XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изучение физических свойств различных строительных материалов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Каждый человек, наверное, в осознанном возрасте задумывается над вопросом собственного жилья. И, конечно, хотелось бы иметь жилье не только красивое, но и комфортное для жизни. Дом должен быть безопасным, уютным, теплым и защищенным от внешних звуков, выполненным с использованием современных технологий. Сегодняшний строительный рынок предлагает большое разнообразие строительных материалов, каждый производитель рекламирует свой продукт, выставляя только положительные характеристики товара, поэтому сложно определиться с выбором того или иного строительного материала. Поэтому я решила подойти к этому вопросу с научной точки зрения и самой исследовать различные физические свойства строительных материалов.
Цель работы: изучить свойства строительных материалов.
Задачи:
Найти информацию о тестируемых материалах: кирпиче, дереве и газобетоне.
Провести исследования по выявлению теплопроводности, звукоизоляционным свойствам, водопроницаемости, прочности и радиоактивному фону образцов из дерева, кирпича и газобетона.
Обработать и обобщить результаты исследований.
Подвести итоги исследований.
Объект исследования: тестируемые образцы, изготовленные из кирпича, дерева и газобетона.
Предмет исследования: физические свойства этих строительных материалов.
Оборудование: образцы строительных материалов (кирпич, дерево и газобетон) в форме прямоугольного параллелепипеда, мультидатчик цифровой лаборатории.
2.Теоретическая часть
1. Кирпич – это самый популярный строительный материа.л, изготавливаемый на основе минера.льного сырья. По своему составу кирпич представляет собой искусственный камень. Использование этого материа.ла. началось уже в глубокой древности. В Древнем Египте чаще использовался необожженный кирпич-сырец, который замешива.лся из глины с добавлением соломы. Современные кирпичи имеют прямоугольную форму и проходят серьезную температурную обработку. Конструкции из кирпича отличаются прочностью, надежностью, стойкостью к холодам и хорошо сохрняют тепло в помещении.
Прочность кирпича.
Один из главных параметров при выборе кирпича. является его прочность. Кирпич не должен разрушаться под воздействием внутренних и внешних напряжений, а также деформации. Прочность зависит от производителя и марки изделия.
Морозоустойчивость
Очень важной характеристикой для России является морозоустойчивость.
В нашем регионе, центра.льном регионах России и тем более на Севере России климат не отличается мягкостью. После дождей могут наступить неожиданные заморозки. Поэтому, устойчивость к заморозкам – это характеристика, которая позволяет подобрать кирпич по климатическим особенностям.
Водопоглощение
Под водопоглощением понимают процентное соотношение количества. воды к общему объему, которое кирпич может впитать при полном погружении. При понижении температур вода замерзает и его объем увеличивается, что приводит к разрушению внутренней структуры материала., поэтому от водопоглощения зависит также и морозостойкость. Однако и полное отсутствие поглощения воды тоже не допуска.ется, минима.льное зна.чение по ГОСТу – 6%. Ма.ксима.льное вла.гопоглощение для рядового кирпича. соста.вляет 14%, для облицовочного – 10%, для кирпича. внутренней кла.дки – 16%.
Теплопроводность
Теплопроводность – это способность материа.лов передавать тепловую энергию (теплообмен). Из-за присутствия в термине слова. «тепло» некоторые относят это свойство материа.лов только к скорости остывания. При этом теплопроводность точно также влияет и на нагрев холодных объектов. Говоря простым языком, если наулице жара, то в доме со стенами из материала с низкой теплопроводностью будет дольше сохра.няться прохлада, а зимой – тепло.
2.Древесина – это строительный материал, который используется человечеством уже не один и не два. века.. Ранее это был са.мый доступный материа.л. Асейчас он выгоден из-за своей экологичности, ведь сейча.с общество стремится к применению всего натура.льного в строительстве или дизайне интерьера..
Дерево стоит дешевле чем, например, кирпич. Но есть еще более дешевые и экологичные строительные материалы. Почему же дерево так широко используют в строительстве? Какие у нее плюсы и минусы?
Плюсы дерева как стройматериала
Дерево имеет малую плотность, поэтому вес дома будет меньше, чем, если мы будем строить его из кирпича. Этот дом не нуждается в мощном фундаменте. Древесина легче обрабатывается, чем кирпич и, в то же время, она прочнее, чем газобетон.
Дерево, безусловно, самый экологичный материал, его характеризуют как «дышащий». В деревянном доме особенный комфорт, который создается этим природным материалом. В таком жилище человеку хорошо и в физическом и духовном плане.
Этот материал имеет малую теплопроводность, то есть в деревянном доме при одинаковой толщине стен, будет теплее, чем в кирпичном. Нет необходимости в большом количестве утеплителей, что, безусловно, сэкономит значительные средства.
Дома из дерева выглядят очень эффектно, благодаря современным лакокрасочным материалам с декорирующим эффектом. Они не нуждаются в облицовке, а в некоторых случаях и во внутренней отделке стен. Народный колорит, присущий этим домам, делают их самобытными и привлекательными.
Минусы дерева стройматериала
У дерева есть существенные недостатки, которые ограничивают его использование в некоторых случаях, в которых они могут быть решающими. Это материал самый пожароопасный, из-за несоблюдения правил безопасности случаи возгорания деревянных домов значительно выше, чем строения из кирпича и блоков.
Природное происхождение этого материала имеет также и негативную сторону. Плохо обработанное или необработанное дерево может покрываться плесенью и грибком. Для обработки пропитками необходимы дополнительные деньги и время.
Газобетонбыл изобретен в 1922 году Швеции и на сегодняшний день стал популярным строительным материалом. Этот материал обладает уникальными свойствами, не свойственными ни одному из известных веществ. Газобетонные блоки удивительно легкие, но при этом имеют достаточную несущую прочность.
Газобетон — разновидность ячеистого бетона; строительный материал, искусственный камень с равномерно распределёнными по всему объёму приблизительно сферическими, замкнутыми, но сообщающимися друг с другом порами диаметром 1—3 мм. По технологии окончательной обработки газобетон подразделяют на автоклавный газобетон и «неавтоклавный».
В состав газобетона входят цемент, кварцевый песок и газообразователи. В эту смесь входят также гипс, известь, промышленные отходы.
При производстве газобетона, перемешиваются сухие ингредиенты, заливаются водой и смесь заливается в форму. В этой смеси происходит реакция, приводящая к выделению водорода, который и «вспучивает» смесь. Смесь увеличивает объём и увеличивается в объеме как тесто.
После предварительного схватывания цементного раствора, монолит извлекают из формы и разрезают на заготовки блоков, плит, панелей. После этого разрезанные заготовки подвергают обработке водяным паром в автоклаве для придания им окончательной прочности, либо высушиваются в электроподогреваемых сушильных камерах.
Газобетон пилится, сверлится, строгается легко обычными стальными инструментами, даже без твердосплавных напаек. Для его легко крепления в него забиваются гвозди, скобы, установочные изделия; для крепежа в основном используются дюбеля для газобетона. Газобетон не горит, так как состоит только из минеральных компонентов.
Этот строительный материал имеет меньший радиоактивный фон, чем бетон, так как в его состав не входит гранитный щебень, слюды, — составная часть природных гранитов, которые имеют повышенную естественную радиоактивность из-за концентрации в этих минералах тория и урана.
Газобетон используется в жилищном, коммерческом и промышленном строительстве.
3.Исследовательская часть
3.1. Определение плотности образца.
В этой части работы нужно определить объем и массу материалов. Объем можно было определить как произведение длины, ширины и высоты прямоугольного параллелепипеда, в форме которого были выполнены все образцы.
Дерево V=24*5*4=480см³
ρ = m/V =360г/480см³= 0,75г/см³=750кг/м³
Газобетон V=24*5*4=480см³
ρ = m/V= 247г/480см³=0,51г/см³=510кг/м³
Кирпич V=24*5*4=480см³
ρ = m/V= 894г/480см³=1,9 г/см³=1900кг/м³
3.2. Изучение теплопроводности материалов.
Для определения проводимости тепла этих образцов я положила эти материалы на источник тепла (горячую батарею) и выдержала одинаковое время. С помощью датчика для определения температуры поверхности , я сняла график зависимости температуры от времени. В результате было выяснено, что теплопроводность дерева и кирпича примерно одинаковы, газобетон проводит тепло хуже остальных материалов.
Образцы одновременно, за час до измерения температуры, были помещены на горячую отопительную батарею. И спустя это время датчик позволил составить таблицу, в которой были данные об изменении температуры образца через каждую 0,1 с и в Excel построен график этой зависимости.
У кирпича температура повысилась от 18 до 32 °С за 59 с.
Дерево за такое же время нагрелось от 18 до31 °С.
Температура газобетона изменилась от 18 до 27°С, то есть этот образец нагревается меньше остальных.
3.3 Изучение звукоизоляционных свойств материалов.
Звукоизоляционные свойства материалов также были исследованы с помощью мультидатчика, который определял уровень звукового давления возникающего в тестируемом образце.
Значение звукового давления в дереве лежит в пределах от -0,025 до 0,025 Па.
Давление создаваемое звуком в кирпиче меняется от -0,05 до 0,05 Па.
Значительно превосходит давление звука в газобетоне (-0,1 до 0,1 Па). Очевидно звукоизоляция этого материала наименьшая.
3.4 Измерение радиационного фона образцов.
Экологичность строительного материала, то есть уровень радиации исходящей из образца, была проверена с помощью дозиметра.
На фотографии видны показания прибора для всех трех образцов в мкЗв/ч. Нормальный фон радиации составляет 0,2- 0,6 мкЗв/ч.
То есть все образцы являются безопасными.
3.5 Изучение водопроницаемости строительных материалов.
В последнем опыте я выяснила водопроницаемость этих материалов.
В понедельник 19 декабря в 14 часов поместили образцы в емкость с водой.
Через сутки кирпичный образец намок на всю длину, в дереве вода поднялась на 9 см, а в газобетоне на 12 см.
4. Подведение итогов исследований.
Для сравнения всех характеристик я занесла данные в сводную таблицу.
5. Заключение.
Учитывая все характеристики, которые я изучила в этой исследовательской работе, напрашивается вывод, что лучшим строительным материалом для возведения стен частного дома является газобетон. У этого материала самая маленькая плотность, поэтому вес конструкции будет минимальным.
Эта характеристика также увеличивает сейсмостойкость материала. Самая низкая теплопроводность газобетона позволяет значительно уменьшить затраты на отопление. Одной из немаловажных причин в выборе этого материала является его экологичность. Также надо учесть, что правильные геометрические формы блоков облегчают процессы возведения стен и внутренней отделки помещений. В регионах с повышенной влажностью следует отметить также и малую водопроницаемость этого материала. Несмотря на небольшую звукоизоляцию тестируемого образца из газобетона, блоки, используемые в строительстве, имеют достаточную толщину для повышения звукоизоляционных свойств газобетона.
Список используемых источников
http://housefasad.ru/derevo/derevo-kak-stroitelnyi-material-pliusy-i-minusy
https://betonov.com/vidy-betona/gazobeton/gazobeton.html
https://megaobuchalka.ru/15/6388.html\
https://ru.wikipedia.org/wiki/Газобетон
https://www.nauka-i-religia.ru/iz-chego-sostoyat-gazobetonnie-bloki.php
https://www.sdvor.com/samara/articles/vybiraem-kirpich-obzor