Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Определения структурных характеристик

Плотность материала


Плотность материала

Плотностью называется масса единицы объема материала. Чтобы вычислить плотность р (кг/м3), надо знать массу материала т (кг) и его объем К(м3):
р = т/У. (3.1)

Большинство строительных материалов – пористые материалы, т.е. в их объеме помимо твердого вещества находятся воздушные ячейки (поры), заполненные воздухом, плотность которого несравнимо ниже плотности твердого вещества. Поэтому для строительных материалов определяют две характеристики: истинную и среднюю плотности. Для характеристики материалов, состоящих из отдельных зерен (цемент, песок, гравий), используют так называемую насыпную плотность.

Истинной плотность р называют плотность того вещества, из которого состоит материал. При расчете р объем материала вычисляют без пор и пустот. Истинная плотность — физическая константа вещества.

Средней плотность рт называют плотность материала, когда при ее расчете берется его полный объем в естественном состоянии, включая поры и пустоты.

Насыпная плотность рнас характеризует отношение массы зернистых и порошкообразных материалов ко всему занимаемому ими объему, включая и пространства между частицами.

На среднюю и насыпную плотность материала влияет его влажность. Вода замещает воздух в порах материала и адсорбируется на поверхности его зерен, и поэтому, как правило, чем больше влажность материала, тем больше его плотность.

Для каждого материала ГОСТы устанавливают влажность, при которой определяется его плотность. Например, плотность тяжелого бетона определяют при его естественной влажности и в сухом состоянии, а древесины – при влажности 12%.

Определение средней плотности. Метод определения средней плотности зависит от формы образца материала: геометрически правильной (куб, параллелепипед, цилиндр) и неправильной.

Образцы материала правильной геометрической формы. При определении средней плотности образец материала, предварительно подготовленный и высушенный при температуре 105… 110 °С до постоянной массы (если ГОСТ предусматривает определение плотности в сухом состоянии), взвешивают с погрешностью не более 0,1 г при массе до 500 г и не более 1 г – при массе более 500 г.

Объем образца определяют, пользуясь штангенциркулем (при размерах менее 100 мм) или металлической линейкой (при больших размерах). Если образец имеет кубическую форму или форму параллелепипеда, то каждую грань измеряют в трех местах. Окончательный размер каждой грани (а, Ь, с) вычисляют как среднее арифметическое трех измерений. Объем подсчитывают по формуле V= abc.

При вычислении объема цилиндрического образца определяют его диаметр d и высоту И. Для этого на параллельных основаниях цилиндра наносят два взаимно перпендикулярных диаметра. Диаметр образца находят как среднее арифметическое результатов четырех измерений. Высоту цилиндра вычисляют так же, как среднее арифметическое результатов четырех измерений образующих цилиндра, расположенных на концах взаимно перпендикулярных диаметров. Объем цилиндра К (см3) подсчитывают по формуле V- nd2h/4, где я = 3,14.

Зная массу и объем образца, вычисляют его среднюю плотность по формуле (3.1).

Образцы неправильной геометрической формы. Среднюю плотность таких образцов определяют методом гидростатического взвешивания или с помощью объемомера.

Метод гидростатического взвешивания основан на использовании закона Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости. Чтобы определить выталкивающую силу, образец взвешивают на воздухе и в жидкости; разность этих весов дает значение выталкивающей силы. Зная плотность жидкости, по выталкивающей силе можно вычислить объем вытесненной образцом жидкости, т. е. объем образца. Так как плотность воды равна 1 г/см3, при взвешивании в воде значение выталкивающей силы в г численно равно значению объема образца в см3.

При определении средней плотности этим методом приготовленный образец взвешивают, выясняя его массу т (г). Затем его насыщают водой. Насыщенный образец вынимают из воды, удаляют влагу с поверхности мягкой влажной тканью и сразу же взвешивают на гидростатических весах (рис. 3.1). Для этого образец на нитке подвешивают к крюку, закрепленному на левом конце коромысла весов. Сыпучие материалы помещают в перфорированный стакан. После определения массы насыщенного водой образца ттс (г) его, не снимая с крючка весов, погружают в стакан с водой так, чтобы он не касался стенок стакана, и определяют массу гирь, уравновешивающих образец в воде твоа (г).

Рис. 3.1. Гидростатические весы: 1 — перфорированный стакан; 2 — крюк; 3 — коромысло; 4 — тяги; 5 — стаканчик с дробью; 6 — разновесы

Объемомер используют при определении средней плотности крупных образцов (массой более 500 г). Образец взвешивают (ш\), парафинируют и опять взвешивают. При парафини-ровании образец погружают в расплавленный парафин. Если при остывании на парафиновой пленке обнаружатся пузырьки или повреждения, их заглаживают горячей металлической пластинкой или проволокой. После парафинирования образец перевязывают капроновой нитью.

В объемомер (рис. 3.2), представляющий собой металлический цилиндр, наливают воду до уровня сливной трубки, пока из нее не потечет вода. Когда прекратится падение капель, под трубку ставят предварительно взвешенный стеклянный стакан. Испытуемый образец на нитке осторожно погружают в объемомер. После того как вода перестанет перетекать в стакан, стакан с водой взвешивают (яц).

Рис. 3.2. Объемомер

С помощью объемомера также определяют среднюю плотность, не парафинируя образцы, а насыщая их водой, аналогично методике, описанной выше для гидростатического взвешивания.

Определение насыпной плотности. Насыпную плотность материалов определяют, измеряя их объем мерными цилиндрическими сосудами вместимостью от 1 до 50 л. За объем материала в этом случае принимают объем сосуда, т.е. в измеряемый объем входят пустоты между частицами материала.

Крупнозернистые материалы (зерна более 5 мм) засыпают в мерные сосуды вместимостью 5; 10; 20 и 50 л совком или лопаткой с высоты 100 мм без последующего уплотнения. Мелкозернистые материалы (зерна менее 5 мм) насыпают в мерный сосуд вместимостью 1 л с помощью стандартной воронки (рис. 3.3), корпус которой представляет собой металлический усеченный конус, заканчивающийся трубкой с задвижкой. Под трубку устанавливают заранее взвешенный мерный сосуд. Расстояние между верхним обрезом сосуда и задвижкой воронки 50 мм.

Мерный сосуд во всех случаях заполняют с избытком, а излишек материала срезают линейкой от середины в обе стороны вровень с краями сосуда.

Рис. 3.3. Стандартная норонка:
1 — корпус; 2 — трубка: 3 — задвижка; 4 – мерный сосуд

Рис. 3.4. Прибор Ле Ш ателье (а) и вид прибора в рабочем состоянии {б):
1 – объемомер; 2 – сосуд с водой; 3 – штатив; 4 — термометр

Определение истинной плотности. Для расчета истинной плотности материала его нужно получить в абсолютно плотном состоянии (без пор). Простейший способ добиться этого – измельчить материал так, чтобы каждая его частица не имела внутри себя пор. Чем выше тонкость измельчения, тем точнее будет определение плотности вещества, из которого состоит материал.

Для определения истинной плотности отвешивают около 200 г тщательно перемешанной средней пробы материала. Навеску высушивают в сушильном шкафу и тонко измельчают в фарфоровой ступке или шаровой мельнице! До проведения испытаний материал хранится в эксикаторе. Истинную плотность определяют пикнометрическим способом или с помощью прибора Ле Шателье. При всех способах определения плотности погрешность взвешивания не более 0,01 г. Температура помещения при испытании (20±2)°С; в ином Случае температуру материалов и приборов приводят к 20 °С, выдерживая в водяном термостате (термостатируя).

Истинную плотность, вычисляют как среднее арифметическое результатов двух испытаний, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см3.

Пикнометрическим способом истинную плотность определяют следующим образом. Навеску материала массой 60…80 г высыпают с помощью воронки в чистый высушенный и предварительно взвешенный пикнометр вместимостью 100 см3, после чего взвешивают пикнометр с порошком. Затем в пикнометр наливают инертную по отношению к испытуемому веществу жидкость (воду, масло, керосин) и нагревают на песчаной или водяной бане в течение 15…20 мин. После этого пикнометр охлаждают до комнатной температуры и доливают жидкость до метки, после чего обтирают мягкой тканью и взвешивают.

Прибор Ле Шателье (рис. 3.4, а) представляет собой стеклянную колбу вместимостью 120… 150 см3 с узким высоким горлом и расширением в средней его части. На горле колбы ниже уширения нанесена метка, а выше — шкала с делениями ценой 0,1см3. Объем между нижней и первой метками шкалы равен 20 см3.

Истинную плотность определяют с помощью прибора в такой последовательности. Прибор / (рис. 3.4, б) помещают в стеклянный сосуд 2 с водой так, чтобы вся его градуированная часть была погружена в воду. Температура воды в сосуде должна соответствовать температуре, при которой был проградуирован прибор (обычно 20 °С). Термостатирование не нужно, если температура помещения составляет (20 + 2) °С. Чтобы прибор не всплывал, его закрепляют в штативе 3. Прибор наполняют водой или другой жидкостью, инертной по отношению к испытуемому материалу (например, для цемента — керосином), до нижней метки. Точного заполнения можно добиться, заливая жидкость с небольшим избытком и затем отсасывая ее фильтровальной бумагой. После заполнения свободную от жидкости часть прибора протирают тампоном из фильтровальной бумаги.

На технических весах в стаканчике взвешивают навеску порошка испытуемого материала массой около 70 г с погрешностью не более 0,01 г. Порошок всыпают в прибор ложечкой через воронку небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в приборе не достигнет одного из делений в пределах верхней градуированной части. Остаток порошка со стаканчиком взвешивают.

Для удаления пузырьков воздуха, попавшего в жидкость вместе с порошком, прибор вынимают из сосуда с водой и поворачивают в наклонном положении в течение 10 мин на гладком резиновом коврике. После этого его снова помещают в сосуд с водой не менее чем на 10 мин для термостатирования и определяют уровень жидкости в приборе.

Разность отсчетов между конечным и начальным уровнями жидкости соответствует объему всыпанного порошка V (см3).





Похожие статьи:
Структурные характеристики и свойства строительных материалов

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Определения структурных характеристик

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум