Какие свойства материалов зависят от пористости. Основные свойства строительных материалов

Цель работы : Определение истинной плотности, средней плотности и пористости природных каменных материалов.

Теоретические положения

Истинная плотность – отношение массы материала к его объему в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот. Истинная плотность материала (г/см 3 , кг/м 3 , т/м 3)

r = m/V , (1.1)

где m – масса материала;

V – объем материала.

Средняя плотность – отношений массы материала к его объему в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и пустотами. Плотность (г/см 3 , кг/м 3 , т/м 3).

r 0 = m/V ест, (1.2)

где m – масса материала, г;

V ест – объем материала в естественном состоянии, см 3 .

Большинство строительных материалов имеет поры. Чем их больше в единице объема материала, там меньше его плотность. Для жидкостей и материалов, получаемых из расплавленных масс (стекло, металл), средняя плотность по значению практически равна истинной плотности.

От плотности материала в значительной мере зависят его физико-механические свойства, например прочность и теплопроводность. Значение плотности материала используют при определении его пористости, массы и размера строительных конструкций, расчетах транспорта и подъемно-транспортного оборудования. При определении средней плотности материала можно использовать образцы как правильной, так и неправильной геометрической формы. От формы образца зависит метод определения плотности материала.

Пористость материала характеризуется степенью заполнения его объема порами. Пористость (%)

П = (1 – r 0 /r)100, (1.3)

где r 0 – плотность материала, г/см 3 ; r – истинная плотность материала, г/см 3 .

В объеме материала одновременно могут находиться поры и пустоты. Поры представляют собой мелкие ячейки в материале, заполненные воздухом или водой; пустоты же – более крупные ячейки и полости, образующиеся между кусками рыхло насыпанного материала. Значение пористости природных каменных и других материалов различно, например: для гранита оно не превышает 2 %, а для известняка – 11–35 %, для стекла и металла – 0, для кирпича – 25–35 %, для обычного тяжелого бетона – 6–15 %, для газобетона – 77–85 %, для поропласта – 90–95 %.

Пористость в значительной степени определяет эксплуатационные свойства материалов: водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость, прочность, теплопроводность и др.

1. Определение истинной плотности

каменного материала

Описание оборудования: 1. Технические весы.

2. Ступка с пестиком.

3. Колба-объемомер.

4. Сосуд с водой.

5. Воронка.

6. Термометр.

Порядок выполнения работы

Для определения истинной плотности каменного материала из отобранной и тщательно перемешанной средней пробы отвешивают 200–220 г. Кусочки отобранной пробы сушат в сушильном шкафу при температуре (110 ± 5) °С до постоянной массы; затем их тонко измельчают в агатовой или фарфоровой ступке. Полученный порошок просеивают через сито с сеткой №02 (размер ячейки в свету 0,2 x 0,2 мм). Отвесив в фарфоровой чашке навеску около 180 г просеянного порошка, его снова высушивают при температуре (110 ± 5) °С, а затем охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе, в котором порошок хранят до проведения испытания. Истинную плотность определяют с помощью прибора-объемомера Ле-Шателье. Это стеклянная колба вместимостью 120–150 см 3 . Объемомер наполняют до нижней нулевой черты жидкостью (водой, безводным керосином или спиртом), инертной по отношению к порошку материала. После этого свободную от жидкости часть (выше черты) тщательно протирают тампоном из фильтровальной бумаги. Затем объемомер помещают в стекляннный сосуд с водой (рис. 1), имеющей температуру 20 °С (температура, при которой градуировали его шкалу). В воде объемомер остается все время, пока идет испытание. Чтобы объемомер в этом положении не всплывал, его закрепляют на штативе так, чтобы вся градуированная часть шейки находилась в воде.

Рис. 1 .

а) объемомер Ле-Шателье;

б) объемомер Ле-Шателье, подготовленный для определения

плотности материала:

1 – штатив, 2 – воронка, 3 – термометр, 4 – объемомер,

5 – сосуд с водой.

От подготовительной пробы, находящейся в эксикаторе, отвешивают с точностью до 0,01 г на технических весах 80 г порошка материала и высыпают его ложечкой через воронку в прибор небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в нем не поднимется до черты с делением 20 см 3 или до черты в пределах верхней градуированной части прибора. Разность между конечным и начальным уровнями жидкости в объемомере показывает значение объема порошка всыпанного в прибор. Остаток порошка взвешивают. Масса порошка, всыпанного в объемомер, будет равна разности между результатами первого и второго взвешиваний.

Истинная плотность материала (г/см 3)

r = (m – m 1)/V ,

где m – навеска материала до опыта, г;

m 1 – остаток от навески, г;

V – объем жидкости, вытесненной навеской материала (объем порошка в объемомере), см 3 .

Истинную плотность материала вычисляют с точностью до 1 г/см 3 как среднее арифметическое двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 2 г/см 3 .

___________________________________________________________

2. Определение средней плотности образца

правильной геометрической формы

Описание оборудования: 1. Технические весы.

2. Штангенциркуль.

3. Линейка.

Порядок выполнения работы:

Для определения плотности образцы материала изготовляют в форме куба, параллелепипеда или цилиндра. При этом необходимо учитывать, что для пористых материалов размер образца кубической формы должен быть не менее 100x100x100 мм, а для плотных – не менее 40x40x40 мм. У цилиндрических образцов диаметр и высота должны быть соответственно не менее 70 и 40 мм. Берут три образца и высушивают в сушильном шкафу при температуре (100 ± 5) °С, охлаждают в эксикаторе и хранят в нем до момента испытания.

Штангенциркулем измеряют образцы с точностью до 0,1 мм и вычисляют их объем, после чего взвешивают на технических весах. Каждую грань образца кубической или близкой к ней формы измеряют в трех местах, как показано на рис. 2. За окончательный результат принимают среднее арифметическое трех измерений каждой грани.

Рис. 2. Схема измерения объема образцов.

На каждой из параллельных плоскостей образца цилиндрической формы проводят два взаимно перпендикулярных диаметра (d 1 , d 2 , d 3 , d 4) и измеряют их длину; кроме того, измеряют диаметры средней части цилиндра (d 5 , d 6) в середине его высоты (рис. 2, б ). За окончательный результат принимают среднее арифметическое шести измерений, диаметра. Высоту цилиндра определяют в четырех местах (h 1 , h 2 , h 3 , h 4) и за окончательный результат принимают среднее арифметическое четырех измерений.

Образцы любой формы со стороной размером до 100 мм измеряют с точностью до 0,1 мм, размером 100 и более – с точностью до 1 мм. Образцы массой менее 500 г взвешивают с точностью до 0,1 г, а массой более 500 г и более – с точностью до 1 г.

Объем образца (см 3), имеющего вид куба или параллелепипеда

V = а ср × b ср × h ср , (1.4)

где а ср , b ср , h ср – средние значения размером граней образца, см.

Объем образца цилиндрической формы (см 3)

где p = 3,14; d ср – средний диаметр цилиндра, см;

h ср – средняя высота цилиндра, см.

Зная объем и массу образца, по формуле (1.1) вычисляют его плотность как среднее арифметическое трех ее значений различных образцов.

Обработка результатов измерений

Выводы: _____________________________________________

___________________________________________________________

3. Определение пористости

Порядок выполнения работы:

Пористость материала определяют по формуле 1.3 по полученным результатам истиной плотности и средней плотности.

Обработка результатов измерений

Выводы: _____________________________________________

___________________________________________________________

Контрольные вопросы:

1. Какие свойства материалов относят к физическим?

2. По какой формуле определяют истинную плотность, среднюю плотность и пористость?

3. Зачем измельчают материал при определении истинной плотности.

4. В чем различие между средней и истинной плотностью?

5. Какие образцы относят к образцам правильной геометрической формы?

Лабораторная работа № 2

Истинная плотность материала р и – физическая величина, определяемая отношением массы m , г, однородного материала к его объему V a , см 3 , в абсолютно плотном состоянии, т. е. без учета пор и пустот, а именно:

р и = m /V a , г/см 3 . (1.18)

Выполнение работы. Для определения истинной плотности каменного материала из отобранной и тщательно перемешанной средней пробы отвешивают 200...220 г. Кусочки отобранной пробы сушат в сушильном шкафу при температуре 110±5 о С до постоянной массы, затем тонко измельчают в фарфоровой ступке. Полученный порошок просеивают через сито № 02 (размер ячейки в свету – 0,2×0,2 мм). Отвесив в фарфоровой чашке навеску массой около 180 г просеянного порошка, его снова высушивают, а затем охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе, где порошок хранят до проведения испытания.

Истинную плотность твердого материала определяют с помощью объемомера Ле Шателье (рис. 1.1), который представляет собой стеклянную колбу вместимостью 120...150 см 3 с узкой шейкой, несколько расширяющейся в средней части. На шейке колбы выше и ниже шаровидного уширения нанесены две черты, объем между которыми равен 20 см 3 . Шейка градуирована, цена деления 0,1 см 3 .

Рис. 1.1. Объемомер Ле Шателье:

1 – объемомер; 2 – сосуд с водой;

3 – термометр

Объемомер наполняют до нижней нулевой черты жидкостью, инертной по отношению к порошку материала: водой, безводным керосином или спиртом. После этого свободную от жидкости часть (выше нулевой черты) тщательно протирают тампоном из фильтровальной бумаги. Затем объемомер помещают в стеклянный сосуд с водой, имеющей температуру 20 °С (температура, при которой градуировали его шкалу). В воде объемомер остается все время, пока идет испытание. Чтобы объемомер в этом положении не всплывал, его закрепляют на штативе так, чтобы вся градуированная часть шейки находилась в воде.

От подготовленной пробы, находящейся в эксикаторе, с точностью до 0,01 г отвешивают 80 г материала и высыпают его ложечкой через воронку в прибор небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в нем не поднимется до черты с делением 20 см 3 или до черты в пределах верхней градуированной части прибора. Разность между конечным и начальным уровнями жидкости в объемомере показывает объем порошка, всыпанного в прибор. Остаток порошка взвешивают. Масса порошка, всыпанного в объемомер, будет равна разности между результатами первого и второго взвешиваний.

Истинную плотность материала вычисляют по формуле

р и = (m – m 1)/V a , (1.19)

где m – масса навески материала до опыта, г;

m 1 – остаток от навески, г;

V a – объем жидкости, вытесненной навеской материала (объем порошка в объемомере), см 3 .

Истинную плотность материала вычисляют с точностью до 0,01 г/см 3 как среднее арифметическое результатов двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см 3 .

Результаты определения истинной плотности материала записывают в журнал для лабораторных работ и сравнивают с данными, приведенными в табл. 1.2.

Т а б л и ц а 1.2. Истинная и средняя плотность материалов

Полнотекстовый поиск:

Главная > Шпаргалка >Строительство

Понятие «материалоемкость»

«Материалоемкость» –свойство эффективных материалов, которые обладают опреде-

ленными признаками.

эксплуатационно-технических и эстетических свойств -простые и сложные. Простые свойства нельзя подразделить на другие. Например, простые свойства «масса», «длина» материалов не могут быть представлены другими более простыми свойствами.

Сложные свойства могут быть разделены на несколько менее сложных или простых свойств. Например, функциональность - сложное свойство, определяемое совокупностью эксплуатационно-технических свойств. Экономичность слагается из технико-экономических характеристик, отражающих затраты на производство, применение и эксплуатацию строительного материала в течение всего расчетного срока службы. К сложным свойствам относятся качество и интегральное качество.

Применение принципов квалиметрии для оценки качества строительных материалов

знакомстве с его методическими основами необходимо учитывать следующие положения: 1) оценка качества строительного материала зависит от того, для какой цели и для каких условий делается эта оценка, поэтому один и тот же материал может иметь несколько различных оценок качества. Прежде чем приступить к оценке качества, необходимо установить все необходимые условия и цель оценки; 2) качество следует рассматривать как иерархическую совокупность свойств материала, расположенных на разных уровнях. Каждое свойство одного уровня зависит от ряда других свойств более низкого уровня; оценка качества материала зависит от принятых показателей его свойств.

Проведение квалиметрического анализа предполагает выполнение нескольких основных этапов, из которых самый ответственный - построение дерева свойств, т. е. изображение всей совокупности свойств материала в виде многоуровневой структуры.

«Рисунок» дерева может изменяться в зависимости от вида материала, цели оценки и других факторов..

Количественная оценка качества сравниваемых строительных материалов (изделий) может быть получена как средняя взвешенная арифметическая из относительных оценок свойств К i , с учетом их весомости М i ,. мы получим комплексную оценку качества материала, характеризующую его способность удовлетворять всем функциональным и эстетическим требованиям к материалу в соответствии с его назначением. Если же суммируются все без исключения показатели, полученный результат дает наиболее полную оценку интегрального качества материала К ∑

К ∑ = K i х M i

При оценке результатов тот из сравниваемых строительных материалов является лучшим по интегральному качеству, у которого показатель К ∑ будет иметь большее значение.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА

К функциональнымм свойствам относят: структурные (средняя и истинная плотность, пористость), гидрофизические (гигроскопичность, водопоглощение, влагоотдача, водо-стойкость, водопроницаемость, влажность), теплофизические (теплопроводность, тепло-емкость, морозостойкость, огнестойкость, огнеупорность), комплексные (долговечность,

надежность, совметимость).

Структурные свойства строительных материалов

Плотностью называют массу единицы объема материала. Различают среднюю, истинную и насыпную плотности.

Средняя плотность - масса единицы объема материала в естественном состоянии, т.е. с порами и пустотами. Среднюю плотность ρ 0 , кг/м 3 , г/см 3 , вычисляют по формуле

где т - масса материала (образца) в сухом состоянии, кг или г; V- объем материала (образца) в естественном состоянии, м 3 или см 3 .

Массу материала определяют путем взвешивания образцов на весах различного типа.

Определение объема зависит от формы образца. Образцы бывают правильной (куб, параллелепипед, цилиндр) и неправильной геометрической формы. В первом случае объем образца определяют путем вычислений по геометрическим размерам. Например, для куба V = abc , где а, Ь, с - размеры сторон куба. Если образец неправильной формы (кусочек кирпича), то объем образца определяют по объему вытесненной жидкости (закон Архимеда).

Средняя плотность для материала не является величиной постоянной. Искусственные материалы можно получить с требуемой средней плотностью. Изменяя структуру, можно получить тяжелый бетон плотностью до 2500 и особо легкий плотностью менее 500 кг/м 3 .

Истинная плотность , кг/м 3 , г/см 3 - масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот). Вычисляют ее по формуле согласно СТБ 4.211-94

где V а - абсолютный объем материала, м 3 или см 3 .

Истинная плотность - это плотность вещества, из которого состоит материал, поэтому истинная плотность материала является физической постоянной характеристикой.

У плотных материалов числовые значения истинной и средней плотности одинаковы. Например, у стали р 0 = р и = 7850 кг/м 3 . У пористых материалов истинная плотность больше средней. Например, у керамического кирпича р о = 1600...1900 , а р и = 2500 кг/м 3 .

Плотность материала в большой степени влияет на его долговечность. Средняя плотность материалов непосредственно влияет на эффективность строительства, а также на трудоемкость транспортирования и монтажа. Снижение средней плотности строительных материалов при сохранении необходимых прочности и долговечности - путь к снижению материалоемкости строительства, повышению его технико-экономической эффективности.

Пористость материала П - это степень заполнения объема материала порами. Пористость по значению дополняет плотность до единицы или до 100% и определяется по формуле П= V п / V , где

V п - объем, занимаемый порами, V- объем материала в естественном состоянии, т.е. вместе с порами.

Преобразовав эту формулу, получим П = (1-ро /ри)100%, или

Пористость выражают в процентах (ГОСТ 12730.1-78). Пористость строительных материалов колеблется в широком диапазоне: от 0 (сталь, стекло) до 90...95 (пено- и поропласты); у тяжелого бетона - 5.-.15%.

Коэффициент плотности Кпл - степень заполнения материала твердым веществом: Кпл = ро I pи.

В сумме П + Кпл= 1 или 100%, т.е. высушенный материал состоит из твердого каркаса, обеспечивающего прочность, и воздушных пор.

Поры (от греч. poros - выход, отверстие) в материале - это промежутки, полости между элементами структуры материала, заполненные воздухом или водой. Поры возникают в материалах на различных стадиях их приготовления (у искусственных материалов) и образования (у природных материалов), отсюда и поры бывают искусственные и естественные. Форма, размеры и структура пор различны.

Более крупные поры в изделиях или полости между кусками рыхло насыпанного сыпучего материала (песок, гравий, щебень) называют пустотами.

В зависимости от пористости различают низкопористые (конструкционные материалы- П 50%).

Для рыхлых (сыпучих и волокнистых) материалов (песок, щебень, цемент, минеральная и стекловата), а также для материалов с искусственными пустотами (пустотелые керамические кирпичи и камни, бетонные и железобетонные плиты с технологическими пустотами) отношение объема пустот к общему объему материала называют пустотностью.

Гидрофизические свойства строительных материалов

Гигроскопичность - свойство пористого материала поглощать водяной пар из воздуха

Влажность (W ) - это количество воды в материале. Различают абсолютную влажность (г) и относительную (%). Относительную влажность вычисляют по формуле

где т с - масса сухого образца, г; т в - масса влажного образца, г.

При увлажнении материалы изменяют свои свойства увеличиваются плотность, теплопроводность и снижается прочность.

Поэтому при хранении и перевозке строительных материалов ГОСТ требует предохранения их от увлажнения.

Водопоглощением называют свойство материалов впитывать и удерживать воду. Водопоглощение определяют по стандартной методике, погружая образцы материала в воду с температурой 20 ± 2 °С и выдерживая их в воде определенное время. Водопоглощение можно определить по отношению к массе сухого материала или по отношению к естественному объему материала. Различают водопоглощение по массе - W и по объему - W и вычисляют их по формулам (в %):

где т с - масса сухого образца, г; т н - масса образца, насыщенного

водой, г; V- объем образца в естественном состоянии, см 3 .

Водопоглощение материала обычно меньше его пористости, так как поры могут быть закрытыми или очень мелкими и вода в них не проникает, а в очень крупных порах вода не удерживается. У высокопористых материалов (древесина, минераловатные и стекловолок-нистые плиты) водопоглощение по массе может быть более 100%; объемное водопоглощение всегда меньше 100%.

Для насыщения водой образец погружают в воду постепенно или выдерживают его в кипящей воде (СТБ 4.2306-94).

В результате насыщения водой свойства материалов значительно изменяются: увеличиваются теплопроводность, плотность, а у некоторых материалов (например, у дерева) также и объем.

Установим зависимость между водопоглощением по массе и по объ

Показатели водопоглощения строительных материалов различны. Например, водопоглощение по массе гранита 0,1...0,8%, керамических плиток для полов - 1...4, тяжелого бетона - 2...3, керамического кирпича - 8...15, теплоизоляционных газосиликатных материалов - 50...75%.

Увлажнение и насыщение водой отрицательно влияет на прочность материалов, снижая ее.

Водостойкостью материала называют его способность сопротивляться разрушительному действию влаги. Количественно водостойкость материала оценивают коэффициентом размягчения К р. Последний равен отношению предела прочности материала, насыщенного водой R н , к пределу прочности сухого материала R с: К р = R н /R с.

Коэффициент размягчения колеблется в пределах от 0 (у глиняных необожженных материалов) до 1 (у стали, битумов). Материалы с коэффициентом размягчения больше 0,8 называют водостойкими.

Водостойкость - важная характеристика строительных материалов, которые применяют в гидротехнических сооружениях. Водостойкость можно повысить искусственно, снижая гидрофильность, уменьшая смачиваемость материалов водой, а также нанесением гидрофобных покрытий.

Высокая гидрофобность и водостойкость некоторых материалов позволяют применять их в качестве гидроизоляционных материалов (битумы, полимерные пленки).

Влагоотдача - свойство материала отдавать воду при наличии соответствующих условий в окружающей среде (повышении температуры, движении воздуха, снижении влажности воздуха).

Водопроницаемостью называют способность материала пропускать воду под давлением. Величина водопроницаемости характеризуется количеством воды, прошедшей в течение 1 ч через 1 см 2 площади испытуемого материала (образца) при постоянном давлении. Материалы особо плотные, т.е. у которых истинная и средняя плотности равны (металл, стекло), являются водонепроницаемыми.

Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации Кф (м 2 /ч). Коэффициент фильтрации обратно пропорционален водонепроницаемости материала.

Архитектуры , работы по математике, биологии, геологии, анатомии... отличать от животного и по плоским ногтям, и по улыбке, и по уму, и по религии и т. д. Но...

Шпаргалка по Истории (5)

Шпаргалка >> История

Стороны специально организованной прокуратуры (с 1722 г.);"Шпаргалка по отечественной истории"3) были сформированы центральные... , скульптура и архитектура данного периода находились под влиянием европейского классицизма. "Шпаргалка по отечественной истории" ...

Шпаргалка по Информационным системам и технологии

Шпаргалка >> Информатика

Серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86. RISC-процессоры... серверных и мобильных процессоров построена по архитектуре Intel x86. RISC-процессоры... через сети GSM. Открытость архитектуры По структуре контроллеры подразделяются на...

Шпаргалка по Административному праву (1)

Шпаргалка >> Государство и право

Ольга Владимировна Костькова Шпаргалка по административному праву Аллель, 2010 г., 64 ... документации; б) подготовку и переподготовку специалистов в области архитектуры и градостроительства; в) формирование и ведение государственного фонда...

Плотность кирпича – это физико-техническая характеристика, или физическая величина, которая представляет собой содержание массы вещества (или материала) в определенной единице объема.

В этой статье мы с Вами разберемся, что означают такие термины как средняя и истинная плотность. Здесь также будет предоставлена инструкция, следуя которой можно определить плотность строительного кирпича.

Общие требования к проведению испытаний над кирпичами

Прежде всего, испытания должны проводиться в помещении, в котором температура воздуха равняется (20±5) °С. В качестве подопытного материала должны использоваться образцы целого изделия или их половинки.

При высушивании образец или пробу доводят до определенной кондиции, при которой разность показаний между двумя последними взвешиваниями в ходе процесса высушивания не превышает четко регламентированной погрешности .

Кроме того перерыв между двумя взвешиваниями должен составлять промежуток во времени, не менее указанного в нормах:

для образца или — 4 ч;
для пробы — 2 ч.

Высушивание производят в специальном оборудовании при установленной температуре 1055°С, таким оборудованием может послужить электрошкаф.

Установленные нормативные максимальные погрешности взвешивания проб и образцов в зависимости от их массы в граммах, при которых масса считается постоянной:

20 г и менее — 0,002;
20 г..1000 г – 1;
1000 г..10000 г – 5;
10000 г и больше – 50.

Плотность силикатного кирпича кг: м 3 определяется не раньше чем через сутки после завершения обработки в автоклавах.

Определение средней плотности

Кирпич имеет такую характеристику, как средняя плотность, которая, по сути, является, соотношением массы вещества m(кг) к занимаемому им же объему Vест (м 3), вместе с пустотами и порами: m/ Vест. По средней плотности материала можно судить о его теплопроводности, так как это величина обратно пропорциональная пористости.

Необходимый инвентарь для испытания:

Сушильный электрошкаф соответствующий ТУ 16-681.032 основное требование к сушильному шкафу — это автоматическая регулировка температуры в рамках 100..110 °С.
Металлическая измерительная линейка, отвечающая требованиям ГОСТ 427.

Подготовка образцов к испытанию

Нужно выбрать не менее трех образцов для определения средней плотности.

Непосредственно проведение испытания

Объем (V) каждого образца определяется по его геометрическим размерам, измеряемым с максимально допустимой погрешностью не более 1 мм. Чтобы определить каждый линейный размер образца его измеряют в трех местах – по двум ребрам, и посередине грани. Результатом измерения считается среднее арифметическое из трех произведенных измерений.

Образцы, перед тем как высушить до постоянной массы, очищают от разных загрязнений, на подобии пыли.

Корда образец достигнет постоянной массы – это и будет масса (m), берущаяся во внимание при дальнейших расчетах.

Обработка полученных результатов

Средняя плотность (ρ ср) образца в кг: м 3 вычисляют по формуле:

где V- объем образца, см 3 .

Как вы уже догадались, среднее арифметическое из значений средней плотности для каждого образца мы примем за репрезентативное значение средней плотности для всей партии строительного материала, причем точность расчета должна быть до 10 кг: м 3 .

Как исходные данные, так и результаты расчета средней плотности внимательно заносят в специально отведенный для этого журнал испытаний.

Истинная плотность

Определение истинной плотности кирпича — это более сложный процесс, который требует большего количества специальных приспособлений.

Инвентарь для проведения испытаний:

Сушильный электрошкаф, согласно ТУ 16-681.032 032. Основное требование к сушильному шкафу — это автоматическая регулировка температуры в рамках 100..110 °С.
Весы, соответствующие ГОСТу 24104.
Термостат, способный поддерживать температуру в рамках 20,0±0,5°С.
Вакуумный эксикатор, выполненный в варианте 1 согласно ГОСТу 25336, дополненный масляным или водоструйным вакуумным насосом, согласно ГОСТ 25662, способный создать разрежение 532 Па (или 4 мм ртутного столбика).
Эксикатор, выполненный в варианте 1 согласно ГОСТу 25336, укомплектованный концентрированной кислотой H 2 SO 4 , согласно ГОСТ 4204, используют также безводный хлористый кальций, который нормирован согласно ГОСТ 450.
Несколько пикнометров вещающих в себя 50-100мл типа ПЖ2, типа ПЖ3 и ПТ согласно ГОСТ 22524. К каждому из них прилагается конус, по ГОСТу 8682.
Агатовая или фарфоровая ступка с пестиком.
Бюксы стеклянные согласно ГОСТ 25336 или же фарфоровые чашки согласно ГОСТ 9147.
Сито, сетка N 1 и сетка N 0,063 согласно ГОСТ 6613.
Песчаная или водная баня.
Дистиллированная вода согласно ГОСТ 6709 или же любая другая, инертная по отношению к материалу испытываемых образцов, жидкость.

Термины и определения

Эксикатор - толстостенный сосуд, изготовленный из пластика или стекла, в котором поддерживают нужную для проведения опыта, обычно близкую к нулевой, влажность воздуха. Крышка, для обеспечения герметичности, смазывается специальной смазкой в месте контакта с корпусом.

Используют этот агрегат для таких целей:

Для медленного высушивания в условиях комнатной температуры
Для обеспечения благоприятных условий хранения гигроскопичных соединений, которые требуют гравиметрии, причем важно не допустить насыщения подопытных веществ неизвестным объемом воды из окружающей атмосферы.
Для некоторых целей возможно создание вакуума внутри эксикатора.

В эксикаторе размещают решётчатый фарфоровый поддон, на него устанавливают бюксы. На дне сосуда располагают гигроскопичное вещество для удаления остатков влаги, или же специальный раствор, который поддерживает уровень нужное парциального давления водяных паров.

Пикнометр - прибор, сосуд определенного объема и специальной формы изготовленный из стекла, применяемый физиками и химиками для определения плотности газообразных, жидких и твердых веществ. По некоторым данным изобрел его в 1859 году всем известный ученый Дмитрий Иванович Менделеев.

Чтобы определить плотность, взвешивают вещество, заполняющее пикнометр до определенной отметки на горловине или же до самой верхней точки капилляра, что соответствует номинальному объему пикнометра. Плотность твёрдого тела определяется погружением его в пикнометр, наполненный жидкостью.

Основными достоинствами определения плотности при помощи пикнометра являются:

точность измерений достаточно высока — до 10..5 г/см³;
допускается использование малого количества веществ — 0,5..100 см³;
минимальная площадь открытой поверхности жидкости, что позволяет исключить возможность испарения и поглощения влаги из атмосферы.

Подготовительные работы перед началом испытаний

Будь то строительный кирпич, облицовочный кирпич- плотность которых нужно определить, или двойной силикатный кирпич м 150 — процедура одна и та же.
Истинная плотность определяется на пробах материала, из которого состоят изделия, полученных как минимум от трех разных образцов.
Чтобы подготовить пробы:

С каждого образца из середины и снаружи откалывается по два, примерно одинаковых, куска их общая масса должна быть не менее 200 г.

Куски эти измельчаются до гранул размера приблизительно 5 мм.

Методом квартования делают навеску, масса которой свыше 100 г.

Навеску измельчают в агатовой или фарфоровой ступке до тех пор, пока она не пройдет полностью через сетку N 1.

После этого, методом квартования делают навеску, масса которой свыше 30 г
Навеску измельчают в ступке до тех пор, пока она не пройдет полностью через сетку N 0,063.

Приготовленная порошкообразная проба материала образцов высушивается до тех пор, пока масса пробы не станет константой. После высушивания проба охлаждается до комнатной температуры в эксикаторе над безводным хлористым кальцием CaCl 2 или же концентрированной H 2 SO 4 .

Стадия проведения испытания

Определяют плотность параллельно двух навесок отобранных от пробы, масса их примерно по 10 г каждой.

Отобранная навеска высыпается в чистый, высушенный пикнометр, который взвешивают после высушивания. Производится взвешивание пикнометра вместе с подопытным порошком, после чего в этот специальный сосуд наливают инертную жидкость (обычно это вода) так, чтобы пикнометр был наполнен примерно до половины своего объема.

Для того чтобы удалить воздух из материала навески а так же из жидкости, пикнометр вместе с содержимым помещают в вакуумный эксикатор, и находится он там до момента, когда перестанут выделяться пузырьки. Так же, при использовании воды в качестве инертной жидкости, возможно удаление воздуха путем кипячения пикнометра с содержимым около 15..20 минут, слегка наклонив его, на водяной или песчаной бане.

Жидкость, которой наполняют пикнометр, не должна содержать пузырьков воздуха, если это условие не соблюдено- то следует добиться однородности состава жидкости путем удаления из нее всех газообразных веществ.

Когда воздух удален — пикнометр типа ПЖ3 полностью наполняют жидкостью, а приспособления типа ПЖ2 и ПТ — заполняют до определенной метки. Сосуд помещается в термостат настроенный на температуру 20,0±0,5°С, и выдерживается там, как минимум, 15 мин.

После истечения 15-ти минут пикнометр типа ПЖ3 закрывается пробкой с отверстием, так, чтоб жидкость полностью заполнила капилляр, а её избыток удалился. После этого сосуд тщательно вытирается, а капля жидкости с капилляра удаляется фильтрующей бумагой.

В пикнометрах типа ПЖ2 и ПТ уровень жидкости доводится до метки нижнего мениска.

Когда уровень жидкости застынет на постоянной отметке — пикнометр взвешивается.

После того как пикнометр взвесили его очищается от того что внутри, тщательно промывается и заполняется такой же жидкостью, после чего так же удаляют из нее весь воздух, потом держат в термостате, доводят её до постоянного уровня и опять же взвешивают.

Этап обработки полученных результатов

Вычисляется истинная плотность (ρ и) материала навески измеряемая в (г/см 3)по формуле

Так же как и при определении средней плотности, за репрезентативное значение истинной плотности образцов принимается среднее арифметическое между результатами определения истинной плотности испытуемого материала для двух навесок. Расчеты ведут с точностью до 0,01 г/см 3 .

При всем этом расхождение между двумя результатами параллельных испытаний не должно быть выше, чем 0,02 г/см 3 . При большем расхождении все этапы нужно повторить заново.

Так же как и при определении средней плотности, исходные данные, и результаты расчета истинной плотности внимательно заносят в специально отведенный для этого журнал испытаний.

Справочная информация

Ниже предоставлена плотность кирпича кг: м 3:

плотность керамического кирпича кг: м 3:
- – 1600-1900;
- пустотелого – 1000-1450;
- облицовочного – 1300-1450;
плотность красного кирпича кг: м 3:
плотность клинкерного кирпича кг: м 3 — 1900-2100;
- полнотелого – 1600-1900;
- – 1000-1450;

Совет: для определения плотности кирпича Вам лучше всего обратиться в лабораторию, так как для того, чтобы сделать это своими руками, Вам потребуется высокоточное дорогостоящее оборудование, если же Вы решите использовать менее точные кустарные аналоги нужного оборудования, то цена за это удовольствие может быть довольно высокой – недостоверность полученных данных.

В этой статье мы с Вами рассмотрели, что такое плотность такого материала как кирпич, и как ее определять. (см. также статью ) Посмотрите вышерасположенное видео: в этой статье имеется теоретическая информация, а, просмотрев видеоматериал, Вы возможно лучше воспримите, как все выглядит на практике.

Под понятием “истинная плотность щебня” подразумевается масса данной единицы объема без учета имеющихся пор и пустот, в истинно плотном состоянии. Это значение всякий раз определяется по заданной формуле и используется после этого в расчетах определения пористости материала. Образуется щебень путем дробления твердых горных пород различных фракций и имеет очень хорошее сцепление с компонентами бетонных смесей. Щебень в виде зерен применяется в различных сферах строительства.

Виды щебня: а – кубовидный, б – остроугольный, в – клиновидный, г – лещадный.

Производится бетон на гранитном щебне, и изделия из такого бетона используют как посыпку в дорожном покрытии и при производстве асфальтобетона . Такой бетон применяется при возведении сооружений ответственных, к которым предъявляются высокие требования прочности.

Определение плотности щебня

Среди инертных материалов гранитный щебень до сих пор сохраняет лидирующие позиции.

Составить конкуренцию прочной каменной породе магматического происхождения не может ни один из видов крупного заполнителя с другим составом. Имеют взаимозависимость основные характеристики щебня.

Чем у гранитного щебня лучше показатели плотности, тем выше такие его характеристики, как плотность и морозостойкость. Технологии строительства, как правило, различают для нерудного материала несколько видов плотности, которую принято определять тремя видами:

истинной;
средней;
насыпной.

В свою очередь истинная плотность, как щебня, так и гравия, может быть найдена несколькими способами, а именно: пикнометрическим и ускоренным.

Вернуться к оглавлению

Определение истинной плотности пикнометрическим методом

Этот метод, используемый для определения плотности, подразумевает измерение массы и единицы объема для заранее подготовленного, высушенного и измельченного, материала. Чтобы определить истинную плотность этой горной породы в геологической пробе, готовится специально лабораторная проба. Щебень для получения результата закладывают в дробилку, и после обработки рассеивают в ней продукты дробления. Чтобы определить истинную плотность, применяют также дробление до тонкого порошка и высушивание затем при 105-110°C до получения постоянной массы. Степень измельчения породы при этом может быть различна и зависит от стандарта на каждый материал. Для определения понадобится:

пикнометр вместимостью 100 мл, соответствующий ГОСТ 22524;
весы настольные: циферблатные должны соответствовать ГОСТ 29329, а лабораторные – 24104;
фарфоровая чашка для взвешивания по ГОСТ 9147 или стаканчик по ГОСТ 25336;
фарфоровая или чугунная ступка;
эксикатор, соответствующий ГОСТ 25336;
серная концентрированная кислота по ГОСТ 2184;
кальций хлористый или хлорид кальция (безводный) по ГОСТ 450;
сушильный шкаф;
песочная или водяная баня;
лабораторная щековая дробилка ДЛЩ 60х100 или ДЛЩ 80х150;
металлическая щетка;
сито №0125 ГОСТ 6613.

Имеющиеся фракции подвергаются забору материала, для исследования материала берется по 2 одинаковые пробы от каждой разновидности фракции, иначе результат будет неточен. Вес каждой забираемой пробы будет зависеть от размеров отдельно взятой фракции щебня. Так, для фракции от 5 до 10 мм берется 1 кг, от 10 до 20 мм – 1,5 кг, от 20 до 40 мм – 2,5 кг, от 40 до 70 мм – 5 кг, а если имеются зерна, более крупные по фракции, то их предварительно до забора пробы дробят до достижения ими ~70 мм или чуть меньше.

Чтобы подготовить к испытанию щебень и определить его истинную плотность при помощи пикнометрического метода, щебень металлической щеткой тщательно очищается от пыли и грязи, затем он измельчается в лабораторной специальной дробилке до размеров зерна не более 5 мм. Эту массу перемешивают и берут из нее 150 г, после этого еще раз измельчают и берут оттуда 30 г. Эта проба должна быть измельчена до состояния пыли, перемешана, и при этом частицы не должны для готовности к опыту превышать 0,125 мм. Истертый таким образом щебень помещается в заранее подготовленную чашку из фарфора или в специальный стакан, предназначенный для лабораторного взвешивания.

В этой лабораторной посуде взятые пробы очень аккуратно просушиваются и охлаждаются после этого до достижения значений температуры, близких к комнатным. Чаще всего в лабораторных условиях производят охлаждение, держа предмет опыта над парами концентрированной серной кислоты, в других случаях охлаждают опыт над безводным хлоридом кальция.

Когда все условия исполнены, для того чтобы определить истинную плотность, берутся 2 навески по 10 г каждая из них, затем они всыпаются в пикнометры, заранее подготовленные для этого, сухие и чистые. После этого наливают туда же дистиллированную воду, взяв ее для этого опыта в количестве, необходимом для того, чтобы она заполнила собой не более чем половину от общего объема всего пикнометра. Содержимое кипятится на водяной или специальной песчаной бане, для точного результата должно пройти с начала кипения не менее 15-20 мин, это нужно для полного удаления из смеси пузырьков воздуха. Находиться при этом он должен в наклонном по отношению к основной плоскости положении. Также пузырьки воздуха, неизбежно возникающие при соединении воды и порошка щебня, могут удаляться при помощи удерживания пикнометра некоторое время в эксикаторе над вакуумом.

Когда весь воздух из взятого для опыта щебня, смешанного с очищенной дистилляцией водой, удален, пикнометр требуется обтереть и охладить, а имеющая те же характеристики вода дополнительно в него доливается до метки, которой ее уровень соответствовал до кипячения, прибор после этой процедуры взвешивают. После взвешивания пикнометр полностью освобождается от своего содержимого, тщательно промывается, наполняется до того же уровня аналогичной очищенной водой и вторично взвешивается. Чтобы опыт имел больше точности, проводятся два параллельных одинаковых по условиям опыта.

Истинная плотность фракций щебня таким образом определяется как среднее арифметическое между двумя измерениями и вычисляется по формуле.

Формула для расчета истинной плотности щебня используется следующая:

r=mr8/(m+m¹-m²)(1.11), где:

r – истинная плотность щебня, в г/см³;
r8 – плотность воды, которая принимается по умолчанию за 1 г/см³;
m – масса навески порошка, выбранная для определения истинной плотности щебня, который высушен до постоянной массы, в г;
m¹ – масса пикнометра с дистиллированной водой, в граммах;
m² – масса пикнометра с навеской и дистиллированной водой после того, как удалены путем кипячения пузырьки воздуха, в граммах.

Вернуться к оглавлению

Ускоренное определение истинной плотности щебня

При использовании этого метода значение, которое известно как истинная плотность породы и зерен щебня, определяется вычислениями общей массы предварительно измельченного и после этого высушенного материала. В этом случае, чтобы точно определить все параметры, используется предназначенный для этого прибор Ле Шателье. Потребуется следующее оборудование и материалы:

прибор Ле Шателье;
весы лабораторные ГОСТ 24104 или настольные циферблатные по ГОСТ 29329;
для взвешивания: фарфоровая чашка ГОСТ 9147 или стаканчик 25336;
эксикатор ГОСТ 25336;
сушильный шкаф;
серная кислота ГОСТ 2184;
хлористый кальций (хлорид кальция безводный) ГОСТ 450;
сито, размер отверстий 5 мм, ГОСТ 6613;
металлическая щетка.

Хорошо измельченный щебень, подготовленный аналогично предыдущему способу определения, высыпают в чашку из фарфора или лабораторный стакан, предназначенный специально для взвешивания. Там ее высушивают до достижения ею значения постоянной массы, по достижении этого параметра охлаждают материал до значения, близкого к значению комнатной температуры, при помощи эксикатора. Охлаждение можно проводить над серной концентрированной кислотой или безводным хлоридом кальция. Из высушенного порошка отбираются две навески, по 50 г общим весом каждая.

Для начала прибор заполняется водой до достижения уровня самой нижней из имеющихся отметки, определить этот уровень можно при помощи нижнего мениска. После этого внутрь приборов через воронку в каждый помещают подготовленную навеску малыми порциями. Насыпать продолжают до момента, когда уровень находящейся внутри воды с разметки самого нижнего деления под действием измельченного щебня уйдет вверх до 20 мл либо любого выбранного деления, которое находится в верхней части шкалы. Чтобы удалить по возможности лишний скопившийся воздух, в процессе прибор слегка встряхивают.

Определяют искомую плотность материала в этом случае путем взвешивания той части взятого щебня, что не вошла внутрь. Расхождение между двумя результатами при итоговых вычислениях не должно быть больше чем 0,02 г/м³. Если расхождение получилось больше, производят дополнительно третье определение, чтобы затем принять в расчет 2 ближайших друг другу значения.

После этого в качестве результата принимается среднее арифметическое 2 наиболее близких значений. В том случае если возникает необходимость определить плотность щебня или гравия, который представляет собой смесь фракций, значение по каждой фракции определяется отдельно.