Laboratoorne töö nr 1-Anastasia Rezjukova EAEI32-parandatud (0)

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL    Ehitusmaterjalid  Laboratoorne töö nr. 1  2021  Materjali tiheduse määramine  Rühm: EAEI32  Anastasia Rezjukova  206932    Mattias Põldaru                                  30. september 2021


2    1.  TÖÖ EESMÄRK  Korrapärase ja ebakorrapärase kujuga   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 [ 𝑘g 𝑚3 ]:  𝜌0 = 𝑚 𝑉𝑏𝑟 ∙ 1000             (Valem 1)  Kus 𝑚 – proovikeha mass õhus [g] ja 𝑉𝑏𝑟 – 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.   


3    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)  𝑎𝑘𝑒𝑠𝑘 = 109,6 𝑚𝑚 = 10,96 𝑐𝑚  𝑏𝑘𝑒𝑠𝑘 = 109,3 𝑚𝑚 = 10,92 𝑐𝑚  𝑐𝑘𝑒𝑠𝑘 = 48,7 𝑚𝑚 = 4,87 𝑐𝑚  𝑚 = 21 g  𝑉𝑏𝑟 = 𝑎 ∙ 𝑏 ∙ ℎ ⇒ 10,96 ∙ 10,92 ∙ 4,87 ≈ 582,9 𝑐𝑚3  𝜌0 = 𝑚 𝑉𝑏𝑟 ∙ 1000 = 21 582,9 ∙ 1000 ≈ 36 𝑘𝑔 𝑚3   4.2.  Ebakorrapärase kujuga materjali tiheduse määramine  Ebakorrapärase kujuga keha  mahu  määramisel kasutatakse Archimedese seadusel põhinevat 
hüdrostaatilist kaalumist.  Proovikeha  maht  𝑉𝑏𝑟 [𝑐𝑚3]  leitakse  proovikeha  kaalumise  teel  õhus  ja  vedelikus,  ja 
arvutatakse valemiga:  𝑉𝑏𝑟 = 𝑚−𝑚𝑣 𝜌𝑣                   (Valem 3)  kus 𝑚 − katsekeha mass õhus [g]  𝑚𝑣 − vedelikku uputatud proovikeha näiv mass [g]  𝜌𝑣 − 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. 


4      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 𝑚3 = 0,998 𝑔 𝑐𝑚3    𝑉𝑏𝑟 = 𝑚 − 𝑚𝑣 𝜌𝑣 ⇒ 77,2 − 48,1 0,998 = 29,2 𝑐𝑚3  𝜌0 = 𝑚 𝑉𝑏𝑟 ∙ 1000 ⇒ 77,2
29,2 ∙ 1000 ≈ 2640  𝑘𝑔 𝑚3   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 𝑉𝑝 valemist:  𝜌 = 𝑚 𝑉 ⇒ 𝑉𝑝 = 𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑖𝑛 𝜌𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑖𝑛               (Valem 5),  kus 𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑖𝑛 − parafiini mass, 𝜌𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑖𝑛 − parafiini tihedus 930 𝑘𝑔 𝑚3 = 0,93 𝑔 𝑐𝑚3  .  Lähtudes Archimedese seadusest, määratakse keha maht koos parafiiniga [𝑐𝑚3]:  𝑉1 = 𝑚1−𝑚2 𝜌𝑣                          (Valem 6), 


5    kus 𝑚1 −keha mass koos parafiiniga õhus [𝑔], 𝑚2 −keha mass koos parafiiniga vees [𝑔], 
𝜌𝑣 − vee tihedus [ 𝑔 𝑐𝑚3 ] .  Seejärel arvutatakse keha maht 𝑉 [𝑐𝑚3] valemiga 𝑉 = 𝑉1 − 𝑉𝑝 (Valem 7).  Viimaks arvutatakse keha tihedus 𝜌0  [ 𝑘𝑔 𝑚3 ]  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 𝑚3 = 0,998 𝑔 𝑐𝑚3    parafiini tihedus 𝜌𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑖𝑛 = 930 𝑘𝑔 𝑚3 = 0,93 𝑔 𝑐𝑚3    𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑖𝑛 = 𝑚1 − 𝑚 ⇒ 22,6 − 22,3  = 0,3 𝑔  𝜌 = 𝑚 𝑉 ⇒ 𝑉𝑝 = 𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑖𝑛 𝜌𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑖𝑛 = 0,3 0,93 = 0,32 𝑐𝑚3  𝑉1 = 𝑚1 − 𝑚2 𝜌𝑣 ⇒ 22,6 − 12,4 0,998 = 10,22 𝑐𝑚3  𝑉 = 10,22 − 0,32 = 9,9 𝑐𝑚3  𝜌0 = 𝑚 𝑉𝑏𝑟 ∙ 1000 ⇒ 22,3 9,9 ∙ 1000 ≈ 2250  𝑘𝑔 𝑚3   4.3.  Materjali poorsuse määramine  Materjali poorsus 𝑝 protsentides arvutatakse järgmise valemiga:  𝑝 = (1 − 𝜌0 𝜌 ) ∙ 100               (Valem 8)  kus 𝜌0 − materjali tihedus [ 𝑘𝑔 𝑚3 ] , 𝜌 − materjali absoluutne tihedus [ 𝑘𝑔 𝑚3 ] ,   asuvad tabelis Tabel 5.3.  Näidis:  materjal – graniit 
materjali tihedus 𝜌0 = 2640 𝑘𝑔 𝑚3   materjali absouutne tihedus 𝜌 = 2680 𝑘𝑔 𝑚3     𝑝 = (1 − 2640
2680 ) ∙ 100 = 1,49 % 


6    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  𝜌0  [ 𝑘𝑔 𝑚3 ]  𝑎  𝑎𝑘𝑒𝑠𝑘  𝑏  𝑏𝑘𝑒𝑠𝑘  𝑐  𝑐𝑘𝑒𝑠𝑘  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  kiududega   99,6  99,5  11  10,8  100  100,2  107,9  75,1  700  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  parafiiniga  𝑚1,  [g]  Mass  vees  𝑚2,  [g]  Ruumala  parafiiniga  𝑉1, [𝑐𝑚3]  Parafiini  ruumala  𝑉𝑝𝑎𝑟𝑎𝑓𝑖𝑖𝑛,  [𝑐𝑚3]  Materjali  maht  𝑉𝑏𝑟,  [𝑐𝑚3]  Tihedus  𝜌0,  [ 𝑘𝑔 𝑚3 ]  Poorsus  𝑝, [%]  Keskmine  tihedus  [ 𝑘𝑔 𝑚3 ]  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 𝑚3   Graniit  2680  𝑘𝑔 𝑚3   Keraamiline tellis  2655  𝑘𝑔 𝑚3        


8    5.4 Graafik. Korrapäraste materjalide tihedused    6.  JÄRELDUSED  Korrapärase  materjali,  minu  puhul  paisutatud  polüstüreeni  ehk  EPS  ja  lubjakivi,  tiheduseks 
sain  katsetuse  tulemusena  36  𝑘𝑔  𝑚3   ja  2080  𝑘𝑔  𝑚3   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  𝑚3  ja lubjakivi tihedus võib  olla  vahemikus 1500  – 2700  𝑘𝑔  𝑚3  . 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 üldnimetuse 
„kivi“ alla, tihedused jäävad 2000 – 3000  𝑘𝑔  𝑚3 . 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  2380 2370 2340 2250 2190 2080 2080 1750 1040 740 700 690 400 36 0 500 1000 1500 2000 2500 Ti hed us  ρ ₀, [kg /m³ ] 


9    tugevam  ja  vastupidavam  ta  on,  seega  kasutataksegi  teda  nt  ehituskivide-  või 
viimistluskividena.   Ebakorrapärase kujuga materjali, graniidi tüki, tiheduseks sain oma katsetuse käigus 2640  𝑘𝑔  𝑚3 .  Meie  grupi  graniidi  alarühma  tiheduseks  tuli  2640  𝑘𝑔  𝑚3 .  Seega  need  andmed  on  täiesti  ühesugused. Internetist Wikipedia leheküljelt võib leida graniidi tiheduseks olenevalt koostisest 
2550  –  2700  𝑘𝑔  𝑚3 .  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  𝑚3 .  Meie grupi  keraamilise  tellise  alagrupi  tiheduseks  tuli  2240  𝑘𝑔  𝑚3 . Need  andmed  on  väga  ligilähedased.  Internetist Wikipedia leheküljelt võib leida keraamilise tellise tiheduseks 1600 – 1900  𝑘𝑔  𝑚3 . 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. 

Document Outline

• 1. Töö 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