3. Определение средней плотности

Средней плотностью называют массу единицы объема материала в естественном состоянии, т.е. вместе с порами и пустотами. Средняя плотность определяется по формуле:

₀=, [г/см³], (3.1)

где m — масса образца, г;

V — объем образца в естественном состоянии, см³.

Для вычисления средней плотности материала определяют массу образца и его объем в естественном состояния. Одно и то же количество материала в естественном состояние занимает больший объем, чем в плотном. Поэтому средняя плотность каменных материалов всегда меньше истинной плотности.

В практике определения средней плотности твердого материала возможны два случая:

а) образец материала имеет правильную форму;

б) образец имеет неправильную форму.

Среднюю плотность материала можно определять руководствуясь ГОСТ 30629-99, в соответствии с изложенной ниже методикой.

3.1. Определение средней плотности образцов правильной формы

Образцы правильной геометрической формы должны иметь наименьшее измерение не менее 10 см, если материал пористый, и не менее 4 см, если материал плотный. Испытания проводят на 5-ти образцах кубической или цилиндрической формы. Образцы взвешивают на технических весах с точностью до 0,1 г, (если масса образца менее 500 г). Перед взвешиванием образцы должны быть высушены до постоянной массы.

Для определения объема образцы измеряют с помощью штангенциркуля с точностью до 0,1 мм. Например, если измеряемый образец имеет форму куба или параллелепипеда, то каждую грань измеряют в трех местах по длине, ширине, высоте (рис.3.1.). За окончательный размер каждой грани принимают среднее арифметическое трех измерений. Объем образца получают перемножением средних размеров трех граней образца.

Рис.3.1. Схема измерения образцов правильной геометрической формы

Среднюю плотность вычисляют по формуле:

₀=, [г/см³], (3.2)

Для обеспечения точности результатов среднюю плотность вычисляют как среднее арифметическое пяти определений.

3.2. Определение средней плотности образцов неправильной формы

При работе с образцами неправильной формы, сложность представляет измерение объема. В этом случае определение производят методом гидростатического взвешивания или с помощью объемомера.

Точность такого определения в значительной степени зависит от пористости материалов, так как образец, погружаемый в воду, не только вытесняет, но и частично впитывает ее в свои поры, а это приводит к искажению результатов.

3.2.1. Определение средней плотности методом гидростатического взвешивания

Независимо от метода определения средней плотности перед определением объема образец либо насыщают водой до постоянной массы, т.е. до полного заполнения пор, либо покрывают его поверхность водонепроницаемым слоем предварительно расплавленного парафина.

Опыт выполняют следующим образом. На поверхность предварительно высушенного и взвешенного с точностью до 0,01 г образца небольшой кистью или погружением в расплав наносят тонкий слой парафина. Охлажденный образец снова взвешивают вместе с парафином. Объем парафина на образце вычисляют по формуле:

, [cм³], (3.3)

где m₁ — масса образца на воздухе без парафина, г;

m₂ — масса образца на воздухе с парафином, г;

V_пар— объем парафина, см³;

_пар— средняя плотность парафина, г/см³, (0,93 г/см³).

Взвешивание образца в воде осуществляется следующим образом: образец, покрытый парафином, подвешивают к коромыслу весов и погружают в сосуд с водой так, чтобы он не касался стенок, и взвешивают (рис. 3.2.).

Величину средней плотности образца материала определяют по формуле:

,[г/см³], (3.4)

где m₁ — масса образца на воздухе без парафина, г;

m₂ — масса образца на воздухе с парафином, г;

m₃ — масса образца с парафином в воде, г;

V_пар— объем парафина, см³.

Среднюю плотность материала вычисляют как среднее арифметическое результатов определений средней плотности пяти образцов. Расхождение между результатами параллельных определений средней плотности материала не должно превышать 20 кг/м³.

Рис. 3.2. Весы для гидростатического взвешивания

3.2.2. Определение средней плотности с помощью обьемомера

Определить среднюю плотность можно также при помощи объемомера (рис.3.3).

В объемомер с избытком наполняют воду и ждут, пока избыток стечет. Затем под горловину подставляют взвешенный стакан. Каждый образец высушивают, взвешивают, покрывают, как и в предыдущем опыте, слоем расплавленного парафина, привязывают на прочную нить и вторично взвешивают. При погружении испытуемого образца в обьемомер вытесняемая вода будет вытекать из горловины в стакан. После того. как вытекание воды прекратится, стакан с водой взвешивают и определяют мaccy воды, вытесненную образцом. Среднюю плотность образца вычисляют по формуле:

₀=, [г/см³], (3.5)

где m₁ — масса сухого образца, г;

V₁— объем образца с парафином (равный массе воды, вытесненной образцом, см

3.

V_пар— объем парафина, см³.

Объем парафина V_пар, затраченного на покрытие образца определяют по формуле:

V_пар=, [cм³], (3.6)

где m₁ — масса образца на воздухе без парафина, г;

m₂ — масса образца на воздухе с парафином, г;

_пар— средняя плотность парафина, г/см³, (0,93 г/см³).

Рис. 3.3. Объемомер:

1 — цилиндрический сосуд; 2 — горловина; 3 — стакан; 4 — образец

studfile.net

Формула определения средней плотности. Как найти среднюю плотность

В курсе физики 7 класса мы при прохождении темы “ Механическое движение” вводим понятие средней скорости, и при определенном полученном навыке решения задач большинство учащихся с расчетами средней скорости справляются. (Только жаль, что часто при решении ребята сталкиваются с громоздким математическим решением, а они пока к этому не готовы)

Через несколько уроков мы приступаем к введению понятий массы и плотности.

На начальном уровне все основное по данному вопросу в любом учебнике-7 ,в принципе, сказано, но почему мы не оговариваем сразу такой важный закон, как закон сохранения массы ? Он нам пригодится для введения понятия средней плотности!

Если растворить сахар в воде, то масса раствора строго равна массе сахара и воды.

При любом дроблении и при растворении масса остается одной и той же.

Так как понятие изолированной системы мы пока не вводим, то можно закон сформулировать проще;

Математическое выражение закона: m 1 + m 2 + … + m N =m / 1 + m / 2 + … + m / N

Границы и условия применимости закона можно пока не вводить

Приоритет в открытии закона сохранения массы вещества принадлежит российскому ученому Михаилу Васильевичу Ломоносову и французу Антуану Лавуазье (Antoine Laurent Lavoisier).

Закон был открыт и сформулирован ими независимо друг от друга на основе анализа многочисленных опытных данных.

В 1756 г. М.В.Ломоносов самостоятельно сформулировал философский принцип сохранения материи и движения: “…все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому…”.

Он считал этот закон одним из основных законов природы!

Примеры проявления закона в природе

1. Явления диффузии
2. Процессы растворения веществ.
3. Дробление и разрушение тел.
4. Глобальный круговорот вещества в биосфере, перенос твердых, жидких и газообразных тел при различных давлениях и температурах, в течение веков и тысячелетий происходит в полном соответствии с законом сохранения массы. Эти же самые слова можно сказать об одном из самых грандиозных процессов – круговороте воды на поверхности земного шара.

Пример:

1) Если взять 1 кг манки, 2 кг гречки, 3 кг пшена и все крупы смешать, то получим массу строго 6 кг

m см = m манки + m гречки + m пшена = 1 кг + 2 кг +3 кг = 6 кг

2) В пассажирский самолет перед началом рейса погрузили 300 кг продуктов. Изменилась ли масса авиалайнера после того, как в полете все продукты были съедены?

Так как заданий на закон сохранения массы в задачниках нет, то можно предложить ребятам дома самим поработать над их составлением. А из лучших работ составить сборник и вклеить в задачник, которым пользуемся на уроке. Я думаю, что многие ребята захотят в этом поучаствовать.

А теперь о понятии плотность.

При введении этой величины в учебниках почему-то не оговаривается, что речь идет о сплошных телах! И хотя в олимпиадных задачах и в некоторых сборниках предлагаются задачи на нахождение средней плотности (или задачи, связанные с этой величиной) на уроках мы о ней не говорим. А ведь несколько уроков назад было введено понятие средней скорости, так почему по аналогии не ввести понятие средней плотности?

Истинная плотность – отношение массы к объему в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот)

Средняя плотность – физическая величина, определяемая отношением массы материала ко всему занимаемому им объему, включая поры и пустоты.

Средняя плотность не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от пористости материала.

Интересно, что средняя плотность играет очень важное значение для человека. Его плавучесть зависит от средней плотности тканей его тела, плотности воды, вдоха и выдоха. Чем меньше средняя плотность тканей тела, тем лучше его плавучесть. При глубоком вдохе пловец, как правило, обладает положительной плавучестью, при полном выдохе – отрицательной, он тонет. Человек способен изменять свою среднюю плотность, регулируя количество воздуха в легких! При полном вдохе средняя плотность человеческого тела становится меньше плотности воды. При выдохе, когда тело теряет плавучесть, человеку приходится создавать подъемную силу движением рук. Получается, что умение плавать – это умение правильно дышать!

Когда вводится понятие выталкивающей силы, может ребятам будет понятнее, почему такие огромные, тяжелые корабли плавают, если поговорить опять о средней плотности корабля и воды! Или привести такой пример: Плотность стекла, из которого сделана бутылка, равна 2200 кг/ м 3 ; плотность воды – 1000 кг/ м 3 . Следовательно, стекло пойдет ко дну. Но если стеклянная бутылка, наполненная воздухом, плотно закрыта пробкой, она будет плавать на поверхности воды. Масса стеклянной литровой бутылки примерно равна 0,5 кг; масса воздуха, заключенного в ней, — около 0,001 кг, а средняя плотность закупоренной бутылки с воздухом — 501 кг/ м 3 (0,5001 кг / 0,001 м 3), т.е. вдвое меньше плотности воды!

На уроке можно решить следующие задачи:

Какова плотность смеси глицерина и спирта, если объем спирта составляет половину объема смеси?

Как изменится ответ, если масса спирта составляет половину массы смеси?

Ответ: (900 кг/ м 3)

Сплав золота и серебра массой 400г имеет плотность 1,4 · 10 4 кг/ м 3 . Полагая объем сплава равным сумме объемов его составных частей, определите массу золота в сплаве.

Ответ: (0,2 кг)

(Примеры данных задач взяты из сборника “Решение ключевых задач по физике для основной школы. 7-9 классы. Гейндешптейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгат И.М, там же представлены их подробные решения)

Использованная литература:

1. Гейндешптейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгат И.М. “Решение ключевых задач по физике для основной школы. 7-9 классы. – М.: Илекса, 2006.
2. Детская энциклопедия, том 3 , издательство “Просвещение”, 1966
3. С.Е.Каменецкий, В.П.Орехов “Методика решения задач по физике в средней школе” издательство “Просвещение”, 1986
4. Г.С.Ландсберг “Элементарный учебник физики”, том 3, издательство “Физматлит”, 2000

Большинство тел имеет сложную структуру, ведь они состоят из различных веществ. Поэтому найти их плотность при помощи таблиц практически невозможно. Чтобы получить представление об их структуре, используют такое понятие, как средняя плотность , которая рассчитывается после измерения массы и объема тела.

Вам понадобится

• — весы;
• — мерный цилиндр;
• — таблица плотностей различных веществ.

Инструкция

Если тело состоит не из однородного вещества, найдите с помощью весов его массу, а затем измерьте объем. Если это жидкость, произведите измерение при помощи мерного цилиндра. Если же это твердое тело правильной формы (куб, призма, многогранник, шар, цилиндр и т.д.), найдите его объем геометрическими методами. Если тело неправильной формы, погрузите его в воду, которая залита в мерный цилиндр, и по ее подъему определите объем тела. Поделите измеренную массу тела на его объем, в результате получите среднюю плотность тела?=m/V. Если масса измерялась в килограммах, объем выразите в м?, если же в граммах – в см?. Соответственно плотность получится в

pkkonakovo.ru

истинная, средняя, насыпная, относительная. Методики определения плотности. Зависимость свойств материалов от их плотности.

Физическое состояние строительных материалов достаточно полно характеризуется средней и истинной плотностью, а также пористостью.

Средняя плотность ρ₀ (г/см³, кг/м³) – масса единицы объема материала в естественном состоянии.

Среднюю плотность вычисляют путем деления массы образца m, г (кг), на его геометрический объем V, см³ (м³)

ρ₀=m/V

При изменении температуры и влажности среды, окружающей материал, меняется его влажность, а следовательно, и средняя плотность. Поэтому показатель средней плотности определяют после предварительной сушки материала до постоянной массы или вычисляют по формуле:

где ρ_wи ρ₀средняя плотность влажного и сухого материала; W – количество воды в материале (доля от его массы).

Метод определения средней плотности зависит от формы образца материала.

Насыпной плотностью называется отношение массы материала в свободном рыхло насыпанном состоянии к его объему.

Определение насыпной плотности сыпучих материалов производят засыпкой их в предварительно взвешенный мерный цилиндр с высоты 10 см через воронку или без нее. Объем материала определяют по объему цилиндра. Воронка обеспечивает равномерное заполнение мерного цилиндра материалом. Образовавшуюся (без уплотнения) над краями цилиндра горку материала срезают ножом или линейкой. После этого цилиндр с материалом взвешивают. Насыпную плотность материала рассчитывают по формуле:

где — масса пустого мерного цилиндра;— масса цилиндра, заполненного испытываемым материалом;V – объем мерного цилиндра.

Истинной плотностью ρ (г/см³, кг/м³) называют массу единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии без учета имеющихся в нем пор.

Для определения абсолютного объема образцы измельчают в порошок до полного прохождения через сито с размером отверстий 0,2 мм. (Считается, что каждое отдельное зерно такого размера не содержит внутренних пор.)

Истинную плотность определяют в приборе Ле-Шателье – Кандло. Прибор представляет собой стеклянную колбу с узкой трубкой, имеющей шарообразное уширение в средней части. На трубке ниже уровня уширения имеется черта; верхняя часть трубки градуирована делениями и заканчивается воронкой.

Объем трубки между нижней чертой и нижним делением градуированной части равен 20 см³. Прибор заполняют дистиллированной водой до уровня нижней черты, уровень устанавливают по нижнему мениску, затем взвешивают сухой измельченный образец массой m₁, г. Порошок всыпают в прибор до тех пор, пока уровень воды в приборе не поднимется до нижнего деления градуированной части. Тогда абсолютный объем порошка, засыпанного в прибор, равен объему вытесненной воды – 20 см³. Остаток порошка взвешивают и подсчитывают массу порошка, всыпанного в прибор, по формуле:

m = m₁-m₂

Истинную плотность вычисляют по формуле:

Часто плотность материалов относят к плотности воды при температуре равной 4 ⁰C, равной 1 г/см³ , и тогда определяемая плотность становится безразмерной величиной, которую называют относительной плотностью d.

Большинство строительных материалов имеет поры, поэтому истинная плотность у них всегда больше средней. Лишь у плотных материалов (сталь, стекло) истинная и средняя плотность практически равны, так как объем внутренних пор у этих материалов ничтожно мал.

studfile.net

2. Виды плотности и единицы измерения

КРИСТАЛЛОФИЗИКА

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ

Плотность

Плотность — физическая величина, определяемая для однородного вещества массой его единичного объёма. Для неоднородного вещества плотность в определённой точке вычисляется как предел отношения массы тела (m) к его объёму (V), когда объём стягивается к этой точке. Средняя плотность неоднородного вещества есть отношение m/V.

Плотность вещества зависит от массы атомов, из которых оно состоит, и от плотности упаковки атомов и молекул в веществе. Чем больше масса атомов, тем больше плотность.

Но, если рассматривать одно и то же вещество в разных агрегатных состояниях, то мы увидим , что плотность его будет разной!

— твёрдое тело — агрегатное состояние вещества, характеризующееся стабильностью формы и характером теплового движения атомов, которые совершают малые колебания около положений равновесия. Кристаллы характеризуются пространственною периодичностью в расположении равновесных положений атомов. В аморфных телах атомы колеблются вокруг хаотически расположенных точек. Согласно классическим представлениям, устойчивым состоянием (с минимумом потенциальной потенциальной энергии) твёрдого тела является кристаллическое. Аморфное тело находится в метастабильном состоянии и с течением времени должно перейти в кристаллическое состояние, однако время кристаллизации часто столь велико, что метастабильность вовсе не проявляется.

Атомы прочно связаны друг с другом и очень плотно упакованы. Поэтому вещество,находящееся в твердом состоянии имеет наибольшую плотность.

— жидкое состояние — одно из агрегатных состояний вещества. Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём.

Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое.

Форма жидких тел может полностью или отчасти определяться тем, что их поверхность ведёт себя как упругая мембрана. Так, вода может собираться в капли. Но жидкость способна течь даже под своей неподвижной поверхностью, и это тоже означает несохранение формы (внутренних частей жидкого тела).

Плотность упаковки атомов и молекул по прежнему высока, поэтому плотность вещества находящегося в жидком состоянии не очень сильно отличается от твердого состояния.

— Газ — агрегатное состояние вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами, (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью. Частицы газа почти свободно и хаотически движутся в промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения.

Газообразное состояние вещества в условиях, когда возможно существование устойчивой жидкой или твёрдой фазы этого же вещества, обычно называется паром.

Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда).

Газообразное состояние — самое распространённое состояние вещества Вселенной (межзвёздное вещество, туманности, звёзды, атмосферы планет и т.д.). По химическим свойствам газы и их смеси весьма разнообразны — от малоактивных инертных газов до взрывчатых газовых смесей. К газам иногда относят не только системы из атомов и молекул, но и системы из других частиц — фотонов, электронов, броуновских частиц, а также плазму.

Молекулы жидкости не имеют определённого положения, но в тоже время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии.

Молекулы имеют очень слабую связь друг с другом и удаляются друг от друга на большое расстояние. Плотность упаковки очень низкая, соответственно, вещество в газообразном состоянии

обладает небольшой плотностью.

Плотность измеряется в кг/м³ в системе СИ и в г/см³ в системе СГС, остальные (г/мл, кг/л, 1 т/M3 ) – производные.

Для сыпучих и пористых тел различают:

— истинную плотность, определяемую без учёта пустот

— кажущуюся плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму

3. Формула нахождения плотности

Плотность находится по формуле:

Поэтому числовое значение плотности вещества показывает массу единицы объема этого вещества. Например, плотность чугуна 7 кг/дм3. Это значит, что 1 дм3 чугуна имеет массу 7 кг. Плотность пресной воды – 1 кг/л. Следовательно, масса 1 л воды равна 1 кг.

Для вычисления плотности газов можно пользоваться формулой: 

где М — молярная масса газа, Vm — молярный объём (при нормальных условиях равен 22,4 л/моль).

4. Зависимость плотности от температуры

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность ведет себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры.

 

 

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Правда, вода является исключением из этого правила, её плотность при затвердевании уменьшается.

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне. Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (ρ ~ 10-33 кг/м³). Плотность межзвёздной среды порядка 10-21 кг/M3. Средняя плотность Солнца примерно в 1,5 раза выше плотности воды, равной 1000 кг/M3, а средняя плотность Земли равна 5520 кг/M3. Наибольшую плотность среди металлов имеет осмий (22 500 кг/M3), а плотность нейтронных звёзд имеет порядок 1017÷1018 кг/M3.

 

 

 

5. Плотности некоторых газов

— Плотность газов и паров (0° С, 101325 Па), кг/м³

Азот 1,250 

Кислород 1,429

Аммиак 0,771 

Криптон 3,743

Аргон 1,784 

Ксенон 5,851

Водород 0,090

Метан 0,717

Водяной пар (100° С) 0,598 

Неон 0,900

Воздух 1,293 

Углекислый газ 1,977

Хлор 3,214 

Гелий 0,178

Этилен 1,260

— Плотность некоторых пород древесины

Плотность древесины ,г/см³

Бальса 0.15 

Пихта сибирская 0.39

Секвойя вечнозелёная 0.41 

Ель 0.45

Ива 0.46 

Ольха 0.49

Осина 0.51 

Сосна 0.52

Липа 0.53 

Конский каштан 0.56

Каштан съедобный 0.59 

Кипарис 0,60

Черёмуха 0.61 

Лещина 0.63

Грецкий орех 0.64 

Берёза 0.65

Вишня 0.66 

Вяз гладкий 0.66

Лиственница 0.66 

Клён полевой 0.67

Тиковое дерево 0.67 

Бук 0.68

Груша 0.69 

Дуб 0.69

Свитения (Махагони) 0.70 

Платан 0.70

Жостер (крушина) 0.71 

Тисс 0.75

Ясень 0.75 

Слива 0.80

Сирень 0.80 

Боярышник 0.80

Пекан (кария) 0.83 

Сандаловое дерево 0.90

Самшит 0.96 

Хурма эбеновая 1.08

Квебрахо 1.21 

Гвеякум, или бакаут 1.28

— Плотность металлов (при 20°C) т/M3

Алюминий 2.6889

Вольфрам 19.35

Графит 1.9 — 2.3

Железо 7.874

Золото 19.32

Калий 0.862

Кальций 1.55

Кобальт 8.90

Литий 0.534

Магний 1.738

Медь 8.96

Натрий 0.971

Никель 8.91

Олово (белое) 7.29

Платина 21.45

Плутоний 19.25

Свинец 11.336

Серебро 10.50

Титан 4.505

Уран 19.04

Хром 7.18

Цезий 1.873

Цирконий 6.45

— Плотность сплавов (при 20°C) ) т/M3

Бронза 7.5 — 9.1

Сплав Вуда 9.7

Дюралюминий 2.6 — 2.9

Константан 8.88

Латунь 8.2 — 8.8

Нихром 8.4

Платино-иридиевый 21.62

Сталь 7.7 — 7.9

Сталь нержавеющая (в среднем) 7.9 — 8.2

марки 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т 7,9

марки 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т 8

марки 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ 7,95

марки 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т 7,6

Чугун белый 7.6 — 7.8

Чугун серый 7.0 — 7.2

studfile.net

Определение средней плотности

Лабораторная работа 2

«Физико-механические свойства строительных материалов»

Для материалов, используемых в строительстве, наиболее общим и чаще встречающемся в практике являются следующие свойства.

Физические – истинная плотность, средняя плотность, пористость. теплопроводность, водопоглощение, водонасыщение, коэффициент водонасыщения, морозостойкость;

Механические – прочность при сжатии, прочность при изгибе, прочность на удар, коэффициент размягчения, коэффициент конструктивного качества и т.д.

Лабораторная работа состоит из экспериментальной (лабораторные испытания) и расчётной частей и рассчитана на два занятия.

 

Оборудование и принадлежности

Пикнометр, весы технические, весы для гидростатического взвешивания, комплект разновесов, пресс гидравлический.

 

Порядок выполнения работы

 

Для работы необходимы три образца строительного материала в виде куба 2*2*2 см или цилиндра a = h = 2,5 см, образец того же материала неправильной формы и материал, измельчённый в порошок. Все материалы высушены до постоянной массы.

 

Лабораторные испытания

Определение истинной плотности

Это масса единицы объёма абсолютно плотного материала (без пор).

Для исключения пор материал измельчается в тонкий порошок. Берётся навеска порошка – масса m₁. Абсолютно плотный объём её точно определяется при помощи пикнометра – колбы с длинным узким горлышком, на котором нанесена черта, точно указывающая объём его внутреннего пространства.

Пикнометр наполняют дистиллированной водой до черты и взвешивают – m₂.

Затем воду выливают, пикнометр высушивают, всыпают в него навеску порошка материала, наполняют водой до половины колбы и ставят в вакуум-шкаф для удаления пузырьков воздуха, после чего доливают до черты и взвешивают – m₃.

—истинная плотность материала, г/см³

m₁ – масса материала, г

m₂ – масса пикнометра с водой, г

m₃ – масса пикнометра с материалом и водой, долитой до риски, г

Определение средней плотности

 

Это масса единицы объёма материала в естественном состоянии (с учётом пор, имеющихся в материале). При определённой средней плотности образца правильной плотности его взвешивают, определяют размеры и подсчитывают объём

где — средняя плотность материала, г/см³

m – масса материала, г

V_ест – объём материала, см

 

Средняя плотность куска материала неправильной формы определяется методом гидростатического взвешивания. С этой целью взвешивают образец материала неправильной формы в воздухе – масса m₁. Образец опускают в расплавленный парафин, затем вынимают и после застывания парафина снова взвешивают в воздухе – m₂ (парафинирование образца производится для закрытия пористой поверхности образца).

Объём парафина на образце составит

Запарафинированный образец материала взвешивают в воде на гидростатических весах – масса m₃. Согласно закону Архимеда объём парафинированного образца

Объём образца без парафина

Вычисляют значение средней плотности материала

Где m₁ – масса материала при взвешивании на воздухе, г

m₂ – масса запарафинированного материала при взвешивании на воздухе, г

m₃ – масса запарафинированного материалапри взвешивании в воде на гидростатических весах.

 

Характерные влажности

 

Для оценки строительных материалов практическое значение имеют две характерные влажности – водопоглощение и водонасыщение.

 

1.3.1 Водопоглощение.Это влажность, приобретённая материалом,

находящимся при нормальном давлении воздуха. При водопоглощении вода не заполняет все открытые поры из-за в них воздуха.

Для определения водопоглощения влажный образец слегка обтирают влажной тканью, взвешивают – m₂. Масса сухого образца – m₁ известна и записана на его поверхности.

Водопоглощение определяют по формуле

где W_пог – водопоглощение материала, %

m₁ – масса сухого материала, г

m₂ – масса влажного материала, г

 

1.3.2 Водонасыщение.Это влажность, которую приобретает

материал в воде при условии вакуума, кипячения или большого давления.

При водонасыщении все открытые поры заполняются водой. Для определения водонасыщения образец, на котором определяли водопоглощение, снова помещается в воду и устанавливается в вакуум – шкаф для полного заполнения открытых пор водой. Через некоторое время образец вынимают из воды, обтирают влажной тканью и взвешивают – m₁.

Водонасыщение определяет по формуле

где W_нас – водонасыщение материала, %

m₁ – масса водонасыщенного материала, г

 

1.3.3 Коэффициент водонасыщения.Характеризует, какую часть открытых пор в материале заполняет вода при естественном давлении.

1.3.4 Объёмное водонасыщение. Это отношение массы воды, содержащейся в открытых порах материала, к объёму занимаемого им пространства.

где — водонасыщение по объёму, %

V_ecт – объём материала, см

Объёмное водонасыщение характеризует открытую пористость в материале.

Прочность на удар

Определяется числом ударов, необходимых для разрушения образца на специальном копре Педжа. Образец устанавливают на наковальню копра. С помощью специального приспособления поднимают на высоту 1 см и ударяют по образцу. Высота поднятия груза после каждого удара увеличивается на 1 см. Порядковый номер удара (или высота подъёма в см), при котором образец разрушится, определит ударную вязкость материала.

Прочность при сжатии

Характеризуется разрушающей силой F, отнесённой к единице площади поперечного сечения образца S. Образец материала правильной формы и определённых размеров устанавливают между плитами гидравлического пресса и разрушают. Предел прочности при сжатии определяют по формуле

 

R_сж = F/S

где R_cж – предел прочности при сжатии, МПа

F – разрушающая сила, Н

S – площадь поперечного сечения образца, м

 

Помимо испытания на сжатие сухого образца, испытывают влажный образец после определения его водонасыщения и подсчитывают аналогично предел прочности при сжатии влажного образца.

 

Водостойкость

Это способность материала не разрушаться и не изменять своих свойств при работе во влажных или водных условиях. Водостойкость материала можно оценить по коэффициенту размягчения, который определяется по формуле

Если К_р ≥ 0,8 , значит материал водостойкий и его можно применять для изготовления конструкций, работающих во влажных или водных условиях.

 

Расчетная часть

Имея данные, полученные при лабораторном испытании материалов, студент обязан произвести расчёты, по которым определяются следующие свойства.

 

Относительная плотность

Это отношение средней плотности вещ (с порами) и истинной плотности

Пористость

Это отношение объёма пор, содержащихся в материале к объёму занимаемого им пространства

 

 

Пористость можно подсчитать и по формуле

где — относительная плотность, %

n – пористость, %

 

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

poisk-ru.ru

Истинная и средняя плотность материалов — Материалы и свойства

Автор Admin На чтение 5 мин. Просмотров 456 Опубликовано 2016-07-26

Истинная плотность  (прежнее название – удельный вес) – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот. Определяют по формуле ? = m / V, где m – масса материала, кг; V – абсолютный объем, занимаемый материалом (без пор и пустот), м³. Истинная плотность жидкостей и материалов, полученных из расплавленных масс (металла, стекла, а также гранита, мрамора и других подобных горных пород), практически соответствует их плотности в естественном состоянии, а пористых материалов – приводится к абсолютно плотному состоянию искусственным путем.

Истинная плотность – свойство, которое контролируются только при геологической разведке с подземными сетями.

Для горных пород, служащих сырьем при производстве облицовочных материалов, не имеет решающего значения при их оценке. Однако этот показатель позволяет косвенно выявить другие свойства камня, например вычислить его пористость.

Плотность различных материалов

Для определения истинной плотности камня его необходимо получить в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор. Простейший способ заключается в измельчении камня до такой степени, пока каждая его частица не будет иметь внутри себя пор. С этой целью вначале отбирают куски горной породы общей массой не менее 1 кг, тщательно очищают их щеткой от пыли и затем измельчают до крупности менее 5 мм, после чего перемешивают и сокращают пробу примерно до 150 г. Полученную пробу вновь измельчают до крупности менее 1,25 мм, перемешивают и сокращают до 30 г. Оставшуюся пробу вновь измельчают в порошок в фарфоровой ступке, насыпают в стаканчик для взвешивания, высушивают до постоянной массы и охлаждают до комнатной температуры, после чего отвешивают две навески по 10 г каждая. Каждую навеску насыпают в пикнометр (пикнос – плотный, метрео – измеряю, дословно с греческого «измеритель плотности») и заливают дистиллированной водой, заполняя пикнометр не более чем на половину объема. Затем его ставят на песчаную ванну или в водяную баню и кипятят содержимое в течение 15—20 мин для удаления пузырьков воздуха. После этого пикнометр обтирают насухо, охлаждают до комнатной температуры, доливают до метки дистиллированной водой и взвешивают на лабораторных весах. Далее прибор освобождают от содержимого, промывают, наполняют до метки дистиллированной водой и вновь взвешивают.

Истинную плотность р, кг/м³, вычисляют по формуле

? = m?_В / (m + m₁ – m₂) · 1000,

где m – навеска порошка, высушенного до постоянной массы, г; m₁ – масса пикнометра с дистиллированной водой, г; m₂— то же, с навеской и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г; р„ – истинная плотность воды: р_в = 1 г/см³.

Средняя плотность ? (прежнее название – объемная масса) – масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и пустотами. Определяется по формуле ? = m / V₁, где m – масса материала, кг; V₁ – объем материала в естественном состоянии, м³. Средняя плотность металла и стекла практически равна их истинной плотности, у большинства строительных материалов она, как правило, меньше (из-за наличия пор).

Для каждого материала стандарты устанавливают значение влажности, при котором вычисляют среднюю плотность, необходимую для расчета пористости, теплопроводности и теплоемкости материалов, определения стоимости их перевозок и расчета прочности конструкций с учетом их собственной массы.

Истинная и средняя плотности широко используемых материалов показаны в табл. 1.

Средняя плотность – физическое свойство облицовочного камня, используемое обычно при его общей характеристике. Этим показателем пользуются при вычислении массы изделий из камня по их объему или при определении объема, когда известна масса изделий. Кроме того, используя среднюю плотность, определяют пористость камня и некоторые другие показатели. Особенно важное значение имеет это свойство для горных пород, используемых при производстве стеновых материалов, где значение этого показателя не должно превышать 2100 кг/м³.

Для определения средней плотности берут пять образцов кубической формы с размером ребра 40—50 мм или цилиндры диаметром и высотой 40—50 мм. Каждый образец очищают щеткой от рыхлых частиц и высушивают до постоянной массы, после чего взвешивают на настольных (гирных) или циферблатных весах. Затем измеряют размеры кубов или цилиндров камня и вычисляют объемы образцов.

Среднюю плотность каждого образца вычисляют по формуле, приведенной в § 2. Средняя плотность горной породы будет средним арифметическим результатом определения этой характеристики для пяти образцов. Значения средней плотности у наиболее распространенных видов облицовочного камня СНГ даны в приложении.

Среднюю плотность сыпучих (рыхлых) материалов (цемента, извести, песка, гравия, щебня) называют насыпной средней плотностью (прежнее название – насыпная объемная масса). В объем сыпучих материалов включают не только объем пор в самом материале, но и пустот между зернами или кусками материала.

Таблица 1. Плотность материалов в воздушно-сухом состоянии

Материалы	Значение плотности, кг/м3		Материалы	Значение плотности, кг/м3
	истинной	средней		истинной	средней
Свинец	11300—11400	11300—11400	Известняк плотный	2400—2600	2100—2400
Медь	8300—8900	8300—8900	Песок кварцевый	2600—2700	,1400—1900
Сталь	7800—7900	7800—7850	Стекло строительное	3000	2500—3000
Чугун	7800	6900—7400	Цемент	3000—3100	800—1300
Алюминиевые сплавы	2800	2700—2800	Бетон тяжелый	2600—2900	1800—2500
			Раствор строитель ный	2500—2900	1300—2200
Базальт	3300	2700—3200
Габбро	3200	2800—3200	Гравий	2600—2800	1400—1600
Мрамор	3000	2700—2800	Кирпич глиняный	2500—2800	1600—1900
Гранит	2600—2900	2600—2700	Минеральная вата	2800	75—400
Туф	2200—2800	1000—2200	Сосна	1600	500—600
Ракушечник	2650—2750	1400—2200

Примечание. Для сыпучих (рыхлых) материалов: песка, цемента, гравия приведена насыпная средняя плотность.

arxipedia.ru

Плотность строительных материалов.

Сайт строителя

Плотность строительных материалов.

Плотность строительных материалов. Плотность может быть истинной, средней, насыпной, относительной.

Истинная плотностью строительных материалов.

Под истинной плотностью строительных материалов. (кг/м куб.) понимают массу единицы объема абсолютно плотного материала без трещин, пор и пустот.

Истинная плотность для основных строительных материалов следующая:

• сталь, чугун 7800…7900 кг/м³;
• портландцемент 2900…3100 кг/м³;
• гранит 2700…2800 кг/м³;
• песок кварцевый 2600…2700 кг/м³;
• кирпич керамический 2500…2800 кг/м³;
• стекло 2500…3000 кг/м³;
• известняк 2400…2600 кг/м³;
• древесина 1500…1600 кг/м³.

Средняя плотность строительных материалов

Это масса единицы объема материла или изделия в естественном состоянии, то есть с пустотами и порами. Средняя плотность одного и того же материала может быть разной в зависимости от пористости и пустотности. Сыпучие материалы (цемент, щебень, песок и др.) характеризуются насыпной плотностью -отношением массы зернистых и порошкообразных материалов в свободном без уплотнения насыпном состоянии ко всему занимаемому ими объему, включая пространство между частицами.

От плотности строительного материала в значительной степени зависят его прочность, теплопроводность и другие свойства. Этими данными пользуются при определении толщины ограждающих конструкций отапливаемых зданий, размера строительных конструкций, расчетах транспортных средств и др. Значения средней плотности строительных материалов находятся в широких пределах.

Средняя плотность для некоторых строительных материалов следующая:

• сталь — 7800…7850 кг/м³;
• гранит — 2600…2800 кг/м³;
• бетон тяжелый — 1800…2500 кг/м³;
• кирпич керамический — 1600…1800 кг/м³;
• песок -1450…1650 кг/м³;
• вода — 1000 кг/м³;
• бетон легкий — 500…1800 кг/м³;
• керамзит -300…900 кг/м³;
• сосна — 500…600 кг/м³;
• минеральная вата — 200…400 кг/м³;
• поропласты -20…100 кг/м³.

Плотность материала зависит от его пористости и влажности. С увеличением влажности плотность материала увеличивается.

Относительная плотность строительных материалов

Это степень заполнения веществом объема материала. Относительную плотность выражают отвлеченным числом или в процентах.

Пористость строительного материала характеризует объем, занимаемый в нем порами — мелкими ячейками, заполненными воздухом. Мелкие поры, заполненные воздухом, придают строительным материалам теплоизоляционные свойства. По величине пористости можно судить о примерной прочности, плотности, водопоглощении, долговечности и др. Для конструкций, от которых требуется высокая прочность или водонепроницаемость, используют плотные материалы, для стен зданий используют материалы со значительной пористостью. Такие материалы обладают хорошими теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами.

Для рыхлых материалов при расчетах учитывают насыпную объемную массу. Пористость и относительная плотность в значительной степени определяют эксплуатационные качества материалов (прочность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность). Значение показателя пористости строительных материалов колеблется от О (стекло, сталь) до 90 % (минеральная вата).

Пустотность строительного материала представляет собой количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала. Выражается в процентах по отношению ко всему занимаемому объему. Этот показатель важен для керамзита, песка, щебня при изготовлении бетона. В некоторых строительных материалах (кирпич, панели) имеются полости, также образующие пустоты. Пустотность пустотелого кирпича составляет от 15 до 50 %, песка и щебня — 35…45 %.

Свойства строительных материалов.

stroyremkom.ru