Materjalide tihedus ja poorsus (0)

1. Töö eesmärk Töö eesmärgiks on erinevate materjalide tiheduse ning nende absoluutsete tiheduste (ilma poorideta) määramine.
2. Kasutatud materjalide iseloomustus Ehitusklaas ­ Tavaline ehitusklaas koosneb peamiselt kvartsliivast (klaasimoodustaja), kaltsineeritud soodast (selgitaja) ja lubjakivist. Jahtunud klaas on amorfne . Klaas on homogeenne ja isotoopne aine. Vastupidavam deformatsioonidele, kui tavaline klaas.
Kasutatud materjal: http://ph.eau.ee/~ehitus/Oppematerjal/Ehitusmaterjalid/Slaidid/Klaasmaterjalid.pdf
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.
Kasutatud materjal: http://et.wikipedia.org/wiki/Silikaattellis
Õõnes silikaattellis ­ Vt silikaattellis, selle erinevusega, et silikaatellisel on õõnsused, mis muudavad antud kivi kergemaks.
Keraamiline tellis ­ Valmistatakse savi kuumutamisel kindla temperatuurini ja jahutamisel vormides . Värvus ­ punakas.
Normaalbetoon - Tehislik kivimaterjal, koosneb sideainest ( tsement , lubi vms) ja täitematerjalist (liiv, kruus, killustik), harilikult ka veest ja mõnikord erilistest lisanditest. Betooni saadakse betoonisegu vormimise ja kivistuda laskmise teel.
Kasutatud materjal: http://et.wikipedia.org/wiki/Betoon
Kergbetoon ­ Kergbetoon on kergkruusa, tsemendi, ( mineraalse täiteaine) ja vee kivistunud segu.
Kasutatud materjal: http://www.maxit.ee/1831
Mullbetoon ­ Loodusliku kivimi lisamine kergbetooni muudab selle massi tihedamaks ning lisab tugevust ja soojusjuhtivust.
Kasutatud materjal: http://www.maxit.ee/media/34/kergkruus/Fibo_Kergkruus_est_03_08.pdf
Kipsplaat ­ Kips on looduslikul toorainel baseeruv- või tööstuse kõrvalproduktina saadav ehitusmaterjal, mis töödeldakse tugeva kartongiga kaetud ehitusplaadiks.
1 Kasutatud materjal: http://www.ehitusinfo.ee/index.php?aid=262
Klaas ­ Läbipaistev, suhteliselt tugev, raskesti kuluv, oluliselt inertne ja bioloogiliselt mitteaktiivne materjal, millest saab kujundada väga siledaid ja mitteläbilaskvaid pindu. Need soovitavad omandused on võimaldanud väga paljusid rakendusi
Kasutatud materjal: http://et.wikipedia.org/wiki/Klaas
Vahtklaas ­ unikaalne pooridega klaas. Ujub vee peal. Heli- ja soojusisolatsiooniomadused. Allub kergelt mehaanilisele töötlemisele. Ei reageeri hapnikuga. Talub suuri temperatuurikõikumisi. Vett mitteimav. Ei deformeeru. Materjal on hügieeniline, kuna tal puudub seentele , vetikatele, bakteritele jt mikroorganismidele ja taimedele sobiv elukeskkond
Kasutatud materjal: http://www.tarmatrade.ee/tooted.php?cat=234
Kivivill ­ Hea soojuspidavus, suur tulekindlus , säilitab oma mõõtmed ka temperatuuri ja niiskuse suure muutumise korral, helisummutus, hea töödeldavus, keskonnale ohutu
Vahtpolüstüreen ­ väikese tihedusega poorne soojusisolatsioonmaterjal, mis koosneb 98% õhust. EPS soojusisolatsioonplaadid koosnevad paisutatud polüstüreeni graanulitest, mis on veeauru toimel omavahel tihedalt kokku ühendatud. EPS´i graanulid on osaliselt avatud mikropooridega, millesse vesi ei tungi, kuid veeauru liikumine nendes toimub.
Kasutatud materjal: http://www.estplast.ee/et/misoneps
Ekstruuderpolüstüreen ­ Hea soojusisolatsioonivõime
Teras ­ sulam, mille põhikomponent on raud ning mis muude elementide (väävel, fosfor jne) kõrval sisaldab kuni 2,14% süsinikku. Juhib elektrit, reageerib hapnikuga ja veega. Happed ja soolad tekitavad terase korrodeerumist.
Kasutatud materjal: http://et.wikipedia.org/wiki/Teras
Laineline tsementkiudplaat ­ ilmastikukindel, talub suurt temperatuurikõikumist, pikk kasutusiga ,
Graniit ­ hall, roosakas või punakas jämedateralise struktuuriga enamasti tardkivim .
Kasutatud materjal: http://et.wikipedia.org/wiki/Graniit
2 3. Kasutatud vahendite loetelu
1. Kaal (Täpsus 0,1 g) 2. Joonlaud (Täpsus 1 mm) 3. Nihik (Täpsus 0,1 mm) 4. Parafiin 5. Traat 6. Vesi
4. Katsemeetodite kirjeldus koos arvutuses kasutatud valemitega
4.1 Materjali tiheduse määramine
Materjali tiheduseks nimetatakse loomuliku struktuuriga materjali (koos pooride ja tühemikega) mahuühiku massi. Ehitusmaterjalide tihedus määratakse valemiga nr. 4.1.1 keha massi ja mahu suhtena
[kg/m3] Valem 4.1.1
Kus,
m ­ proovikeha mass õhus *g+
V ­ proovikeha mass [cm3]
Näide: Korebetoon (katsekeha kuubi kujuline)
Pikkus [mm] Laius [mm] Kõrgus [mm] Mass [g] 151 150 148 2121,8 Gabariitmõõtmed saadud kolme mõõtmise aritmeetilisest keskmisest.
Ruumala [cm3] :
Tihedus [kg/m3] :
3 4.2 Korrapärase kujuga keha tiheduse määramine
Korrapärase kujuga keha maht V arvutati keha geomeetrilistest mõõtmetest lähtudes (pikkus x laius x kõrgus). Iga mõõde arvutati kui aritmeetiline keskmine kolmest mõõtmistulemusest. Mõõtmistäpsuseks oli 0,1 mm. Proovikehade mass m määrati kaalumise teel.
4.3 Ebakorrapärase kujuga keha tiheduse määramine
Ebakorrapärase kujuga proovikeha mahu määramisel kasutatakse Archimedese seadusel põhinevat hüdrostaatilist kaalumist. Proovikeha maht leitakse kaalumise teel õhus ja vedelikus , ning arvutatakse valemiga Nr. 4.3.1
[cm3] Valem 4.3.1
Kus,
m ­ proovikeha mass õhus *g+
m1 ­ proovikeha mass vedelikus [g]
v ­ vedeliku tihedus [g/cm3]
Näide:
Mass õhus (m) = 29 g
Mass vees (m1) = 12,7 g
Vedeliku tihedus (v) = 1 g/cm3
Proovikeha ruumala [cm3] :
Kuna proovikeha mahu määramiseks on vajalik tema kaalumine vedelikus, sõltub edasine katsemetoodika valik materjali võimest imada endasse vett. Kui materjali poorsus on väga väike ja ta katse käigus praktiliselt ei ima, siis kaalutakse proovikeha õhus, seejärel vees ning arvutatakse tema maht ja tihedus.
4 Poorse ja hästi vett imava materjali tiheduse määramiseks võib kasutatakse järgmist: määratakse kuiva proovikeha mass õhus *m+. Et vältida vedeliku imbumist kehasse hilisemal kaalumisel vees, kaetakse keha parafiiniga ja kaalutakse uuesti [m1]. Parafiiniga kastmisel kastetakse keha 2-3 korral sulatatud parafiini . Peale igakordset kastmist tuleb lasta parafiinikihil hanguda. Parafiiniga kaetud keha kaalutakse vees [m2+. Lähtudes Archimedese seadusest, määratakse keha maht koos parafiiniga[cm3] kasutades valemit nr. 4.3.2
V1 [cm3] Valem 4.3.2
Kus,
m1 - keha mass koos parafiiniga õhus *g+
m2 ­ keha mass koos parafiiniga vedelikus [g]
v ­ vee absoluutne tihedus [g/cm3]
Näide:
keha mass koos parafiiniga õhus *g+ = 30
keha mass koos parafiiniga vedelikus [g] = 13,4
vee absoluutne tihedus [g/cm3] = 1
Proovikeha ruumala[cm3] : V1
4.4 Proovikeha katva parafiini ruumala arvutatakse valeminga nr. 4.4.1 [cm3]
[cm3] Valem 4.4.1
Kus,
m ­ kuiva proovikeha mass õhus ilma parafiinita
m1 ­ - keha mass koos parafiiniga õhus *g+
5 p - [0,93 g/cm3]
Näide:
m = 29,0 g
m1 = 30 g
Proovikeha katva parafiini ruumala [cm3] : Vp
4.5 Proovikeha maht arvutatakse valemiga nr. 4.5.1 [cm3]
V = V1 - Vp [cm3] Valem 4. 5. 1
Kus,
V- proovikeha ruumala parafiinita [g/cm3]
V1- proovikeha ruumala parafiniga [g/cm3]
Vp- proovikeha katva parafiini ruumala [g/cm3]
Näide:
V1= 16,6
Vp= 1,1
V
4.6 Ebakorrapärase proovikeha tihedus [kg/m3] arvutatakse valemiga nr. 4.1.1
6 4.7 Materjalide absoluutse tiheduse määramine
Tahke keha massi suhet tema mahusse ilma poorideta nimetatakse absoluutseks ehk aine tiheduseks [kg/m3]. See on konstantne ja iseloomulik suurus antud materjalile.
Absoluutse tiheduse täpseks määramiseks kasutatakse püknomeetrilist meetodit. Ligikaudsematerl määramistel võib kasutada ka Le Chatelier-Candlot' mahumõõturit.
Materjalist võetud keskmine proov jahvatatakse sellise peensuseni, et ta läbiks sõela avaga 0,124 mm. Seejärel kuivatatakse peenestatud materjal püsiva massini temperatuuril 105- 110 ning jahutatakse toatemperatuurini eksikaatoris veevaba kaltsimkloriidi kohal, et vältida niiskuse adsorbtsiooni.
Materjal kaalutakse laboratoorsel kaalul täpsusega 0,01g. Kuiv püknomeeter kaalutakse (m1). Püknomeetrisse puistatakse seejärel 10-20 g katsetatavat materjali ning püknomeeter koos materjaliga kaalutakse (m2). Peale kaalumist valatakse püknomeetrisse katsetatava materjali suhtes inertset vedelikku. Vedelik peab katma materjali 5 mm paksuse kihina. Püknomeeter asetatakse liivavanni ning tema sisu keedetakse 10-20 minuti vältel, et eemaldada proovist õhk. Õhku võib eemaldada ka vakumeerimisega, hoides püknomeetreid koos materjali ja vedelikuga vaakumeksikaatoris, kuni mullikeste eraldumine lõpeb. Hiljem püknomeetrisse lisatavast vedelikust peab olema eelnevalt eemaldatud õhk.
Pärast keetmist tuleb püknomeetrite sisu jahutada toatemperatuurini, ning seejärel täita vedelikuga nivooni veidi allapoole mõõtekriiosu püknomeetri kaelal . Järgnevalt asetatakse püknomeetrid termostaati 10-15 minutiks. Vedeliku tase püknomeetris viiakse meniski aluminse nivoo järgi samale kõrgusele püknomeetri kaelal oleva mõõtekriipsuga. Püknomeetri välispind kuivatatakse ja püknomeeter kaalutakse(m3).
Järgnevalt püknomeeter tühjendatakse, pestakse ja täidetakse vedelikuga nivooni veidi alla mõõtekriipsu, termstateeritakse, ning lisatakse vedelikku mõõtekriipsuni. Seejärel püknomeetri välispind kuivatatakse ja püknomeeter kaalutakse (m4).
Absoluutset tihedust arvutatakse valemiga nr 4.7.1
Valem nr. 4.7.1
Kus,
m1 ­ püknomeetri mass [g]
m2 ­ püknomeetri mass koos materjaliga *g+
m3 ­ püknomeetri mass koos materjali ja vedelikuga *g+
m3 ­ püknomeetri mass koos vedelikuga *g+
- vedeliku absoluutne tihedus [g/cm3]
7 4.8 Materjali poorsuse määramine
Materjali poorsus p protsentides arvutatakse järgmise valemiga
Valem nr 4.8.1
Kus,
o ­ materjali tihedus [kg/m3]
­ materjali absoluutne tihedus [kg/m3]
5. Töö käigu kirjeldus 5.1 Töö esimeses osas määrati selliste materjalide tihedus mille mahtu sai geomeetriliste valemitega määrata. Määrati antud materjalide tihedus (koos pooride ja tühimikega) kasutades valemit nr 4.1.1. Andmed ja tulemused tabelis 6.1.1
5.2 Töö teises osas määrati selliste materjalide (graniit, silikaattellis, keraamiline tellis) tihedus ja poorsus, mille mahtu polnud võimalik geomeetriliste valemitega määrata. Seepärast kasutati tiheduse leidmisel Archimedese seadusel põhinevat hüdrostaatilist kaalumist, kasutades valemeid 4.1.1; 4.2.1; 4.3.1; 4.3.2; 4.4.1 ja 4.8.1. Töö jaoks vajalikud katsekehade absoluutsed tihedused saime õppejõu käest (keraamiline tellis ­ 2660 [kg/m3], graniit - 2680[kg/m3], silikaattellis - 2650 [kg/m3]). Andmed ja tulemused tabelis 6.2.1.
8 6. Töö käigus saadud ja tabelitesse kantud andmed 6.1 Korrapäraste kehadega materjalide tiheduse määrmaine
Tabel 6.1.1
Materjalide tiheduse tabel
Mõõtmed [mm] jrk Mass [g] Ruumala Tihedus Materjali nimetus Pikkus Laius Kõrgus Ümardamine nr [mm3] [kg/m3] Üksik keskmine Üksik keskmine Üksik keskmine Mõõdetud 101,95 100,8 5,9 0 Ehitusklaas 101,98 102 100,7 100,8 5,92 5,92 150,4 60826,96 2473 2470 102,01 100,76 5,94 249 119 89 1 silikaattellis 249 249 119 119,0 89 89 4740 2637159 1797 1800 249 119 89 249 119 88 1a õõnes silikaattellis 249 249 119 119 88 88 3613 2607528 1386 1390 249 119 88 250,1 119,16 63,42 3 keraamiline tellis 250 250 119,52 119 64,55 64,5 3702 1799622 2057 2060 250,8 119,58 65,48 väljalõige 61x65mm 136 136 137 4 normaalbetoon 136 136 136 135 137 136 5884,2 2509260 2345 2350 136 134 135 151 150 148 7 kergbetoon 151 151 150 150 148 148 2121,8 3352200 633 635 151 150 148 152 148 149 8 mullbetoon 152 152 149 149 148 149 2240 3352103 668 670 151 149 149 100 100 99 8 mullbetoon 101 100 100 100 99 99,3 875 996644,4 878 880 100 100 100 154 12,2 301 9 kipsplaat 154,6 154 12,2 12,2 301 301 424,7 566880,3 749 750 154 12,2 302 99,2 9,6 99,6 11 puitlaasplaat 99,3 99,2 9,6 9,6 99,5 99,6 76,2 95148,56 801 800 99,1 9,7 99,6 6 100,7 101,64 12 klaas 6 6 100,7 101 102 102 150,4 61515,83 2445 2450 6 100,8 101,7 90,6 40,3 143 14 vahtklaas 90,92 90,8 40,9 40,7 142,6 143 67,7 527765,3 128 128 90,76 41 142,67 135,1 46,82 187 18 kivivill 135,4 136 46,68 46,8 188 188 195 1054471 185 185 136,48 46,9 189 väljalõikega 37x40mm 110,04 48,8 109,5 19 Vahtpolüstüreen 110,08 110 49,92 49,4 108,36 109 21,6 592605,9 36,4 36,4 110,1 49,42 109,22 95,6 145,9 45,92 19 Vahtpolüstüreen 96,6 97 146,6 146 46,2 46 9,4 655308,4 14,3 14,3 98,7 146,78 46,34 149,3 149,98 49,9 19 Vahtpolüstüreen 148,72 149 149,1 149 49,88 49,9 34,5 1108674 31 31,1 148,7 148,9 49,8 100,6 50,58 145,9 ekstruuder - 23 100,1 100 50,84 50,8 145,3 146 35,3 743635 47 47,5 polüstüreen 100,4 50,9 146,58 50,38 20 30 teras 50,4 50 20 20,0 112,8 15839,91 7121 7120 50,48 20 läbimõõt 20 mm 200,9 100,46 6,88 32 laineline 200,5 201 100,44 100 6,74 6,8 240 136967,2 1752 9 1750 tsementkiudplaat 200,3 100,38 6,78 laineline tsementkiudplaat 1752
teras 7121
ekstruuderpolüstüreen 47
Vahtpolüstüreen 31
Vahtpolüstüreen 14
Vahtpolüstüreen 36
kivivill 185
vahtklaas 128
klaas 2445 Materjal puitlaasplaat 801
kipsplaat 749
mullbetoon 878
mullbetoon 668
kergbetoon 633
normaalbetoon 2345
keraamiline tellis 2057
õõnes silikaattellis 1386
silikaattellis 1797
Ehitusklaas 2473 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Tihedus [kg/m3]
Graafik 6.1.1
Korrapäraste materjalide tiheduste graafik
10 6.2 Ebakorrapäraste materjalide tiheduse ja poorsuse graafikud
Tabel 6.2.1
Graniidi tihedus ja poorsus
Mass Mass Mass õhus Mass vees Graniit Materjal Ruumala Tihedus Poorsus õhus [g] parafiiniga vees [g] parafiiniga [g] [g] 1 graniit 67,5 41,9 25,6 2637 1,6 2 graniit 111 69 42 2643 1,4 3 graniit 111,3 68,9 42,4 2625 2,1 4 graniit 67,4 41,7 25,7 2623 2,1 5 Graniit 91,8 93,4 57,2 57 34,6 2653 1,0 Keskmine 2630 1,5
2700 2653 2637 2643 2625 2623 Tihedus [kg/m3]
2500 1 2 3 4 5 Graniit
Graafik 6.2.1
Graniidi tiheduse graafik
2,5 2,1 2,1 2,0 1,6 Poorsus 1,4 1,5 [%] 1,0 1,0
0,5 1 2 3 4 5 Graniit
Graafik 6.2.2
Graniidi poorsuse graafik
11 Tabel 6.2.2
Keraamilise tellise tihedus ja poorsus
Mass Mass Kerammiline Mass õhus Mass vees Materjal Ruumala Tihedus Poorsus tellis õhus [g] parafiiniga vees [g] parafiiniga [g] [g] 1 keraamiline 30,1 16,7 13,4 2246 16,2 2 keraamiline 30,9 31,9 14,5 16,4 1884 29,7 3 keraamiline 28,2 14,4 13,8 2043 23,8 4 keraamiline 26,1 28 12,2 13,9 1877 29,9 5 keraamiline 21,7 23,1 11,4 11,6 10,3 2106 21,4 6 keraamiline 37,1 40 17,2 19 19,9 1864 30,4 Keskmine 2000 25
2300 2246 2200 2107 2100 2043 Tihedus [kg/m3] 2000 1884 1878 1864 1900
1800
1700 1 2 3 4 5 6 Keraamiline tellis
Graafik 6.2.3
Keraamilise tellise tiheduse graafik
35,0 29,7 29,9 30,4 30,0
25,0 23,8 Poorsus 21,4 [%] 20,0 16,2 15,0
10,0 1 2 3 4 5 6 Keraamiline tellis
Graafik 6.2.4
Keraamilise tellise poorsuse graafik
12 Tabel 6.2.3
Silikaattellise tihedus ja poorsus
Mass Mass Mass õhus Mass vees Silikaattellis Materjal Ruumala Tihedus Poorsus õhus [g] parafiiniga vees [g] parafiiniga [g] [g] 1 silikaat 29 30 13,4 15,6 1859 29,9 2 silikaat 20,4 21 9,7 10,7 1907 28,1 3 silikaat 22,4 23,3 10,6 11,8 1898 28,4 4 silikaat 14,4 7,6 6,8 2118 20,1 5 silikaat 31,5 35,8 17,1 14,4 2188 17,5 Keskmine 1990 24,8
2300 2188 2200 2118 2100 2000 1907 1898 Tihedus [kg/m3] 1859 1900 1800 1700 1600 1 2 3 4 5 Silikaattellis
Graafik 6.2.5
Silikaattellise tiheduse graafik
31,0 29,9 28,1 28,4 29,0 27,0 25,0 Poorsus [%] 23,0 21,0 20,1 19,0 17,5 17,0 15,0 1 2 3 4 5 Silikaattellis
Graafik 6.2.
Silikaattellise poorsuse graafik
13 7.Järeldused Erinevad materjalid omavad erinevat tihedust. Materjali tihedus on tingitud tema koostisainetest, veeimavusest, valmistamismeetoditest ja poorsusest. Materjali tihedusest olenevad ka materjali füüsikalised omadused. Läbiviidud katsetest saab järeldada, et antud katsematerjalidest kõige tihedam on teras(7121 kg/m3) ning kõige madalama tihedusega on vahtpolüstüreen (14, 34 kg/m3).
Silikaadi , keraamika ja graniidiga tehtud katsed näitavad, et antud materjalidest kõige tihedam on graniit, ning samas on graniidil kõige madalam poorsus. Graniidi poorsus jäi lubatud piiridesse (0,5 ­ 5%). Keraamilise tellise poorsus ei jäänud lubatud piiridesse ( 15 ­ 25%).Kõige väiksema tihedusega on silikaattellis, millel on ka kõige suurem poorsus. Silikaattellise poorsus ei jäänud lubatud piiridesse (25 - 35 %). Eelnevast saab järeldada seda, et tihedus ja poorsus on pöördvõrdelises seoses.
8.Kordamisküsimuste vastused
Milleks on tarvis teada ehitusmaterjalide absoluutset tihedust, tihedust ja poorsust?
Ehitusmaterjalide absoluutset tihedust, tihedust ja poorsust on tarvis teada selleks, et oleks võimalik kasutada õiget materjali õiges kohas.
Millised ehitusmaterjalide omadused sõltuvad nende absoluutsest tihedusest, tihedusest ja poorsusest? Tuua konkreetseid näiteid materjali omaduste sõltuvuse kohta absoluutsest tihedusest, tihedusest või poorsusest.
Absoluutsest tihedusest, tihedusest ja poorsusest sõltuvad paljud materjali füüsikalised omadused (soojuspidavus, veeimavus , tugevus, jne). Poorsed ja õhksed ehitusmaterjalid on head soojaisolaatorid, kuna poorides ja tühimikus on õhk, ning õhk on väga väikese soojusjuhtivusega.
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.
14 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.
Kuidas sõltub tsemendikivi või betooni tugevus poorsusest?
Mida poorsem on materjal, seda madalam on tema tugevus.
15