ΤΕΧΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΤΟΜΟΣ 3

Transcript

1 ΑΙΜ. Γ. ΚΟΡΩΝΑΙΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Ε.Μ.Π. Γ. Ι. ΠΟΥΛΑΚΟΣ ΑΝ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Ε.Μ.Π. ΤΕΧΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΤΟΜΟΣ 3 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΑΘΗΝΑ 2005

2 ΑΙΜ. Γ. ΚΟΡΩΝΑΙΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Ε.Μ.Π. Γ. Ι. ΠΟΥΛΑΚΟΣ ΑΝ. ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Ε.Μ.Π. ΤΕΧΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΤΟΜΟΣ 3 Εικόνα εξώφυλλου: Μήτρα και εξαρτήµατα δοκιµής κονιαµάτων Το τεύχος είναι διαθέσιµο από τη διεύθυνση: Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Αθήνα, Ιανουάριος 2005

3 5 1.ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα διάφορα υλικά παρουσιάζουν ιδιοµορφίες σχετικά µε τη φυσική σύστασή τους. Υπάρχουν υλικά µε τη µορφή σκόνης, όπως το τσιµέντο, η άσβεστος κ.ά., λεπτόκοκκα, όπως η άµµος, το γαρµπίλι κ.ά., χονδρόκοκκα, όπως τα σκύρα κ.ά. Άλλα υλικά έχουν τη µορφή πλακιδίων, όπως τα διάφορα κεραµικά υλικά, άλλα περιέχουν µέσα στη µάζα τους κλειστούς ή ανοιχτούς πόρους. Υπάρχουν διάφορες µορφές ξυλείας, καθώς και υλικά οργανικής προέλευσης και κυρίως, η µεγάλη οικογένεια των πλαστικών που παρουσιάζει αλµατώδη ανάπτυξη τις τελευταίες δεκαετίες. Αυτή η µεγάλη ποικιλία των υλικών είναι η αιτία που διαφοροποιείται η πυκνότητά τους ανάλογα µε τις ιδιοµορφίες τους. Η διαφοροποίηση της πυκνότητας των υλικών εξαρτάται από τον τρόπο µε τον οποίο προσδιορίζεται ο όγκος που καταλαµβάνουν. ιακρίνονται τρία είδη πυκνοτήτων : η πραγµατική πυκνότητα, ρ, η φαινόµενη πυκνότητα, ρ R και η ελάχιστη φαινόµενη πυκνότητα, ρ s, οι οποίες προσδιορίζονται µε διαφορετικές πειραµατικές µεθόδους. 2 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΚΟΝΙΩΝ ΜΕ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ EDMENGER - MANN 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Με τη συσκευή Edmenger-Mann προσδιορίζεται ο όγκος υλικών µε τη µορφή σκόνης, κυρίως όµως κονίων, όπως π.χ. το τσιµέντο και ακολούθως υπολογίζεται η πραγµατική πυκνότητα, ρ, του υλικού, όταν είναι γνωστή η µάζα του. 2.2 ΣΥΣΚΕΥΗ Η συσκευή Edmenger -Mann αποτελείται ουσιαστικά από γυάλινο κατακόρυφο ογκοµετρικό σωλήνα βαθµονοµηµένο σε cm 3, ο οποίος συγκοινωνεί διαµέσου στρόφιγγας µε γυάλινο δοχείο υγρού. Η χωρητικότητα του σωλήνα από την ένδειξη 0 µέχρι την υπερχείλιση του είναι 50 cm 3. Η συσκευή συνοδεύεται από µικρή γυάλινη σφαιρική φιάλη, η οποία έχει χωρητικότητα 50 cm 3, όπως σηµειώνεται µε χαραγή στο λαιµό της φιάλης (Σχήµα 1). Η ακρίβεια µε την οποία προσδιορίζεται ο όγκος του νερού µέσα στον ογκοµετρικό σωλήνα είναι ± 0,1 cm 3. Το υγρό που χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της πραγµατικής πυκνότητας των κονιών είναι νέφτι ή οινόπνευµα, όχι όµως και νερό, γιατί οι κονίες, όταν αναµιχθούν µε νερό, πήζουν πολύ γρήγορα και δεν είναι δυνατόν να πραγµατοποιηθεί η πειραµατική διαδικασία. 2.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Ποσότητα της κονίας, η οποία πρόκειται να εξεταστεί, αποξηραίνεται πλήρως σε θερµοκρασία C, µέχρις ότου σταθεροποιηθεί το βάρος της. Ακολούθως,

4 6 Σχήµα 1 Συσκευή Edmenger-Mann λαµβάνεται ποσότητα m g, µε ακρίβεια ± 0,1%, η οποία προφανώς είναι η εν ξηρώ µάζα, m t, του υλικού. Γεµίζεται η φιάλη µε το κατάλληλο υγρό, συνήθως νέφτι, και µετά γεµίζεται ο βαθµονοµηµένος ογκοµετρικός σωλήνας µέχρι το σηµείο υπερχείλισης, οπότε και κλείνεται η στρόφιγγα µεταξύ σωλήνα και φιάλης. Το υγρό από την υπερχείλιση του σωλήνα συλλέγεται κατάλληλα. Ακολούθως, από το βαθµονοµηµένο σωλήνα ρίχνεται µικρή ποσότητα υγρού στο γυάλινο φιαλίδιο, µε τη βοήθεια της πλευρικής στρόφιγγας, η οποία υπάρχει στο σωλήνα και µετά προστίθεται στο φιαλίδιο µικρή ποσότητα κονίας. Στη συνέχεια αναταράσσεται το φιαλίδιο και ανακατεύεται πολύ καλά το µίγµα υγρού-κονίας. Μετά ρίχνεται και άλλο υγρό στο φιαλίδιο, προστίθεται και άλλη ποσότητα κονίας και γίνεται πάλι πολύ καλή ανάµιξη, ώστε να γεµίσουν όλα τα κενά µεταξύ των κόκκων της κονίας. Αυτό συνεχίζεται µέχρις ότου διαλυθεί πλήρως όλη η ποσότητα των m g της κονίας και η στάθµη του διαλύµατος στο φιαλίδιο να φτάσει µέχρι την χαραγή των 50 cm 3. Η ένδειξη της στάθµης του υγρού στον ογκοµετρικό σωλήνα δείχνει τον όγκο του υγρoύ, V, το οποίο δεν χρησιµοποιήθηκε στην πειραµατική δοκιµασία. Προφανώς, ο όγκος V είναι ο όγκος, ο οποίος αντιστοιχεί στα m g της κονίας. Συνεπώς, η πραγµατική πυκνότητα της κονίας είναι : ρ = V m g/cm 3

5 7 Επειδή στις κονίες οι κόκκοι έχουν απειροελάχιστη διάµετρο, της τάξης των δεκάτων του χιλιοστού, σχεδόν, δεν υπάρχουν κενά µέσα στους κόκκους τους. ηλαδή, είναι V h =0. Συνεπώς, η φαινόµενη πυκνότητα του υλικού, ταυτίζεται µε την πραγµατική πυκνότητά του, οπότε είναι : ρ R = ρ = m V g/cm 3. Για την πρακτική εφαρµογή του προσδιορισµού της πραγµατικής πυκνότητας κονιών µε τη συσκευή Edmenger-Mann στο εργαστήριο χρησιµοποιούνται 30 g τσιµέντο. 3 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΟΛΟΣΩΜΩΝ ΣΤΕΡΕΩΝ ΜΕ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ SEGER 3.1 ΓΕΝΙΚΑ Με τη συσκευή Seger προσδιορίζεται ο όγκος ολόσωµων στερεών οποιασδήποτε µορφής και ακολούθως υπολογίζεται η φαινόµενη πυκνότητα, ρ R, του υλικού όταν είναι γνωστή η µάζα του. Σχήµα 2 Συσκευή Seger

6 8 3.2 ΣΥΣΚΕΥΗ Η συσκευή Seger αποτελείται από γυάλινη ογκοµετρική φιάλη, η οποία κλείνεται υδατοστεγώς µε κατάλληλο πώµα και κατακόρυφο γυάλινο ογκοµετρικό σωλήνα βαθµονοµηµένο σε cm 3, ο οποίος καταλήγει σε σφαιρικό δοχείο υπερχείλισης. Η φιάλη και ο σωλήνας αποτελούν σύστηµα συγκοινωνούντων δοχείων, αλλά είναι δυνατόν να αποµονώνονται µεταξύ τους µε τη βοήθεια στρόφιγγας, η οποία υπάρχει στο κάτω µέρος του βαθµονοµηµένου σωλήνα (Σχήµα 2). Η συσκευή συνοδεύεται από ειδική λαβίδα Η ακρίβεια µε την οποία προσδιορίζεται ο όγκος του νερού µέσα στον ογκοµετρικό σωλήνα είναι ± 0,1 cm 3. Το υγρό, το οποίο χρησιµοποιείται για την πειραµατική διαδικασία, είναι απεσταγµένο νερό. 3.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ To δοκίµιo του υλικού που πρόκειται να εξεταστεί αποξηραίνεται πλήρως σε θερµοκρασία C, µέχρις ότου σταθεροποιηθεί το βάρος του και προσδιορίζεται η εν ξηρώ µάζα του, m t σε g. Στη συνέχεια το δοκίµιο υποβάλλεται στη διαδικασία κορεσµού και προσδιορίζεται η κορεσµένη µάζα του, m W, σε g. Η διαφορά m = m W - m t, σε g, δίνει την ποσότητα του νερού που εισχώρησε στους πόρους και τα τριχοειδή αγγεία του δοκιµίου και κατέλαβε τον όγκο, V h, των κενών µέσα στο δοκίµιο. Επειδή η πυκνότητα του απεσταγµένου νερού είναι µονάδα, προκύπτει ότι ο όγκος V h, σε cm 3,ισούται αριθµητικά µε την τιµή m, σε g. Ακολούθως τροφοδοτείται το σύστηµα φιάλης - σωλήνα µε απεσταγµένο νερό, µέχρις ότου η στάθµη του νερού στον ογκοµετρικό σωλήνα φτάσει στην ένδειξη 0 και αντίστοιχα στη θέση µηδενός στη φιάλη. Μετά, γίνεται αναρρόφηση νερού στον ογκοµετρικό σωλήνα, µέχρις ότου το δοχείο υπερχειλίσει, οπότε συγχρόνως κατέρχεται η στάθµη του νερού στη φιάλη. Τότε κλείνεται η στρόφιγγα και η φιάλη µε το σωλήνα δεν επικοινωνούν. Ανασηκώνεται το πώµα της φιάλης και µε την ειδική λαβίδα τοποθετείται το κορεσµένο δοκίµιο του υλικού µέσα στη φιάλη πολύ προσεκτικά. Στη συνέχεια, επανατοποθετείται το πώµα στη φιάλη, ανοίγεται η στρόφιγγα, οπότε ρέει νερό από τον ογκοµετρικό σωλήνα στη φιάλη, µέχρις ότου η στάθµη του νερού στη φιάλη φτάσει στη θέση του µηδενός και τότε κλείνεται πάλι η στρόφιγγα επικοινωνίας. Η στάθµη του νερού, το οποίο παρέµεινε στον ογκοµετρικό σωλήνα, είναι προφανώς πάνω από το µηδέν και η ένδειξη της στάθµης αυτής δίνει τον όγκο του δοκιµίου. Ο όγκος αυτός είναι ο όγκος V g του δοκιµίου, αφού το δοκίµιο ήταν κορεσµένο. Συνεπώς, η φαινόµενη πυκνότητα του εξεταζόµενου υλικού είναι : mt ρ R = g/cm 3 V g Για τον ακριβή προσδιορισµό της φαινόµενης πυκνότητας ο έλεγχος γίνεται σε τρία δοκίµια του υλικού. Επειδή το εξεταζόµενο υλικό είναι ουσιαστικά ένας κόκκος, προφανώς είναι, V Z = 0. Συνεπώς, η φαινόµενη πυκνότητα του υλικού ταυτίζεται µε την ελάχιστη φαινόµενη πυκνότητά του και είναι : m ρ R =ρ s = t g/cm 3 Vg

7 9 Επειδή, όµως έχει προσδιοριστεί και ο όγκος V h του δοκιµίου, είναι δυνατόν να υπολογιστεί και η πραγµατική πυκνότητά του υλικού, ρ, από τη σχέση : ρ = g/cm 3, m tv V g h όπως επίσης και το πορώδες, u, του υλικού, από τη σχέση : u = 1- ρ ρ %. R Για την πρακτική εφαρµογή του προσδιορισµού της φαινόµενης πυκνότητας ολόσωµων στερεών µε τη συσκευή Senger στο εργαστήριο χρησιµοποιείται κεραµικό πλακίδιο. 4 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΕΛΑΧΙΣΤΗΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΜΕ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ BÖHME 4.1 ΓΕΝΙΚΑ Με τη συσκευή Böhme προσδιορίζεται η εν ξηρώ µάζα υλικών µε τη µορφή σκόνης ή λεπτόκοκκων υλικών µε τα οποία γεµίζεται δοχείο γνωστού όγκου και ακολούθως υπολογίζεται η ελάχιστη φαινόµενη πυκνότητα, ρ s,του υλικού. 4.2 ΣΥΣΚΕΥΗ Η συσκευή Böhme αποτελείται από δύο µεταλλικά κυλινδρικά δοχεία. Το ένα είναι ουσιαστικά ένα ογκοµετρικό δοχείο µε χωρητικότητα 1000 ± 5 cm 3. Πάνω σ αυτό προσαρµόζεται το δεύτερο δοχείο µέσω µεταλλικού δακτυλίου. Ο πυθµένας του δεύτερου δοχείου είναι δυνατόν να ανοίξει µε τη βοήθεια εξωτερικού µοχλού, ο οποίος είναι προσαρµοσµένος σ αυτό το δοχείο (Σχήµα 3).Η συσκευή συνοδεύεται από µεταλλική ράβδο. Σχήµα 3 Συσκευή Böhme

8 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Ποσότητα από το υλικό που πρόκειται να εξεταστεί αποξηραίνεται πλήρως σε θερµοκρασία C,µέχρις ότου σταθεροποιηθεί το βάρος της. Το δεύτερο δοχείο στερεώνεται πάνω στο πρώτο µέσω του µεταλλικού δακτυλίου. Το δεύτερο δοχείο γεµίζεται κατάλληλα µε το εξεταζόµενο υλικό µέχρι υπερχείλισης µε φυσική ροή. Ακολούθως, µε τη βοήθεια του µοχλού ανοίγει το κάτω µέρος του δεύτερου δοχείου και το υλικό γεµίζει το κυρίως ογκοµετρικό δοχείο. Στη συνέχεια αφαιρείται ο δακτύλιος, οριζοντιώνεται η επιφάνεια του υλικού µε τη µεταλλική ράβδο, σκουπίζεται εξωτερικά το δοχείο και προσδιορίζεται η εν ξηρώ µάζα του υλικού m t,σε g, µε ακρίβεια ± 0,1%. Για τον ακριβή προσδιορισµό της ελάχιστης φαινόµενης πυκνότητας η δοκιµασία επαναλαµβάνεται τρεις φορές µε διαφορετική ποσότητα του υλικού. Όταν το αποτέλεσµα µιας δοκιµής διαφέρει περισσότερο από 10 g από τις άλλες, απορρίπτεται και γίνεται άλλη δοκιµή. Ως τελικό αποτέλεσµα λαµβάνεται ο µέσος όρος τριών επιτυχών δοκιµών. Συνεπώς, η ελάχιστη φαινόµενη πυκνότητα, ρ s, του υλικού προσδιορίζεται από τη σχέση : m ρ s = t 1000 g/cm 3 Για την πρακτική εφαρµογή του προσδιορισµού της ελάχιστης φαινόµενης πυκνότητας των υλικών µε τη συσκευή Böhme στο εργαστήριο χρησιµοποιείται λεπτό αµµοχάλικο.

9 11 2. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ Υ ΡΟΑΠΟΡΡΟΦΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Υδροαπορροφητικότητα είναι η ικανότητα των υλικών να απορροφούν νερό. Ο έλεγχος της υδροαπορροφητικότητας των υλικών γίνεται µε δύο τρόπους. Ο πρώτος είναι µε φυσικό έλεγχο, ο οποίος γίνεται µε σταδιακό κορεσµό των δοκιµίων του υλικού µέσα σε δοχείο µε νερό και ο δεύτερος γίνεται µε µηχανικό έλεγχο, ο οποίος γίνεται µε τη βοήθεια της συσκευής υδροαπορρόφησης. 2 ΦΥΣΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ( ΣΤΑ ΙΑΚΟΣ ΚΟΡΕΣΜΟΣ) 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Στο φυσικό έλεγχο ο προσδιορισµός της υδροαπορροφητικότητας των υλικών γίνεται µε την τοποθέτηση κατάλληλων δοκιµίων του υλικού µέσα σε δοχείο µε νερό, όπου το ύψος του νερού µέσα στο δοχείο αυξάνει σταδιακά, µέχρις ότου υπερκαλύψει τα δοκίµια. 2.2 ΣΥΣΚΕΥΗ Χρησιµοποιείται κατάλληλο µεταλλικό ή πλαστικό δοχείο µέσα στο οποίο τοποθετούνται τα δοκίµια του υλικού και γίνεται ο έλεγχος σύµφωνα µε τον αντίστοιχο κανονισµό ( Σχήµα 4). h ¾ h ½ h ¼ h 24 ώρες 22 ώρες 1 ώρα 1 ώρα 2.3 ΟΚΙΜΙΑ Σχήµα 4 Σταδιακός κορεσµός µε σταδιακή εµβάπτιση του δοκιµίου Για τον έλεγχο της υδροπορροφητικότητας των υλικών µε σταδιακό κορεσµό χρησιµοποιούνται δοκίµια, τα οποία έχουν συνήθως κυβικό σχήµα αλλά όχι απαραίτητα. Πρέπει όµως τα δοκίµια να είναι οµοιόµορφα. Οι διαστάσεις τους είναι περίπου 5 * 5*5 cm. Στο εργαστήριο ο έλεγχος γίνεται για 3 5 δοκίµια, ώστε να προσδιοριστεί µε µεγαλύτερη ακρίβεια η υδροπορροφητικότητα του υλικού.

10 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Τα δοκίµια αποξηραίνονται πλήρως σε θερµοκρασία C, µέχρις ότου σταθεροποιηθεί το βάρος τους, οπότε και προσδιορίζεται η εν ξηρώ µάζα τους m t,σε g, µε ακρίβεια ± 0,1%. Ακολούθως, τα δοκίµια βυθίζονται µέσα στο κατάλληλο δοχείο που περιέχει νερό και το οποίο φτάνει στο ¼ του ύψους του δοκιµίου, όπου παραµένουν για 1 ώρα (Σχήµα 4).Μετά προστίθεται νερό, ώστε η στάθµη του να φτάσει µέχρι το ½ του ύψους του δοκιµίου και τα δοκίµια παραµένουν ακόµα 1 ώρα. Στη συνέχεια προστίθεται νερό, ώστε η στάθµη του να φτάσει τα ¾ του ύψους του δοκιµίου και παραµένουν για άλλες 22 ώρες. Έπειτα, τα δοκίµια καλύπτονται πλήρως µε νερό και παραµένουν για τις επόµενες 24 ώρες. Μετά τη συµπλήρωση της διαδικασίας αυτής τα δοκίµια σκουπίζονται, ζυγίζονται, προσδιορίζεται το βάρος του και τοποθετούνται πάλι µέσα στο νερό. Η διαδικασία αυτή επαναλαµβάνεται κάθε 24 ώρες, µέχρις ότου σταθεροποιηθεί το βάρος τους. Αυτό σηµαίνει ότι τα δοκίµια έχουν κορεστεί µε νερό και τότε προσδιορίζεται η κορεσµένη µάζα των δοκιµίων, m w, σε g. Υπολογίζεται η ποσότητα του νερού την οποία απορρόφησαν τα δοκίµια, ώστε να κορεστούν υπό ατµοσφαιρική πίεση, από τη σχέση : Α = m w m t g το αντίστοιχο ποσοστό κατ όγκο του νερού που απορρόφησαν τα δοκίµια είναι : Α g = m A * 100 (%) t 3 ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ (ΣΥΣΚΕΥΗ Υ ΡΟΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ) 3.1 ΓΕΝΙΚΑ Ο έλεγχος της υδροαπορροφητικότητας των υλικών µε τη βοήθεια της συσκευής υδροαπορρόφησης γίνεται µε τη τοποθέτηση δικτυωτού µεταλλικού καλαθιού, που περιέχει τα δοκίµια του εξεταζόµενου υλικού, σε ειδική θέση της συσκευής υδροαπορρόφησης, η οποία είναι δυνατόν να γεµίζει µε απεσταγµένο νερό και η πίεση του οποίου µεταβάλλεται σταδιακά κατά τη διάρκεια της πειραµατικής διαδικασίας. 3.2 ΣΥΣΚΕΥΗ Η συσκευή υδροαπορρόφησης αποτελείται από σιδερένια βάση στο πάνω µέρος της οποίας βρίσκεται η χαλύβδινη κεφαλή πίεσης, που έχει εσωτερική διάµετρο 160 mm και χρήσιµο βάθος 250 mm. Στη σχηµατιζόµενη κοιλότητα τοποθετείται ειδικό καλάθι από δικτυωτό συρµατόπλεγµα µέσα στο οποίο βρίσκονται τα δοκίµια του υλικού που πρόκειται να εξεταστεί. Η κεφαλή πίεσης κλείνει αεροστεγώς µε κάλυµµα διαµορφωµένο σε σχήµα εµβόλου. Η στεγανότητα µεταξύ κεφαλής και καλύµµατος επιτυγχάνεται µε στρογγυλό δακτυλιοειδές παρέµβυσµα. Στο κέντρο της κεφαλής είναι προσαρµοσµένη η βαλβίδα εξαερισµού, η οποία, όταν είναι ανοικτή, χρησιµεύει για την εκκένωση της κεφαλής πίεσης και όταν είναι κλειστή για τη δηµιουργία ελαττωµένης πίεσης στο εσωτερικό της κεφαλής. Ο χώρος τοποθέτησης των δοκιµίων γεµίζεται µε απεσταγµένο νερό µε τη βοήθεια ειδικής αντλίας από αποθήκη νερού, η οποία υπάρχει µέσα στη βάση της συσκευής

11 13 και κάτω από την κεφαλή πίεσης. Η πίεση στο χώρο αυτό ρυθµίζεται µε χειροκίνητη αντλία πίεσης, η οποία βρίσκεται στη µια πλευρά της συσκευής, ενώ η υποπίεση δηµιουργείται µε αντλία κενού, η οποία λειτουργεί µε ροή νερού και η σύνδεσή της βρίσκεται στο πίσω µέρος της συσκευής. Στο εµπρός τµήµα της συσκευής υπάρχουν τρεις βαλβίδες για τη ρύθµιση των συνθηκών πίεσης στο χώρο των δοκιµίων. Στο πάνω τµήµα της βάσης είναι προσαρµοσµένο το σύστηµα των µανοµέτρων µε τη βοήθεια των οποίων ελέγχεται η πίεση στο χώρο των δοκιµίων (Σχήµα 5). 3.3 ΟΚΙΜΙΑ Σχήµα 5 Συσκευή υδροαπορρόφησης Για τον έλεγχο της υδροαπορροφητικότητας µε τη διαδικασία του µηχανικού ελέγχου απαιτούνται 5 τουλάχιστον δοκίµια, κατά το δυνατόν ισοµεγέθη, µε όγκο όχι µικρότερο από 50 cm 3 το καθένα. Tα δοκίµια πρέπει να καθορίζονται πολύ καλά και τα χαλαρά τµήµατα να αφαιρούνται µε κατάλληλη βούρτσα. 3.4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Τα δοκίµια αποξηραίνονται πλήρως σε θερµοκρασία C, µέχρις ότου σταθεροποιηθεί το βάρος τους, οπότε και προσδιορίζεται η εν ξηρώ µάζα τους m t, σε g, µε ακρίβεια ± 0,1 %.Ακολούθως, τα δοκίµια τοποθετούνται στο ειδικό καλάθι, στην συσκευή υδροαπορρόφησης, µέσα στην κοιλότητα της κεφαλής πίεσης. Η κοιλότητα γεµίζεται µε νερό και ρυθµίζεται η πίεση µε την αντλία κενού, ώστε να επικρατεί στο χώρο υποπίεση 20 torr (20 mmhg) και τα δοκίµια παραµένουν εκεί για 3 ώρες. Μέσα σ αυτό το χρονικό διάστηµα και µ αυτές τις συνθήκες τα δοκίµια απαλλάσσονται από τον εσώκλειστο αέρα και σταθεροποιείται το βάρος τους. Μετά, τα δοκίµια παραµένουν µέσα στον χώρο για 2 ώρες υπό ατµοσφαιρική πίεση και στη συνέχεια παραµένουν για 24 ώρες υπό πίεση 150 Kg/cm 2,η οποία αναπτύσσεται µε

12 14 τη βοήθεια της αντλίας πίεσης. Ακολούθως, τα δοκίµια σκουπίζονται επιφανειακά µε σπόγγο ή ύφασµα και προσδιορίζετε η µάζα τους υπό πίεση 150 Kg/ cm 2, m w,150 σε g. Υπολογίζεται η ποσότητα του νερού την οποία απορρόφησαν τα δοκίµια, ώστε να κορεστούν υπό πίεση 150 Kg/cm 2, από τη σχέση : Α 150 = m w,150 - m t g Tο αντίστοιχο ποσοστό κατ όγκο του νερού που απορρόφησαν τα δοκίµια είναι : A Α g,150 = 150 * 100 % m t Τελικά, προσδιορίζεται ο συντελεστής κορεσµού, S, από τη σχέση : mw m S = t A A = m m 150 w,150 t Ο έλεγχος γίνεται για πέντε δοκίµια του υλικού, ώστε να προσδιοριστεί µε µεγαλύτερη ακρίβεια η υδροαπορροφητικότητά του.

13 15 3. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ Υ ΑΤΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Υδατοπερατότητα είναι η αντίσταση που παρουσιάζει το υλικό, όταν διέρχεται νερό µέσα από τη µάζα του και ελέγχεται µε τη βοήθεια υδραυλικής πίεσης, η οποία εφαρµόζεται σε δοκίµια του υλικού. Τα υλικά, τα οποία παρουσιάζουν µεγάλη αντίσταση κατά τη δίοδο του νερού, έχουν µικρή υδατοπερατότητα και ονοµάζονται µη υδατοπερατά υλικά, ενώ εκείνα από τα οποία το νερό διέρχεται εύκολα, έχουν µεγάλη υδατοπερατότητα και ονοµάζονται υδατοπερατά υλικά. Η υδατοπερατότητα εξαρτάται από : α. το πορώδες του υλικού και ιδιαίτερα από τη διάταξη των πόρων και το βαθµό επικοινωνίας τους, β. τη µέση διάµετρο των κενών και των τριχοειδών αγγείων, γ. την υδροστατική πίεση, δ. τη σύνθεση του νερού, που µπορεί να είναι είτε καθαρό είτε να περιέχει άλατα ή ουσίες που προσβάλλουν το υλικό και ε. τη θερµοκρασία, αφού η αύξηση της θερµοκρασίας προκαλεί διαστολή των πόρων και των τριχοειδών αγγείων και παράλληλη ελάττωση του ιξώδους του νερού. 2 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ Υ ΑΤΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΗ Υ ΑΤΟΠΕΡΑΤΑ ΥΛΙΚΑ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Στα µη υδατοπερατά υλικά ο έλεγχος της υδατοπερατότητας γίνεται κυρίως σε συνήθη σκυροδέµατα (όχι αυτά που χρησιµοποιούνται στα φράγµατα), δάπεδα, µωσαϊκά, φυσικούς λίθους κ.λ.π. 2.2 ΣΥΣΚΕΥΗ Η συσκευή υδατοπερατότητας αποτελείται από µεταλλική τράπεζα πάνω στην οποία είναι στερεωµένα τρία παράλληλα συγκροτήµατα προσδιορισµού της υδατοπερατότητας. Η συσκευή περιλαµβάνει επιπλέον και το συγκρότηµα του συµπιεστή, που αποδίδει µέγιστη πίεση αέρα 10 Kg/cm 2 και το οποίο βρίσκεται κάτω από την τράπεζα. Κάθε συγκρότηµα αποτελεί σύστηµα συγκοινωνούντων δοχείων, µεταξύ ενός µεταλλικού κωνικού δοχείου κι ενός υαλοσωλήνα µέτρησης υψηλής πίεσης, ο οποίος προστατεύεται µε plexiglass και φέρει βαθµονοµηµένη κλίµακα σε mlt (cm 3 ), µε τη βοήθεια της οποίας προσδιορίζεται ο όγκος του περιεχόµενου νερού στο δοχείο. Κάθε δοχείο έχει χωρητικότητα 1 lt (1000 cm 3 ) και το κωνικό σχήµα του επιτρέπει να λαµβάνονται οι ενδείξεις στο βαθµολογηµένο σωλήνα µε πολύ µεγάλη ακρίβεια, ακόµα και όταν η υδατοπερατότητα του δοκιµίου είναι µικρή. Σε κάθε δοχείο του συγκροτήµατος η παροχή νερού γίνεται από το δίκτυο ύδρευσης, µε αγωγούς χρώµατος πράσινου, µε τη βοήθεια διακόπτη εισροής και διακόπτη

14 16 εκροής, ενώ η παροχή αέρα υπό πίεση από τον αυτόµατο αεροσυµπιεστή γίνεται µε αγωγούς χρώµατος µπλε, µε τη βοήθεια διακόπτη εισροής και βαλβίδας εξαέρωσης. Η υδροστατική πίεση ρυθµίζεται µε σύστηµα διακοπτών και βαλβίδων από τον πίνακα ελέγχου και ελέγχεται µε τη βοήθεια µανοµέτρων. Σε κάθε συγκρότηµα υπάρχει κατάλληλα διασκευασµένη υποδοχή για την τοποθέτηση του εξεταζόµενου δοκιµίου. Στο πάνω και στο κάτω µέρος του δοκιµίου και στο κέντρο των επιφανειών τοποθετούνται ελαστικοί στεγανοποιητικοί δακτύλιοι. Επιπλέον, στο πάνω µέρος τοποθετείται µεταλλικός δίσκος µέσα από τον οποίο γίνεται η παροχή του νερού υπό πίεση στο δοκίµιο, το οποίο συσφίγγεται στη θέση του µε τρεις κοχλίες. Στο κάτω µέρος υπάρχει κωνικός συλλέκτης για τη συγκέντρωση του διερχόµενου νερού από το δοκίµιο, κατά τη διάρκεια της πειραµατικής δοκιµασίας, από όπου και αποχετεύεται καταλλήλως. (Σχήµα 6). 2.3 ΟΚΙΜΙΑ Σχήµα 6 Συσκευή υδατοπερατότητας Τα δοκίµια τα οποία χρησιµοποιούνται για τη δοκιµή ελέγχου της υδατοπερατότητας πρέπει να έχουν διαστάσεις 200*200*120 mm. Η τοποθέτηση του στεγανοποιητικού δακτυλίου πάνω στο δοκίµιο κατά τη διάρκεια της δοκιµασίας περιορίζει την επιφάνεια του δοκιµίου, από την οποία διέρχεται το νερό υπό πίεση, στα 100 cm 2, η οποία αποτελεί και την επιφάνεια δοκιµασίας.

15 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Τα δοκίµια αποξηραίνονται πλήρως σε θερµοκρασία C, µέχρις ότου σταθεροποιηθεί το βάρος τους, οπότε και προσδιορίζεται η εν ξηρώ µάζα τους. Ακολούθως, τα δοκίµια τοποθετούνται στις κατάλληλες υποδοχές των συγκροτηµάτων, αφού καθαριστεί προσεκτικά η επιφάνειά τους, η οποία πρέπει να είναι επίπεδη. Έπειτα καλύπτονται από πάνω και από κάτω µε τους ελαστικούς δακτυλίους στεγανοποίησης. Στη συνέχεια,στην πάνω επιφάνεια κάθε δοκιµίου και πάνω από το στεγανοποιητικό δακτύλιο τοποθετείται ο µεταλλικός δίσκος, µέσα από τον οποίο γίνεται η παροχή του νερού υπό πίεση στο δοκίµιο. Η σύσφιξη των δοκιµίων στην πλάκα σύσφιξης πρέπει να γίνεται προοδευτικά και κατά το δυνατόν οµοιόµορφα. Με κατάλληλους διακόπτες τα τρία αυτά συγκροτήµατα υδατοπερατότητας γίνονται ανεξάρτητα και είναι δυνατόν να λειτουργήσει το καθένα ξεχωριστά ή όσα είναι απαραίτητα µαζί. Ακολούθως µε τη βοήθεια των κατάλληλων διακοπτών τα κωνικά δοχεία γεµίζονται µε νερό µέχρι το υψηλότερο σηµείο της βαθµονοµηµένης κλίµακας και στη συνέχεια τροφοδοτούνται τα δοκίµια µε νερό υπό πίεση 1 Kg/cm 2 για 48 ώρες. Έπειτα, εφαρµόζεται πίεση 3 Kg/cm 2 για 24 ώρες και τελικά εφαρµόζεται πίεση 7 Kg/cm 2 για άλλες 24 ώρες. Μετά το τέλος καθεµιάς από τις 3 αυτές διαδοχικές φάσεις προσδιορίζεται ο όγκος του νερού σε cm 3, το οποίο εισχώρησε στο δοκίµιο του εξεταζόµενου υλικού. Για να θεωρηθούν τα αποτελέσµατα αξιόπιστα πρέπει όλα τα σηµεία σύνδεσης των µεταλλικών και των ελαστικών σωλήνων να είναι στεγανά σε όλη τη διάρκεια της πειραµατικής διαδικασίας. Επίσης όταν, κατά τη διάρκεια της δοκιµασίας, εµφανισθούν κηλίδες νερού σε κάποιο δοκίµιο, αυτό σηµαίνει ότι προς τη διεύθυνση αυτή η αντίσταση του υλικού στη διέλευση νερού είναι µειωµένη και το δοκίµιο πρέπει να αποσυρθεί. Από τα ληφθέντα αποτελέσµατα και στις 3 φάσεις της δοκιµασίας κατασκευάζεται το διάγραµµα υδατοπερατότητας (Σχήµα 7), το οποίο δείχνει την επίδραση της εφαρµοζόµενης πίεσης στον όγκο του νερού που εισέρχεται στα δοκίµια. Σχήµα 7 ιάγραµµα υδατοπερατότητας Από το διάγραµµα αυτό εξάγονται πολύτιµα συµπεράσµατα για τη συµπεριφορά των δοµικών υλικών στις πραγµατικές συνθήκες και, επιπλέον, δείχνει τις δυνατότητες

16 18 βελτίωσης της υδατοπερατότητας, είτε µε τη µεταβολή της σύνθεσης των υλικών του µίγµατος είτε µε την προσθήκη στεγανοποιητικού µάζας. 3 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ Υ ΑΤΟΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΣΕ Υ ΑΤΟΠΕΡΑΤΑ ΥΛΙΚΑ Ο έλεγχος της υδατοπερατότητας σε υδατοπερατά υλικά γίνεται µε τη δίοδο νερού υπό πίεση µέσα από το εξεταζόµενο δοκίµιο του υλικού µόνο προς µία κατεύθυνση. Αυτό επιτυγχάνεται καλύπτοντας το δοκίµιο µε στεγανοποιητικό υλικό, π.χ. άσφαλτο, πίσσα, κ.τ.λ. από όλες τις πλευρές, εκτός από το τµήµα της επιφάνειας όπου εισέρχεται το νερό κατά την κατεύθυνση προσβολής (Σχήµα 8). Σχήµα 8 Προσδιορισµός της υδατοπερατότητας σε υδατοπερατά υλικά Συνεπώς, το νερό εισέρχεται υποχρεωτικά απ αυτή την επιφάνεια και διέρχεται υποχρεωτικά απ αυτή την κατεύθυνση. Ο προσδιορισµός της υδατοπερατότητας του υλικού γίνεται από τον όγκο του νερού σε cm 3,ο οποίος διέρχεται µέσα από καθορισµένη επιφάνεια του δοκιµίου, το οποίο έχει καθορισµένο ύψος, προς καθορισµένη κατεύθυνση, για ορισµένη υδροστατική πίεση και χρόνο δοκιµασίας.

17 19 4. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΚΡΟΥΣΗ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Με τον έλεγχο της αντοχής των υλικών σε κρούση µελετάται η συµπεριφορά των υλικών, όταν σ αυτά επιβάλλονται φορτία που µεταβάλλονται πολύ γρήγορα µε το χρόνο. Τα φορτία αυτά ονοµάζονται κρουστικά φορτία. Κρουστικά φορτία αναπτύσσονται συχνά στις κατασκευές και ιδιαίτερα στα πατώµατα. Το µέγεθος της αντοχής του υλικού σε κρούση προσδιορίζεται µε ειδικά όργανα, τα κρουσίµετρα. Ο έλεγχος γίνεται σε κατάλληλα δοκίµια του εξεταζόµενου υλικού, τα οποία καταπονούνται σε κρουστική κάµψη. Η φόρτιση όσο και η ταχύτητα επιβολής του κρουστικού φορτίου είναι πολύ διαφορετικές στο εργαστήριο από τις αντίστοιχες στην πράξη, αφού στο εργαστήριο η διαδικασία επιβολής των φορτίων είναι χρονικά περιορισµένη και η περιοχή, η οποία παραµορφώνεται, είναι τυπικά περιορισµένη.συνεπώς, η αντοχή του υλικού σε κρούση, η οποία προσδιορίζεται µε το κρουσίµετρο, είναι ένα συγκριτικό µέγεθος που βοηθά στην κατάταξη των υλικών ως προς την αντοχή τους σε κρούση. 2 ΚΡΟΥΣΙΜΕΤΡΑ 2.1 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Κατά την πειραµατική διαδικασία το δοκίµιο του υλικού τοποθετείται σε κατάλληλη υποδοχή πάνω στο κρουσίµετρο. Εκεί κρούεται µε αιωρούµενη σφύρα, η οποία είναι στερεωµένη πάνω στο κρουσίµετρο, από όπου αφήνεται να πέσει από καθορισµένο ύψος και κατά την κρούση το δοκίµιο θραύεται. Μετά τη θραύση του δοκιµίου η σφύρα συνεχίζει τη διαδροµή της, αλλά θα ανέβει σε ύψος χαµηλότερο από το ύψος της θέσης εκκίνησης γιατί, για να γίνει η θραύση του δοκιµίου, το δοκίµιο απορρόφησε µέρος της κινητικής ενέργειας της αιωρούµενης σφύρας. Το ύψος αυτό ονοµάζεται µέγιστο ύψος ανύψωσης µετά τη θραύση του δοκιµίου. Ακολούθως, η σφύρα συνεχίζει την ταλάντωση µε µικρότερη ανύψωση κάθε φορά, επειδή σηµειώνεται συνεχώς απώλεια της ενέργειάς της λόγω τριβής, µέχρις ότου σταµατήσει να αιωρείται. Η ποσότητα της ενέργειας, η οποία απορροφήθηκε για τη θραύση του δοκιµίου λαµβάνεται απευθείας από την κατάλληλα βαθµολογηµένη κλίµακα του κρουσίµετρου σε Kg m ή σε Kg cm. 2.2 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΚΡΟΥΣΗ Η ποσότητα της ενέργειας Α, η οποία απορροφήθηκε, ώστε να γίνει η θραύση του δοκιµίου του εξεταζόµενου υλικού, προσδιορίζεται από τη διαφορά των δυναµικών ενεργειών της σφύρας στις θέσεις εκκίνησης και µέγιστης ανύψωσης µετά τη θραύση (Σχήµα 9) και δίνεται από τη σχέση : Α = Β *( h - h ) Kg m ή Kg cm όπου είναι : Β το βάρος της σφύρας σε Κg, h το ύψος εκκίνησης της σφύρας σε m ή σε cm και h το ύψος της µέγιστης ανύψωσης της σφύρας σε m ή σε cm.

18 20 Σχήµα 9 Σχηµατική παράσταση της διάταξης του κρουσίµετρου κατά τη θραύση του δοκιµίου Η αντοχή σε κρούση του υλικού, α κ,είναι ο λόγος της απορροφούµενης ενέργειας, Α, κατά τη θραύση του δοκιµίου σε Kg m ή Kg cm προς την διατοµή του δοκιµίου, F, σε cm 2 και προσδιορίζεται από τη σχέση : α κ = F A Kg m/cm 2 ή Kg cm/cm ΜΕΘΟ ΟΙ ΟΚΙΜΑΣΙΑΣ Ο προσδιορισµός της αντοχής των υλικών σε κρούση γίνεται µε δύο µεθόδους δοκιµασίας κατά Charpy και κατά Izod ΚΑΤΑ CHARPY Σχήµα 10 Σχηµατική διάταξη της λειτουργίας κρουσίµετρου κατά Charpy

19 21 Στη µέθοδο κατά Charpy το δοκίµιο τοποθετείται στην κατάλληλα διασκευασµένη υποδοχή του κρουσίµετρου, όπου στηρίζεται και στα δύο άκρα του και κρούεται µε την αιωρούµενη σφύρα στο µέσο του ( Σχήµα 10). Τα δοκίµια, τα οποία ελέγχονται µε τη µέθοδο κατά Charpy φέρουν εγκοπή στο τµήµα του δοκιµίου που εφελκύεται. Η δηµιουργία εγκοπής αποσκοπεί στη συγκέντρωση τάσεων και,συνεπώς, στην αναγκαστική θραύση του δοκιµίου σε προκαθορισµένο σηµείο. Η εγκοπή έχει τη µορφή γωνίας διάφορων µεγεθών ή τη µορφή κυλίνδρου µε πρισµατική σχισµή, η οποία ονοµάζεται οπή κλείθρου (Σχήµα 11) ΚΑΤΑ IZOD Σχήµα 11 Οπή κλείθρου Στη µέθοδο κατά Izod το δοκίµιο πατώνεται από τη µέση και κάτω σε αρπαγή και η αιωρούµενη σφύρα κρούει το δοκίµιο στο πάνω ελεύθερο τµήµα του, σε απόσταση 22 mm από τα χείλη της αρπαγής (Σχήµα 12). Τα δοκίµια πρέπει να φέρουν εγκοπή µε τη µορφή γωνίας ΟΚΙΜΙΑ Σχήµα 12 Σχηµατική παράσταση της λειτουργίας κρουσίµετρου κατά Izod Τα δοκίµια, τα οποία πρόκειται να ελεγχθούν, πρέπει να έχουν, ανάλογα µε το υλικό, την κατάλληλη µορφή και τις κατάλληλες διαστάσεις σύµφωνα µε τον αντίστοιχο κανονισµό.

20 ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Για τον έλεγχο της αντοχής σε κρούση των κεραµικών υλικών τα δοκίµια πρέπει να έχουν κυλινδρική µορφή µε µήκος l = 120 mm και διάµετρο d =10 mm. εν χρειάζεται να φέρουν εγκοπή. Τα ανωτέρω ισχύουν γενικά για όλα τα ψαθυρά υλικά. Για τη θραύση των δοκιµίων των ψαθυρών υλικών απαιτείται µικρή ποσότητα ενέργειας και, συνεπώς, η αντοχή τους σε κρούση είναι µικρή. 3.2 ΠΛΑΣΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Για τον έλεγχο της αντοχής σε κρούση των πλαστικών υλικών τα δοκίµια πρέπει να έχουν πρισµατική µορφή µε µήκος l = 120 mm και ορθογωνική διατοµή µε εµβαδόν F = 1 cm 2. Πρέπει να φέρουν εγκοπή στο τµήµα που εφελκύεται. Για τον έλεγχο των κεραµικών και πλαστικών υλικών χρησιµοποιούνται κρουσίµετρα κατά Charpy µε µέγιστη διατιθέµενη ποσότητα ενέργειας 10 cm Kg. 3.3 ΜΕΤΑΛΛΑ Για τον έλεγχο της αντοχής σε κρούση των µετάλλων τα δοκίµια πρέπει να έχουν πρισµατική µορφή µε l = mm και ορθογωνική διατοµή µε εµβαδόν F = 1 cm 2. Πρέπει να φέρουν εγκοπή στο τµήµα που εφελκύεται. Για τον έλεγχο των µετάλλων χρησιµοποιούνται κρουσίµετρα και κατά Charpy και κατά Izod µε µέγιστη διατιθέµενη ποσότητα ενέργειας 30 m Kg. 4. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΚΡΟΥΣΗ ΜΕ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ 4.1 ΓΕΝΙΚΑ Το κρουσίµετρο του εργαστηρίου είναι κατά Charpy µε µέγιστη διατιθέµενη ποσότητα ενέργειας 10 cm Kg.Χρησιµοποιείται για τον έλεγχο της αντοχής σε κρούση µόνο πλαστικών και κεραµικών υλικών. 4.2 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΣΥΣΚΕΥΗ Το κρουσίµετρο αποτελείται από ορθοστάτη από χυτοσίδηρο στο πάνω µέρος του οποίου συγκρατείται το εκκρεµές µε κατάλληλο µοχλό, ο οποίος βρίσκεται πίσω από την ένδειξη της κλίµακας του κρουσιµέτρου. Στο άκρο της ράβδου του εκκρεµούς βρίσκεται η σφύρα για την κρούση του δοκιµίου. Στο κάτω µέρος του ορθοστάτη υπάρχει κατάλληλη υποδοχή για την τοποθέτηση του εξεταζόµενου δοκιµίου σε τέτοια θέση, ώστε να σχηµατίζει γωνία µε τη θέση εκκίνησης του εκκρεµούς ( Σχήµα 13). Μπροστά από το εκκρεµές υπάρχει κυκλική κλίµακα µε το ίδιο κέντρο µε τον άξονα του εκκρεµούς. Η κλίµακα αυτή έχει υποδιαιρέσεις από 0 10 cm Kg και µε τη βοήθειά της προσδιορίζεται η ποσότητα της ενέργειας, η οποία απορροφάται κατά τη

21 23 θραύση του δοκιµίου. Επίσης, µπροστά από την κλίµακα αυτή υπάρχει δείκτης µε το ίδιο κέντρο µε τον άξονα του εκκρεµούς, ο οποίος ονοµάζεται δείκτης µέγιστης εκτροπής, γιατί δείχνει τη θέση της µέγιστης ανύψωσης της σφύρας µετά την κρούση, κατά τη διεξαγωγή της δοκιµασίας ελέγχου. 4.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Σχήµα 13 Κρουσίµετρο του εργαστηρίου Για τη διεξαγωγή της δοκιµής ελευθερώνεται το εκκρεµές και η αιωρούµενη σφύρα κρούει το δοκίµιο στη µέση, το θραύει και συνεχίζει την αιώρησή της, ενώ το εκκρεµές συµπαρασύρει κατά την πτώση του και το δείκτη µέγιστης εκτροπής. Κατά τη θραύση του δοκιµίου η αιωρούµενη σφύρα χάνει µέρος της ενέργειας της µε αποτελέσµα το ύψος, όπου φτάνει µετά την κρούση, να είναι µικρότερο από το ύψος εκκίνησης. Στο µέγιστο ύψος, όπου φτάνει το εκκρεµές µετά τη θραύση του δοκιµίου, παραµένει ακίνητος ο δείκτης µέγιστης εκτροπής, ο οποίος δείχνει πάνω στη βαθµολογηµένη

22 24 κυκλική κλίµακα την ποσότητα της ενέργειας, η οποία απορροφήθηκε από το δοκίµιο κατά τη θραύση του, σε cm Kg. Η αντοχή σε κρούση του υλικού προσδιορίζεται από το λόγο της τιµής της απορροφούµενης ενέργειας, Α σε cm Kg, προς την διατοµή του δοκιµίου, F, σε cm 2 και δίνεται ± 0,1 cm Kg/cm 2. Για τον ακριβή προσδιορισµό της αντοχής σε κρούση του υλικού, η δοκιµασία πραγµατοποιείται για 5 τουλάχιστον δοκίµια και λαµβάνεται ο µέσος όρος των αντίστοιχων αποτελεσµάτων. Οι ενδεικτικές τιµές της αντοχής σε κρούση για τα κεραµικά υλικά είναι, α κ =1,5 2,0 cm Kg/cm 2 και για τα µέταλλα α κ = 20 m Kg/cm 2. Ειδικά για το χάλυβα είναι, α κ =16 m Kg/cm 2. 5 ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΚΡΟΥΣΗ ΟΛΚΙΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΧΑΜΗΛΕΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ Με ειδικές πειραµατικές διατάξεις ελέγχεται η αντοχή σε κρούση των υλικών σε υψηλές ή χαµηλές θερµοκρασίες. Από τον έλεγχο αυτό διαπιστώθηκε ότι τα όλκιµα υλικά εµφανίζουν την τάση να ψαθυροποιούνται σε χαµηλές θερµοκρασίες. Η ποσότητα της ενέργειας η οποία απορροφάται από το υλικό, ώστε να θραυσθεί, στις χαµηλές θερµοκρασίες είναι µικρή και συνεπώς η αντοχή σε κρούση είναι σηµαντικά µειωµένη. ιαγραµµατική απεικόνιση αυτού του φαινοµένου για τον χάλυβα δίνεται στο Σχήµα 14. Σχήµα 14 ιαγραµµατική απεικόνιση της ενέργειας που απορροφάται για τη θραύση δοκιµίου χάλυβα σε συνάρτηση µε τη θερµοκρασία

23 25 5. ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΥΝΑΜΙΚΟΥ ΜΕΤΡΟΥ ΕΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το στατικό µέτρο ελαστικότητας,ε, ενός υλικού ορίζεται ως ο λόγος της τάσης,σ, η οποία εφαρµόζεται στο υλικό, προς την παραµόρφωση,ε, την οποία προκαλεί στο υλικό. ηλαδή είναι : Ε = σ ε Όταν ένα υλικό υποβάλλεται σε σταθερή καταπόνηση το µέτρο ελαστικότητας είναι η κλίση ή η εφαπτοµένη της καµπύλης του διαγράµµατος τάσεων - παραµορφώσεων του υλικού. Το δυναµικό µέτρο ελαστικότητας χαρακτηρίζεται από τις δυναµικές ελαστικές σταθερές του υλικού. Αυτές χρησιµοποιούνται κυρίως για τον έλεγχο βισκοελαστικών υλικών, τα οποία υποβάλλονται σε δυναµική καταπόνηση. Ο προσδιορισµός των δυναµικών ελαστικών σταθερών επιτυγχάνεται µε την υποβολή των δοκιµίων του υλικού σε δυναµικές καταπονήσεις (θλιπτικές, εφελκυστικές ή καµπτικές) µε τη βοήθεια χρονικά µεταβαλλόµενων τάσεων, οι οποίες προκαλούν στο υλικό χρονικά µεταβαλλόµενες παραµορφώσεις ( Σχήµα 15). Σχήµα 15 Μεταβολή της τάσης και της παραµόρφωσης σε συνάρτηση µε το χρόνο σε δοκίµιο, το οποίο υποβάλλεται σε δυναµική καταπόνηση Το δοκίµιο υποβάλλεται σε ηµιτονοειδώς µεταβαλλόµενη τάση µε γωνιακή συχνότητα, ω, η οποία δίνεται από τη σχέση : ω = 2π.f όπου είναι : f η συχνότητα της ταλάντωσης Για ένα βισκοελαστικό υλικό, η προκύπτουσα παραµόρφωση µεταβάλλεται επίσης ηµιτονοειδώς µε το χρόνο. Παρουσιάζει, όµως, διαφορά φάσης σε σχέση µε την επιβαλλόµενη τάση, η οποία οφείλεται στις ενεργειακές απώλειες. Στο Σχήµα 15 η διαφορά φάσης εκφράζεται µε τη γωνία δ. Οι διακυµάνσεις των τάσεων και των παραµορφώσεων, λόγω της περιοδικότητάς τους, εκφράζονται ως εξής :

24 26 σ(t) = σ 0 * e iωt και ε(t) = ε 0 * e iωt, όπου είναι : σ 0 το πλάτος της τάσης και ε 0 το πλάτος της παραµόρφωσης 2 ΥΝΑΜΙΚΕΣ ΕΛΑΣΤΙΚΕΣ ΣΤΑΘΕΡΕΣ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Από τον ορισµό του µέτρου ελαστικότητας σε συνδυασµό µε τις σχέσεις, οι οποίες περιγράφουν τη διακύµανση των τάσεων και των παραµορφώσεων, προκύπτει η σταθερή µιγαδική ποσότητα Ε* (ω), η οποία περιέχει µόνο τη συχνότητα και ονοµάζεται σύνθετο µέτρο ελαστικότητας. Σύνθετο µέτρο ελαστικότητας είναι το µέτρο του µιγαδικού αριθµού, που εκφράζει το λόγο της χρονικά µεταβαλλόµενης εφελκυστικής ή θλιπτικής τάσης, η οποία εφαρµόζεται σε βισκοελαστικού υλικού ως προς την αντίστοιχη παραµόρφωση (Σχήµα 16). Σχήµα 16 ιανυσµατική ανάλυση του σύνθετου µέτρου ελαστικότητας Ε* Είναι : σ 0 = σ 0 *(ω) = Ε*(ω) ε 0 και Ε*(ω) = Ε (ω) + iε (ω) Το πραγµατικό µέτρο της µιγαδικής συνάρτησης του σύνθετου µέτρου ελαστικότητας ονοµάζεται µέτρο αποταµίευσης Ε και εκφράζει την αποταµιευθείσα ενέργεια στη διάρκεια της περιόδου της ταλάντωσης. Το φανταστικό µέρος της µιγαδικής συνάρτησης του σύνθετου µέτρου ελαστικότητας ονοµάζεται µέτρο απώλειας Ε και εκφράζει την απωλεσθείσα ενέργεια στην διάρκεια της περιόδου της ταλάντωσης. Κατά την ταλάντωση δοκιµίου βισκοελαστικού υλικού, ο λόγος της απώλειας ενέργειας W, σε χρόνο µιας περιόδου, προς την αποταµιευθείσα µέγιστη δυναµική ενέργεια κατά τη διάρκεια της περιόδου, ονοµάζεται συντελεστής απώλειας, d, και δίνεται από τη σχέση : d = εφδ = Ε Ε 2.2 ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΥΝΑΜΙΚΩΝ ΕΛΑΣΤΙΚΩΝ ΣΤΑΘΕΡΩΝ Όταν το δοκίµιο δονείται µέσα σε ένα εύρος συχνοτήτων και είναι γνωστό το πλάτος της δόνησης, η συχνότητα συντονισµού είναι εκείνη, η οποία θα αποδώσει ένα µέγιστο γράφηµα πλάτους γνωστής συχνότητας (Σχήµα 17).

25 27 Σχήµα 17 Καµπύλη συντονισµού Από τη συχνότητα συντονισµού και τα χαρακτηριστικά του δοκιµίου και της διάταξης είναι δυνατόν να υπολογιστεί το µέτρο αποταµίευσης της συχνότητας συντονισµού Ε του υλικού για τη συγκεκριµένη συχνότητα. Για περιπτώσεις υλικών µε ασθενή βισκοελαστική συµπεριφορά, όπου η γωνία δ είναι πολύ µικρή δ εφδ, το µέτρο αποταµίευσης Ε ταυτίζεται οριακά µε το σύνθετο µέτρο ελαστικότητας Ε*, το οποίο συνήθως ονοµάζεται δυναµικό µέτρο ελαστικότητας Ε. Οι µέθοδοι, οι οποίοι χρησιµοποιούνται για τον προσδιορισµό των δυναµικών ελαστικών σταθερών είναι δύο : Η µέθοδος του συντονισµού (50 έως Hz) και η µέθοδος των υπέρηχων παλµών ( κάτω των 30 Hz). Οι µέθοδοι αυτές δίνουν διαφορετικά αποτελέσµατα στις περιπτώσεις των οµογενών ισότροπων και ελαστικών υλικών. Η σηµαντικότερη διαφορά µεταξύ των δύο µεθόδων βρίσκεται στη συχνότητα διέγερσης των δοκιµίων, τα οποία χρησιµοποιούνται για τον προσδιορισµό των δυναµικών ελαστικών σταθερών. Το δυναµικό µέτρο ελαστικότητας καθορίζεται κυρίως από την πυκνότητα, την ανισοτροπία του υλικού, το πορώδες και το σχήµα των πόρων. Συγκεκριµένα, έχει διαπιστωθεί ότι σε υλικά µε παρόµοια σύσταση η αύξηση της πυκνότητας αυξάνει γενικά το δυναµικό µέτρο ελαστικότητας, ενώ η αύξηση του πορώδους προκαλεί τη µείωσή του. Η επίδραση του πορώδους στο δυναµικό µέτρο ελαστικότητας είναι µεγαλύτερη όταν οι πόροι είναι επιµήκεις, παρά όταν είναι σφαιρικοί. Επίσης, η µεταβολή της θερµοκρασίας επηρεάζει το δυναµικό µέτρο ελαστικότητας των υλικών. 3 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΥΝΑΜΙΚΟΥ ΜΕΤΡΟΥ ΕΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ 3.1 ΓΕΝΙΚΑ Ο προσδιορισµός του δυναµικού µέτρου ελαστικότητας πραγµατοποιείται µε τη µέθοδο του συντονισµού, επειδή η περιοχή συχνοτήτων λειτουργίας της µεθόδου αυτής περιλαµβάνει την περιοχή, η οποία ενδιαφέρει τις κατασκευές. Με τη µέθοδο αυτή προσδιορίζεται ένα κριτήριο για τη συµπεριφορά των υλικών σε αξονικές

26 28 δυναµικές καταπονήσεις. Το δυναµικό µέτρο ελαστικότητας, το οποίο προσδιορίζεται µε τη µέθοδο του συντονισµού σε υλικά µε ασθενή βισκοελαστική συµπεριφορά είναι δυνατόν να ταυτίζεται, αλλά, συνήθως, είναι µικρότερο από το στατικό µέτρο ελαστικότητας. Ο υπολογισµός του δυναµικού µέτρου ελαστικότητας γίνεται µε την βοήθεια της ειδικής συσκευής του εργαστηρίου Electrodynamic materials tester. 3.2 ΣΥΣΚΕΥΗ Η συνολική πειραµατική συσκευή αποτελείται από το σύστηµα στήριξης του δοκιµίου, στο ένα άκρο του οποίου είναι ο ποµπός (ταλαντωτής) µε περιοχή συχνοτήτων ταλάντωσης από Hz και στο άλλο ο δέκτης των ταλαντώσεων του δοκιµίου (Σχήµα 18), συσκευή µε τον κεντρικό πίνακα ρυθµίσεων της ταλάντωσης, η οποία περιλαµβάνει αµπερόµετρο, επιλογέα ταλαντώσεων και ρυθµιστή ρεύµατος και τέλος ψηφιακό µετρητή συχνότητας για την απευθείας ανάγνωση της συχνότητας ( Σχήµα 19). Σχήµα 18 ιάταξη στήριξης του δοκιµίου Σχήµα 19 ιάταξη ελέγχου της δοκιµής

27 29 Η συσκευή προκαλεί διαµήκη συντονισµό κρούοντας θλιπτικά το δοκίµιο. Η µέτρηση της συχνότητας γίνεται µε ακρίβεια 0,1%, ενώ το σχετικό σφάλµα στον προσδιορισµό του δυναµικού µέτρου ελαστικότητας Ε είναι 0,4 %. Το δοκίµιο υποβάλλεται σε ηµιτονοειδώς µεταβαλλόµενη διαµήκη ταλάντωση. 3.3 ΟΚΙΜΙΑ Η κοπή και η µόρφωση των δοκιµίων πραγµατοποιείται µε τη βοήθεια ειδικού αδαµαντοφόρου τροχού µε ελεγχόµενη ταχύτητα και µε συνεχή καταιονισµό νερού, ώστε να µην αναπτυχθεί θερµότητα και να µη διαταραχθεί η δοµή των δοκιµίων, γεγονός που διαπιστώνεται και µε µικροσκοπικές παρατηρήσεις. Τα δοκίµια δεν έχουν καθορισµένες διαστάσεις. Πρέπει το µήκος του δοκιµίου να είναι τουλάχιστον δωδεκαπλάσιο του πάχους του. Ανάλογα, όµως, µε το υλικό είναι δυνατόν χρησιµοποιηθούν δοκίµια µε διαφορετικές διαστάσεις. Τυπικές διαστάσεις των δοκιµίων µαρµάρου είναι 24*2*2 cm, ενώ τυπικές διαστάσεις των δοκιµίων σκυροδέµατος είναι 50 *3,5 *3,5 cm. Οι µετρήσεις πραγµατοποιούνται σε δύο κάθετα αξονικά επίπεδα για κάθε δοκίµιο. 3.4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Αφού διαµορφωθεί το δοκίµιο αποξηραίνεται πλήρως σε θερµοκρασία C, µέχρις ότου σταθεροποιηθεί το βάρος του, οπότε και προσδιορίζεται η εν ξηρώ µάζα του, m t. Ακολούθως, το δοκίµιο τοποθετείται στη διάταξη στήριξης µε απλή επαφή του δοκιµίου στον ποµπό και στο δέκτη των ταλαντώσεων του δοκιµίου. Ο ποµπός εφάπτεται στο δεξιό άκρο του δοκιµίου, ενώ ο δέκτης εφάπτεται στο αριστερό άκρο του. Η συχνότητα της υφιστάµενης ταλάντωσης υπολογίζεται από το µετρητή συχνότητας, ο οποίος βρίσκεται δεξιά από τον κεντρικό πίνακα της συσκευής. Για τον προσδιορισµό της συχνότητας συντονισµού µεταβάλλεται η συχνότητα ταλάντωσης και ταυτόχρονα παρατηρείται η κίνηση του αµπεροµέτρου. Πλησιάζοντας στην συχνότητα συντονισµού η βελόνα κινείται δεξιόστροφα. Όταν η βελόνα του αµπεροµέτρου φτάσει σε µέγιστη ένδειξη και τείνει να επανέρθει αριστερόστροφα, το δοκίµιο ταλαντώνεται στη συχνότητα συντονισµού, f r. Η συχνότητα συντονισµού εντοπίζεται από το µετρητή συχνότητας. Σηµειώνεται ότι αντίστοιχο φαινόµενο µε µικρότερη ένταση είναι δυνατόν να παρουσιαστεί και σε ½ µήκος κύµατος ή σε ¾ µήκους κύµατος της ταλάντωσης. Στις θέσεις αυτές οι µετρήσεις απορρίπτονται. Όταν είναι γνωστή η συχνότητα συντονισµού, τα γεωµετρικά στοιχεία του δοκιµίου και η εν ξηρώ µάζα, m t, του δοκιµίου, ο υπολογισµός του δυναµικού µέτρου ελαστικότητας του υλικού δίνεται από τη σχέση : Ε = 0,4 * (ρ*l 2 *f 2 ) / g όπου είναι : ρ η πυκνότητα του δοκιµίου σε Kg/dm 3, l το µήκος του δοκιµίου σε m, f η συχνότητα του διαµήκους συντονισµού σε Hz, g 9,81 m/s 2 και Ε το δυναµικό µέτρο ελαστικότητας σε GPα Ο συντελεστής απώλειας υπολογίζεται ως ακολούθως : Μέσω των ρυθµιστών της τάσης ρεύµατος, οι οποίοι βρίσκονται κάτω από το αµπερόµετρο, καθορίζεται η ένδειξη του αµπεροµέτρου στη συχνότητα συντονισµού στη θέση 100.

28 30 Ακολούθως, µεταβάλλεται η συχνότητα συντονισµού, µέχρις ότου τοποθετηθεί ο δείκτης στη χαρακτηριστική ένδειξη του αµπεροµέτρου ( κόκκινη γραµµή), η οποία αναφέρεται στο 70,7 % του πλάτους της ταλάντωσης πριν και µετά την κορυφή της καµπύλης συντονισµού f 1, f 2. Η ζητούµενη µεταβολή είναι : f = f 2 - f 1, ενώ ο συντελεστής απώλειας είναι : d = εφ δ = Ε = Ε f f r

29 31 6. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σκληρότητα ονοµάζεται ο βαθµός αντίστασης που παρουσιάζει η επιφάνεια των στερεών υλικών κατά τη διάσπαση της συνέχειάς της ή κατά τη µεταβολή του σχήµατός της. Ο έλεγχος της σκληρότητας των υλικών γίνεται µε διάφορες µεθόδους και εξαρτάται από τη φύση του υλικού και από τις ειδικές απαιτήσεις, τις οποίες πρέπει να ικανοποιεί το υλικό. Έτσι ελέγχεται: α. Η σκληρότητα σε εγχάραξη, β. η σκληρότητα σε λείανση, γ. η σκληρότητα σε κρουστικά φορτία και δ. η σκληρότητα σε διείσδυση. Η σκληρότητα σε εγχάραξη αναφέρεται, κυρίως στα πετρώµατα και ο έλεγχος γίνεται µε τη βοήθεια της κλίµακας του Mohs. Με τον τρόπο αυτό ο βαθµός σκληρότητας του υλικού καθορίζεται από το υλικό της κλίµακας µε το µεγαλύτερο βαθµό σκληρότητας, το οποίο χαράσσει, και από το υλικό µε το µικρότερο βαθµό σκληρότητας από το οποίο χαράσσεται. Η σκληρότητα σε λείανση αναφέρεται στην ανθεκτικότητα των πετρωµάτων και γενικά των υλικών σε σχέση µε τη λείανση και γίνεται µέσω σκληρότερου υλικού µε τη βοήθεια της κλίµακας Rosiwal. Η σκληρότητα ως προς την επιβολή κρουστικών φορτίων γίνεται µε ειδικά όργανα τα κρουσίµετρα. Κατά την πειραµατική διαδικασία επιβάλλονται συγκεντρωµένα φορτία σε δοκίµια του εξεταζόµενου υλικού, οπότε η παραµόρφωση, η οποία προκαλείται στην επιφάνεια του δοκιµίου, είναι ανάλογη της αντοχής του υλικού σε θλίψη. Η σκληρότητα σε διείσδυση αφορά τα δοµικά υλικά και κυρίως τα επιστρώµατα δαπέδου, όπως ξύλα, πλαστικά πλακίδια, µάρµαρα, παρκέ, µωσαϊκά, αµιαντοτσιµεντοκονίαµα για δάπεδα εργοστασίων και ακόµα γυψοκονιάµατα τραχείας γύψου, υλικά διακόσµησης και προσόψεων, µέταλλα, γυαλί κ.ά. 2 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΙΕΙΣ ΥΣΗ 2.1 ΓΕΝΙΚΑ Για τον έλεγχο της σκληρότητας σε διείσδυση των υλικών, σύµφωνα µε τον αντίστοιχο κανονισµό, καθορίζονται : α. Οι συνθήκες του περιβάλλοντος κατά την εκτέλεση της δοκιµής, β. η σκληρότητα του χρησιµοποιούµενου διεισδυτή, γ. το πάχος του εξεταζόµενου δοκιµίου και δ. ο χρόνος επιβολής της φόρτισης στο δοκίµιο. Για τη µέτρηση της σκληρότητας σε διείσδυση ενός υλικού προσδιορίζεται είτε το φορτίο, το οποίο επιβάλλεται στο διεισδυτή, ώστε να προκληθεί καθορισµένο µέγεθος πλαστικής παραµόρφωσης, είτε η πλαστική παραµόρφωση, η οποία προκαλείται από την επιβολή καθορισµένου φορτίου στο διεισδυτή.

30 32 Οι εργαστηριακές συνθήκες δοκιµής διαφέρουν κατά πολύ από τις πραγµατικές συνθήκες καταπόνησης των υλικών και τα διάφορα υλικά συµπεριφέρονται µε διαφορετικό τρόπο στην ελαστική περιοχή. Συνεπώς, τα αποτελέσµατα που προκύπτουν από τον έλεγχο της σκληρότητας σε διείσδυση των υλικών είναι συγκριτικά και βοηθούν στην κατάταξη των υλικών ως προς τη σκληρότητά τους. 2.2 ΣΥΣΚΕΥΗ Η πειραµατική διάταξη αποτελείται από χαλύβδινο ορθοστάτη, ο οποίος στο πάνω µέρος φέρει τη διάταξη φόρτισης. Στο άκρο της συσκευής φόρτισης στηρίζεται ο διεισδυτής. Στο κάτω µέρος του ορθοστάτη υπάρχει η τράπεζα δοκιµής, κάτω ακριβώς από το διεισδυτή, όπου τοποθετείται το δοκίµιο για τον έλεγχο της σκληρότητας σε διείσδυση. Η συσκευή φέρει και µηχανισµό ανύψωσης της τράπεζας δοκιµής ( Σχήµα 20). Σχήµα 20 Συσκευή για τον προσδιορισµό της σκληρότητας των υλικών σε διείσδυση 2.3 ΜΕΘΟ ΟΙ ΟΚΙΜΑΣΙΑΣ Οι πιο συνηθισµένες µέθοδοι δοκιµασίας για τον έλεγχο της σκληρότητας σε διείσδυση των µετάλλων είναι οι µέθοδοι κατά Brinell και κατά Vickers ΜΕΘΟ ΟΣ ΚΑΤΑ BRINELL Στη µέθοδο κατά Brinell ο διεισδυτής, ο οποίος χρησιµοποιείται είναι χαλύβδινη σφαίρα ( Σχήµα 21).

31 33 Για τον προσδιορισµό του βαθµού σκληρότητας του εξεταζόµενου δοκιµίου επιβάλλεται στο σφαιρικό διεισδυτή, ο οποίος έχει διάµετρο D, σε mm, καθορισµένο φορτίο P, σε Kg και µετράται η διάµετρος της ουλής d, σε mm, η οποία προκαλείται στην επιφάνεια του δοκιµίου. Σχήµα 21 Εφαρµογή της µεθόδου διείσδυσης κατά Brinell Η διάµετρος d της ουλής προσδιορίζεται µε τη βοήθεια µικροµετρικής διόπτρας. Ο βαθµός σκληρότητας κατά Brinell, HB,δίνεται από τη σχέση : ΗΒ = 2 P Κg/mm 2 π D D D 2 d ΜΕΘΟ ΟΣ ΚΑΤΑ VICKERS H µέθοδος κατά Vickers εφαρµόζεται για τον προσδιορισµό της σκληρότητας σε διείσδυση λεπτών δοκιµίων. Ο διεισδυτής, ο οποίος χρησιµοποιείται, έχει µορφή κανονικής τετραγωνικής πυραµίδας (Σχήµα 22) και, συνεπώς, η παραµόρφωση, η οποία δηµιουργείται πάνω στο δοκίµιο, είναι µια ορθογώνια ουλή. Σχήµα 22 Εφαρµογή της µεθόδου διείσδυσης κατά Vickers Για τον προσδιορισµό του βαθµού σκληρότητας του εξεταζόµενου δοκιµίου επιβάλλεται στο διεισδυτή καθορισµένο φορτίο P, σε Κg και υπολογίζεται η µέση τιµή των διαγωνίων της ουλής l, σε mm. ηλαδή, αν είναι l 1 και l 2 οι δύο διαγώνιοι της ουλής, τότε είναι :

32 34 l1 l2 l = + 2 Η µέτρηση των διαγωνίων της ουλής γίνεται µε τη βοήθεια µικροµετρικής διόπτρας. Ο βαθµός σκληρότητας κατά Vickers,HV, δίνεται από τη σχέση : 1,854 P HV = Kg/mm 2 l 2 3 ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΙΕΙΣ ΥΣΗ ΜΕ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ 3.1 ΓΕΝΙΚΑ Με τη συσκευή του εργαστηρίου γίνεται έλεγχος της σκληρότητας σε διείσδυση σε ασφαλτικά υλικά, πλαστικά υλικά και ξύλα. 3.2 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΣΥΣΚΕΥΗ Η εργαστηριακή συσκευή ελέγχου της σκληρότητας σε διείσδυση των υλικών φέρει χαλύβδινο σφαιρικό διεισδυτή, καθορισµένης διαµέτρου D, σε mm, µέσω του οποίου επιβάλλεται καθορισµένο φορτίο P, σε Kg, στην επιφάνεια του εξεταζόµενου δοκιµίου και προσδιορίζεται το βάθος διείσδυσης h, σε mm, του διεισδυτή στην επιφάνεια του δοκιµίου ( Σχήµα 20). Το βάθος διείσδυσης h προσδιορίζεται απ ευθείας στην κλίµακα του µηκυνσιοµέτρου, το οποίο υπάρχει στη συσκευή. Ο βαθµός σκληρότητας σε διείσδυση, H, δίνεται από τη σχέση : H = π P Kg/mm 2 D h Η διάµετρος D του διεισδυτή καθορίζεται από τον αντίστοιχο κανονισµό και είναι, για ξύλα D = 10 mm και για πλαστικά υλικά D = 5 mm. Επίσης µε τη συσκευή αυτή µπορεί να µετρηθεί η διάµετρος της ουλής d, σε mm, µε τη βοήθεια µικροµετρικής διόπτρας, για τον έλεγχο της σκληρότητας µετάλλων σύµφωνα µε τη µέθοδο Brinell. Το συγκεντρωτικό φορτίο, το οποίο επιβάλλεται στο δοκίµιο αποτελείται από 4 µεταλλικές πλάκες, οι οποίες τοποθετούνται πάνω από την κεφαλή του διεισδυτή. Η µία πλάκα έχει βάρος 20 Kg και οι άλλες τρεις από 10 Kg η καθεµιά. Το βάρος του διεισδυτή είναι 1 Kg και, συνεπώς, το φορτίο που επιβάλλεται στο δοκίµιο κατά την πειραµατική διαδικασία, είναι συνολικά 51 Kg. Ο χρόνος δοκιµασίας για κάθε δοκιµή είναι 3 min. 3.3 ΟΚΙΜΙΑ Τα δοκίµια που θα υποβληθούν σε έλεγχο πρέπει να έχουν ορισµένο πάχος κατά περίπτωση. Γιατί αν τα δοκίµια είναι πολύ λεπτά, τότε το φορτίο που επιβάλλεται εξασκείται ουσιαστικά στην πλάκα της τράπεζας. Το ελάχιστο πάχος των δοκιµίων είναι 12 mm για τα ξύλινα δάπεδα και 40 mm για το αµιαντοτσιµέντο. 3.4 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ Για τη διεξαγωγή της πειραµατικής διαδικασίας το δοκίµιο τοποθετείται πάνω στην τράπεζα δοκιµής. Με τη βοήθεια του µηχανισµού ανύψωσης της τράπεζας, το δοκίµιο

33 35 έρχεται σε επαφή µε το διεισδυτή, µέχρις ότου να κινηθεί ο δείκτης του µηκυνσιοµέτρου της συσκευής, παραµένοντας στη θέση του µηδενός. Ακολούθως, ελευθερώνεται το φορτίο µε τη βοήθεια κατάλληλου µοχλού και επιβάλλεται πάνω στο δοκίµιο. Μετά από 3 min, µετράται το βάθος διείσδυσης και προσδιορίζεται ο βαθµός σκληρότητας του δοκιµίου. Για να προσδιοριστεί µε ακρίβεια η τιµή του βαθµού σκληρότητας, Η, ελέγχονται 10 δοκίµια του υλικού και προσδιορίζεται ο µέσος όρος. Στο εργαστήριο γίνεται έλεγχος του βαθµού σκληρότητας σε δοκίµια τριων ειδών ξυλείας, τα οποία είναι ελληνικό πεύκο,δρύινο ξύλο Σλοβενίας και ξύλο Νάγκα Αφρικής. Το βάθος διείσδυσης είναι περίπου για το ελληνικό πεύκο, h = 17 mm,για το δρύινο ξύλο Σλοβακίας, h= 0,85 mm και για το ξύλο Νάγκα Αφρικής, h = 0,65 mm. Όσο µικρότερο είναι το βάθος διείσδυσης, h, τόσο σκληρότερο είναι το εξεταζόµενο υλικό. Οι αντιπροσωπευτικές τιµές του βαθµού σκληρότητας των υλικών, τα οποία ελέγχονται στο εργαστήριο, είναι για ξύλα Η = 2, για ασφαλτικά υλικά Η = 7 και για πλαστικά υλικά Η = ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ 4.1 Με τη µορφή συγκριτικής κλίµακας δίνονται τα αποτελέσµατα προσδιορισµού της σκληρότητας διάφορων υλικών σε διείσδυση κατά Vickers και κατά Brinell και σε εγχάραξη κατά Mohs ( Σχήµα 23). Σχήµα 23 Συγκριτικές κλίµακες προσδιορισµού της σκληρότητας διάφορων υλικών σε διείσδυση κατά Vickers και κατά Brinell και σε εγχάραξη κατά Mohs

34 Για τον έλεγχο της σκληρότητας των υλικών σε υψηλές θερµοκρασίες χρησιµοποιούνται δυναµικές µέθοδοι µέτρησης της σκληρότητας, δηλαδή ο έλεγχος γίνεται µε την επιβολή δυναµικού φορτίου στο εξεταζόµενο δοκίµιο. Οι σπουδαιότερες είναι η µέθοδος Martel και η µέθοδος µε τη βοήθεια του σκληροσκοπίου Shore. Η βασική αρχή λειτουργίας των οργάνων, τα οποία χρησιµοποιούνται συνήθως για τη µέτρηση της σκληρότητας µε δυναµική φόρτιση, δίνεται στο Σχήµα 24. Σχήµα 24 Βασική αρχή λειτουργίας των οργάνων για τη µέτρηση της σκληρότητας µε δυναµική φόρτιση 4.3 Για τον έλεγχο της σκληρότητας σε διείσδυση σε γυαλί ακολουθείται η µέθοδος Knoop. O διεισδυτής είναι από διαµάντι και έχει τη µορφή πυραµίδας (Σχήµα 25). Σχήµα 25 Εφαρµογή της µεθόδου διείσδυσης κατά Knoop 4.4 Ο βαθµός σκληρότητας σε ανισότροπα και ετερογενή υλικά, όπως το ξύλο, επηρεάζεται από την πυκνότητα του ξύλου (Σχήµα 26) και από τη διεύθυνση των ινών του.

35 Σχήµα 26 Ο βαθµός σκληρότητας κατά Brinell σε σχέση µε την πυκνότητα του ξύλου 37

36 38 7. ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΗΣ ΓΗΡΑΝΣΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Με τον όρο γήρανση των υλικών νοούνται οι διάφορες µεταβολές που υφίστανται τα δοµικά υλικά από την επίδραση περιβαλλοντικών παραγόντων και οι οποίες είναι ανεξάρτητες από τις µηχανικές καταπονήσεις που δέχονται. Η ραγδαία αύξηση των ρύπων στην ατµόσφαιρα, κατά τα τελευταία χρόνια, έχει επιταχύνει τη γήρανση των υλικών και έχει προκαλέσει αλλοιώσεις και φθορές, οι οποίες ήταν σχεδόν άγνωστες στο παρελθόν. Τα συνηθισµένα υλικά έχουν υποστεί τη δοκιµασία αιώνων. Όµως, αποδεικνύονται «αδύναµα» στις νέες περιβαλλοντικές συνθήκες. Για παράδειγµα τα µάρµαρα του Παρθενώνα τις τελευταίες δεκαετίες έχουν υποστεί φθορά, η οποία συγκρίνεται µε τη φθορά των δυόµισι χιλιάδων ετών. Συνεπώς, η γνώση των αιτίων της γήρανσης των υλικών συµβάλλει αποφασιστικά στην ορθή χρήση των υλικών, στην προστασία τους και τελικά στην ανθεκτικότητά τους στο χρόνο. Στην τεχνολογία των υλικών οι φυσικοί λίθοι χαρακτηρίζονται ως υλικά µε µακρά «διάρκεια ζωής», δηλαδή µε µεγάλη ανθεκτικότητα στο περιβάλλον, ενώ άλλα υλικά, όπως το σκυρόδεµα και νεότερα συνθετικά υλικά, χαρακτηρίζονται από µικρότερη ανθεκτικότητα στο περιβάλλον. Οι παράγοντες,οι οποίοι προκαλούν γήρανση των υλικών, είναι : α. Η υγρασία Η υγρασία είναι πολύ σηµαντική παράµετρος γήρανσης, γιατί το νερό λειτουργεί ως στοιχείο µεταφοράς και επαφής των διάφορων επιβλαβών ουσιών µε τα υλικά. β. Ο παγετός Η υγρασία και το νερό της βροχής σε συνδυασµό µε θερµοκρασίες κοντά και κάτω από 0 0 C εµφανίζονται ως παγετός µέσα στο υλικό. Ο παγετός είναι ένας από τους σηµαντικούς παράγοντες της γήρανσης των υλικών. Η γήρανση των υλικών προκαλείται από τη διαστολή του νερού, το οποίο περιέχεται στους πόρους του υλικού, κατά τη διάρκεια της ψύξης. Η αντοχή των υλικών στον παγετό εξαρτάται κυρίως από το ποσοστό των πόρων του υλικού, οι οποίοι είναι γεµάτοι µε νερό, τη διάταξη των πόρων και το βαθµό επικοινωνίας τους. γ. Η θερµοκρασία Οι µεταβολές της θερµοκρασίας προκαλούν ανοµοιόµορφη διαστολή και συστολή των υλικών µε αποτέλεσµα την ανάπτυξη τάσεων, οι οποίες οδηγούν στη χαλάρωση των συνδέσµων και σε εσωτερικές µικρορηγµατώσεις. δ. Η ηλιακή ακτινοβολία Το φως του ήλιου προκαλεί τη γήρανση των υλικών, κυρίως µε τις υπεριώδεις ακτινοβολίες, οι οποίες επηρεάζουν οργανικά υλικά, όπως τα χρώµατα, το φυσικό και συνθετικό ελαστικό, τα ασφαλτικά υλικά κ.ά. Ιδιαίτερα επηρεάζει τις οργανικές χρωστικές ουσίες των υλικών. ε. Ο άνεµος και επιβλαβή αέρια Κατά την µετακίνηση µαζών αέρα προκαλούνται φθορές λόγω τριβής στα υλικά. Παράλληλα, ο άνεµος µεταφέρει αέρια τα οποία είναι δυνατόν να αντιδράσουν χηµικά µε τα υλικά. στ. Ηλεκτρολύτες, θαλάσσιοι ηλεκτρολύτες (άλατα) Το νερό είναι ο σηµαντικότερος παράγοντας ο οποίος προκαλεί διαλυτότητα των δοµικών υλικών. Το νερό της βροχής, όταν η ατµόσφαιρα είναι µολυσµένη λόγω του