1. Eesmärk Korrapärase ja ebakorrapärase kujuga keha tiheduse määramine. Materjali
poorsuse määramine.
2. Katsetatavad ehitusmaterjalid 2.1. Töö esimeses
pooles olid kasutusel korrapärased kehad
Mullbetoon –väikese tihedusega,
poorne , autoklaavitud toode, mille
sideaineks on
tsement või
lubi -liiv. Mullbetoon sisaldab kuni 85% mahus ühtlaselt jaotatud poore,
mille läbimõõt 0,3...2 mm. Tihedus alla 1800 kg/m3.
Kipsplaat – kips on looduslikul toorainel baseeruv- või tööstuse kõrvalproduktina
saadav ehitusmaterjal, mis töödeldakse tugeva kartongiga kaetud ehitusplaadiks.
2.2. Töö teises pooles olid kasutusel ebakorrapärase kujuga kehad
Silikaattellis -
tellis , mis on valmistatud lubja ja liiva segu kokkupressimisel ja sellele
järgneva kuumutamisel autoklaavis, veeaurus, nii et moodustub hüdrosilikaatidest
sideainel põhinev
tehiskivi . Tehnoloogia pärineb 1880.
aastatest . Eesti oludes
ideaalseim ehitusmaterjal: tugev, soojust akumuleeriv, sisekliimat stabiliseeriv,
helipidav ning mittepõlev.
Graniit - hall,
roosakas või punakas jämedateralise struktuuriga enamasti tardkivim.
Graniit koosneb põhiliselt kvartsist ja päevakividest.
Graniidi tihedus on olenevalt
koostisest 2550...
2700 kg/m³.
3. Kasutatud töövahendid Nihik – (täpsus 0,1mm) materjali mõõtmiseks
Joonlaud – (täpsusega 1mm) materjali mõõtmiseks
Elektrooniline kaal – (täpsus 0,01g) materjali kaalumiseks
Elektrooniline kaal – (täpsus 0,01g) materjali kaalumiseks
Vasktraat materjali
parafiini sisse kastmiseks.
Parafiin materjali poorsuse vähendamiseks.
4. Katse meetodid 4.1. Korrapärase kujuga materjalide tiheduse määramine
Katse
tegime kahe erineva raskusega
kehaga , raske ja kergmaterjaliga. Kuna
kehad olid korrapärased, siis mõõdeti
joonlaua ja nihikuga nende pikkused (a),
laiused (b) ja kõrgused (h). Kõiki suurusi mõõdeti kolm korda ning arvutustes
kasutati kolme mõõtetulemuse aritmeetilist keskmist. Saadud mõõtmistulemused
kanti
tabelisse 5.1. Ning nende põhjal moodustati
graafik 5.1.
Proovikeha maht
arvutati välja valemiga (1). Mass vaadati kaalu pealt ja tihedus arvutati valemiga
(2).
1
V=a*b*h (1)
V – keha maht [cm3]
a – pikkus [mm]
b – laius [mm]
h – kõrgus [mm]
ρ0 = (m / V) * 1000 (2)
ρ – tihedus [kg/m3]
m – mass [g]
V – maht [cm3]
Näidis:
materjaliks mullbetoon
a_kesk – 151 mm =15,1 cm
b_kesk – 149 mm =14,9 cm
h_kesk – 152 mm =15,2 cm
m – 2240g
V=a*b*h =>
15,1 ∙ 14,9 ∙ 15,2 ≈ 3419,848 cm3
ρ0 = (m / V) * 1000 => (2240 / 3419,848) ∙ 1000 ≈ 657 kg/m3
4.2. Korrapärase kujuga materjalide tihedus
Tabel 4.1 Mullbetooni tihedus
Proovikeha
Materjali
Proovikeha
Proovikeha Proovikeha Proovikeha
number
nimetus
mõõtmed [mm]
maht [cm3]
mass [g]
tihedus
a
b
h
[kg/m3]
26
Mullbetoon 151
149
152
3419,8
2240
657
Tabel 4.2 Kipsplaadi tihedus
Proovikeha Materjali
Proovikeha
Proovikeha Proovikeha Proovikeha
number
nimetus
mõõtmed [mm]
maht [cm3]
mass [g]
tihedus
a
b
h
[kg/m3]
27
Kipsplaat
225
133
13
289
394
819
4.3. Ebakorrapärase kujuga materjalide tiheduse ja poorsuse määramine
Ebakorrapärase kujuga proovikeha mahu määramisel kasutatakse
Archimedese seadusel põhinevat hüdrostaatilist kaalumist.
Proovikeha maht Vbr [cm3] leitakse proovikeha kaalumise teel õhus ja
vedelikus ning arvutatakse valemiga:
V)/ ρbr=(m-m1v (3)
Vbr – proovikeha maht [cm3]
m – proovikeha mass õhus [g]
m –
1 proovikeha mass vees [g]
ρv = 1 g/cm3
Kuna proovikeha mahu määramiseks on vajalik tema
kaalumine vedelikus, sõltub
suuresti katsemetoodika valik materjali võimest imada endasse vett.
2
Katse andmed tuuakse välja peatükis 5, tabelis 5.2.
4.3.1. Väikese poorsuse ja mitte vett imava materjali mahu ning
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 m1[g]
ning arvutatakse tema maht ja tihedus.
Materjali maht arvutatakse sel juhul valemiga 3,
kusjuures veetiheduseks
võetakse 1 g/cm3.
Materjali tihedus arvutatakse valemiga 2.
Katse andmed tuuakse välja peatükis 5, tabelis
Näidis:
Materjal – graniit
Proovikeha mass õhus - m = 35,6g
Proovikeha mass vedelikus – m1 = 22,0g
Vedeliku tihedus - ρv = 1 g/cm3
V)/ ρbr=(m-m1v => (35,6 – 22,0) / 1 = 13,6 cm3
ρ0 = (m / V) * 1000 => (35,6/13,6) ∙ 1000 = 2617 kg/m3
4.3.2.
Poorse ja hästi vett imava materjali mahu ja tiheduse määramine
Kui materjal (silikaattellis) on väga poorne ja imab väga hästi vett, siis tema
mahu ja tiheduse määramiseks kaalutakse esmalt tema mass m õhus [g].
Vältimaks vedeliku imbumist kehasse hilisemal kaalumisel vees, kaetakse ta
parafiiniga ja kaalutakse uuesti, saades m1 [g]. Peale 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 lahutada puhta keha mass
m:
mp = m1 – m2 (4)
Järgmisena leitakse parafiini ruumala Vp
valemist :
Vp = (m1 – m) / ρp (5)
m –
keha mass ilma parafiinita
m1 – keha mass koos parafiiniga
ρp - parafiini tihedus 0,93 g/cm3
3
Lähtudes Archimedese seadusest, määratakse keha maht koos parafiiniga
V1[cm3]:
V1 = (m1 – m2 ) / ρv (6)
m –
1 keha mass koos parafiiniga [g]
m –
2 keha mass koos parafiiniga vedelikus [g]
ρv – vee absoluutne tihedus ρv
= 1
g/cm3
Seejärel arvutatakse keha maht V [cm3] valemiga:
V = V1 - Vp (7),
Keha maht koos parafiiniga on V1[cm3]
Parafiini ruumala Vp [cm3]
Viimaks arvutatakse keha tihedus valemiga
ρ0 = (m / V) * 1000 (2)
ρ – tihedus [kg/m3]
m – mass [g]
V – maht [cm3]
Näidis:
Materjal – silikaattellis
Kuiva keha mass õhus m = 29,0 g
Keha mass koos parafiiniga õhus m1 = 30,0 g
Keha mass koos parafiiniga vedelikus m2 = 14,0 g
Vee absoluutne tihedus ρv
= 1
g/cm3
Parafiini tihedus 0,93 g/cm3
mp = m1 – m2 => 30 – 14
= 16 g
Vp = (m1 – m) / ρp => (30 – 29) / 0,93 = 1,07 cm3
V1 = (m1 – m2 ) / ρv => (30 – 14) / 1 = 16 cm3
V = V1 - Vp => 16 – 1,07 = 14,9 cm3
ρ0 = (m / V) * 1000 => (29 / 14,9) * 1000 = 1946 kg/m3
4.4. Materjali poorsuse määramine
Materjali poorsus p protsentides arvutatakse järgmise valemiga:
p = (1 – (ρ0/ ρ)) * 100 (8)
ρ0 - materjali tihedus [kg/m3]
ρ – materjali absoluutne tihedus [kg/m3]
4
Näide_1: Materjal – graniit
Materjali tihedus - ρ0 = 2617 kg/m3
Materjali absoluutne tihedus – ρ = 2680 kg/m3
p = (1 – (ρ0/ ρ)) * 100 => (1 – (2617/2680)) * 100 = 2,4 %
Näide_2:
Materjal – silikaattellis
Materjali tihedus - ρ0 = 1946 kg/m3
Materjali absoluutne tihedus – ρ =
2650 kg/m3
p = (1 – (ρ0/ ρ)) * 100 => (1 – (1946/2650)) * 100 = 26,6 %
5. Katsetulemused 5.1. Korrapäraste
ehitusmaterjalide tiheduse tabel ja graafik.
Tabel 5.1. Tabeli nimetus: erinevate ehitusmaterjalide tiheduse määramine
Mõõtmed [mm] Mass Ruumala Tihedus Jrk Materjali [g] [cm3] [kg/m3] pikkus laius kõrgus nr nimetus a b h m V ρ 1
Saepuruplaat
98,2
99,6
15,5
110
152
733
Õõnes
2
keraamiline tellis 248,3
85,3
66
2150
1410
1525 3
Eps
147
97,3
47,4
21,9
667,9
32,3
4
Silikaattellis
247,6
118
86,6
4810
2545
1924
5
Klaasvill 140
99,6
20,6
24,56
294
83,5
6
Lubjakivi 50,5
50,2
50,2
350
127
2591
7
Dolomiit 98,2
98,2
98,2
2000
941
2220
8
Ekst. polüst.
50,2
99,5
145,3
35
724
48
9
Graniit
146,3
99
27
326
114
2850
10
Ekst. polüst.
68,3
68,5
25
19,8
390
51,5
188,5/
11
Kivivill 149
135/99 45
191,6
1120
173
12
Bituumen isol. 910,4
10,3
0,48
69,39
52,4
1325
5
13
Klaasvill
10
140,5
20
24,26
284,57
85,25
14
Dolomiit
98,4
99,3
98,4
2116,8 961,48
2201 ,6
15
Normaalbetoon
136,5
136,7
136,6
5875
2567,5
2350 16
Mullklaas
137,5
904
477
64,7
587,05
116
17
Mullbetoon
99.6
98
99,6
874
990
883
18
Mullklaas
141
92,4
43,3
72,6
564,9
129
19
Teras
69,3
155,2
126,3
809
1365
590
20
Männipuit
19,5
20,6
30,1
5,35
1,209∙10-5 442
21
Kergkeraamika
121
61
151
805
0,011246 716
22
Eps
147
147
48
34,6
1
35
23
Trem.kind.plaat
124
100
6,8
140,4
87,5
1604
24
Graniit
124
100
100,5
240,32 86,85
2767
25
Bituumen
4
100,9
101.2
50,37
40,72
1239 26
Mullbetoon
151
149
151
2240
3419
657
27
Kipsplaat
225
13
133
289
394
819
28
Saepurubetoon 148
149
145
2274
3219
706
29
Keraam. tellis
6,5
11,7
25
3700
1568
2360
30
Samott kivi
12,5
25
6,5
3858
1974
1954
31
Klaas
101
102
6
150,53 61,8
2435
32
Õõnes silikaattel. 88
248
119
3614
2597
1392
Graafik 5.1 Graafiku nimetus:
Korrapäraste materjalide tiheduste graafik
Tihedus [kg/m3]
3000
2000
1000
0
.
.
l
l
l
t
…
…
l…
…
s …
s …
…
s
i
t
t
…
. …
i
t
t
ps
t
t
li
li
li
i
as
n
n
n
n
il
v
ii
ii
b
v
ii
ii
E
psE
aa
i
i
üs
v
v
v
r
o
ub
o
e
e
nd
l
l
üsl
aasl
aas
i
r
r
up
aat
ne
ne
i
k
aas
k
k
l
pu
e
o
r
o
e
m
m
aal
l
kl
v
T
t
ek
pl
t
m
m
õ
õ
.k
t
tt
o
o
aam
Kl
anr
anr
po
aas
aas
Ki
ni
pu
g
pu
Õ
Õ
o
l
l
m
r
bja
.
po. Kl Kl ul ul
m
o
o
r
G
G
än
bel
uu
uu
ae
r
ps
bel
ti
ti
e
aat
o
Ke
st
M
M
ul
S
ae
Ki
ul
r
ki
D
D
Lu
k
st
M
Ke
S
B
B
T
li
am
N
E
kE
M
M
S
S
6
5.2. Ebakorrapäraste materjalide tiheduse ja poorsuse tabelid
Tabel 5.2 Ebakorrapärase kujuga mittepoorse graniidi tiheduse ja poorsuse
katsetulemuste tabel
Jrk
Tihedus, Poorsus, Absoluutne
nr
ρ
p
tihedus
[kg/m3]
[%]
2624
2,08
1
2610 2,61
2
2590
3,35
3
2550
4,85
4
2630
1,86
5
2650
1,11
6
2547
4,96
7
2639
1,52
8
2617
2,35
9
2647
1,23
2680
10
2644
1,34
11
2610
2,61
12
2653
1
13
2625
2,05
14
2658
0,82
15
2600
2,98
16
2608
2,68
17
2637
1,60
18
2623
2,12
19
2635
1,67
20
2590
3,35
21
Kesk:
2618,4
2,29
7
Tabel 5.3 Ebakorrapärase kujuga poorse silikaattellise tiheduse ja poorsuse
katsetulemuste tabel
Jrk
Tihedus, Poorsus, Absoluutne
nr
ρ
p
tihedus
[kg/m3]
[%]
1
1910 27,92453
2
2
1946
26,56604
3
1918
27,62264
4
1923
27,43396
5
1936
26,9434
6
1890
28,67925
7
1920
27,54717
8
1893
28,56604
9
1906
28,07547
10
1948
26,49057
2650
11
1935
26,98113
12
1898
28,37736
13
1922
27,4717
14
1921
27,50943
15
1950
26,41509
16
1970
25,66038
17
1937
26,90566
18
1900
28,30189
19
1923
27,43396
20
1964
25,88679
Kesk:
1925,5
27,33962
8
6. Järeldused Esimeseks korrapäraseks materjaliks, minu puhul mullbetooni,
tiheduseks sain katsetuse
tulemusena 657 kg/m3. Loengu konspektist uurides sain teada, et mullbetooni soojust
isoleerivate omaduste järgi jaotatakse mullbetoonid
tihedused kolme suurde rühma:
- tihedus alla 500 kg/m3 – soojusisolatsioonbetoon
- tihedus 500...900 kg/m3 –
konstruktsioon -soojusisolatsioonbetoon
- tihedus 900...1000 kg/m3 – konstruktsioon-mull(gaas-)
betoonid Seega minu tulemus arvestatav ja jaotuse järgi on uuritud mullbetoon konstruktsioon
ning soojusisolatsioonbetoon.
Mullbetoonid on üks mullilise struktuuriga
kergbetooni alaliik, mis saadakse
peeneksjahvatatud liiva ja sideaine
segamisel veega ja vahu- (või gaasi-) tekitajaga.
Mullbetoon on väikese tihedusega, väga poorne, autoklaavitud toode, mille sideaineks on
tsement või lubi-liiv. Mullbetoon sisaldab kuni 85% mahus ühtlaselt jaotatud poore, mille
läbimõõt 0,3...2 mm.
Teiseks korrapäraseks materjaliks sain kipsplaadi. Mõõtmiste ja arvutuste tulemusena
sain kipsplaadi tiheduseks 819 kg/m3. Internetist
Euroopa Liidu Teatajast uurides sain
teada, et kipsplaadi tihedus peab olema vähemalt üle 800 kilogrammi kuupmeetri kohta,
seega on minu saadud tulemus üsna piiri peal, kuid siiski jääb lubatud piiri sisse.
Kogu korrapäraste materjalide alagrupi peale on suurima tihedusega graniit ning
väikseima tihedusega vahtpolüstüreen ehk standardikohase nimetusega EPS. Tasub
märkida, et graniit on ligi 86 korda tihedam kui EPS. Ehitusmaterjalide, mis kuuluvad,
kas
tehis või päriskivi üldnimetuse alla, tihedused jäävad ~ 1000-2000 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 seega
soojustusmaterjalidena.
Ebakorrapärase kujuga materjali, graniidi tüki, tiheduseks sain oma katsetuse käigus 2617
kg/m3. Meie grupp sai üldise keskmisena graniidi tiheduseks 2618,4 kg/m3, seega on
minu tulemus peaaegu kogu kollektiivi katsetulemuste keskmine. Internetist
Wikipedia kodulehelt võib leida graniidi tiheduseks olenevalt koostisest 2,55-2,7 g/cm3 ehk siis
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.
Samuti ebakorrapärase kujuga silikaattellise tiheduseks sain 1946 kg/m3. Internetist
Ehitusteabe leheküljel mainitakse, et üldjuhul on silikaattellise tihedus 1850-1950 kg/m3.
Seega minu tulemus on lubatud piirides ning kuna meie grupp sai keskmiseks tiheduseks
silikaattellisel 1925,5 kg/m3, on katse kõigil õnnestunud.
Kokkuvõtteks võib öelda, et nii minu kui ka grupi sooritatud tiheduse määramise katsed
olid õnnestunud, kuna nad langevad kokku kirjanduses toodud
andmetega .
9
7. Kordamisküsimused 7.1.
Milleks on vaja teada ehitusmaterjalide absoluutset tihedust , tihedust ja poorsust? Absoluutset tihedust, tihedust ja poorsust on vaja selleks, et teada, kus võib antud
ehitusmaterjali kasutada, mis
otstarbel ja millistes tingimustes, et tagada ehitise
vastupidavus ja efektiivsus. Näiteks suure poorsusega materjali ei pane väga
niiskesse keskkonda, kuna see tõmbab kogu niiskuse endasse ja siis pole enam
kasutuskõlblik.
7.2.
Millised ehitusmaterjalide omadused sõltuvad nende absoluutsest tihedusest, tihedusest või poorsusest? Tuua konkreetseid näiteid materjali omaduste
sõltuvuse kohta absoluutsest tihedusest, tihedusest või poorsusest. Absoluutsest tihedusest sõltub poorsus. Poorsusest sõltub materjali
soojusjuhtivus ,
veeimavus, märgumine, tugevus ja külmakindlus. Poorsus ja tihedus on omavahel
tihedalt seotud. Tihedusest sõltub materjali soojajuhtivus, tugevus, poorsus ja
sellest materjalist valmistatud detaili mass. Näiteks 1m3 terast (7850 kg/m3)
kaalub palju rohkem kui 1m3 betooni (~2400 kg/m3). Aga mida suurem on
materjali poorsus, seda väiksem on tema tihedus. Pooride suurusest sõltub vee
olek ja liikumine poorides, mis põhjustab materjali püsivomaduste muutumist ehk
eelkõige deformeerumist. Näiteks külmakindlus veega läbiimbunud materjalil
langeb.
Näide: mullpolüstüreen on aga 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
käisitsemisvõimaluse.
7.3.
Iseloomustage soojaisoleermaterjalide omaduste sõltuvust materjali poorsusest ja poorsuse laadist.
Mida poorsem on soojaisoleermaterjal, seda paremini ta soojust isoleerib.
Kinnised poorid on efektiivsemad kui
lahtised poorid.
7.4.
Iseloomustage soojaisoleermaterjalide omaduste sõltuvust materjali tihedusest. Mida väiksema tihedusega on materjal, seda poorsem ta on, seega isoleerib
soojust paremini. Madala tihedusega materjal on kergem, järelikult on kergem
paigaldada.
7.5.
Kuidas sõltub tsemendikivi või betooni tugevus poorsusest? Mida väiksem on poorsus, seda tugevam ta on. Kui on palju poore, siis sinna
pooridesse saab näiteks vett minna, või mõnda muud vedelikku, ja seal võivad
reaktsioonid tekkida.
10
8. Kasutatud allikad 8.1. Internetist:
http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32006D0 673:ET:HTML
http://et.wikipedia.org/wiki/Silikaattellis
http://www.maxit.ee/media/34/kergkruus/Fibo_Kergkruus_est_03_08.pdf
http://www.ehitusinfo.ee/index.php?aid=262
http://et.wikipedia.org/rvikilGraniit www.ehitusteave.ee/pdf/02011195.pdf
Loengukonspekt. Ehitusmaterjalid, L.
Raado
11
Kõik kommentaarid