2.2 Определение средней плотности

Среднюю плотность материала определяют измерением массы образца материала в естественном состоянии, т.е. вместе с порами и пустотами и его объема.

Метод определения средней плотности зависит от геометрической формы образца материала: правильной (куб, параллелепипед, цилиндр) или неправильной.

2.2.1 Определение средней плотности образца

правильной геометрической формы

Для определения средней плотности образцы материала могут быть изготовлены в форме куба, параллелепипеда или цилиндра. Необходимо учитывать, что для плотных материалов размер образца кубической формы должен быть не менее 40х40х40 мм, для пористых – 100х100х100 мм. У цилиндрического образца диаметр и высота должны быть соответственно не менее 40 и 70 мм.

Аппаратура. Лабораторные весы, разновесы, сушильный шкаф, эксикатор, металлическая линейка, штангенциркуль.

Подготовка к испытанию. Образцы правильной геометрической формы (не менее трех для испытываемого материала) высушивают в сушильном шкафу при температуре 110 ± 5 ^оС, охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе и хранят в нем до проведения испытания.

Проведение испытания. При помощи штангенциркуля (линейки) измеряют размер образцов и вычисляют их объем, после чего образец взвешивают на лабораторных весах.

Образцы любой формы со стороной размером до 100 мм измеряют с точностью до 0,1 мм, размером 100 мм и более – с точностью до 1 мм. Образцы массой менее 500 г взвешивают с точностью до 0,01 г, а массой 500 г и более – с точностью до 1 г.

Если образец имеет кубическую форму или форму параллелепипеда, то каждую грань измеряют в трех местах. Окончательный размер каждой грани (a, b, c) вычисляют как среднее арифметическое трех измерений, затем подсчитывают объем V_о , см³, по формуле:

V_о=a х b х c. (3)

При вычислении объема цилиндрического образца определяют его диаметр d и высоту h. Для этого на параллельных основаниях цилиндра наносят два взаимно перпендикулярных диаметра. Диаметр образца находят как среднее арифметическое результатов четырех измерений. Высоту цилиндра вычисляют так же, как среднее арифметическое результатов четырех измерений образующих цилиндра, расположенных на концах взаимно перпендикулярных диаметров. Объем цилиндра V_о , см³ подсчитывают по формуле:

V_о=π d² h/4. (4)

Обработка результатов. Среднюю плотность материала вычисляют зная массу и объем образца по формуле:

(5)

где - масса сухого образца материала правильной геометрической формы, г (кг);

V_о - объем образца материала, см³ (м³).

Среднюю плотность материала вычисляют как среднее арифметическое трех значений плотности различных образцов. Среднюю плотность следует вычислять с точностью до 1 кг/м³.

Результаты испытаний записывают в лабораторный журнал испытаний, см. п. 2, таблицы 1, 2 Приложения А.

2.2.2 Определение средней плотности материала в образце

неправильной геометрической формы

Среднюю плотность материала в образце неправильной геометрической формы определяют методом гидростатического взвешивания или с помощью объемомера.

Метод гидростатического взвешивания основан на использовании закона Архимеда: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости. Чтобы определить выталкивающую силу, образец взвешивают на воздухе и в жидкости; разность этих масс дает значение выталкивающей силы. Зная плотность жидкости, по выталкивающей силе можно вычислить объем вытесненной образцом жидкости, т.е. объем образца.

Аппаратура. Лабораторные весы (гидростатические весы), разновесы, стеклянный стакан.

Подготовка к испытанию и проведение испытания. Образец высушивают, взвешивают(m), а затем покрывают (при помощи кисти) тонким слоем расплавленного парафина. После того как парафин застынет, образец осматривают, обнаруженные при осмотре на парафиновой пленке пузырьки или трещины удаляют, а образец повторно парафинируют. После парафинирования образец взвешивают (m₁), перевязывают прочной нитью и подвешивают к крючку гидростатических весов (рисунок 2). После этого образец погружают в стакан с водой так, чтобы он не касался стенок и дна и взвешивают в воде (m₂).

Рисунок 2 – Весы гидростатического взвешивания

Обработка результатов. Среднюю плотность материала вычисляют, зная массу сухого образца (m), массу парафинированного образца (m₁), массу парафинированного образца взвешенного в воде (m₂), среднюю плотность парафина (ρ_п = 930 кг/м³), плотность воды ( = 1000 кг/м³ ) по формуле:

. (6)

Результаты испытаний записывают в лабораторный журнал испытаний, см. п. 3, таблица 1 Приложения А.

Определение средней плотности материала в образце неправильной формы при помощи объемомера. Этот метод используется, как правило, для определения средней плотности образцов плотных материалов: гранит, мрамор, керамогранит и др.(пористость менее 1 %).

Объемомер представляет собой сосуд в который впаяна трубка внутренним диаметром 8 - 10 мм с загнутым концом (рисунок 3).

1 - сосуд; 2 - трубка; 3 - емкость для сбора воды

Рисунок 3

Подготовка к испытанию и проведение испытания. Объемомер наполняют водой температурой (20 ± 2) °С до тех пор, пока она не потечет из трубки. Когда из трубки прекратится падение капель, под нее ставят предварительно взвешенную емкость (m₁.)

Образец неправильной геометрической формы высушивают до постоянной массы, взвешивают (m) и осторожно погружают на тонкой нити в объемомер, при этом вода, вытесненная образцом, через трубку вытекает в емкость (рисунок 3). После прекращения падения капель емкость с водой взвешивают и определяют массу (m₂) и объем вытесненной воды V_в в см³ по формуле:

(7)

где m₁ - масса пустой емкости, г;

m₂ - масса емкости с водой, вытесненной образцом, г;

r_в - плотность воды, принимаемая равной 1,0 г/см³.

Обработка результатов. Среднюю плотность материала вычисляют, зная массу сухого образца (m) и объем вытесненной воды (V_В), равный объему образца (V_о) по формуле 7.

Результаты испытаний записывают в лабораторный журнал испытаний, см. п. 3, таблица 2 Приложения А. Значения средней плотности некоторых строительных материалов представлены в таблице 1 Приложения Б.