] Ruumala parafiinig a V 1, [cm3] Parafiini ruumala V parafiin, [cm3] Materjali maht V br, [cm3] Tihedus ρ 0, [ kg m 3 ] Poorsus p, [%] Keskmine tihedus [ kg m 3 ] Keskmine poorsus [ % ] 1 Graniit 62,2 - 38,9 - - 23,3 2670 0,37 2640 1,33 53,7 - 33,5 - - 20,2 2660 0,75 122,9 - 76,6 - - 46,3 2650 1,12 85,6 - 53,4 - - 32,2 2660 0,75 77,2 - 48,1 - - 29,1 2640 1,49 115,4 - 70,6 - - 44,8 2580 3,73 75,8 - 47,2 - - 28,6 2650 1,12 2 Silikaattellis 32,5 33,2 16,3 16,9 0,75 16,15 2010 24,15 2010 24,15 3 Keraamiline tellis 57,3 59,1 30,7 28,4 1,94 26,46 2170 18,27 2240 15,63 43,2 44,4 23,6 20,8 1,29 19,51 2210 16,76 13,3 13,8 7,6 6,2 0,54 5,66 2350 11,49 22,3 22,6 12,4 10,2 0,32 9,88 2250 15,25 37,8 39,6 20,9 18,7 1,94 16,76 2260 14,88 58,9 60,4 32 28,4 1,61 26,79 2200 17,14 Tabel 5.3 Materjalide absoluutsed tihedused poorsuse arvutamiseks Silikaattellis 2650 kg
m 3 Graniit 2680 kg
m 3 Keraamiline tellis 2655 kg
m 3 8


5.4 Graafik. Korrapäraste materjalide tihedused 0 500 1000 1500 2000 2500 2380237023402250219020802080 1750 1040 740 700 690 400 36 T ih e d u s ρ₀, [kg/m³]  ρ ₀,  ρ₀, [kg/m³] [kg/m³]  k g /m ³] ]  ρ₀, [kg/m³]  6. JÄRELDUSED Korrapärase materjali, minu puhul paisutatud polüstüreeni ehk EPS ja lubjakivi, tiheduseks sain katsetuse tulemusena 36   kg
m 3   ja  2080   kg
m 3   vastavalt.  Internetist  www.chem.libretexts.org (Chemistry LibreTexts) ja  www.bpf.co.uk  (British Plastics Federation)  lehekülgedelt võib leida, et paisutatud polüstüreeni ehk EPS tihedus võib olla 28 – 45  kg
m 3   ja lubjakivi tihedus võib olla vahemikus 1500 – 2700  kg
m 3   . Järelikult on minu tulemused on arvestatavad. Oma väga väikese tihedusega on paisutatud polüstüreen ehk EPS väga poorne materjal, kuid see ei
ima   oma   pooridesse   vett,   seda   ka   väga   pikaajalisel   kokkupuutel   veega,   kuna   ta   on
hügroskoopne. Kuna paisutatud polüstüreeni ehk EPS tihedus on väike ja poorsus on väga
suur, siis ta koosneb 98% ulatuses selle kinnises kärgstruktuuris olevast liikumatust õhust,
mis tagab materjali suurepärase soojapidavuse. Ebakorrapäraste materjalide poorsuse arvutamine: graniidi poorsuseks minul tuli 1,49 % ja
keraamilisel telliskivil 15,25%. Grupi keskmised poorsused tulid vastavalt 1,33 % ja 15,63
%. Kogu korrapäraste materjalide alagrupi peale on suurima tihedusega normaalbetoon 1 ning
väikseima tihedusega paisutatud polüstüreen ehk EPS. Tasub märkida, et normaalbetoon 1 on
ligi   66   korda   tihedam   kui   paisutatud   polüstüreen.   Ehitusmaterjalide,   mis   kuuluvad 9


üldnimetuse „kivi“ alla, tihedused jäävad 2000 – 3000  kg
m 3 . Mida suurem on materjali tihedus, seda   väiksem   on   tema   poorsus   ning   vastupidi.   Samuti,   mida   poorsem   on   materjal,   seda
paremini   nad   juhivad   soojust   ning   neid   kasutatakse   ehituses   soojusmaterjalidena.   Mida
tihedam   on   materjal,   seda   tugevam   ja   vastupidavam   ta   on,   seega   kasutataksegi   teda   nt
ehituskivide- või viimistluskividena.  Ebakorrapärase kujuga materjali, graniidi tüki, tiheduseks sain oma katsetuse käigus 2640 kg
m 3 .  Meie   grupi  graniidi  alarühma   tiheduseks  tuli  2640   kg
m 3 .  Seega   need  andmed  on  täiesti ühesugused.   Internetist  Wikipedia  leheküljelt   võib   leida   graniidi   tiheduseks   olenevalt koostisest 2550 – 2700   kg
m 3 .   Seega   võib   väita,   et   katsed   on   õnnestunud.   Kuna   graniit   on üpriski suure tihedusega on tegu väga hea, kõva ja vastupidava ehitusmaterjaliga. Ebakorrapärase kujuga materjali, keraamilise tellise tüki, tiheduseks sain 2250   kg
m 3 .  Meie grupi   keraamilise   tellise   alagrupi   tiheduseks   tuli   2240   kg
m 3 .Need   andmed   on   väga ligilähedased. Internetist Wikipedia leheküljelt võib leida keraamilise tellise tiheduseks 1600 – 1900  kg
m 3 . Kui võrrelda Internetist leitud tihedus meie grupis saadud tulemustega, siis võib märgata,   et   nad   erinevad   üksteisega   liiga   palju.   Seega,   võib   öelda,   et   katse   keraamilise
tellisega ebaõnnestunud. See võis juhtuda sest, mina ja mu grupikaaslased tegid see katse
natuke valesti. Näiteks, keraamilise tellise tükk ei olnud piisavalt kaetud parafiiniga ja selle
tõttu vesi sattus pooridesse ja saadud andmed osutusid ebatäpsed.   Kokkuvõttes, võib öelda, et minu ja grupi sooritatud tiheduste määramise katsete tulemused,
arvestamata keraamilise tellise tiheduse määramist, langevad kokku ning suuresti sarnanevad
nad   ka   kirjanduses   välja   toodud   väärtustega.   Kuigi   esinevad   grupi   andmetes   mõningasi
anomaaliaid,  kuid  need  on suure  tõenäosusega,  valesti  arvutisse  trükitud,  kas  siis valede
komakohtade   või   arvudega.   Seega   erinevad   keskmised   tihedused   veidi   kirjanduses
leiduvatega, kuid see ei ole siiski põhjuseks katseid ebaõnnestunuiks lugeda. 10

Document Outline

• 1. 13. January 2022Töö eesmärk
• 2. Katsetatud materjalid
• 3. Kasutatud vahendid
• 4. KatsemetoodikaD
  • 4.1. Korrapärase kujuga materjali tiheduse määramine
  • 4.2. Ebakorrapärase kujuga materjali tiheduse määramine
    • 4.2.1. Väikse poorsuse ja mitte vett imava materjali mahu ja tiheduse määramine
    • 4.2.2. Poorse ja hästi vett imava materjali mahu ja tiheduse määramine
  • 4.3. Materjali poorsuse määramine
• 5. Katsetulemused
• 6. Järeldused