Cvičení č. 1 - Záadní eriáové parametry porézních stavebních eriáů Materiáy můžeme de různých ritérií, např. vastností, převažující funce, chemicého sožení atd., děit na záadní supiny: 1) anorganicé eriáy ovové neovové (eramia, so, anorganicá pojiva, povrchové povay, monorystay) 2) organicé eriáy paiva, pasty, papír 3) ompositní eriáy rice s výztuží (ombinace nejméně dvou různých eriáů); soeramia, žeezobeton, socement Pode úrovně sedování rozišujeme texturu a struturu eriáu. Textura popisuje vzájemné prostorové uspořádání částic a pórů na marosopicé úrovni (od 0,1 mm). Strutura charaterizuje druh a sadbu jednotivých fází áte bez ohedu na prostorové uspořádání na mirosopicé úrovni ( 1μm). Obr. 1 Ideaizované mirostrutury. A) poyrystaicá s různě veými zrny, B) poyrystaicá s praticy stejně veými zrny, C) poyrystaicá s orientovanými zrny (mirotextura), D) mirostrutura s maými póry, E) mirostrutura s póry veiosti zrna, F) mirostrutura s veými póry, G) mirostrutura o dvou fázích, rystaicé a sené (čárovaná), H) mirostrutura o dvou fázích, přičemž rystaicá nemá přímou vazbu.
Strutura áte je určena záadními geometricými charateristiami a to objemem (pórovitost), rozměrem, distribucí a tvarem pórů a měrným povrchem. Tvar pórů může být otevřený, otevřený spojitý (beton, cihy, pórobeton) a uzavřený (nenasáavé, sinutý eramicý střep, poystyren). Obr. 2 Rozdí mezi struturou a mirostruturou. Proniání apainy do otevřených pórů různé veiosti ze vypočítat de rovnice r = 2γ r pcosθ Hg 1,227 = r p H 2 O = 0,146, p de p je ta apainy [Pa], Θ je úhe smáčení [ ], voda 0, rtuť 140, γ je povrchové napětí [Nm -1 ], voda 0,073 N m -1, rtuť 0,47 N m -1. Póry nejsou jednoduché apiáry, ae jejich tvar je sožitý a proměnivý. Proto se pórovitost eriáu popisuje pomocí distribuce pórů, což je funce stanovující veiost a rozděení pórů. Pro její určení se používají různé metody, např. porozimetre rtuťová či sorpce pynů, eetronová či opticá mirosopie, nasávání či vytěsňování apain. Pórovitost popisuje taé měrný povrch, terý se může stanovit provzdušňovací metodou, nebo adsorpcí dusíu metodou BET. Ceovou pórovitost eriáu můžeme vypočítat de rovnice v Pc = 100*(1 ) [%], de v je objemová hmotnost áty [g m -3 ] a je hustota rice [g m -3 ]. Nejjednodušší metodou, ja zjistit záadní eriáové charateristiy, je metoda gravimetricá. Ze změřených rozměrů daného vzoru a jeho hmotnosti ze vypočítat objemovou hmotnost eriáu.
m s v = [g m -3 ]. V Hodnotu obsahu nasycené vhosti ze spou s dašími eriáovými parametry zísat měřením vauové nasáavosti daného vzoru. Z hmotnosti suchého vzoru m s, hmotnosti vodou nasyceného vzoru m v a hmotnosti ponořeného vodou nasyceného vzoru, tzv. Archimédovy hmotnosti m a, se vypočítá objem vzoru de rovnice m v m V = a [g m -3 ], de je hustota apainy (vody). Záadní vastnosti, jao jsou obsah nasycené vhosti w c a hustota eriáu se určují z násedujících rovnic w c mv ms = ψ 0 v = [g m -3 ], V m = d [g m V ( 1 Ψ 0 ) -3 ]. de ψ 0 otevřená porózita porézního eriáu, definovaná jao poměr objemu otevřených pórů v eriáu u ceovému objemu tohoto eriáu. Experimentání postup: Zušební těeso se umístí do nádoby určené pro evauaci a nádoba se vyevauuje. Násedně se napní pod vauem destiovanou vodou a vzore se ponechá opět evauovat. Vodou zcea nasycený vzore se umístí na digitání váhu a určí se jeho hmotnost m v a hmotnost pod vodou m a. Určení objemu stavebních eriáů s nepravideným tvarem a povrchem je vemi obtížné, a proto se využívá nepřímé metody, tzv. pynometricé, dy je měření objemu nahrazeno vážením vzoru v pynometru. Pynometr je speciání nádoba se zátou, ve teré je apiára pro výto přebytečné apainy, tudíž je objem pynometru vždy shodný. Hustota eriáu se vypočítá de rovnice m 1 = m3 ( m2 m1) [g m -3 ], de m 1 je hmotnost suchého vzoru [g], m 2 je hmotnost zavřeného pynometru se vzorem a apainou [g], m 3 je hmotnost pynometru se zátou napněného zcea apainou [g], je hustota měřené apainy [g m -3 ]. Kromě ceové otevřené pórovitosti má zásadní viv na chování eriáů při transportu vhosti, mechanicém či tepeném zatížení taé veiost a distribuce jednotivých pórů. Z tohoto důvodu se budeme zabývat taé teoreticým stanovením pooměru apiár,
což představuje jisté teoreticé zjednodušení reáné porézní strutury eriáů. Experimentání měření je poté možno provést napříad pomocí rtuťové či pynové porozimetrie (viz. výše). Pomocí parametru objemové nasáavosti eriáu w sat, terý ze stanovit standardní aboratorní zoušou, je možné teoreticy určit pooměr apiáry r. Pro názornou uázu stanovení pooměru apiáry zvoíme rychi o déce hrany 1 000 mm, terá je pně nasycená vodou. Pode onrétní hodnoty nasáavosti eriáu, ze stanovit objem apiár, a tím i váhové množství vody v apiárách v. Objem apiár ze vyjádřit ze vztahu wsat = V, 100 de V je objem ryche v mm 3, w sat nasáavost eriáu v % objemu. Váhové množství vody v v apiárách je potom možno určit ze vztahu =., v vody de vody je uvažováno hodnotou 1 000 g.m -3, tj. 0,001 g.mm -3. Náhradní teoreticou déu množiny apiár ze určit výpočtem ze vztahu v =, F de F je smyový to napětí, udávaný onstantou 0,00765 g.mm -1. Z teoreticého předpoadu voného transportu vody v apiárách, ze stanovit jejich počet n pomocí násedujícího vztahu n =. a Protože do hmoty ve tvaru ryche může proniat voda ja na protiehých stranách, ta i současně ortogonáně na daších stranách, ze určit parametr déy apiár a ze vztahu: 1000 a = = 500 mm. 2 Prostým porovnáním objemů ze potom stanovit teoreticý pooměr apiáry r 1/ 2 = π. r 2. => n.. r =. n π Taové napětí v porézním prostoru vivem apiární eevace ze poté stanovit ze vztahu 2F 2 F h. v =, resp. σ =. r r
Zadání aboratorního cvičení č. 2: Úo: 1. Gravimetricou metodou určete objemovou hmotnost daného eriáu. Pomocí digitáního déoměru se změří co nejpřesněji rozměry zušebního těesa, aždý rozměr v různých bodech nejméně třirát, do výpočtu objemu V se použije aritmeticý průměr naměřených hodnot. U zcea vysušeného zušebního těesa se určí jeho hmotnost m s. Vypočítejte objemovou hmotnost zušebního těesa. Úo: 2. Na záadě hustoty rice změřené pomocí heiové pynometrie, určete ceovou otevřenou pórovitost daných eriáů. Pomocí známé hustoty rice a změřené hodnoty objemové hmotnosti (viz. bod 1.) se vypočte hodnota ceové otevřené pórovitosti. Úo: 3. Pomocí pynometricé metody určete hustotu písu, určete jeho objemovou a násedně sypnou hmotnost po setřesení. Vypočítejte mezerovitost: S M = 1 v de S je sypná hmotnost (g cm -3 ) a v je objemová hmotnost (g cm -3 ). Pozn. Setřesení proveďte trojím bouchnutím odměrného váce o podožu. Úo: 4. Určete teoreticý pooměr apiáry ciheného zdiva a napětí v tau ve zdivu způsobené vivem apiární eevace. Laboratorně bya zjištěna nasáavost ciheného zdiva w sat = 36 % objemu. Laboratorní protoo: Tituní strana: název experimentu jméno studenta (nebo čenů pracovní supiny) datum Vastní protoo: rátý popis testovaných eriáů popis použitých experimentáních metod seznam použitých pomůce a přístrojů naměřené hodnoty a použité onstanty výpočtové a výsedné hodnoty vyhodnocení