Материал: Материаловедение. лабораторный практикум. Черкасов С.В., Адоньева Л.Н
|
|
m2 |
масса пикнометра с навеской, г; |
|
|
|
||||
|
|
m3 |
|
масса пикнометра с навеской и жидкостью, г; |
|
|
||||
|
|
m4 |
|
масса пикнометра с жидкостью, г; |
|
|
|
|||
|
|
ρжид |
|
плотность инертной жидкости, г/см3. |
|
|
|
|||
Результаты определений заносят в табл. 3. |
|
Таблица 3 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Результаты определения истинной плотности. |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Масса |
Масса |
|
Масса пик- |
Масса пик- |
Истинная плотность ρ, |
||||
опыта |
пикно- |
пикно- |
|
нометра с |
нометра с |
|
г/см3 |
|
|
|
|
метра |
метра с |
навеской и |
жидкостью |
|
|
|
|
||
|
получен- |
среднее |
по спра- |
|||||||
|
m1, г |
навеской |
жидкостью |
m4 , г |
ное |
значение |
вочным |
|
||
|
|
m2,, г |
|
m3 , г |
|
значение |
|
данным |
|
|
1.3.2. Определение средней плотности
Средняя плотность – это масса единицы объема материала в естественном состоянии.
Среднюю плотность материала определяют отношением массы (m) материала ко всему занимаемому им объему (Vмат ), включая имеющиеся в них пустоты и поры (Vпор), и рассчитывают по формуле
ρm = |
m |
= |
m |
, г/см3 или кг/м3. |
(5) |
Vмат |
Vт.ф.+Vпор |
|
|
Средняя плотность находится в обратной зависимости от пористости материала. Среднюю плотность материалов определяют на изделиях или образцах правильной и неправильной формы в состоянии естественной влажности, в воздушно-сухом и сухом состоянии. Образцы правильной геометрической формы в виде куба, параллелепипеда или цилиндра должны иметь размер по наименьшему измерению не менее 50 мм. Образцы неправильной геометрической формы должны иметь массу не менее 300 г каждый. Среднюю плотность пустотелых изделий определяют на целых изделиях без вычета пустот.
Среднюю плотность определяют не менее чем на трех образцах.
1.3.2.1. Определение средней плотности образцов правильной геометрической формы
Размеры образцов определяют металлической линейкой или штангенциркулем, вычисляют объем. Затем взвешиванием определяют массу образцов.
Среднюю плотность материала вычисляют по формуле
ρ |
|
= |
|
m |
, г/см3, |
(6) |
|
m |
Vмат |
||||||
|
|
|
|
||||
где m масса образца, г;
Vмат объем образца в естественном состоянии, см3 . Результаты определения средней плотности заносят в табл. 4.
6
Таблица 4 Определение средней плотности образцов правильной формы
Номер |
Масса |
Размеры |
Объем |
Средняя плотность ρ, г/см3 |
||
опыта |
образца |
образца, |
образца |
|
|
|
полученное |
среднее |
по справоч- |
||||
|
m, г |
см |
V, см3 |
значение |
значение |
ным данным |
|
|
|
1.3.2.2. Определение средней плотности |
|
|
||||||
|
|
|
образцов неправильной формы |
|
|
|
|||||
|
4 |
|
5 |
|
Опыт осуществляется с помощью гидро- |
||||||
|
|
статического взвешивания (рис. 4). |
|
||||||||
|
2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Предварительно взвешенный образец по- |
|||||||
|
1 |
6 |
|
|
|||||||
|
|
крывают пленкой из парафина. |
Затем образец |
||||||||
|
3 |
|
|
||||||||
|
|
|
охлаждают и взвешивают, сначала на воздухе, |
||||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
затем на гидростатических весах в воде (рис. 4). |
|||||||
Рис. 4. Гидростатическое |
|
Среднюю плотность материала вычисля- |
|||||||||
ют по формуле |
|
|
|
|
|||||||
|
взвешивание: |
m |
, г/см3 , |
|
|||||||
|
|
|
|
|
(7) |
||||||
1- парафинированный образец; |
|
ρm = |
|
||||||||
2- стакан с водой; |
|
|
|
m1 −m2 |
−m1 −m |
|
|
|
|||
3- полка; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4- тонкая проволока; |
|
|
|
|
ρводы |
ρпар |
|
|
|
||
5- весы технические; |
|
где ρводы плотность воды, 1 г/см 3 |
; |
||||||||
6- гири |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
ρпар |
плотность парафина, 0,93 г/см ; |
|||||
|
|
|
|
|
m |
масса образца, г; |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
m1 масса парафинированного образца |
||||||
|
|
|
|
|
m2 |
|
на воздухе, г; |
|
|
||
|
|
|
|
|
масса парафинированного образца |
||||||
|
|
|
|
|
m1 |
в воде, г; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- m2 |
потеря массы в воде, равная |
|||||
|
|
|
|
|
|
массе вытесненной воды, г |
|
||||
Результаты определения средней плотности материала заносят в табл. 5. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
Определение средней плотности образцов неправильной формы |
||||||||||
Номер |
Масса |
|
Масса пара- |
|
Масса пара- |
Средняя плотность ρ, г/см3 |
|||||
опыта |
образца |
финированно- |
финированно- |
получен- |
среднее |
по спра- |
|||||
|
m, г |
|
го образца на |
|
го образца в |
ное зна- |
значе- |
вочным |
|||
|
|
|
воздухе |
|
|
воде |
|||||
|
|
|
|
|
чение |
ние |
данным |
||||
|
|
|
m1, г |
|
|
m2 , г |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
7
1.3.3. Определение насыпной плотности
Насыпная плотность – это масса единицы объема материала в рыхлонасыпном состоянии.
Насыпную плотность материала определяют отношением массы (m) зернистого материала ко всему занимаемому им объему (Vмат), включая имеющиеся в нем поры (Vпор) и межзерновые пустоты (Vпуст), и рассчитывают по формуле
ρн = |
m |
= |
m |
, г/см3 или кг/м3 . |
(8) |
Vмат |
Vт.ф. +Vпор +Vпуст |
|
|
Сущность испытания заключается в заполнении мерного сосуда рыхлозернистым материалом.
В зависимости от крупности частиц материала используют сосуды различной вместимости. Если размер частиц материала составляет 0…5 мм, то объем сосуда должен быть 1…2 л, если размер частиц 5…40 мм, то объем сосуда – 10 л, и если размер частиц более 40 мм, то объем сосуда 20 л.
Насыпную плотность сыпучих материалов (песок, цемент и др.) определяют с помощью воронки в виде конуса с заслонкой в нижней части (рис. 5).
|
1 |
10 см |
2 |
3 |
Рис. 5. Определение на-
сыпной плотности: 1- воронка-конус; 2 - заслонка; 3 - мерный сосуд
Под воронку ставят заранее взвешенный мерный сосуд емкостью 1 л. В воронку засыпают сухой материал, открывают заслонку и с высоты 10 см заполняют сосуд с избытком. Металлической линейкой срезают излишек материала вровень с краями сосуда (без уплотнения) и взвешивают.
Насыпную плотность материала вычисляют по формуле
|
ρ |
н |
= m2 −m1 , г/см3 , |
( 9 ) |
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
где m1 |
масса сосуда, г; |
|
||
m2 |
масса сосуда с материалом, г; |
|
||
V объем сосуда, см3 . |
|
|||
Результаты определения насыпной плотности заносят в табл. 6.
|
|
|
|
|
Результаты определения насыпной плотности |
Таблица 6 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Номер |
|
Масса со- |
|
Масса сосу- |
|
Объем |
|
Средняя плотность ρ, г/см3 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
опыта |
|
суда |
m1 , |
|
да с мате- |
|
сосуда |
|
|
|
|
|
|
|
полученное |
среднее |
по справоч- |
|
||||||||||
|
|
|
г |
|
|
риалом m2, г |
|
V , см3 |
|
значение |
значение |
ным данным |
|
|
8
1.3.4. Определение пористости материала Пористость - это степень заполнения материала порами.
П = |
Vпор |
100% . |
(10) |
|
Vмат |
||||
|
|
|
Различают полную, открытую и закрытую пористости. Полная порис-
тость ( П ) включает в себя открытую ( По ) и закрытую пористости ( Пз ). Открытыми считаются поры, которые при помещении материала в воду заполняются ею, закрытыми – которые не заполняются водой.
Полную пористость рассчитывают по формуле
П = ( 1− |
ρm |
) 100% , |
(11) |
|
|||
|
ρ |
|
|
где ρ истинная плотность материала, г/см 3; |
|
||
ρт средняя плотность материала, г/см3 . |
|
||
Открытую пористость можно приближенно определить по величине во- |
|||
допоглощения по объему: |
|
||
По ≈ Вv . |
(12) |
||
Закрытую (замкнутую) пористость в процентах определяют по формуле |
|||
Пз = П - По . |
(13) |
||
Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах: у стекла и металла она составляет 0 %, гранита и мрамора 0,2...0,8 %, керамического кирпича 18...35 %, тяжелого бетона 5...10 %, газобетона 55...85 %, ячеистых пластмасс 90...95 %. От величины пористости, размера и формы пор, равномерности распределения их в материале зависят важнейшие его свойства: прочность, плотность, водопоглощение, теплопроводность, морозостойкость и др.
1.3.5. Определение межзерновой пустотности
Межзерновая пустотность ( Vп ) для зернистых и порошкообразных материалов рассчитывается по формуле
V |
п |
= ( 1− |
ρн |
) 100% , |
(14) |
|
ρm |
||||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
где ρн насыпная плотность материала, г/см3; ρm средняя плотность материала, г/см3.
1.3.6. Определение водопоглощения материалов
Водопоглощение - это способность материала впитывать и удерживать в порах воду. Водопоглощение характеризует максимальную степень увлажнения материала, т.е. такое состояние, при котором все открытые поры заполнены водой. Различают водопоглощение по массе и объему:
9
водопоглощение по массе |
В |
= |
mводы 100% , |
(15) |
|
m |
|
mмат. |
|
где mводы – масса поглощенной материалом воды, г; |
|
|||
mмат. – масса материала, г; |
|
|
|
|
водопоглощение по объему В = Vводы 100% ,
v Vмат.
где Vводы – объем поглощенной материалом воды, см3; Vмат. – объем материала, см3.
Водопоглощение материала по объему и массе связаны между следующей зависимостью:
(16)
собой
Вv = Bm · (ρm / ρводы). |
(17) |
Водопоглощение определяют не менее чем на трех образцах материала. |
|
Образцы предварительно высушивают в сушильном шкафу |
при температуре |
105 °С до постоянной массы, охлаждают до комнатной температуры, взвешивают, обмеряют и вычисляют объем. Затем укладывают в емкость с водой, имеющей температуру +20 °С. В воде образцы выдерживают 48 ч, затем вынимают, обтирают влажной мягкой тканью и сразу взвешивают.
Водопоглощение образцов по массе и объему вычисляют по формулам:
В |
= |
mнас −mсух |
100% ; (18) |
В = |
mнас −mсух |
100% , |
|
где mнас |
m |
|
mсух |
v |
Vмат ρводы |
||
– масса насыщенного водой материала, г; |
|
|
|||||
mсух. |
– масса сухого материала, г; |
|
|
|
|||
Vмат. – объем материала, см3; |
|
|
|
||||
ρводы |
|
плотность воды, г/см3. |
|
|
|
||
Результаты определения водопоглощения заносятся в табл. 7.
Результаты определения водопоглощения материала
(19)
Таблица 7
Номер |
Масса |
высу- |
Масса насы- |
Объем |
Водопоглощение |
Среднее |
арифме- |
|||
опыта |
шенного об- |
щенного во- |
образца |
отдельного |
об- |
тическое |
|
значе- |
||
|
разца |
|
дой образца |
Vмат, |
разца, % |
|
ние водопогло- |
|||
|
mсух, |
г |
mнас , г |
см3 |
|
|
|
щения,% |
|
|
|
|
|
|
|
Вm |
|
Вv |
Вm |
|
Вv |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.3.7. Определение влажности материалов
Влажность – это степень увлажнения материала.
Влажность материала оказывает значительное влияние на долговечность, теплоизоляционные, электрические и др. свойства материалов.
Влажность определяют не менее чем на 3-х образцах материала. Образцы взвешивают, затем высушивают в сушильном шкафу при температуре 105 °С до постоянной массы. После охлаждения взвешивают.
10