background image

Politechnika Gdańska   

           

Rok akademicki 1998/99

Wydział Budownictwa Lądowego 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

SPRAWOZDANIE 

z MATERIAŁÓW BUDOWLANYCH 



 

 
 
Temat: Cechy techniczne materiałów 

 

 

 
 
 
 
 

 
 
 

 

Rzodkiewicz Michał  

      (środa, godz. 11:00)  

background image

 

 

W budownictwie stosuje się wiele różnych materiałów. Materiały te, aby mogły należycie speł-

niać swe przewidziane funkcje w okresie eksploatacji budowli, muszą mieć pewne właściwości, które 
nazywamy  cechami technicznymi. W budownictwie mamy do  czynienia  nie tylko  z materiałami,  któ-
rych cechy techniczne są od dawna dobrze znane, ale również z materiałami nowymi, których cechy 
należy  dopiero  ustalić.  Na  podstawie  wieloletnich  obserwacji  zachowania  się  materiałów  w  różnych 
konstrukcjach, różnej temperaturze i różnych warunkach pracy ustalone zostały wytyczne dla odbioru 
materiałów przydatnych dla budownictwa. 

Oprócz  laboratoryjnych  badań  cech  technicznych  materiałów  stosuje  się  również  badania  ich 

cech zewnętrznych – przede wszystkim badania makroskopowe, a w razie potrzeby nawet mikrosko-
powe. 

Użycie do budowy ścian niewłaściwej  cegły  ceramicznej  może spowodować na ścianach  wy-

kwity, powstające np. w skutek wykrystalizowania się soli zawartych w tworzywie, z którego produ-
kowano cegłę. 

Nadmierna  nasiąkliwość  materiałów  może  spowodować,  że  w  warunkach  zimowych  wskutek 

zamarzania  zakumulowanej  wody  wystąpi  rozsadzenie  materiału.  Oprócz  tego  zwiększenie  stopnia 
zawilgocenia materiału powoduje zmianę jego właściwości cieplnych (wzrost przewodności ciepła). 

Ważne jest również sprawdzenie zachowania się materiału w warunkach działania ognia. 
Przykłady takie można by mnożyć. Wynika z tego konieczność bliższego zaznajomienia się z 

cechami technicznymi materiału. 
 

1. Nasiąkliwość 

 

Nasiąkliwość jest to zdolność pochłaniania wody przez materiał przy ciśnieniu atmosferycznym 

i  jest  jednym  z  decydujących  czynników  świadczących  o  przydatności  materiału  do  celów  budowla-
nych. 
Nasiąkliwość zależy od szczelności materiału, rodzaju porów (otwarte lub zamknięte) oraz ich wielko-
ści. Im większa szczelność i więcej zamkniętych porów, tym bardziej materiał odporny jest na działa-
nie czynników atmosferycznych. Rozróżnia się nasiąkliwość: wagową, objętościową i względną. 

Nasiąkliwość wagowa (masowa). Jest to stosunek masy wody pochłoniętej przez próbkę mate-

riału o masie m

n

,  badanego pod ciśnieniem atmosferycznym, do masy próbki w stanie suchym m

s

Ba-

dania przeprowadza się na próbkach o kształcie prawidłowym lub nieprawidłowym, zbliżonym do sze-
ścianu o boku 4 do 7 cm. Nasiąkliwość wagową n

w

 w % wyznacza się wg wzoru 

 

s

s

n

w

m

m

m

n

100%. 

 
Nasiąkliwość ma znaczny wpływ na przewodność cieplną materiału. Przyrost wilgotności o 1% 

może zwiększyć przewodność cieplną o kilkanaście procent. 

Nasiąkliwość objętościowa. Określa się ją (w procentach) stosunkiem objętości wody pobranej 

przez badany materiał do objętości tego materiału w stanie suchym. Nasycenie próbek materiału wodą 
może  być  wykonane  albo  tylko  przez  zanurzenie  w  wodzie  lub  dodatkowo  w  procesie  gotowania  w 
ciągu 3 godz. (nasiąkliwość wagowa po gotowaniu). Nasiąkliwość objętościową oblicza się ze wzorów: 

 

V

m

m

n

s

n

o

100%, 

background image

 

V

m

m

n

s

ng

og

100%, 

 

gdzie: m

n

 – masa próbki nasyconej wodą bez gotowania, 

          m

s

 – masa próbki wysuszonej do stałej masy, 

          m

ng

 – masa próbki nasyconej wodą po gotowaniu, 

            V – objętość próbki. 
 

 

 

Nasiąkliwość osiąga swoją najwyższą wartość  n

omax

, gdy próbkę nasyca  się w próżni  lub  gdy 

próbka  przez  dłuższy  czas  znajduje  się  we  wrzącej  wodzie.  Nasiąkliwość  objętościową  materiału 
wchłaniającego wodę pod ciśnieniem niższym od atmosferycznego lub podczas gotowania określa się 
jako nasycalność

Nasiąkliwość względna. Jest to stosunek nasiąkliwości objętościowej próbki po gotowaniu  n

og

 

do jej porowatości p i określa się ze wzoru 
 

p

n

n

og

wz

 

Stopień nasycenia. Stopień nasycenia próbek określa się ze wzoru 

max

o

o

n

n

k

gdzie: n

o

 – wg wzoru, 

          n

omax

 – nasiąkliwość objętościowa po gotowaniu lub pod ciśnieniem niższym od atmosferyczne-

go. 
 

Stopień  nasycenia  ma  znaczenie  dla  materiałów  podlegających  działaniu  mrozu.  Gdy  stopień 

nasycenia jest duży (powyżej 85%), wówczas woda, która przeniknęła do porów, nie mogąc pomieścić 
się w nich po zamarznięciu, rozsadza tworzywo. 
 

* * * 

 
Ćwiczenie laboratoryjne polegało na wyznaczeniu nasiąkliwości wagowej i objętościowej cegły zwy-
kłej. 
 W  tym  celu  zważyliśmy  cegłę  w  stanie  suchym  (cegła  powinna  być  wysuszona  w  temp.  105

C  w 

przedziale do ustabilizowania masy tzn. nawet 3 doby), a następnie zmierzyliśmy w trzech miejscach 
każdą z jej ścian. Otrzymaliśmy następujące wyniki: 

m

s

 = 3234g 

 

szer. cegły  (119 + 120 + 119)/3 = 119,33 mm 

 

dł. cegły (251 +  249 + 249)/3 = 249,67 mm 

 

gr. cegły (63 + 64 + 62)/3 = 63 mm 

Możemy więc obliczyć już objętość materiału: 
 

V = 6,3 

 11,933 

 24,967 = 1876,97 cm

3

 

Kolejną czynnością jest zanurzenie cegły w wodzie. Robimy to w trzech etapach: 
-  zanurzenie ½ wysokości cegły na 2h w celu „wyrzucenia” z niej pęcherzyków powietrza, 
-  zalanie cegły do ¾ wysokości na 2h w tym samym celu, 
-  zalanie całej wysokości cegły - H + 5 cm na 2h. 

background image

 

Okres 2h zmniejszyliśmy  do 15 min. i  po wykonaniu  w/w trzech etapów zważyliśmy  cegłę w stanie 
nasyconym, dzięki czemu otrzymaliśmy m

n

 = 3747 g. Podstawiając dane wartości do wzorów na nasią-

kliwość wagową i objętościową otrzymujemy: 

3234

3234

3747

w

n

100% = 15,86 % 

1876,97

3234

3747

o

n

100% = 27,33 % 

 

2. Gęstość 

 

 

Gęstość jest to masa jednostki objętości materiału V

a

 bez uwzględnienia porów, wyrażona w 

g/cm

3

 lub w kg/m

3

 

a

V

m

,    

3

cm

g

 

gdzie: m – masa próbki, g (kg), 
          V

a

 – objętość próbki bez porów i kapilarów, cm

3

 (m

3

). 

 

Pomiar gęstości wykonuje się za pomocą piknometru lub w objętościomierzu Le Chateliera, w 

którym dokładność pomiaru dla praktyki budowlanej jest wystarczająca. 

Gęstość objętościowa. Jest to masa jednostki objętości badanego materiału wysuszonego do sta-

łej masy wraz ze znajdującymi się w nim porami i kapilarami. Określamy go ze wzoru 

n

o

V

m

,    

3

cm

g

 

gdzie: – masa suchej próbki materiału, g (kg), 
          V

n

 – objętość próbki w stanie naturalnym, cm

3

 (m

3

). 

Oznaczenie  gęstości  objętościowej  próbek  o  kształcie  nieregularnym  odbywa  się  za  pomocą 

metody hydrostatycznej.  

 

* * * 

 

Ćwiczenie polegało na wyznaczeniu gęstości piasku oraz gęstości pozornej dla próbki o kształ-

cie regularnym i nieregularnym. 

Gęstość piasku wyznaczyliśmy przy wykorzystaniu kolby Le Chaterliera. 

Pierwszą  czynnością    było  wlanie  cieczy  (w  naszym  przypadku  wody)  do  kolby  i  zważenie  całości. 
Otrzymujemy m

k  +  w

 = 334g. Następnie sypiemy materiał, w wyniku czego zwierciadło wody podnosi 

się. Możemy teraz odczytać objętość V

n

 = 19 cm

3

 i zważyć całość wraz ze wsypanym piaskiem. Mamy 

w ten sposób m

k + w +  m

 = 382,9g, co pozwala ustalić już masę piasku m

m

 
(m

k + w +  m

– (m

k + w

) = m

m

 

 
 382,9 – 334 = 48,9 g 
W ten sposób po podstawieniu m

m

 V

n

 do wzoru otrzymujemy gęstość badanego materiału: 

 

 = 2,57 g/cm

3

 

Gęstość pozorną próbki o kształcie regularnym wyznaczyliśmy dla sześciennej kostki wykona-

nej z betonu komórkowego (gazobetonu). Po trzykrotnym zmierzeniu i zważeniu kostki otrzymujemy: 
 

background image

 

a = (93 + 93 + 94)/3 = 93,33 mm = 9,333 cm 
a = (93 + 93 + 94)/3 = 93,33 mm = 9,333 cm 
a = (92 + 92 + 93)/3 = 92,33 mm = 9,233 cm 
V = 804,24 cm

3

 

m = 557,5g  
Możemy już wyznaczyć gęstość pozorną 

o

która wynosi  

o

 = 0,69 g/cm

3

Dla próbki o kształcie nieregularnym używamy metody pośredniej. 

Badany materiał suszymy, potem ważymy go, dzięki czemu otrzymujemy jego masę m

m

 = 90,6g. 

Następnie powlekamy go parafiną (materiał nie nasiąka wodą) i ponownie ważymy. 
Mamy m

m + p

 = 93,7g, a po dalszych obliczeniach (m

m + p

– (m

m

) = m

p

 = 3,1 – masa parafiny. 

Próbkę wrzucamy do naczynia z cieczą, po czym odczytujemy objętość V

m + p

 = 55 cm

3

Przy znanej gęstości parafiny (

 = 0,93 g/cm

3

oraz jej masy (m

p

 = 3,1g) wyznaczamy: 

V

p

 = m

p

/

p

 = 3,3 cm

3

, co pozwala ustalić nam objętość próbki: 

V

m

 = V

m + p

 - V

p

 = 55 – 3,3 = 51,7 cm

3

 

Znając już masę danego materiału oraz objętość, w prosty sposób wyznaczamy jego gęstość pozorną: 

1,75

7

,

51

6

,

90

o

,  

3

cm

g

 

3. Szczelność 

 

Szczelność s określa się stosunkiem gęstości objętościowej materiału do jego gęstości 

o

s

100%. 

Wartość  szczelności  oznacza,  jaką  część  całkowitej  objętości  w  procentach  zajmuje  masa  badanego 
materiału bez porów, np.: dla szkła, stali  = 1, w przypadku materiału porowatego 

 1. 

Porowatość materiału oznacza, jaką część całkowitej objętości w procentach stanowi objętość porów. 

 

o

p

100% = (1 – s)100% = (1

)

o

100% 

 

4. Przewodność cieplna 

 

 

Przewodność cieplna jest cechą charakteryzującą zdolność danego materiału do przewodzenia 

ciepła od jednej powierzchni do drugiej; jest ona określana współczynnikiem przewodności cieplnej 

 

[W/m

K].  Wartość 

  współczynnika 

  określa  ilość  ciepła  przechodzącą  przez  powierzchnię  1  m

2

 

przegrody grubości 1 metra w ciągu jednej godziny, w założeniu różnicy temperatury obu powierzchni 
ściany równej 1

C. Współczynnik ten zależny jest od wilgotności, temperatury, porowatości, struktury 

materiału i składu chemicznego. 
 

Dla materiałów stosowanych w budownictwie 

  wynosi  od  0,033  do  1,75  W/m



C  (dla  beto-

nów). Wartość 

 ustala się np. za pomocą aparatów Bocka, Poensgena lub komory klimatyzacyjnej. 

 

Opór  cieplny  przegrody  jednolitej  (jednorodnej)  lub  warstwy  jednolitej  przegród  wielowar-

stwowych o stałej grubości oblicza się na podstawie wzoru: 

d

R

 

background image

 

w którym: 
R – opór cieplny przegrody (warstwy) jednolitej o stałej grubości, w m

2

K/W, 

d – grubość przegrody (warstwy), w m, 

 - współczynnik przewodzenia ciepła. 

 

Opór cieplny przegrody budowlanej, składającej się z kilku warstw, jest równy sumie oporów 

przewodzenia ciepła przez poszczególne warstwy: 

n

n

n

d

d

d

R

R

R

R

...

...

2

2

1

1

2

1

 

Oprócz oporu cieplnego, jaki stawia przepływającemu ciepłu sam materiał przegrody, występują: 
-  opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni przegrody – R

i

 = 0,12 [m

2

K/W], 

-  opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni przegrody – R

e

 = 0,04 [m

2

K/W]. 

Współczynnik przenikania ciepła przegród bez mostków termicznych k

o

 należy obliczać według 

wzoru: 

e

i

o

R

R

R

k

1

 

w którym: 
R

i

, R

e

 – opory przejmowania ciepła,  

– opór cieplny przegrody budowlanej. 

 
5. Ścieralność 

 
 

Odporność na ścieranie bada się na tarczy Böhmego lub za pomocą obracających się bębnów, w 

których umieszczone są próbki materiałów (np. bęben Devale, Los Angeles), a wyraża się, np. dla ka-
mieni badanych na tej tarczy, stratą wysokości badanej próbki poddanej ścieraniu. Badania ścieralności 
na tarczy przeprowadza się na próbkach sześciennych (F = 50 cm

2

 = 7,1cm 

 7,1cm).  

Materiał ścierny wymienia się co 22 obroty, po pierwszych 110 obrotach obracamy próbkę o kąt 90

 w 

płaszczyźnie ścierania. Czynność powtarzamy po 220 i 330 obrotach, badanie kończymy natomiast po 
440. Stratę wysokości s określa się jako ubytek masy m

u

 próbki podzielonej przez jej przekrój F (cm

2

) i 

gęstość objętościową 

o

o

u

F

m

s

cm (m). 

m

u

 – ubytek masy po 440 obrotach,  

F – powierzchnia ścierania, 

o

 – gęstość pozorna zadanego materiału.