Word Pro - 1Semester11_03_16.lwp

Baustoffkunde 1. Semester
Laborprotokoll
Name:
Matrikel-Nr.:
Gruppe: B1/
Semester:
Teilnehmer: 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Die Teilnahme an den Laborübungen wird durch Eintragung von Datum und Unterschrift des
betreuenden Labor-Mitarbeiters testiert. Jeder Gruppenteilnehmer hat selbständig einen Laborbericht
über die durchgeführten Prüfungen anzufertigen. Das bearbeitete Laborprotokoll ist dem
Laboringenieur zur Kontrolle vorzulegen. Die Annahme des Laborprotokolls und dessen Korrektur
wird testiert. Ein vollständig bearbeiteter und korrigierter Laborbericht wird durch Erteilung des
Schlusstestats anerkannt.
Datum der Laborübung
Abgabe Laborprotokoll
Schlusstestat:
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Unterschrift
Bemerkungen
Laborübung 1. Semester
Hinweise
Name:
Seite: 2
Gruppe:
Abgabedatum
Seiten die überarbeitet werden müssen
1. Abgabe
2. Abgabe
3. Abgabe
Hinweise zur Durchführung der Labor-Praktika
1. Die Laborübungen erfolgen gruppenweise. Die Termine für die Laborarbeiten werden durch
Aushang bekanntgegeben. Zur Laborübung hat jeder Studierende das Skript des Laborprotokolls
mitzubringen.
Jeder Studierende lässt sich im Labor die Teilnahme an den Laborübungen von dem
Laboringenieur / Mitarbeiter testieren.
Das Labortestat ist ein Dokument und wird bei Verlust nicht ersetzt!
2. Vor Beginn der Laborübungen ist das Skript des Laborprotokolls durchzuarbeiten.
Die jeweilige Gruppe kann nur gut vorbereitet und in vollständiger Besetzung ihre Übungen
durchführen. Vor Beginn der Laborübung wird i.d.R. durch ein Kolloquium überprüft, ob die
Gruppe ausreichend vorbereitet ist. Kann eine Laborübung infolge mangelhafter Vorbereitung
bzw. nicht arbeitsfähiger Besetzung der Gruppe nicht durchgeführt werden, so kann die gesamte
Laborarbeit im laufenden Semester nicht abgeschlossen werden. Sie ist im darauffolgenden
Semester zu wiederholen. Eine Gruppe ist nicht arbeitsfähig, wenn mehr als ein Gruppenmitglied
zur Laborübung fehlt. Kann ein Gruppenmitglied aus unverschuldeten Gründen (Krankheit o.a.)
nicht an der Laborübung teilnehmen, so hat es sich bis zu Beginn der Laborübung bei den
übrigen Gruppenmitgliedern oder bei den Labormitarbeitern telefonisch (0641/309-1820 / 1825)
abzumelden. Das Fernbleiben von der Laborübung ist dann zu attestieren. Die versäumte Übung
kann dann unter Umständen im laufenden Semester nachgeholt werden. Eine verschuldet
versäumte Laborübung kann erst im darauffolgenden Semester wiederholt werden.
Das Laborpersonal führt die Aufgaben nicht vor, sondern gibt nur unabdingbare Anleitungen für
die Handhabung der Prüfeinrichtungen.
3. Die Laborordnung, Betriebsanweisungen und Unfallverhütungsvorschriften hängen im Labor aus.
Außerdem wird Ihnen die Laborordnung zu Beginn der Laborübungen ausgehändigt und auch
vorgetragen. Sie sind sorgfältig zu beachten. Die Anweisungen des Laborpersonals sind zu
befolgen. Es können nur Maschinen, Geräte und Einrichtungen selbständig bedient werden, für
die eine ausreichende Anleitung eingeholt worden ist.
Für fahrlässig, grobfahrlässig oder vorsätzlich verursachte Schäden ist Schadensersatz zu leisten.
4. Alle Messungen und Auswertungen sind sorgfältig durchzuführen, da hiervon der Erfolg der
Arbeiten abhängt. Das Labortestat bestätigt die Teilnahme und Mitarbeit an der Laborübung. Es
ist am jeweiligen Labortermin einzuholen. Wird das Labortestat nicht gegeben oder dessen
Einholung versäumt, so ist die Laborübung zu wiederholen.
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Laborübung 1. Semester
Hinweise
Seite: 3
5. Nach Abschluss der Laborarbeiten ist von jedem Gruppenmittglied ein Laborprotokoll
auszuarbeiten. Die Ausarbeitung soll so erfolgen, dass die Wiedergabe der in den Versuchen
gewonnenen Erkenntnisse in Form mündlicher oder schriftlicher Prüfungen möglich ist.
Annahmen und Schätzungen sind zu kennzeichnen. Der Literatur entnommene Formeln, Daten,
Prüf- und Rechenverfahren sind mit Quellenangabe zu versehen.
Rechnerische Ergebnisse müssen nachprüfbar sein. Die festgestellten Werte sind Soll- oder
Vergleichswerten gegenüberzustellen. Fehlmessungen sollen erkannt und begründet werden.
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Laborübung 1. Semester
Hinweise
Seite: 4
Hinweise zur Ausarbeitung des Laborprotokolls
1. Jede(r) Student(in) hat eigenständig ein Laborprotokoll anzufertigen. Die Vorlage (Skript) dazu
erhalten Sie gegen Erstattung des Unkostenbeitrages im Labor oder auch auf der Internet-Seite
des Fachbereichs zum Download. Für die Ausarbeitung des Laborprotokolls werden Ihnen
Ausarbeitungshinweise zur Verfügung gestellt. Diese liegen im Labor zur Einsicht aus und liegen
ebenfalls auf der Internet-Seite des Fachbereichs zum Download bereit. Es werden nur
handschriftlich ausgearbeitete Laborprotokolle zur Korrektur angenommen.
2. Die während der Laborübung in einfacher Menge erhaltenen Ausdrucke (Kraft-VerformungsDiagamme etc.zu den Versuchen) sind im Original ohne jede Beschriftung sofort nach der
betreffenden Laborübung für jedes Gruppenmitglied zu vervielfältigen. Erst dann kann in die
Kopie die Ausarbeitung des Versuchs,
die Auswertung und Beschriftung von jedem
Gruppenmitglied selbst handschriftlich erfolgen. Die Originale bleiben unbearbeitet.
Bitte beachten Sie: Bearbeitete Original-Diagramme werden zur Korrektur nicht
angenommen!
3. Nach dem letzten Labortermin wird Ihnen eine geraume Zeit zur selbständigen Bearbeitung des
Laborprotokolls gegeben. Danach bietet Ihnen ein Labormitarbeiter einen Termin zur
Besprechnung von verbleibenden Unklarheiten an. Dieser Termin wird für jede Laborgruppe nur
einmal durchgeführt.
4. Die äußere Form des Laborberichtes sollte den Charakter einer Hausübung haben. Dazu gehört
ein sauberes handschriftliches Schriftbild. Die Ausarbeitung hat sauber (ohne Tipp-Ex und ohne
durchgestrichene bzw. überschriebene Textstellen) und einheitlich (z. B. nicht mehrere
verschieden Schreibstifte mit unterschiedlicher Farbe verwenden) zu erfolgen.
Das Laborprotokoll ist ausschließlich in flach auftragendem Einband abzugeben (geeignet und
kostengünstig sind Klemmleiste mit Deckfolie und rückseitigem Karton). Die Annahme des
Protokolls in Leitz-Ordnern oder dergleichen voluminösen Einbänden wird verweigert.
5. Die Note der bestandenen Baustoffkundeklausur wird Ihnen erst dann eingetragen, wenn Sie die
Schlusstestate der Laborprotokolle des 1. und des 2. Semesters erlangt haben.
6. Ist ein Laborprotokoll nach Abgabe unvollständig oder sachlich nicht richtig bearbeitet, so ist eine
Korrektur des Protokolls durchzuführen und danach erneut abzugeben. Eine erneute Abgabe ist
insgesamt nur zweimal möglich - danach ist die komplette Laborübung zu wiederholen, da
offensichtlich das Lernziel nicht erreicht wurde.
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Laborübung 1. Semester
Inhaltsverzeichnis
Seite: 5
Inhaltsverzeichnis
Hinweise zur Durchführung der Labor-Praktika
Seite: 2
Hinweise zur Ausarbeitung des Laborprotokolls
Seite: 4
1. Prüfen des Baustoffes Holz
Allgemeines
Seite: 6
Versuch 1:
Ermittlung der Druckfestigkeit parallel zur Faser
Seite: 7
Versuch 2:
Ermittlung der Druckfetigkeit quer zur Faser
Seite: 13
Versuch 3:
Ermittlung der Scherfestigkeit
Seite: 25
2. Prüfen natürlicher und künstlicher Steine
Allgemeines
Seite: 29
Ermittlung der Druckfestigkeit an Naturstein
und Mauerziegel
Seite: 30
Versuch 5:
Bestimmung der Trockenrohdichte, Scherbenrohdichte
Seite: 37
Versuch 6:
Bestimmung der Dichte (Reindichte), Dichtigkeitsgrad
und Gesamtporosität
Seite: 40
Bestimmung der Wasseraufnahme von Naturstein
und Mauerziegel
Seite: 46
Versuch 4:
Versuch 7:
3. Untersuchung von Mauermörtel
Versuch 8:
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Allgemeines
Seite: 49
Prüfung der Biegezug- und Druckfestigkeit
von Mauermörtel
Seite: 50
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 6
1. Prüfen des Baustoffes Holz
Allgemeines
Holz ist ein natürlicher, organischer Baustoff. Er besteht aus einer Vielzahl einzelner Zellen. Der
größte Teil der Holzzellen ist dabei in Längsrichtung ausgerichtet. Bei wesentlichen Eigenschaften
des Holzes ist daher zu unterscheiden, ob diese sich auf die Faserrichtung, axiale Richtung oder
auf die Richtung senkrecht zur Faser beziehen.
Holz weist viele Vorteile als Baustoff auf, allerdings sind auch einige Eigenschaften nachteilig:
Vorteile:
Nachteile:
- Geringe Masse,
- gute wärmetechnische u. akustische Eigenschaften,
- elastisches Verhalten,
- leichte Bearbeitbarkeit,
- hohe Festigkeit,
- ästhetische Gestaltungsmöglichkeiten
- große Formänderungen
- geringe Beständigkeit insbesondere
durch Feuchtigkeit, biologische
Schädlinge und Feuer
- die Vorgänge Schwinden und
Quellen sind stark ausgeprägt
In der Laborübung zum Thema Holz sollen wesentliche Eigenschaften von Holz durch Prüfungen
ermittelt werden:
y
Versuch 1: Ermittlung der Druckfestigkeit parallel zur Faser nach DIN 52 185 (09.76)
y
Versuch 2: Ermittlung der Druckfestigkeit quer zur Faser nach DIN 52 192 (05.79)
y
Versuch 3: Ermittlung der Scherfestigkeit nach DIN 52 187 (05.79)
Für die Untersuchungen werden kleine, fehlerfreie Proben vom Labor vorbereitet. Die Probenahme
von Holz ist gemäß DIN 52 180 durchzuführen.
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Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 7
Versuch 1: Ermittlung der Druckfestigkeit von Laub- und Nadelholz parallel zur Faser
1. Vorbemerkungen und Ziel des Versuches
In der Laborübung soll die Druckfestigkeit von kleinen fehlerfreien Laub- und Nadelholzproben in
Abhängigkeit von der Holzfeuchte bestimmt werden. Dazu werden jeweils 3 Laub- und
Nadelholzproben untersucht. Die Proben unterscheiden sich im Feuchtigkeitsgehalt, es werden
trockene, raumfeuchte und feuchte Proben verwendet. Da offensichtlich der Feuchtigkeitsgehalt
einen Einfluss auf die Festigkeit des Baustoffes Holz hat, ist es erforderlich, die nominale
Feuchtigkeit der Proben im Verlauf der Untersuchungen zu ermitteln. Abhängig von dem
Feuchtigkeitsgehalt wird dann Druckfestigkeit der Laub- und Nadelholzproben parallel zur Faser
ermittelt.
Die Prüfung der Holzproben wird nach DIN 52 185 durchgeführt. Entsprechend dieser Norm
werden für die Übung quaderförmige Proben mit quadratischem Querschnitt (Kantenlänge ca. 40
mm) und einer Höhe von ca. 80 mm vorbereitet.
2. Versuchsvorbereitungen
Zur Vorbereitung der Werkstoffprüfung werden die Proben zunächst gewogen und ihre
Abmessungen bestimmt. Die Werte sind auf 0,1 g bzw. 0,1 mm genau zu ermitteln und in die
vorbereitete Tabelle 1.1 einzutragen. Dabei ist zu beachten, dass die Ausgangsmasse immer als
feuchte Masse (mu) zu betrachten ist. Nach dem eigentlichen Druckversuch sind die Proben, zur
Feststellung des Feuchtigkeitsgehaltes zum Zeitpunkt der Prüfung, bei 105° C 24 Stunden zu
trocknen (md) und anschließend nochmals zu wiegen. Die Massendifferenz ( Δm) bezogen auf die
Trockenmasse (md) ergibt dann den Feuchtigkeitsgehalt in %:
m
=
mu − md
md
$ 100%
3. Versuchsdurchführung
Die Druckfestigkeitsprüfung erfolgt auf einer hydraulischen 200 kN - Druckprüfmaschine im Labor.
Die Proben werden darin so zwischen die beiden Stahlplatten eingesetzt, dass die Längsachse der
Probe mit der Achse des Beanspruchungssystem übereinstimmt.
Die Druckkraft wird dann mit konstanter Verformungsgeschwindigkeit aufgebracht, so dass die
Höchstkraft Fmax in einer Zeit von (1,5 ! 0,5) min erreicht ist.
Mit der ermittelten Höchstkraft und der Belastungsfläche ist nun die Druckfestigkeit
(Druckspannung) zu berechnen:
Dy =
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Fmax
A
=
Fmax
a$b
N
mm2
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 8
4. Versuchsauswertung
Fassen Sie die Ergebnisse in wenigen Worten zusammen und beurteilen Sie auf der Basis
unserer Prüfergebnisse:
a. den Einfluss der Holzart auf die Druckfestigkeit
b. den Einfluss der Holzfeuchtigkeit auf die Druckfestigkeit
Bilddokumentation:
Trockene Laub- und Nadelholzprobe (L1 und N1) nach dem Druckversuch
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Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Raumfeuchte Laub- und Nadelholzprobe (L2 und N2) nach dem Druckversuch
Feuchte Laub- und Nadelholzprobe (L3 und N3) nach dem Druckversuch
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Seite: 9
Labor Praktikum 1. Semester
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 10
Fachbereich Bauwesen
Anlage 1 zum Versuch 1: Tabellarische Ermittlung der Druckfestigkeit βDy von Holz
Tag
1
Zeit
2
Probe
Nr.:
3
Abmessungen
Massen
l
b
h
(radial)
(tangential)
(längs)
[mm]
[mm]
4
5
Druckfestigkeit
mu
md
[mm]
[g]
[g]
[g]
6
7
8
9
vprüf
Fmax
A
βDy
βDy
[m-%]
[mm/min]
[kN]
[mm²]
[N/mm²]
[%]
10
11
12
13
14
15
m
Δ
Erläuterungen:
Skizze der Probe mit Einzeichnung des Faserverlaufs:
l
= Länge des Prüfkörpers [mm]
b
= Breite des Prüfkörpers [mm]
h
= Höhe des Prüfkörpers [mm], wobei h die Abmessung in Prüfrichtung ist
mu
= Masse des Prüfkörpers [g], im feuchten Zustand
mtd
= Masse des Prüfkörpers [g], im trockenen Zustand
= Differenz zwischen feuchter und trockener Masse [g und m-%]
Δm
= Prüfgeschwindigkeit des Prüfgerätes [mm/min]
Vprüf
Fmax
= Kraft, die zum Bruch des Prüfkörpers führt [kN]
A
= Fläche, die beim Prüfen belastet wird [mm²]
βDy
= Druckfestigkeit des Prüfkörpers parallel zur Faser [N/mm²]
βDy
= Druckfestigkeit des Prüfkörpers parallel zur Faser, bezogen auf den höchsten Festigkeitswert in der Prüfreihe [%]
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Labor Praktikum 1. Semester
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 11
Fachbereich Bauwesen
Diagramm zur Darstellung der Druckfestigkeit in N/mm² in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt
Laubholz
Nadelholz
Linien farbig wählen
120
Druckfestigkeit [N/mm²]
100
80
60
40
20
0
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
relative Holzfeuchte [m-%]
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Labor Praktikum 1. Semester
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 12
Fachbereich Bauwesen
Diagramm zur Darstellung der Druckfestigkeit in % in Abhängigkeit des Feuchtigkeitsgehalt
Laubholz
Nadelholz
Linien farbig wählen
100
Druckfestigkeit [%]
80
60
40
20
0
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
relative Holzfeuchte [m-%]
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Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 13
Versuch 2: Ermittlung der Druckfestigkeit und Umformungskennwerte quer zur
Faserrichtung
1. Vorbemerkungen und Ziel des Versuchs
Diese Laborübung soll das Verhalten von Holz an kleinen, fehlerfreien Proben bei
Druckbeanspruchung quer zur Faserrichtung aufzeigen. Das Verhalten des Holzes im elastischen
Bereich wird durch die Elastizitätsmoduln und die Proportionalitätsgrenzen gekennzeichnet.
Aufgrund zunehmender Verdichtung des Holzes im plastischen Bereich lässt sich häufig keine
Druckfestigkeit quer zur Faserrichtung definieren, so dass dann nur die Druckspannung ermittelt
werden kann, die einer definierten Gesamtverformung entspricht.
Bei der Druckprüfung quer zur Faserrichtung ist zwischen der Prüfung in radialer Richtung (parallel
zu den Holzstrahlen) und der Prüfung in tangentialer Richtung (parallel zu den Jahresringen) zu
unterscheiden. Für die Laborübung werden hauptsächlich Proben für eine Prüfung in radialer
Richtung vorbereitet.
Die Durchführung des Druckversuchs quer zur Faser erfolgt gemäß DIN 52 192. Die Probe wird
entsprechend dem Abschnitt 6 dieser Norm angefertigt, die sich auf einen Probekörper mit den
Abmessungen ca. 40 x 40 x 120 mm³ bezieht. Untersucht wird eine Nadelholzprobe.
Der Versuch soll die Bestimmung des Elastizitätsmoduls, der Proportionalitätsgrenze und der
Stauchgrenze zum Ergebnis haben.
2. Versuchsvorbereitung
Die zur Verfügung gestellte Nadelholzprobe ist raumfeucht zu prüfen. Zunächst sind die Masse
(auf 0,1 g) und die Abmessungen (Länge = axial zur Faser, Breite = tangential, Höhe = radial, auf
0,1 mm) der Probe zu ermitteln und zu dokumentieren.
Die Probe ist zentrisch in die Druckprüfeinrichtung einzubauen. Jeweils an den Seiten der Probe
wird eine Messeinrichtung angebracht, die eine Bestimmung des Stauchungsweges während des
Druckversuchs möglich macht. Dabei beträgt die Ausgangsmesslänge l0 = 50 mm (s. Abb. 4).
Der an der Maschinenanzeige angezeigte Verformungs-Messwert bezieht sich also auf diese
Ausgangsmesslänge.
3. Versuchsdurchführung
Nach Anbringung der Längenmessgeräte für die Ermittlung der Stauchung ist die Probe
gleichmäßig und stoßfrei zu belasten. Hierbei ist ein Kraft-Weg-Diagramm so weit aufzunehmen,
dass der Elastizitätsmodul (E-Modul) (Abb. 1), die Proportionalitätsgrenze (Abb. 2) und die
gewünschte Stauchgrenze (2%) (Abb. 3), bestimmt werden können. Das Kraft-Weg-Diagramm
wird von der Messwerterfassungseinrichtung der Druckprüfmaschine aufgezeichnet. Gleichzeitig
sind für die Erstellung der Auswertgrafiken und zur Bestimmung des E-Moduls die Kraft- und
Verformungswerte in 200 N - Schritten bzw. 400 N -Schritten (ab 2000 N) schriftlich aufzunehmen
und in die Tabelle 1.2 einzutragen.
Die Belastung ist bis zu einer Verformung von 2,0 mm, bezogen auf die Ausgangslänge l 0, zu
steigern.
Nach dem Versuchende ist die bleibende Verformung nach Entlastung der Probe festzustellen.
Die Probe wird dann, zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes zum Zeitpunkt der Prüfung, bei
105° C im Trockenofen 24 Stunden getrocknet und anschließend gewogen (md).
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Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 14
4. Versuchsergebnisse und Versuchsauswertung
Elastizitätsmodul
Für die Bestimmung des Druck-Elastizitätsmoduls ist aus dem linearen Bereich des
Kraft-Weg-Diagrammes (Abb. 1) ein unterer Kraftwert F1 und eine oberer Kraftwert F2 (in der
Nähe des Endes des linearen Bereiches) zu wählen. Es sollten für F1 und F2 solche Werte
gewählt werden, die bei der Aufnahme der Kraft- und den dazugehörigen Verformungswerte
abgelesen wurden (siehe Tab. 1.2). Mit den Kräften und den dazugehörigen Verformungswerten
werden ΔF und Δl wie folgt ermittelt:
F = F2 - F1 [N]
Δ
l = l2 - l1 [mm]
Δ
Der Druck-Elastizitätsmodul ED ist eine Kenngröße für die Verformungssteifigkeit der Probe im
elastischen Bereich. Er wird aus dem Spannung-Stauchungs-Diagramm bzw.
Kraft-Weg-Diagramm (aus dem X-Y-Schreiber der Maschine) entsprechend Abb.1 bestimmt als
Quotient aus der Druckspannung und der dazugehörigen Stauchung im linearen Bereich
(Hook'sche Gerade):
Druckspannung σD:
"D =
F
A
=
F
a$b
N
mm2
Stauchung ε :
=
l
l0
$ 100%
Druck-Elastizitätsmodul ED:
ED =
"D
=
(F 2 − F 1 ) $ l 0
a $ b $ (l 2 − l 1 )
=
=
Abb. 1: Schema zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls aus dem Kraft-Weg-Diagramm
1Semester11_03_16.lwp
N
mm 2
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 15
Erweiterte Proportionalitätsgrenze
Die erweiterte Proportionalitätsgrenze σP ist die Spannung, bei der die Steigung der Tangente an
die Spannungs-Stauchungs-Kurve bzw. an die Kraft-Weg-Kurve zwei Drittel der Steigung der
Hook'schen Gerade beträgt (siehe Abb. 2)
Für die Bestimmung der erweiterten Proportionalitätsgrenze ist aus dem Kraft-Weg-Diagramm die
Kraft FP zu entnehmen und daraus die Spannung σP,r wie folgt zu berechnen:
"P =
FP
a$b
=
=
N
mm 2
Abb. 2: Schema zur Bestimmung der erweiterten Proportionalitätsgrenze aus dem Kraft-Weg-Diagramm
Stauchgrenze
Die Stauchgrenze σS ist die Spannung bei einer bestimmten, überproportionalen Stauchung εS
(siehe Abb. 3). Die Bestimmung der Stauchgrenze erfolgt im Kraft-Weg-Diagramm durch
Parallelverschiebung der Hook'schen Gerade um die Strecke
l
=
s $ l 0
100
=
=
mm
wobei εS eine bestimmte, überproportionale Stauchung bedeutet. Diese Stauchung wird für die
Laborübung auf 2 % festgesetzt.
Die auf die Querschnittfläche (A) bezogene Kraft FS im Schnittpunkt der parallelverschobenen
Geraden mit der Kraft-Weg-Kurve ist die Stauchgrenze:
"s =
1Semester11_03_16.lwp
FS
a$b
=
=
N
mm 2
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 16
Abb. 3: Schema zur Bestimmung der Stauchgrenze aus dem Kraft-Weg-Diagramm
Druckspannung βDz:
Im Rahmen der Laborübung ist die Druckspannung der Probe quer zur Faser zu ermitteln, die eine
Gesamtstauchung (elastischer und plastischer Anteil) von 2 % der Messlänge verursacht. Das
bedeutet, dass die Kraft F 0,02l 0 zu ermitteln ist (graphisch), die eine Gesamtverformung von 0,02 l 0
= 1 mm verursacht.
Die Druckspannung ergibt sich dann aus:
Dz =
F 0,02l 0
a$b
=
=
N
mm 2
Zu beachten ist, dass sich der Verformungsweg, der während des Versuches ermittelt wird, immer
auf die Messlänge l0 bezieht:
Abb.4: Bezeichnung der Messlänge l0
1Semester11_03_16.lwp
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 17
Prüfkörper vor / nach der Druckprüfung
Kennzeichnen Sie an diesem Bild die Jahresringe und
die Richtung der Druckkraft
Die bleibende Verformung nach der Entlastung der Probe beträgt:
mm.
Geben Sie die Ergebnisse für den Elastizitätsmodul, Proportionalitätsgrenze und
Stauchgrenze zusammenfassend an.
1Semester11_03_16.lwp
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 18
Anlage 1 zu Versuch 2: Druckprüfung von Holz quer zur Faser - Wertetabelle
Die von der Prüfeinrichtung angezeigten Werte für die Last und der Verformung, sind in die unten stehende
Tabelle einzutragen.
F [kN]
Δ
abzulesen bei
abgelesen bei
1
2
l [mm]
3
0,2000
0,4000
0,6000
0,8000
1,0000
1,2000
1,4000
1,6000
1,8000
2,0000
2,4000
2,8000
3,2000
3,6000
4,0000
4,4000
4,8000
5,2000
5,6000
6,0000
6,4000
6,8000
7,2000
7,6000
8,0000
8,4000
8,8000
9,2000
9,6000
10,0000
10,4000
10,8000
Die bleibende Verformung nach Entlastung der Probe beträgt
1Semester11_03_16.lwp
mm.
Labor Praktikum 1. Semester
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 19
Fachbereich Bauwesen
Anlage 2 zum Versuch 2: Ermittlung der Druckfestigkeit quer zur Faserrichtung (DIN 52 192)
Druckprüfung radial zu den Jahresringen
Tag
Zeit
1
2
Probe
Nr.:
3
Abmessungen
a
b
(longitudinal)
(tangential)
[mm]
4
Massen
Druckfestigkeit
h
mu
md
[mm]
[mm]
[g]
[g]
[g]
5
6
7
8
9
Skizze der Probe mit Einzeichnung des Faserverlaufs:
Erläuterungen:
a
b
h
mu
md
Δm
F 0,02l0
A
βDz
=
=
=
=
=
=
=
=
=
1Semester11_03_16.lwp
Länge des Prüfkörpers [mm]
Breite des Prüfkörpers [mm]
Höhe des Prüfkörpers [mm], wobei h die Abmessung in Prüfrichtung ist
Masse des Prüfkörpers [g], im feuchten Zustand
Masse des Prüfkörpers [g], im trockenen Zustand
Differenz zwischen feuchter und trockener Masse [g und m-%]
Kraft, die eine Stauchung von 2% von l0 verursacht [kN]
Fläche, die beim Prüfen belastet wird [mm²]
Druckspannung des Prüfkörpers bei einer Stauchung von 2% [N/mm²]
F0,02l0
A
βDz
[m-%]
[kN]
[mm²]
[N/mm²]
10
12
13
14
m
Δ
Labor Praktikum 1. Semester
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 20
Fachbereich Bauwesen
Anlage 3 zum Versuch 2: Druckfestigkeit quer zur Faserrichtung - Versuchsauswertung
Druckprüfung radial zu den Jahresringen
F
l1
l2
Δ
l
ED
Fp
σp
Fs
σs
[kN]
[kN]
[mm]
[mm]
[mm]
[N/mm²]
[kN]
[N/mm²]
[kN]
[N/mm²]
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
F1
F2
[kN]
1
Δ
Erläuterungen:
F1
F2
ΔF
l1
l2
Δl
ED
Fp
σp
Fs
σs
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Untere Druckkraft aus dem linearen Bereich [kN]
Obere Druckkraft aus dem linearen Bereich [kN]
Relative elastische Stauchkraft [kN]
Unterer Stauchungsweg aus dem linearen Bereich [kN]
Oberer Stauchungsweg aus dem linearen Bereich [kN]
Differenz vom unteren zum oberen Stauchungsweg [mm]
Druckelastizitätsmodul [N/mm²]
Kraft an der erweiterten Proportionalitätsgrenze
Erweiterte Proportionalitätsgrenze (Spannung, bei der die Steigung der
Tangente an die Spannungs-Stauchungs-Kurve zwei Drittel der Steigung
Hook'schen Geraden beträgt) [N/mm²]
= Kraft an der Stauchgrenze (2% von l0)
= Stauchgrenze (Spannung bei einer überproportionalen Stauchung) [N/mm²]
1Semester11_03_16.lwp
Labor Praktikum 1. Semester
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 21
Fachbereich Bauwesen
Anlage 4 zum Versuch 2: Druckversuch quer zur Faserrichtung
Kraft-Weg-Diagramm zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls
10
9
8
Druckkraft [kN]
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Verformungsweg [mm]
1Semester11_03_16.lwp
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
Labor Praktikum 1. Semester
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 22
Fachbereich Bauwesen
Anlage 5 zum Versuch 2: Druckversuch quer zur Faserrichtung
Kraft-Weg-Diagramm zur Bestimmung der erweiterten Proportionalitätsgrenze
10
9
8
Druckkraft [kN]
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Verformungsweg [mm]
1Semester11_03_16.lwp
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
Labor Praktikum 1. Semester
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 23
Fachbereich Bauwesen
Anlage 6 zum Versuch 2: Druckversuch quer zur Faserrichtung
Kraft-Weg-Diagramm zur Bestimmung der Stauchgrenze (2%)
10
9
8
Druckkraft [kN]
7
6
5
4
3
2
1
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Verformungsweg [mm]
1Semester11_03_16.lwp
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Labor Praktikum 1. Semester
Fachbereich Bauwesen
Anlage 7 zum Versuch 2: Druckversuch quer zur Faserrichtung
Kraft-Weg-Diagramm aus dem X-Y-Schreiber der Prüfmaschine
1Semester11_03_16.lwp
Seite: 24
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 25
Versuch 3: Bestimmung der Scherfestigkeit in Faserrichtung von Laub- und Nadelholz
1. Vorbemerkungen und Ziel des Versuchs
Für die Ermittlung der Scherfestigkeit werden würfelförmige Proben mit der Kantenlänge a = 50 mm
verwendet. Hierbei müssen die Achsen des Würfels mit den holzanatomischen Richtungen
(longitudinal, radial, tangential) übereinstimmen.
Für die Prüfung wird je eine Laub- und eine Nadelholzprobe vom Labor vorbereitet. Die Proben sind
bis zu ihrer Prüfung im Normalklima (20° C / 65% Luftf.) aufbewahrt. Die Prüfung der Scherfestigkeit
erfolgt nach DIN 52 187 (05.79). Ziel des Versuchs ist es, den Begriff der Scherfestigkeit zu
veranschaulichen und die Größe der Scherfestigkeit an Laub- und Nadelholzproben zu ermitteln.
2. Versuchsvorbereitung
Zunächst sind die Abmessungen und die Masse der Proben zu ermitteln und in dem vorgesehenen
Tabellenblatt einzutragen. Mit der zu Prüfbeginn gewogenen Masse ist der Feuchtigkeitsgehalt zum
Zeitpunkt der Prüfung zu errechnen (m-%).
Die für diesen Versuch maßgebende DIN 52 187 durchzuführende Prüfung schreibt eine
gleichmäßig aufzubringende Scherkraft vor, so dass die Höchstkraft Fmax in einer Zeit von (1,5 ! 0,5)
Minuten erreicht wird. Deshalb muss zu Beginn der Prüfung der Prüfbereich der Laub- und
Nadelholzprobe abgeschätzt werden und daraus die an der Prüfmaschine einzustellende
Lastzunahme je Sekunde errechnet werden.
Prüfgeschwindigkeit für die Prüfung der Laubholzprobe:
v prüf (Laubholz) =
90
=
kN
s
=
kN
s
Prüfgeschwindigkeit für die Prüfung der Nadelholzprobe:
v prüf (Nadelholz) =
90
3. Versuchsdurchführung:
Bei der Prüfung der Scherfestigkeit in Faserrichtung kann die Scherebene in radialer (lr) oder in
tangentialer (lt) Richtung des Holzes verlaufen.
Die Probe wird so in die Schervorrichtung eingesetzt,
dass die Faserrichtung der Probe mit der Achse des
Beanspruchungssystems übereinstimmt und die
Scherebene in der Mitte der Probe entweder in radialer
oder tangentialer Richtung des Holzes verläuft (siehe
Abb. 5).
Abb. 5: Würfelförmige Scherprobe mit schematischer
Darstellung der Scherebenen lt und lr
1Semester11_03_16.lwp
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Seite: 26
4. Versuchsergebnis
Die Prüfung der Scherfestigkeit an der Laub- und Nadelholzprobe erfolgt in
Richtung.
Die Scherfestigkeit für Laubholz ergibt sich aus der folgenden Beziehung:
$ Laubholz =
F max
a bzw. b $ h
=
=
N
mm 2
Der Festigkeitswert bezieht sich auf einen Feuchtigkeitsgehalt zum Zeitpunkt der Prüfung von:
m
=
mu − md
md
$ 100% =
$ 100% =
m−%
Die Scherfestigkeit für Nadelholz ergibt sich aus der folgenden Beziehung:
$ Nadelholz =
F max
a bzw. b $ h
=
=
N
mm 2
Der Festigkeitswert bezieht sich auf einen Feuchtigkeitsgehalt zum Zeitpunkt der Prüfung von:
m
=
mu − md
md
$ 100% =
$ 100% =
m−%
Der Vergleich der Scherfestigkeiten der Laub- und Nadelholzprobe ergibt folgendes Ergebnis:
Die Bruchbilder lassen sich wie folgt beschreiben:
1Semester11_03_16.lwp
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Holz
Bilddokumentation:
Scherversuch: Laub- / Nadelholzprobe in der Prüfmaschine
Scherversuch: Bruchbild der Laub- und Nadelholzprobe
1Semester11_03_16.lwp
Seite: 27
Labor Praktikum
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 28
Fachbereich Bauwesen
Anlage 1 zum Versuch 3: Ermittlung der Scherfestigkeit τ von Holz
Tag
Zeit
1
2
Probe
Nr.:
3
Der abgeschätzte Prüfbereich
für die Laubholzprobe:
für die Nadelholzprobe:
Abmessungen
Massen
mu
Scherfestigkeit
b
h
(tangential)
(längs)
[mm]
[mm]
[mm]
[g]
[g]
[g]
[m-%]
[kN/s]
[kN]
[mm²]
[N/mm²]
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
md
Vprüf
m
Δ
Fmax
τ
a
(radial)
A
a bzw. b x h
Skizze des Probekörpers mit Einzeichnung des Faserverlaufs und der Scherfläche:
[kN]
[kN]
Erläuterungen:
a
b
h
mu
md
Δm
Vprüf
Fmax
A
τ
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Länge des Prüfkörpers [mm]
Breite des Prüfkörpers [mm]
Höhe des Prüfkörpers [mm], wobei h die Abmessung in Prüfrichtung ist
Masse des Prüfkörpers [g], im feuchten Zustand
Masse des Prüfkörpers [g], im trockenen Zustand
Differenz zwischen feuchter und trockener Masse [g und m-%]
Prüfgeschwindigkeit des Prüfgerätes [kN/s]
Kraft, die zum Bruch des Prüfkörpers führt [kN]
Fläche, die beim Prüfen belastet wird [mm²]
Scherfestigkeit des Prüfkörpers in tangentialer / radialer Richtung [N/mm²]
1Semester11_03_16.lwp
Laborübung 1. Semester
Prüfung natürlicher und künstlicher Steine
Seite: 29
2. Prüfen natürlicher und künstlicher Steine
Natürliche Steine sind ein Gemenge verschiedenartiger Mineralien, teilweise bestehen sie nur aus
einer Mineralart.
Nach ihrer Entstehung teilt man die Gesteine in drei Hauptgruppen ein:
a. Magmagesteine (Erstarrungs-, Eruptivgesteine, Magmatite), die aus dem schmelzflüssigen
Magma erstarren.
b. Sedimentgesteine (Schicht-, Absatzgesteine), die durch Ablagerung von verwittertem
Gesteinsmaterial entstehen.
c. Metamorphe Gesteine (Umwandlungsgesteine), die durch Umwandlung anderer Gesteine
infolge Druck- und Temperatureinwirkung in der Erdkruste entstehen.
Die Eigenschaften und Verwendbarkeit der Natursteine hängen im wesentlichen von ihrer
geologischen Entstehung und ihrer Zusammensetzung -Mineralbestand- ab.
1Semester11_03_16.lwp
Laborübung 1. Semester
Prüfung natürlicher und künstlicher Steine
Seite: 30
Versuch 4: Ermittlung der Druckfestigkeit an natürlichen und künstlichen Steinen
1. Vorbemerkungen und Ziel des Versuchs
Mit der Untersuchung von natürlichen und künstlichen Steinen soll der quantitative Unterschied der
gemeinsamen Eigenschaften aufgezeigt werden. Die Auswahl zwischen natürlichen und künstlichen
Steinen im Bauwesen hat nicht nur die Gestehungskosten als Kriterium, sondern gründet oftmals auf
die sich unterscheidenden Materialkennwerte die die folgenden Untersuchungen deutlich machen
sollen.
Es ist für je eine raumfeuchte Naturstein- und Ziegelsteinprobe die Druckfestigkeit zu ermitteln. Die
Durchführung der Druckfestigkeitsprüfung am natürlichen Stein erfolgt nach DIN 52105 (8.88). Die
Druckfestigkeitsprüfung am künstlichen Stein aus Mauerziegel ist entsprechend der DIN 105
durchzuführen.
Die Natursteinprobe wird vom Labor nach DIN 52105 vorbereitet. Für die Prüfung werden je nach
Laborgruppe unterschiedliche natürliche Gesteinsarten (Tiefengestein, Ergussgestein, Ganggestein,
Sedimentgestein) verwendet.
Für die Untersuchungen von Mauerziegelproben (Vollziegel) sind die Probekörper von der
Laborgruppe selbst anzufertigen.
2. Versuchsvorbereitung
Natürlicher Stein:
Die Natursteinprobe ist ca. 50 mm x 50 mm x 50 mm groß und ist vor Prüfbeginn zu messen (auf
! 0,1 mm) und zu wiegen ( auf ! 1 g). Die Messwerte und die zu berechnende Querschnittsfläche A0
sind in die dafür vorgesehene Tabelle (Anhang 1 zum Versuch 5) einzutragen.
Als natürlicher Stein wird ein
untersucht.
Künstlicher Stein:
Um einen würfelförmigen Probekörper zu erhalten, ist ein Vollziegel mit einer Säge mittig zu hälften
und die Hälften so aufeinander zu mauern, dass die Schnittflächen gegenläufig liegen. Dabei ist die
Mauerfuge wie auch die Abgleichschicht der Druckflächen mit einem Zementmörtel herzustellen. Der
Zementmörtel besteht aus einem Raumteil Zement der Festigkeitsklasse 42,5 nach DIN 1164 Teil 1
und einem Raumteil gewaschenen Natursand 0 bis 1 mm. Beim Herstellen von Probekörpern aus
Lochziegeln ist darauf zu achten, dass die Hohlräume der Steine frei von Mörtel bleiben müssen. Die
Abgleichschichten und die Fuge sollen möglichst dünn und nicht dicker als 5 mm sein. Die
Abgleichschichten müssen ebenflächig und planparallel zueinander stehen. Dem Mörtel muss bis zur
Durchführung des Druckversuchs ausreichend Zeit zum Erhärten gelassen werden. Der Probekörper
wird daher vom Laborpersonal für Sie vorbereitet. Eine ausreichende Aushärtezeit ist damit
gewährleistet.
Nachdem die Probe hergestellt ist, ist die Vollziegelprobe für die eigentliche Druckprüfung
geometrisch auszumessen und zu wiegen. Die Länge, Breite und Höhe und die daraus berechnete
Querschnittsfläche sind auf ganze Millimeter gerundet festzustellen und wie auch die Masse in die
vorbereitete Tabelle (Anhang 1 zum Versuch 4) einzutragen.
Folgender Mauerziegel wird untersucht:
3. Versuchsdurchführung
1Semester11_03_16.lwp
Laborübung 1. Semester
Prüfung natürlicher und künstlicher Steine
Seite: 31
Der Druckversuch ist mit einer Druckprüfmaschine nach DIN 51 223 durchzuführen. Der Druck muss
stets senkrecht zu den Prüfflächen wirken. Die lufttrockenen Proben werden bis zum Bruch belastet.
Die Belastung hat langsam und stetig so zu erfolgen, dass die Druckspannungszunahme am
natürlichen Stein (1 ! 0,5) N/mm² pro Sekunde beträgt und die Spannung am Mauerziegel um 0,5
bis 0,6 N/mm² pro Sekunde zunimmt. Die Prüfgeschwindigkeiten errechnen sich somit für
Naturstein:
v prüf =
(1 ! 0,5 ) $ A 0
1000
=
1000
=
1000
=
kN
s
Mauerziegel:
v prüf =
0,5 + 0,6
2
$ A0
1000
=
kN
s
Die Probekörper sind zentrisch zwischen die Druckplatten der Druckprüfmaschine zu stellen.
4. Versuchsergebnis
Die Druckfestigkeit βD ergibt sich aus der Höchstlast, die der Probekörper maximal bis Bruch
aushält (Prüflast), dividiert durch die volle umschlossene Querschnittsfläche des Probekörpers:
Naturstein:
D =
1000 $ F max
A0
=
=
N
mm 2
Für die Beurteilung der Druckfestigkeitsergebnisse von Natursteinen gibt die Literatur Richtzahlen für
die verschiedenen Gesteine an, eingeteilt in die verschiedenen Gesteinsarten. Für eine
zahlenmäßige Versuchsauswertung werden in den folgenden Tabellen 1a, 1b und 1c die Richtwerte,
auch für die nachfolgenden Versuche aufgestellt.
Die gemessene Bruchfestigkeit des Mauerziegel-Probekörpers muss teilweise korrigiert werden, da
kleinformatige Körper günstigere Prüfergebnisse durch die behinderte Querdehnung an den
Druckplatten der Prüfmaschine aufweisen. Für höhere Probekörper wird eine rechnerische
Steinfestigkeit ermittelt durch die gemessene Bruchspannung und einen Formfaktor f. Er darf aber bei
LLz (DIN 105, Teil 5) nicht verwendet werden, ebenso bei HLz nach DIN 105, Teil 2 für die
Druckfestigkeitsklasse 2.
Probekörperhöhe
Formfaktor f
[ 155 mm
175 mm
238 mm
1
1,1
1,2
Mauerziegel:
D =
1000 $ F max
A0
$f =
$
=
N
mm 2
Die Mauerziegel werden zur Klassifizierung ihrer Belastbarkeit in Festigkeitsklassen eingeteilt. Die
Benennung der Festigkeitsklasse erfolgt nach dem zugelassenen kleinsten Einzelwert einer
1Semester11_03_16.lwp
Laborübung 1. Semester
Prüfung natürlicher und künstlicher Steine
Seite: 32
Prüfserie. Daneben muss von der Serie auch der Mittelwert eingehalten werden. Eine Kennzeichnung
der Ziegel und Klinker erfolgt durch Werkszeichen und Farbstreifen für die jeweilige Festigkeitsklasse
oder durch Beschriftung auf der Verpackung.
Zur Auswertung des ermittelten Druckfestigkeitswertes der Mauerziegelprobe dient die Tabelle 2, die
die Grenzwerte der Druckfestigkeiten nach DIN 105, Teil 1 aufführt.
Tabelle 1a: Richtzahlen für Magmatische und metamorphe Gesteine
Rohdichte
ρr
(Rein-)dichte
ρ0
Wahre
Porosität
Wasseraufnahme
Scheinbare
Porosität
Druckfestigkeit
kg/dm³
kg/dm³
Vol.-%
M.-%
Vol.-%
N/mm²
Granit, Syenit
2,60 bis 2,80
2,62 bis 2,85
0,4 bis 1,5
0,2 bis 0,5
0,4 bis 1,4
160 bis 240
Diorit, Gabbro
2,80 bis 3,00
2,85 bis 3,05
0,5 bis 1,2
0,2 bis 0,4
0,5 bis 1,2
170 bis 300
Quarzporphyr
Keratorphyr
Porphyrit, Andesit,
Rhyolith, Dacit
2,55 bis 2,80
2,58 bis 2,83
0,4 bis 1,8
0,2 bis 0,7
0,4 bis 1,8
180 bis 300
Basalt, Melaphyr
2,95 bis 3,00
3,00 bis 3,15
0,2 bis 0,9
0,1 bis 0,3
0,2 bis 0,8
250 bis 400
Basaltlava
2,20 bis 2,35
3,00 bis 3,15
20 bis 25
4 bis 10
9 bis 24
80 bis 150
Diabas
2,80 bis 2,90
2,85 bis 2,95
0,3 bis 1,1
0,1 bis 0,4
0,3 bis 1,0
180 bis 250
Gneis
2,65 bis 3,00
2,67 bis 3,05
0,4 bis 2,0
0,1 bis 0,6
0,3 bis 1,8
160 bis 280
Serpentin
2,60 bis 2,75
2,62 bis 2,78
0,3 bis 2,0
0,1 bis 0,7
0,3 bis 1,8
140 bis 250
Tabelle 1b: Richtzahlen für Sandsteine
Rohdichte
ρr
(Rein-)dichte
ρ0
Wahre
Porosität
Wasseraufnahme
Scheinbare
Porosität
Druckfestigkeit
kg/dm³
kg/dm³
Vol.-%
M.-%
Vol.-%
N/mm²
Grauwacke,
Quarzit
2,60 bis 2,65
2,64 bis 2,68
0,4 bis 2,0
0,2 bis 0,5
0,4 bis 1,3
150 bis 300
Quarzitische
Sandsteine
2,60 bis 2,65
2,64 bis 2,68
0,4 bis 2,0
0,2 bis 0,5
0,4 bis 1,3
120 bis 200
Sonstige
Quarzgesteine
2,00 bis 2,65
2,64 bis 2,72
0,5 bis 25
0,2 bis 9
0,5 bis 24
30 bis 180
Tabelle 1c: Richtzahlen für Kalksteine
Rohdichte
ρr
(Rein-)dichte
ρ0
Wahre
Porosität
Wasseraufnahme
Scheinbare
Porosität
Druckfestigkeit
kg/dm³
kg/dm³
Vol.-%
M.-%
Vol.-%
N/mm²
Dichte Kalke und
Dolomite (einschl.
Marmore)
2,65 bis 2,85
2,70 bis 2,90
0,5 bis 2,0
0,2 bis 0,6
0,4 bis 1,8
80 bis 180
Sonstige
Kalksteine
1,70 bis 2,60
2,70 bis 2,74
0,5 bis 30
0,2 bis 10
0,5 bis 25
20 bis 90
Travertin
2,40 bis 2,50
2,69 bis 2,72
5 bis 12
2 bis 5
4 bis 10
20 bis 60
Tabelle 2: Druckfestigkeitsklassen und Farbkennzeichnung nach DIN 105
Festigkeitsklasse
1Semester11_03_16.lwp
Druckfestigkeit in N/mm²
Farbkennzeichnung
Laborübung 1. Semester
Prüfung natürlicher und künstlicher Steine
Mittelwert
kleinster Einzelwert
Seite: 33
4
5,0
4,0
6
7,5
6,0
blau
rot
8
10,0
8,0
Stempel schwarz
12
15,0
12,0
ohne
20
25,0
20,0
gelb
28
35,0
28,0
braun
Stellen Sie die ermittelte Druckfestigkeit des von Ihnen untersuchten Natursteines den Werten
der Richtzahlentabellen gegenüber und beurteilen Sie das Ergebnis.
Weisen Sie nach, dass die untersuchte Probe der Festigkeitklasse 20 angehört. Wir
unterstellen dabei, dass wir 5 weitere geprüfte Mauerziegelproben mit dem gleichen Ergebnis
wie die von Ihnen untersuchte Probe geprüft haben. (Nachweis des kleinsten Einzelwertes und
des Mittelwertes!)
1Semester11_03_16.lwp
Laborübung 1. Semester
Prüfung natürlicher und künstlicher Steine
Bilddokumentation:
Natursteinprobe vor dem Druckversuch
Natursteinprobe nach dem Druckversuch
1Semester11_03_16.lwp
Seite: 34
Laborübung 1. Semester
Prüfung natürlicher und künstlicher Steine
Mauerziegelprobe vor dem Druckversuch
Mauerziegelprobe nach dem Druckversuch
1Semester11_03_16.lwp
Seite: 35
Labor Praktikum 1. Semester
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 36
Fachbereich Bauwesen
Anlage 1 zum Versuch 4: Ermittlung der Druckfestigkeit βD von Naturstein und Mauerziegel
Tag
Zeit
1
2
Probe
3
Abmessungen
βD
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Druckfestigkeit
b
h
V
md
Vprüf
Fmax
A
βD
[mm]
[mm]
[mm]
[mm³]
[g]
[kN/s]
[kN]
[mm²]
[N/mm²]
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Länge des Prüfkörpers [mm]
Breite des Prüfkörpers [mm]
Höhe des Prüfkörpers, wobei h die Abmessung in Prüfrichtung ist [mm]
Volumen des Prüfkörpers [mm³]
Masse des Prüfkörpers, im trockenen Zustand [g]
Prüfgeschwindigkeit des Prüfgerätes [kN/s]
Kraft, die zum Bruch des Prüfkörpers führt [kN]
Fläche, die beim Prüfen belastet wird [mm²]
Druckfestigkeit des Prüfkörpers [N/mm²]
1Semester11_03_16.lwp
Masse
l
Erläuterungen:
l
b
h
V
md
Vprüf
Fmax
A
Volumen
Laborübung 1. Semester
Prüfen natürlicher und künstlicher Steine
Seite: 37
Versuch 5: Bestimmung der Trockenrohdichte, Scherbenrohdichte
1. Vorbemerkungen und Ziel des Versuchs
Für den Naturstein ist nach DIN 52 102 die Trockenrohdichte ρR zu bestimmen. Die Trockenrohdichte
ist die Dichte einschließlich des vorhandenen Eigenporenraumes der getrockneten Probe.
Für den Ziegelstein ist die Scherbenrohdichte ρsch nach DIN 105, Teil 1 zu bestimmen. Die
Scherbenrohdichte ist die Masse des getrockneten Ziegels bezogen auf das Scherbenvolumen
(äußeres Volumen, abzüglich des Volumens der Lochkanäle, Mörteltaschen und Griffhilfen).
Mit der Trockenrohdichte bzw. Scherbenrohdichte sind später der Dichtigkeitsgrad und die
Gesamtporosität zu berechnen (siehe unten).
2. Versuchsvorbereitung
Der Ermittlung der Rohdichten geht die Bestimmung der Volumina VR und der Trockenmassen mtr der
vorgelegten Proben voraus. Sind die Probekörper regelmäßig in ihrer Form, so kann das Volumen
jeweils durch Ausmessen auf 0,1 mm Genauigkeit bestimmt werden (Ausmessverfahren VB, für
Naturstein nach DIN 52 102). Für die Volumenbestimmung von unregelmäßigen Probekörpern ist
jedoch das Auftriebsverfahren (Unterwasserwägung) anzuwenden (Auftriebs-Verfahren VA, für
Naturstein nach DIN 52 102; für Ziegel nach DIN 105 T1, Abschnitt 6.3.2). Das Volumen ergibt sich
dann aus der Gewichtsdifferenz des an der Luft und unter Wasser gewogenen, getränkten Steins.
3. Versuchsdurchführung
Zunächst ist die Masse md der bis zur Massenkonstanz getrockneten Proben zu wiegen und in die
Tabelle des Anhanges 1 zu diesem Versuch einzutragen. Die getrockneten Proben sind dann 1
Stunde vollständig mit Überdeckung in Wasser zu lagern. Sie werden anschließend aus dem Wasser
entnommen und mit einem feuchten, kräftig ausgewrungenen Tuch abgetupft, um das anhaftende
Oberflächenwasser zu entfernen und in diesem Zustand erneut gewogen (m1). Unmittelbar im
Anschluss, sind die Proben unter Wasser zu wiegen. Dazu ist im Labor eine entsprechende
Vorrichtung an einer Waage befestigt, die diese Wägung ermöglicht. Es ist darauf zu achten, dass
keine Luftblasen an den Proben anhaften. Die Unterwasserwägung ergibt die Masse m2.
4. Versuchsergebnis
Die Trockenrohdichte ρR bzw. Scherbenrohdichte ρsch ist aus der Trockenmasse md und dem Volumen
VR bzw. Vsch zu berechnen. Das Volumen berechnet sich für den
Naturstein:
VR =
m1 − m2
-Wasser
=
=
cm3
Mauerziegel:
VSch =
m1 − m2
-Wasser
=
=
cm3
Die Berechnung der Trockenrohdichte bzw. Scherbenrohdichte erfolgt nach den folgenden
Gleichungen:
Trockenrohdichte:
1Semester11_03_16.lwp
Laborübung 1. Semester
Prüfen natürlicher und künstlicher Steine
-R =
md
VR
=
=
Seite: 38
g
cm3
Scherbenrohdichte:
- sch =
md
V sch
=
=
g
cm 3
Die Ergebnisse sind auf zwei Stellen hinter dem Komma anzugeben.
Bilddokumentation:
Mauerziegel bei der Unterwasserwägung
Stellen Sie die ermittelte Rohdichte des Natursteins den Werten der Richtzahlentabellen
gegenüber und beurteilen Sie das Ergebnis.
1Semester11_03_16.lwp
Labor Praktikum
Fachhochschule Gießen - Friedberg
Seite: 39
Fachbereich Bauwesen
Anlage 1 zum Versuch 5: Ermittlung der Rohdichte von Naturstein und Mauerziegel
Tag
1
Zeit
2
Probe
3
Volumen
=
=
=
=
=
=
md
m1
m2
ρR bzw. ρsch
[cm³]
[g]
[g]
[g]
[g/cm³]
4
5
6
7
8
Volumen des Prüfkörpers [cm³]
Masse des Prüfkörpers, im darrtrockenen Zustand [g]
Masse des Prüfkörpers [g], im feuchten Zustand [g]
Masse des Prüfkörpers, unter Wasser [g]
Trockenrohdichte des natürlichen Steins, einschl. Luftporen [g/cm³]
Scherbenrohdichte des künstlichen Steins, einschl. Luftporen [g/cm³]
1Semester11_03_16.lwp
Rohdichte
V
Erläuterungen:
V
md
m1
m2
ρR
ρsch
Massen
Laborübung 1. Semester
Prüfen natürlicher und künstlicher Steine
Seite: 40
Versuch 6: Bestimmung der Dichte (Reindichte), Dichtigkeitsgrad und Gesamtporosität
Die Dichte ρ0 ist nach DIN 52 102 definiert als der Quotient aus der Tockenmasse md und dem
Volumen V0 des Steins ausschließlich etwa vorhandenen Porenraumes. Im Rahmen dieses Versuchs
sollen der Dichtigkeitsgrad und die Gesamtporosität eines Natursteins und eines künstlichen Steins
mit Hilfe der Dichte und Rohdichte bestimmt werden.
1. Vorbemerkungen und Ziel des Versuchs
Mit der Bestimmung der Dichte und der bereits ermittelten Rohdichte ist es möglich, das
Porenvolumen und den Dichtigkeitsgrad des untersuchten Steines zu berechnen. Der Versuch soll
mit diesen Berechnungen aufzeigen, wie sich das Porenvolumen des Natursteins von dem der
Mauerziegelprobe unterscheidet. Der vorhandene Porenraum ist von entscheidener Bedeutung für
die Wasseraufnahme und damit auch für die Frostbeständigkeit des Baustoffes.
2. Versuchsvorbereitung
Jeweils eine Probe des Natursteins und der Mauerziegelprobe (> 30 g) ist aus der Menge der
Bruchstücke aus der Druckfestigkeitsprüfung zu entnehmen. Es ist darauf zu achten, dass die Proben
repräsentativ genommen werden, d.h. dass Bruchstücke vom inneren und äußeren Bereich der Probe
zu entnehmen sind. Diese Maßnahme ist besonders bei der Ziegelprobe von entscheidendem
Einfluss, da die Materialfestigkeit durch den Brennvorgang unterschiedliche Festigkeiten über den
Steinquerschnitt aufweist.
Diese Bruchstücke sind dann mit einem Mörser so zu zerkleinern, dass das Material vollständig durch
ein Sieb mit der Maschenweite 0,2 gesiebt werden kann. Mit der Zerkleinerung des Materials wird der
Eigenporenraum des Steines weitgehend eliminiert. Mit diesem pulverisierten Material kann nun die
eigentliche Bestimmung der Dichte erfolgen.
3. Versuchsdurchführung
An dem gewonnenen Prüfgut kann die Dichte ρ0, wie bereits im Versuch 6 dargestellt, bestimmt
werden. Neben dem Gewicht des gemörserten Prüfgutes ist auch sein Volumen mittels einer
Unterwasserwägung zu bestimmen. Die Gewichts- und Volumenbestimmung des pulverisierten
Prüfgutes erfolgt im Rahmen des sogenannten Pyknometerversuchs.
Das Pyknometer ist ein Glasgefäß mit einem Fassungsvermögen von 200 ml. Es wird zu Beginn des
Versuchs leer gewogen (mit Schliffaufsatz) und damit die Masse m 1 ermittelt. In das leere
Pyknometer ist dann ca. 30 g der zerkleinerten Prüfsubstanz einzufüllen und erneut zu wiegen als
Masse m2. Die Differenz beider Wägungen ist die Einwaage mE.
Für den Naturstein beträgt die Einwaage:
mE = m2 - m1 =
=
g
=
g
Für den Mauerziegel beträgt die Einwaage:
mE = m2 - m1 =
Es wird nun das Pyknometer mit der Prüfsubstanz vorsichtig mit Prüfflüssigkeit (Wasser mit einer
Temperatur von (25 ! 0,2)° C) aufgefüllt, so dass möglichst wenig Luft in das Gemisch mit
eingebracht wird. Etwa an den Körnern haftende Luftblasen sind durch Rütteln oder Klopfen
möglichst weitgehend zu entfernen. Anschließend ist das Pyknometer im Vakuum von 30 hPa so
lange aufzustellen, bis keine Luftblasen mehr aufsteigen. Danach füllt man das Pyknometer mit der
Prüfflüssigkeit durch vorsichtiges Überschichten bis zum Rand auf, setzt den Stopfen ein und entfernt
mit einem nicht sehr saugfähigem Filtrierpapier sorgfältig die übergetretene Prüfflüssigkeit. Das
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Laborübung 1. Semester
Prüfen natürlicher und künstlicher Steine
Seite: 41
außen trockene Pyknometer ist dann zu wiegen, und man erhält damit die Masse m 3. Das
Pyknometer ist zu leeren, zu säubern und dann, nur mit Prüfflüssigkeit gefüllt, zu wiegen zur
Bestimmung der Masse m4.
4. Versuchsergebnis
Die Dichte ρ0 ist in in g/cm³ nach folgender Gleichung zu berechnen, für:
Naturstein:
-0 =
mE $ - F
mE + m4 − m3
=
=
g
cm3
-0 =
mE $ - F
mE + m4 − m3
=
=
g
cm3
Mauerziegel:
Hierin bedeuten:
mE
Einwaage in g
ρF
Dichte der Prüfflüssigkeit in g/cm³
m3
Masse des Pyknometers mit Stopfen,
Messprobe und Prüfflüssigkeit in g
m4
Masse des Pyknometers mit Stopfen
und Prüfflüssigkeit in g
Mit dem Verhältnis der Trockenrohdichte zur Dichte lässt sich der Dichtigkeitsgrad d der Proben
berechnen für
Naturstein:
d =
-R
-0
d =
- sch
-0
=
=
Mauerziegel:
=
=
Die Gesamtporosität p der Steinproben umfasst die offenen und geschlossenen Poren und errechnet
sich für
Naturstein:
PV = 1 −
-R
-0
$ 100% = (1 − d ) $ 100% =
=
Vol. − %
=
Vol. − %
Mauerziegel:
PV = 1 −
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- sch
-0
$ 100% = (1 − d ) $ 100% =
Laborübung 1. Semester
Prüfen natürlicher und künstlicher Steine
Bilddokumentation:
Absaugen der noch verbliebenen Luft in der Prüfsubstanz des Natursteins
Absaugen der noch verbliebenen Luft in der Prüfsubstanz des Mauerziegels
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Seite: 42
Laborübung 1. Semester
Prüfen natürlicher und künstlicher Steine
Seite: 43
Fassen Sie die Versuchsergebnisse kurz zusammen:
Stellen Sie die ermittelte Dichte des natürlichen Steines den Werten der Richtzahlentabellen
gegenüber und beurteilen Sie das Ergebnis.
Stellen Sie einen Vergleich der Dichten, des Dichtigkeitsgrades und des Porenvolumens
zwischen dem Naturstein und der Mauerziegelprobe an.
Erläutern Sie das Prinzip der Ermittlung der Dichte ρ0 (hier bitte nicht den Pyknometerversuch
aufschreiben!).
1Semester11_03_16.lwp
Labor Praktikum
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Seite: 44
Fachbereich Bauwesen
Anlage 1 zum Versuch 6: Ermittlung der Reindichte von Naturstein und Mauerziegel
Tag
Zeit
1
2
Massen
Probe
3
Dichte
m1
m2
mE = m2 - m1
m3
m4
m3 - m4
ρ0
[g]
[g]
[g]
[g]
[g]
[g]
[g/cm³]
4
5
6
7
8
9
10
Erläuterungen:
m1
m2
m2 -m1
m3
m4
m3 -m4
ρ0
=
=
=
=
=
=
=
Masse des Pyknometers [g]
Masse des Pyknometers + Prüfsubstanz [g]
Masse der Prüfsubstanz [g]
Masse des Pyknometers + Prüfsubstanz + Wasser [g]
Masse des Pyknometers + Wasser [g]
Masse der Prüfsubstanz abzgl. der volumengleichen Wassermenge [g]
Dichte der Prüfsubstanz [g/cm³]
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Labor Praktikum
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Seite: 45
Fachbereich Bauwesen
Anlage 2 zum Versuch 6: Bestimmung des Porenvolumens und des Dichtigkeitsgrades bei Naturstein und Mauerziegel
Tag
1
Zeit
2
Probe
3
Rohdichte
Dichte
Porenvolumen
Dichtigkeitsgrad
ρR bzw. ρsch
ρ0
PV
d
[g/cm³]
[g/cm³]
[Vol-%]
[-]
4
5
6
7
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Laborübung 1. Semester
Prüfen natürlicher und künstlicher Steine
Seite: 46
Versuch 7: Bestimmung der Wasseraufnahme von natürlichen und künstlichen Steinen
Für Baustoffe, die bei ihrer Anwendung allseitig mit Wasser in Berührung kommen oder auch auf
andere Weise völlig durchfeuchtet werden, ist zur Beurteilung, z.B. der Frostbeständigkeit und auch
der Aufnahmefähigkeit von aggressiven Lösungen, die Wasseraufnahme W nach DIN 52103 eine
maßgebende Eigenschaft.
1. Vorbemerkungen und Ziel des Versuchs
Im Rahmen dieses Versuchs ist die Wasseraufnahme unter Atmosphärendruck von einem Naturstein
und einem Mauerziegel zu ermitteln.
Die Wasseraufnahme W ist die Differenz zwischen der Masse der wassergelagerten Probe mw und
der getrockneten Probe md.
2. Versuchsvorbereitung
Für die Prüfung sind die Proben unter Wasser zu reinigen und von losen Teilen zu befreien und
anschließend bis zu ihrer Massenkonstanz bei (110 ! 5)°C zu trocknen. Die Proben sind bis zu
diesem Zustand vom Laborpersonal für die Laborübung vorbereitet.
3. Versuchsdurchführung
Die getrockneten Proben werden gewogen und das Messergebnis in die dafür vorgesehene Tabelle
(Anhang 1 zum Versuch 8) eingetragen.
Die Natursteinprobe wird dann bis zu ihrer halben Höhe bei Atmosphärendruck in einem mit
luftfreiem, voll entsalztem Wasser gefüllten Behälter eingesetzt. Dieses Verfahren ermöglicht, dass
das Wasser so in die Probe eindringen kann, dass gleichzeitig die verdrängte Luft aus den
Gesteinsporen nach oben hin entweichen kann. Nach einer Stunde ist die Probe vollständig mit einer
Überdeckung von (20 ! 5) mm in Wasser zu lagern.
Die Mauerziegelprobe ist wegen ihres größeren Porenvolumens für eine halbe Stunde zunächst nur
zu einem Viertel ihrer Höhe in luftfreies, voll entsalztes Wasser einzusetzen. Danach wird jede
weitere halbe Stunde die Probe um eine weiteres Viertel ihrer Höhe in das Wasser tiefer gesetzt, so
dass die Probe nach 1,5 Stunden vollständig, mit (20 ! 5) mm Überdeckung, in dem Wasser gelagert
ist.
Die Proben sind im Wasser zu belassen und werden dann nach 24 Stunden gewogen. Dafür sind die
Proben aus dem Wasser zu nehmen und deren Oberfläche mit einem feuchten und gut
ausgewrungenen Baumwolltuch abzutupfen, bis die Probenoberfläche mattfeucht erscheint. Das
Messergebnis ist in die Tabelle im Anhang 1 einzutragen.
4. Versuchsergebnis
Aus den Messungen der Trockenmasse und den feuchten Massen nach 24 Stunden ist die
Wasseraufnahme wa zu ermitteln:
w a = m w,a − m d
Hierin bedeuten:
mw,a
md
Masse der unter Atmosphärendruck wassergelagerten Probe
Masse der getrockneten Probe
Für die Berechnung des massebezogenen Wasseraufnahmegrades wm gilt folgende Gleichung:
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Laborübung 1. Semester
Prüfen natürlicher und künstlicher Steine
w m,a =
wa
md
Seite: 47
$ 100%
Für die Berechnung der volumenbezogenen Wasseraufnahme wv gilt die Gleichung:
w v,a =
wa
md
$
-R
-W
$ 100%
Hierin bedeuten:
ρR
ρW
Trockenrohdichte der Probe (Versuch 5)
Dichte des Wassers
Bilddokumentation:
Naturstein und
Mauerziegel
bei der Wasseraufnahme
Berechnen Sie den massebezogenen und den volumenbezogenen Wasseraufnahmegrad des
Natursteins und des Mauerziegels und tragen Sie das Ergebnis in die Tabelle Anhang 1 zum
Versuch 7 ein.
Beurteilen Sie die Messwerte, indem Sie die sich verschiedenen Messergebnisse von
Naturstein und Mauerziegel vergleichen.
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Labor Praktikum
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Seite: 48
Fachbereich Bauwesen
Anhang 1 zum Versuch 7: Ermittlung der Wasseraufnahme wa von Naturstein und Mauerziegel
Tag
1
Zeit
2
Massen
Probe
3
md
mWa 24h
[g]
[g]
[g]
[m-%]
[Vol.-%]
4
5
7
8
9
Erläuterungen:
md
mWa
Wa
Wma
WVol
=
=
=
=
=
Wasseraufnahme
Masse des Prüfkörpers, im trockenen Zustand [g]
Masse des wassergelagerten Prüfkörpers, nach 24h [g]
Wasseraufnahme [g]
Wasseraufnahme, bezogen auf die Masse des Prüfkörpers [m-%]
Wasseraufnahme, bezogen auf das Volumen des Prüfkörpers [Vol.-%]
Wa
24
Wma
24
Wvol
24
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Seite: 49
3. Untersuchung von Mauermörtel
Mörtel sind Gemische aus Bindemittel, Zuschlag (Sand bis 4 mm Größtkorn) und Wasser. Bindemittel
sind Gips, Anhydrit, Kalk und Zement. Dem Mörtel können auch Zusatzstoffe (Trass, Flugasche)
und/oder Zusatzmittel zugegeben werden.
Baustellenmörtel wird meist nach Raumteilen auf der Baustelle zusammengesetzt, Werkmörtel im
Herstellerwerk.
Nach der DIN 1053, Teil 1 wird Normal-Mauermörtel in 5 Gruppen eingeteilt, die sich hinsichtlich
Zusammensetzung, Eigenschaften und Anwendung voneinander unterscheiden. Der Mauermörtel
muss so zusammengesetzt werden, dass er den Anforderungen an die Druckfestigkeit und die
Haftscherfestigkeit der DIN 1053 entspricht.
Mauermörtel dient zur Herstellung von Mauerwerk aus natürlichen, keramischen und mineralisch
gebundenen Bausteinen. Seine Festigkeit bestimmt maßgeblich die Tragfähigkeit des Mauerwerks.
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Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Seite: 50
Versuch 8: Prüfung der Biegezug- und Druckfestigkeit von Mauermörtel
Die Prüfung der Mörtel erfolgt z.Z. nach DIN 18 555, in europäischer Normung regelt die EN 1015 die
Prüfung der Mauermörtel.
1. Vorbemerkungen und Ziel des Versuches
Es ist nach Vorgabe des Laborpersonals ein Mauermörtel herzustellen, der einer bestimmten
Mörtelgruppe zuzuordnen ist. Der Mörtel ist entsprechend der unten angegebenen Tabelle
herzustellen, wobei die angegebenen Raumteile in wägungsfähige Massen umzurechnen sind (wird
vom Labor vorbereitet). An den hergestellten Mörtelproben sind dann auf ihre
Festigkeitseigenschaften nach 28 Tagen zu prüfen. Diese sind die Biegezugfestigkeit und die
Druckfestigkeit.
Ziel des Versuchs ist die Herstellung der Mörtelprismen nach EN 196-1 und die Durchführung der
Frischmörteluntersuchungen nach DIN 18 555 Teil 2 ( auch EN 1015-3) sowie die Prüfung des
Festmörtels nach DIN 18 555 Teil 3 (auch EN 1015-11).
Tabelle 3: Normalmörtel, Mischungsverhältnisse in Raumteilen
Mörtelgruppe
Luftkalk und Wasserkalk
Kalkteig
I
II
IIa
III
IIIa2)
Hydraulischer
Kalk
Hochhydrau
-lischer
Kalk, Putzund
Mauerbinder
Zement
1
2
-
1
1
2
-
1
1
1
1
1
1
1
Sand1)
aus
natürlichem
Gestein
Kalkhydrat
1
1,5
-
1
2
1
-
1)
Die Werte des Sandanteils beziehen sich auf den lagerfeuchten Zustand
2)
Mörtelgruppe IIIa hat eine höhere Festigkeit als Mörtelgruppe III, was vor allem durch
besonders günstig zusammengestzten Sand erreicht wird
4
3
3
4,5
8
8
8
3
6
8
4
4
2. Versuchsvorbereitung
Herstellen des Mauermörtels:
Zunächst sind die festen Bestandteile des Mörtels (Zement und Sand) entsprechend der für die
angestrebte Mörtelgruppe erforderlichen Raumteile (siehe Tab.3) in Gewichtsteile umzurechnen und
abzuwiegen.
Zement:
g
Sand:
g
Kalk / Kalkhydrat / Mauerbinder*:
g
* Zutreffendes unterstreichen!
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Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Seite: 51
Das Herstellen der Mörtelmischung geschieht nach EN 196-1. Danach wird ein Teil des
Anmachwassers in den Mischtrog geschüttet und das/die Bindemittel dazugegeben. Bindemittel und
Wasser werden dann 30 Sekunden lang bei niedriger Geschwindigkeit gemischt.
Ein besonderer Augenmerk ist auf die zugegebene Wassermenge zu richten, da hiervon die
Konsistenz des Mörtels abhängt, die in einem Bereich zwischen 14 und 20 cm Ausbreitmaß liegen
sollte (plastische Konsistenz). Es ist dafür die zugegebene Wassermenge zu bestimmen, indem das
Gefäß mit dem Zugabewasser vor der ersten Wasserzugabe und nach der letzten Wasserzugabe
gewogen wird. Die Differenz aus beiden Wägungen ergibt die tatsächlich zugegebene Wassermenge.
Wassergefäß vor der ersten Wasserzugabe:
g
Wassergefäß nach der letzten Wasserzugabe:
g
Zugabewasser:
g
Innerhalb von weiteren 30 Sekunden wird bei ebenfalls niedriger Geschwindigkeit der Mischschaufel
der Sand zudosiert. Es ist während dieses Mischvorganges die Konsistenz augenscheinlich im
Mischtrog zu beurteilen und gegebenenfalls so viel Wasser nachzugeben, bis eine plastische
Konsistenz erreicht scheint. Anschließend wird auf hohe Geschwindigkeit umgeschaltet und noch
weitere 30 Sekunden lang gemischt. Der Mischer wird nach dieser Zeit für 1,5 Minuten angehalten.
Während der ersten 15 Sekunden der Haltezeit ist der Mörtel an Wand und der am Mischerboden
klebt mit einem Gummischrapper zu entfernen und in die Mischermitte zu geben. Anschließend ist
das Mischen für weitere 60 Sekunden bei der höheren Mischgeschwindigkeit fortzusetzen.
Bestimmung des Ausbreitmaßes:
Für die Ermittlung der Konsistenz ist der Ausbreitversuch durchzuführen. Zur Vorbereitung des
Versuchs sind die Glasplatte und die Innenfläche des Setztrichters feucht abzuwischen. Der
Setztrichter ist nun mittig so auf die Glasplatte des Ausbreittisches zu stellen, dass sein Rand mit
dem Kreis in der Tischplatte überein stimmt.
Der Mörtel ist in zwei Schichten einzufüllen und jede Schicht durch einige kurze Stöße mit dem
Stampfer zu verdichten. Während des Einfüllens ist der Setztrichter mit einer Hand auf die Glasplatte
zu drücken. Der überstehende Mörtel ist abzustreichen und die freie Fläche der Glasplatte zu
reinigen. Nach 30 Sekunden ist der Setztrichter langsam senkrecht nach oben abzuziehen und der
Mörtel auf der Glasplatte mit 15 Hubschlägen auszubreiten (1 Hubschlag je Sekunde).
Der Durchmesser des ausgebreiteten Mörtels ist in zwei rechtwinklig zueinander stehenden
Richtungen mit einer Schieblehre zu messen. Es sind die Einzelwerte und der arithmetische
Mittelwert in cm auf 0,1 cm genau anzugeben:
a1 =
cm
a2 =
cm
a =
cm
Tabelle 4: Konsistenzbereiche von Frischmörtel
Konsistenzbereich
KM 1 steif
KM 2 plastisch
KM 3 weich
Ausbreitmaß [cm]
<14
14 bis 20
>20
Prüfverfahren nach dem Ausbreitversuch nach Abschnitt 3.2.1 DIN 18 555 Teil 2 (EN 1015-3)
.
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Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Seite: 52
Herstellen und Lagern der Probekörper:
Zur Herstellung von Probekörpern (Prismen 4 cm x 4 cm x 16 cm) werden entsprechend vorbereitete
Dreifachformen verwendet. Die Verdichtung der Mörtelprismen erfolgt in der Regel nach dem
Schockverfahren:
Der Mörtel wird mit einem Löffel etwa bis zur halben Höhe in die Form eingefüllt. Zur Verdichtung des
Mörtels wird die Form auf einer festen und unnachgiebigen Unterlage wechselseitig insgesamt 10 mal
um etwa 3 cm angehoben und fallen gelassen. Danach wird weiterer Mörtel bis zum oberen Rand in
die Form eingefüllt und in gleicher Weise verdichtet. Dabei wird so viel Mörtel nachgefüllt, dass sich
ein abziehfähiger Überstand bildet. Dieser wird anschießend mit einem Abstreichlineal bündig
abgestrichen.
Die gefüllte Dreifachform wird unmittelbar nach der Herstellung nach unten stehender Tabelle
gelagert. Nach dem dort angegebenen Zeitraum für die Lagerung in der Form sind die Probekörper
vorsichtig zu entschalen und zu kennzeichnen. Die weitere Lagerung erfolgt unter den in der Tabelle
angegebenen Bedingungen.
Tabelle 5: Lagerungsbedingungen für Mörtel-Probekörper
Lagerungsdauer in Tagen im Klima
Mörtelart
20/951)
Normalklima
in der Form
entschalt
DIN 50014 - 20/65
22)
5
21
2
-
26
-
-
283
Baukalkmörtel
Zementmörtel
Andere Mörtel
mit hydraulischen
Bindemitteln
gipshaltige Mörtel
anhydrithaltige Mörtel
Magnesiamörtel
1)
Lagerungstemperatur (20 ! 1)°C und relative Luftfeuchtigkeit von mindestens 95%
2)
Bei Mörteln mit Verzögerern darf die angegebene Lagerungsdauer in der Form angemessen überschritten werden,
die gesamte Lagerungsdauer beträgt stets 28 Tage
3)
Die Probekörper werden nach 24 Stunden entschalt
3. Versuchsdurchführung
Biegezugfestigkeit
Die Bestimmung der Biegezugfestigkeit erfolgt nach EN 196-1. Die Proben sind vor Prüfbeginn zu
messen und zu wiegen und die ermittelten Werte in die dafür vorgesehene Tabelle (Anhang 1 zum
Versuch 9) einzutragen. Die Prüfung der Biegezugfestigkeit wird mit einer Belastung als Einzellast
mittig zum Prüfkörper und einer Stützweite von a = 100 mm durchgeführt. Die beiden Auflager
besitzen runde Scheitel, ebenso hat die mittig angreifende Lastschneide einen gerundeten Scheitel.
Die Lastschneide ist kippbar gelagert.
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Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Seite: 53
Die Prismen werden in die Vorrichtung so eingelegt, dass die Auflager und die Lastschneide auf den
Seitenflächen aufliegen. Das Prüfgerät besitzt ein elektromotorisch betriebenes Laufgewicht, das eine
kontinuierliche Lastzunahme ermöglicht. Nach Einsetzen des Prüfkörpers wird der Antrieb des
Laufgewichtes eingeschaltet. Infolge der steigenden Last biegt sich der Probekörper allmählich durch,
erkennbar am fortschreitenden Absenken des Lastarmes.
Beim Bruch wird der Antriebsmotor von selbst ausgeschaltet. Die Bruchlast ist an der Lastarmskala in
N ablesbar. Es befindet sich dort eine zweite Messskala, an der sich die erreichte Bruchspannung
abgelesen werden kann. Dieser Ablesewert sollte aber nicht zur Auswertung des Versuchs
herangezogen werden, da sich diese Skala auf genaue Prismenmaße 40 mm x 40 mm x 160 mm und
das dafür geltende Widerstandmoment bezieht. Weichen die Prismenmaße von den oben genannten
Maßen ab, so ergibt sich ein etwas abweichendes Widerstandsmoment und damit eine etwas andere
Biegezugfestigkeit. Die Biegezugfestigkeit sollte daher grundsätzlich nur mit dem tatsächlichen
Widerstandmoment berechnet werden.
Druckfestigkeit
Der Druckversuch wird unmittelbar nach der Bestimmung der Biegezugfestigkeit an den dabei
erhaltenen 6 Prismenhälften durchgeführt. Die Druckvorrichtung besitzt zwei Druckplatten in der
Größe von 40 mm x 40 mm = 1600 mm², zwischen die jeweils eine Prismenhälfte seitlich eingelegt
wird, so dass die Seitenflächen belastet werden. Man schiebt die Prismenhälfte möglichst bis zum
Anschlagstift durch, wobei aber unbedingt auf eine vollflächige Auflage beider Druckplatten zu achten
ist.
Für die Belastung der Prüfkörper gibt die EN 196-1 eine Lastzunahme von v = 2,4 kN ! 200N an.
Aus der für die Prismenhälften ermittelten Höchstkraft ist dann die Druckspannung jeder Probe als
Einzelwert zu berechnen und daraus der arithmetische Mittelwert zu bilden.
4. Versuchsergebnis und -auswertung
Mörtelgruppe:
Herstellungsdatum:
Prüfungsdatum:
Prüfalter:
Tage
Prüfkörper:
Mörtelprismen 40 x 40 x 160 mm
Biegezugfestigkeit
Probe
l
b
h
m
a
W
M
FBr bz
βbz
Nr.:
[mm]
[mm]
[mm]
[g]
[mm]
[mm³]
[Nmm]
[N]
[N/mm²]
1
2
3
x=
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Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Seite: 54
Druckfestigkeit
Prüfbereich:
Prüfgeschwindigkeit: 2,4 kN/s ! 0,2 kN
0 - 200 kN
Probe
l
b
h
FBr d
A
βd
Nr.:
[mm]
[mm]
[mm]
[kN]
[mm²]
[N/mm²]
1
1.1
1.2
2
2.1
2.2
3
3.1
3.2
x=
Es sind:
l, b, h
Abmessungen der Prismen [mm]
βbz
Biegezugfestigkeit bz =
m
Masse der Proben [g]
FBr d
Bruchlast aus Druckbeanspruchung [N]
a
Stützweite [mm]
βd
Druckfestigkeit [N/mm²]
A
Druckfläche [mm²]
FBr bz
Bruchlast aus
Biegezugbeanspruchung [N]
Widerstandmoment W =
W
FBr $ a
4
M
Biegemoment M =
x
Arithmetischer Mittelwert
b $ h2
6
[mm 3 ]
[Nmm]
N
mm 2
M
W
Die ermittelten Prüfergebnisse sind mit den Anforderungen in der unten stehenden Tabelle zu
vergleichen.
Mörtelgruppe
Mindestdruckfestigkeit1) im Alter von 28 Tagen
Mittelwert
bei Eignungsprüfung2)
bei Güteprüfung
in N/mm²
in N/mm²
Mindesthaftscherfestigkeit
im Alter von 28 Tagen3)
bei Eignungsprüfung
in N/mm²
I
-
-
-
II
3,5
2,5
0,10
IIa
7,0
5,0
0,20
III
14,0
10,0
0,25
IIIa
25,0
20,0
0,30
1)
Mittelwert der Druckfestigkeit von sechs Proben (aus drei Prismen). Die Einzelwerte dürfen
nicht mehr als 10 % vom arithmetischen Mittel abweichen.
2)
Richtwert bei Werkmörtel.
3)
Hierzu werden Prüfkörper aus dem Mörtel und ganz bestimmten Referenzsteinen (Kalksandsteine
DIN 106 - KS 12 - 2,0 - NF) hergestellt und geprüft.
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Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Bilddokumentation:
Mischen des Mörtels im Mischtrog
Verdichten des Frischmörtels im Setztrichter zur Vorbereitung der Prüfung des
Ausbreitmaßes
1Semester11_03_16.lwp
Seite: 55
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Abstreichen des überstehenden Mörtels mit einem Stahllineal
Abheben des Setztrichters
1Semester11_03_16.lwp
Seite: 56
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Messen des Ausbreitmaßes in zwei zueinander rechtwinklig stehenden Richtungen
Einfüllen des Frischmörtels in die Dreifach-Prismenform
1Semester11_03_16.lwp
Seite: 57
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Verdichten des eingefüllten Frischmörtels im Schockverfahren
Abstreichen des überstehenden Frischmörtels in der Form mit einem Stahllineal
1Semester11_03_16.lwp
Seite: 58
Laborübung 1. Semester
Prüfen des Baustoffes Mörtel
Seite: 59
Die ermittelte Konsistenz des Frischmörtels ergibt ein mittleres Ausbreitmaß von a =
cm.
Damit entspricht die Konsistenz dem Konsistenzbereich
.
Fassen Sie das Ergebnis der Biegezugprüfung zusammen (kleinster Einzelwert und
arithmetischer Mittelwert).
mit den
Beurteilen Sie den hergestellten Mauermörtel der Mörtelgruppe
ermittelten Druckfestigkeitswerten nach der Tabelle A.2 der DIN 1053 "Anforderungen an
Normalmörtel" (abgedruckt auf Seite 54, unten) und führen Sie die dort geforderten Nachweise
für die Einzelwerte und den arithmetischen Mittelwert der Druckfestigkeit.
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