Laboratoorne töö nr 1. Maaterjali tiheduse määramine (0)

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL
Ehitusmaterjalid
Laboratoorne töö nr. 1
2017 /2018
Materjali tiheduse määramine
Õpperühm
nimi
Mart.number
Mattias Põldaru
28.september 2017.a

Sisukord

Sisukord 1
1Töö eesmärk 2
2Katsetatavad ehitusmaterjalid 3
3Kasutatud töövahendid 3
4Töö käik 3
1.1Korrapärase kujuga kehade tiheduse määramine 3
1.2Ebakorrapärase kujuga kehade tiheduse ja poorsuse määramine 4
5Tulemused 6
6Järeldused 9
7Küsimused 10
8Kasutatud kirjandus 11

Töö eesmärk

Korrapärase ja ebakorrapärase kujuga kehade tiheduse määramine.

Katsetatavad ehitusmaterjalid

Dolomiit , tsementfibroliit, pesubetoon, ehitusteras , puitkiudplaat , polümeriseeritud bituumen , kergkeraamika, lubjakivi , keraamiline plaat (glasuuritud), EPS, normaalbetoon , keraamiline plaat, mullbetoon , aknaklaas , tsementkiudplaat , silikaattellis , XPS, polüetüleenvill, klaasvill , graafiline betoon, graniit , keraamiline telliskivi , silikaattelliskivi.

Kasutatud töövahendid

Joonlaud ; elektrooniline kaal (täpsusega 0,2 g); vasktraat; sulatud parafiin .

Töö käik

Ehitusmaterjali tiheduseks nimetatakse loomuliku struktuuriga materjali, koos pooride ja tühimikega, mahuühiku massi.
Ehitusmaterjalide tihedus
määratakse keha massi ja mahu suhtena (kg/m3) valemiga:
, [kg/m3] Valem nr:1
kus
m – katsekeha mass (g)
Vbr – katsekeha ruumala (cm3)

Korrapärase kujuga kehade tiheduse määramine

Korrapärase kujuga keha maht V arvutatakse keha geomeetrilistest mõõtmistest. Mõõdame joonlaua või nihikuga. Kehadel mõõdeti kõiki kolme külge kolm korda (a, b, c) ja arvutati iga külje jaoks keskmine mõõt. Keskmiste mõõtude korrutisega arvutati keha maht valemiga
, [cm3] Valem nr: 2
V – proovikeha maht (cm3)
a – proovikeha pikkus (mm)
b – pproovikeha kõrgus (mm)
c – proovikeha laius (mm)
Proovikeha massi (m) määratleme elektroonilise kaalude abil. Pärast saame valemi nr.1 abil välja arvutada keha tihedus. Mõõtmis- ja arvutustulemused on esitatud Tabelis nr. 1.

Ebakorrapärase kujuga kehade tiheduse ja poorsuse määramine

Ebakorrapärase kujuga kehade tiheduse määramiseks kaalutakse proovikeha nii õhus kui ka vedelikus . Kasutame Archimedese seadust, mis põhineb hüdrostaatilisel kaalumisel. Kuna proovikeha mahu määramiseks on vajalik tema kaalumine vedelikus, sõltub edasine katsemetoodika valik materjali võimest imada vett. Katsed viidi läbi graniidist, silikaattellisest ja keraamilisest tellisest katsekehadega.
Graniidil poorsuse tegur on üsna väike, selle tõttu graniit vett praktiliselt ei ima. Selle tiheduse määramiseks kaaluti proovikeha õhus ja seejärel vees ning lahutati esimesest teine, et leida vee mass, mis vastas vette asetatud katsekeha ruumalale. See jagati vee tihedusega 1,0 g/cm3, et leida keha ruumala. Jagades katsekeha massi (õhus kaalutud) katsekeha ruumalaga, saime graniidi ruumala valemiga:
, [cm3] Valem nr: 3
kus
m – katsekeha mass õhus (g)
m1 – katsekeha mass vedelikus (g)
ρv – vedeliku tihedus (g/cm3)
Silikaattelliskivil ja keraamilisel telliskivil on suur poorsus , need materjalid imavad vett, selle tõttu peame vältima vedeliku tulekut kehasse kaalumisel vees. Alustuseks kaaluti katsekehad õhus ning seejärel kaeti õhukese parafiini kihiga, et vältida vee sisse tulekut katsekehasse kaalumisel vees. Seejärel kaaluti parafiiniga kaetud katsekeha uuesti õhus. Lahutades sellest algselt kaalutud keha massi, saime keha katva parafiini massi ning jagades selle parafiini tihedusega 0,93 g/cm3, saime parafiinikihi ruumala. Seejärel kaaluti parafiiniga kaetud keha vees. Lahutades parafiiniga kaetud keha õhus kaalutud tulemusest vees kaalutud tulemus, saime keha ruumalale vastava vee massi. Jagades selle vee tihedusega 1,0 g/cm3, lähtudes Archimedese seaduse järgi saame koos parafiiniga keha ruumala valemiga:
, [cm3] Valem nr: 4
kus
m1 – keha mass koos parafiiniga õhus (g);
m2 – keha mass koos parafiiniga vedelikus (g);
ρv – vee absoluutne tihedus (g/cm3)
Parafiini ruumala (cm3) leiame valemiga:
, [cm3] Valem nr: 5
kus
m – kuiva proovikeha mass õhus ilma parafiitita (g);
ρp – parafiini absoluutne tihedus mis on 0,93 g/cm3
Lahutades sellest eelnevalt leitud parafiinikihi ruumala, saime katsekeha tegeliku ruumala. Jagades nüüd algselt õhus kaalutud katsekeha massi leitud ruumalaga, saimegi silikaattellise / keraamilise tellise tiheduse valemiga
, [cm3] Valem nr: 6
Materjali poorsus p protsentides arvutatakse järgmise valemiga
, [%] Valem nr: 7
kus
ρ0 – materjali tihedus (kg/m3);
ρ – materjali absoluutne tihedus (kg/m3)
Mõõtmis- ja arvutustulemused on esitatud Tabelis nr. 2.

Tulemused

Tabel nr. 1. Korrapärase kujuga kehade tiheduse määramine
Materjal
Mõõtmed
Mass
Märkused
Ruumala
Tihedus
a(mm)
b(mm)
c(mm)
g
mm3
kg/m3
Dolomiit
99,5
99,5
98,8
2118
972152
2179
99,5
99,6
100,0
97,7
99,2
97,8
Tsementfibroliit
122,0
50,0
248,0
482
1484862
324
121,0
48,0
249,0
122,0
49,0
250,0
Pesubetoon
139,0
159,0
37,0
1882
773535
2433
139,0
159,0
34,0
140,0
159,0
34,0
Ehitusteras
20,0
50,7
112
Ringristlõikega
15928
7082
20,0
50,7
20,0
50,7
Puitkiudplaat
100,0
98,5
15,0
110
150246
733
100,0
98,0
15,5
100,0
98,0
15,5
Polümeriseeritud bituumen
100,4
102,4
5,6
72
57268
1257
99,6
102,7
5,7
99,6
102,1
5,5
Kergkeraamika
127,5
153,7
67,9
800
1350483
592
126,5
154,9
70,1
123,3
154,2
70,9
Lubjakivi
49,6
50,9
52,0
332
131966
2516
50,1
51,0
52,1
49,8
50,8
52,0
Keraamiline plaat glasuuritud
9,34
147,9
148,3
492
203844
2413
9,32
147,7
148,3
9,35
147,9
148,4
Normaalbetoon
134,9
136,0
137,8
5878
2507927
2344
135
135,1
137,7
134,5
136,9
135,0
Keraamiline plaat
98,6
99,8
10,1
244
105188
2320
98,3
99,2
10,6
99,7
99,1
11,3
Mullbetoon
151,9
150,9
152,0
2240
3496873
641
152,0
150,5
153,5
151,1
149,3
154,9
Aknaklaas
100,7
100,3
5,9
147
59247
2488
100,8
100,1
5,9
100,7
100,2
5,9
Tsementkiudplaat
149,9
70,0
7,6
142
78522
1803
150,0
69,7
7,5
150,0
69,8
7,5
Silikaattellis
11,8
8,7
24,9
4804
20560
1900
11,8
8,7
24,9
11,8
8,7
25,0
Ekstruuderpolüstüreen
146,0
29,1
148,3
20
632444
32
147,5
28,0
147,7
146,5
29,1
148,5
Polüetüleenvill
100,4
91,5
46,0
9,6
422163
23
100,1
91,1
45,6
104,0
91,9
46,5
Klaasvill
98,9
137,3
20,0
19,6
268592
73
99,9
137,0
19,2
97,6
137,7
20,3
Graafiline betoon
145,2
11,3
210,5
1130
340777
3316
145,0
11,2
210,0
145,0
11,0
210,5
Paisutatud polüstüreen
94,4
44,2
149,4
22
617130
36
95,4
44,6
146,4
95,4
43,2
146,8
Graafik nr. 1. Korrapärase kujuga kehade materjalide tihedused
Tabel nr. 2. Ebakorrapärase kujuga keha tiheduse määrmine
Materjal
Mass õhus (g)
Mass parafiiniga (g)
Mass vees (g)
Ruumala parafiiniga (cm3)
Parafiini ruumala (cm3)
Materjali ruumala (cm3)
Tihedus (kg/m3)
Keskmine tihedis (kg/m3)
Poorsus (%)
Graniit
76,4
46,7
29,7
2570
2590
3,36
77,2
30,0
47,2
36,0
21,8
14,2
2540
47,2
28,8
18,4
2570
49,8
30,3
19,5
2550
57,5
35,6
21,9
2630
113,8
69,8
44
2590
47,6
34,4
13,2
86,0
52,9
33,1
2600
33,4
20,5
12,9
2590
65,2
40,6
24,6
2650
77,4
47,4
30,0
2580
53,4
33,4
20,1
2660
26,8
16,4
10,4
2580
100,2
60,8
39,4
2540
82,8
50,5
32,3
2560
Tellis
49,1
53,0
25,5
27,5
4,19
23,31
2110
2120
20,30
56,2
58,2
28,6
29,6
2,15
27,45
2050
37,8
39,2
19,7
19,5
1,51
17,99
2100
27,6
29,4
14,4
15,0
1,94
13,06
2110
22,8
24,0
12,4
11,6
1,29
10,31
2210
23,4
24,4
12,2
12,2
1,08
11,12
2100
34,0
35,2
18,0
17,2
1,29
15,91
2140
24,8
26,0
12,9
13,1
1,29
11,81
2100
Silikaat
51,6
53,4
24,5
28,9
1,94
26,96
1910
1940
26,79
84,1
85,6
40,4
45,2
1,61
43,59
1930
120,6
122,6
57,5
65,1
2,15
62,95
1920
45,7
47,8
22,3
25,5
2,26
23,24
1970
104,0
105,6
50,6
55,0
1,72
53,28
1950
59,6
60,8
28,9
31,9
1,29
30,61
1950
98,8
100,4
47,2
53,2
1,72
51,48
1920
50,2
51,4
24,5
26,9
1,29
25,61
1960

Järeldused

Kõige suurema tihedusega katsekeha on ehitusteras, mille tihedus tuli välja 7082 kg/m3. Tõeline terase tihedus peab olema 7859 kg/m3, mis on 777 kg/m3 suurem kui meie tulemus. Kõige väiksema tihedusega katsekeha on polüetüleenvill, mille tihedus tuli 26 kg/m3. Tõeline polüetüleenvilla tihedus on vahemikus 17-60 kg/m3, sõltub tema sooja juhtivusest.
Katse tegemine näitas veel, et graniidi keskmine tihedus on 2590 kg/m3, mis on 210 kg/m3 vähem, kui graniidi tõeline tihedus mis võrdub 2800 kg/m3. Graniidi tiheduse määramisel oli kaks liiga suure arvuga tulemused, milliseid ei võeti graniidi keskmise tiheduse arvutamisel arvesse. Tellise keskmine tihedus tuli välja 2120 kg/m3, mis on 120 kg/m3 suurem, kui tellise tõene tihedus 1800-2000 kg/m3. Silikaattellise keskmine tihedus tuli välja 1940 kg/m3, mis ilusasti klapib silikaattellise tõelise tihedusega 1800-2000 kg/m3.
Graniidi poorsusn tuli välja 3,36%. Tellise poorsus on umbes 20% ja silikaattellise poorsus on umbes 27%.
Mõned katse tegemisel saadud tulemused natukene ei klapi andmetega, mis on esitatud kirjanduses. Aga kuna vahe ei ole suur, võib öelda, et rühm sai hästi esimese laboritööga hakkama. Ebatäpsuse põhjus võib olla inimese faktor, ebatäpsed vahendid (kaalud, joonlaud), vanad katsekehad.

Küsimused

1. Milleks on vaja teada ehitusmaterjalide absoluutset tihedust , tihedust ja poorsust?
Tihedust, mahumassi ja poorsust on vaja, et teada kus on mõistlik antud materjale kasutada, mis otstarbel ja millistes tingimustes. Nendest kolmest omadusest sõltuvad ka paljud teised materjali füüsikalised omadused ja mehaanilised omadused.
2. Millised ehitusmaterjalide omadused sõltuvad nende absoluutsest tihedusest, tihedusest või poorsusest? Tuua konkreetseid näiteid materjali omaduste sõltuvuse kohta absoluutsest tihedusest, tihedusest või poorsusest.
Poorsusest sõltub materjali külmakindlus (lahtisest poorsusest), veeimavus, gaaside difusioon läbi materjali, tugevus ning soojusjuhtivus. Poorsus ja materjali tihedus on samuti omavahel seotud: mida suurem poorsus, seda väiksem tihedus. Tihedusest sõltuvad ka paljud teised materjali omadused, nt soojajuhtuvus ja tugevus. Pooride suurusest sõltub vee olek ja liikumine poorides, mis põhjustab materjali omaduste muutumist.
Näide: Terasel on väike poorsus ja seetõttu on ta külmakindlus suur (vesi ei pääse pooridesse). Kui tersel oleks suur lahtine poorsus, siis läheks tungiks vesi pooridesse, külmuks, külmudes paisuks ja lõhuks materjali iga külmumisega.
Näide: Mullpolüstüreen on väga suure poorsusega ning väikese tihedusega. Kuigi materjalil on suured poorid , siis ta ei ima vett endasse, kuna ta on mitte vett imav ehk hügroskoopne. Oma suurte pooridega tagab materjal suurepärase soojapidavuse ning oma väikese tihedusega tagab materjal kerguse ja hõlpsa käsitsemisvõimaluse.
3. Iseloomustage soojaisoleermaterjalide omaduste sõltuvust materjali poorsusest ja poorsuse laadist.
Üldiselt, mida suurem on materjali poorsus, seda halvemini see soojust juhib, ehk seda parem on see soojaisoleermaterjalina. Seda peamiselt seetõttu, et õhk on relatiivselt halb soojusjuht ning kui materjalis on palju õhuga täidetud poore, juhib materjal tervikuna halvemini soojust.
Soojaisoleermaterjal on aga soojusisolatsioonis halvem, kui materjali puhul on tegemist lahtise poorsusega, sest siis pääseb materjali niiskus/vesi, mis aitab soojusjuhtivusele kaasa.
4. Iseloomustage soojaisoleermaterjalide omaduste sõltuvust materjali tihedusest.
Üldistatult, mida väiksem on materjali tihedus, seda parem soojaisoleermaterjal see on. Seda peamiselt kahel põhjusel. Esiteks, mida väiksem on materjali tihedus, seda suurem on üldiselt poorsus. Mida suurem on aga poorsus, seda halvemini materjal soojust juhib (st isoleerib paremini). Teiseks, mida suurem on materjali tihedus, seda paremini saavad materjali osakesed üksteisega interakteeruda ning soojust üksteise vahel edasi kanda.
5. Kuidas sõltub tsemendikivi või betooni tugevus poorsusest?
Mida suurem on poorsus, seda väiksem on tsemendikivi / betooni tugevus.

Kasutatud kirjandus

R. Otsman “Ehitusmaterjalid”, Tallinn “Valgus” (1976)

Loengu konspekt

Material Property Data http://www.matweb.com/index.aspx (26.09.2017)

TTÜ kodulehekülg https://www.ttu.ee/persoon/mattias-poldaru/ehitusmaterjalid-aine/ (26.09.2017)