Właściwości fizyczne materiałów: m.in. nasiąkliwość, gęstość objętościowa i nasypowa, porowatość, Prezentacje z Materials Physics

Pobierz Właściwości fizyczne materiałów: m.in. nasiąkliwość, gęstość objętościowa i nasypowa, porowatość i więcej Prezentacje w PDF z Materials Physics tylko na Docsity! Właściwości fizyczne materiałów Dr inż. Joanna Hydzik-Wiśniewska, KGBiG Ćwiczenie 2 i 3 Podstawowe własności fizyczne • Wilgotność • Nasiąkliwość • Gęstość (właściwa) • Gęstość objętościowa • Gęstość nasypowa • Porowatość 2 Ćwiczenie 2 Wilgotność i nasiąkliwość Wilgotność jest to względna zawartość wody w materiale będąca wynikiem stanu naturalnego (np. w ściętych drzewach) lub skutkiem działania czynników atmosferycznych lub eksploatacyjnych. Wilgotność materiału budowlanego zależy od jego właściwości sorpcyjnych. Sorpcja jest to zjawisko związane ze zdolnością materiału do pochłaniania pary wodnej z powietrza przy czym adsorpcja to pochłanianie powierzchniowe pary wodnej, a absorpcja to wnikanie jej w głąb. Wielkości te zależą od struktury materiału oraz temperatury i wilgotności powietrza. Zawilgocenie materiałów budowlanych i ceramicznych jest cechą niekorzystną ponieważ pogarsza ich właściwości fizyczne i mechaniczne oraz sprzyja rozwojowi drobnoustrojów (obniża np. właściwości termoizolacyjne i wytrzymałość). Wilgotność materiału w stanie powietrzno-suchym to stan równowagi jaki ustala się w dłuższym okresie czasu w warunkach normalnej eksploatacji (np. beton komórkowy 4 do 8%, keramzytobeton 6%, silikat 3 %, beton 2%, ceramika 1%) 5 Ćwiczenie 2 Wilgotność i nasiąkliwość Największa nasiąkliwością odznaczają się skały silnie porowate o bardzo drobnych porach. Występuje wtedy zjawisko włoskowatości powodujące przenikanie wody do wnętrza. Nasiąkliwość masową można przeprowadzić jako: Oznaczenie nasiąkliwości zwykłej: tj. badanie wykonywane pod ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze pokojowej, Oznaczenie nasiąkliwości po gotowaniu: nasiąkliwość wodą badana pod ciśnieniem atmosferycznym na próbkach poddanych gotowaniu, Oznaczenie nasiąkliwości przy obniżonym ciśnieniu (przy użyciu pompy próżniowej). Ze względu na nasiąkliwość masową rozróżnia się skały:  bardzo nasiąkliwe – nasiąkliwość ponad 20%, średnio nasiąkliwe – o nasiąkliwości 5 – 20%, mało nasiąkliwe – o nasiąkliwości 0,5 – 5 %, bardzo mało nasiąkliwe – o nasiąkliwości poniżej 0,5%. 6 Ćwiczenie 2 Wpływ wilgotności na materiały porowate: • Zwiększenie ciężaru, • Pogorszenie parametrów wytrzymałościowych, • Zwiększenie podatności na korozję, grzyby i pleśnie, • Obniżenie właściwości izolacyjnych (elektrycznych i cieplnych) 7 Ćwiczenie 3 Gęstość objętościowa, właściwa i porowatość Obecność w materiałach porów w istotny sposób wpływa na właściwości fizykochemiczne, a w konsekwencji na właściwości użytkowe. Stopień, w jakim dana właściwość ulegnie zmianie, uzależniony jest od ilości, rozmiarów, kształtu i sposobu rozmieszczenia porów w tworzywie . Zawartość porów w materiałach ceramicznych zawiera się w szerokim przedziale od 0 do 90%, a ich rozmiary – od nanometrów do milimetrów. Zależność pomiędzy porowatością a innymi właściwościami materiałów mają zwykle charakter empiryczny i odnoszą się ściśle do tworzyw o takim samym sposobie wytwarzania . Porowatość jest charakterystyczną cechą polikrystalicznych materiałów ceramicznych, wynikających ze sposobów ich wytwarzania (spiekanie, hydratacja, natrysk plazmowy, itp.) 10 Ćwiczenie 3 Gęstość objętościowa, właściwa i porowatość 11 Typy porowatości : a) otwarta międzyziarnowa, b) otwarta rozgałęziona, c) zamknięta wewnątrzziarnowa, c) szczelinowata (Żródło:T. Majcherczyk: Zarys fizyki skał i gruntów budowlanych. Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej. Seria z Lampką Górniczą, Kraków 2000. ) Występujące pory dzielą się na otwarte (połączone) i zamknięte. Pory otwarte łączą się ze sobą i występujące formie szczelin lub kanalików (rys b, d). Pory zamknięte są to pory otoczone ze wszystkich stron substancją , tworząca pustki w materiale (rys. a, c). Ze względu na wielkość pory można podzielić na:  Ultrapory lub mikropory o średnicy do 100Å (do 10-5 mm),  Pory przejściowe o średnicy 100 – 1000Å (10-5 do 10-4 mm),  Makropory o średnicy powyżej 10-4 mm. Ćwiczenie 3 Gęstość objętościowa, właściwa i porowatość 12 Ultrapory lub mikropory są rozpoznawane metodami analizy rentgenowskiej i tworzą one obszar sorpcyjny. Pory przejściowe rozpoznawane są metodami porometrycznymi oraz przy użyciu mikroskopu elektronowego i tworzą one obszar kapilarnej kondensacji i dyfuzji gazu. Makropory dzielą się na submakropory o średnicy 10-4 do 10-3 mm, makropory właściwe o średnicy 10-3 do 10-1 mm oraz widoczne nieuzbrojonym okiem pory i szczeliny o wymiarach od 10-1 i wyżej. Najczęściej stosowane metody pomiaru porowatości Źródło: Laboratorium z nauki o materiałach. Skrypt AGH pod redakcją J. Lisa. SU 1566. AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2000. Prawie wszystkie pierwiastki metaliczne tworzą kryształy należące do jednej z 3 sieci: RSC – regularna ściennie centrowana (charakteryzuje się zwartym ułożeniem atomów w przestrzeni, w tej sieci krystalizują metale o najwyraźniejszych cechach metalicznych: srebro, złoto, platyna, aluminium, miedź, nikiel, ołów, żelazo , kobalt ) RPC – regularna przestrzennie centrowana (strukturę tę posiadają np. wanad, molibden, wolfram, niob, żelazo , chrom , tytan ) HZ – heksagonalnej zwartej (beryl, magnez, cynk, kadm) Struktura materiałów metalicznych 16 A1 - regularna powierzchniowo centrowana - np. Cu A2 - regularna przestrzennie centrowana np. W A3 - heksagonalna ciasno upakowana np. Mg http://oen.dydaktyka.agh.edu.pl/ http://metalurgia.bblog.pl Ceramiki mają zróżnicowana budowę. Wśród nich znajdują się ciała o budowie krystalicznej, ciała bezpostaciowe oraz szkła o ułożeniu atomów typowym dla cieczy. Sieć przestrzenna ceramik o budowie krystalicznej jest bardziej złożona niż metali. W materiałach ceramicznych występują wiązania od czysto jonowych do czystko kowalencyjnych. Struktura materiałów ceramicznych [Dobrzański] Gęstość objętościowa – metody pomiaru • Na próbkach foremnych - metoda bezpośrednia 20 ]/[ 3mkg V m  Na próbkach nieforemnych – metoda hydrostatyczna 21 metoda hydrostatyczna opiera się na Prawie Archimedesa na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu hydrostatycznego skierowana przeciwnie do ciężaru ciała, równa ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało. rh hs d mm m     [kg/m3] mh – masa próbki w wodzie Gęstość (właściwa) 22 s e r V m  [kg/m3] me - masa suchego materiału, g, kg, Vs – objętość absolutna (bez porów) materiału , cm 3 , m3. Metody oznaczania: -Metoda piknometryczna -Metoda obiętościomierza LeChateliera Gęstość nasypowa Iloraz niezagęszczonej masy suchego materiału określonej frakcji (np. kruszywo, cement, materiały proszkowe) wypełniającego określony pojemnik do objętości tego pojemnika. 25 ]/[ 3mkg V m c N  Porowatość Porowatość otwarta wyrażona jest jako procentowy stosunek pomiędzy objętością otwartych porów i objętością próbki do badania 26 %100    hs ds o mm mm p Porowatość całkowita jest to procentowy stosunek objętości porów (otwartych i zamkniętych) go objętości próbki. %1001        r b cp   pc=100%-s [%] Szczelność - wyznacza się jako stosunek gęstości objętościowej do gęstości. Określa zawartość substancji w jednostce objętości. %100 r bs  