Лабораторная работа № 1 Определение истинной и средней плотности

Цель работы: ознакомиться с сущностью понятий «плотность» истинная и средняя и методами их определения для образцов правильной и неправильной геометрической формы. Научится оценивать правильность полученных результатов.

1 Теоретическая часть

Истинная плотность, характеризующая состояние вещества, оп­ределяется отношением массы материала к его объему в абсо­лютно плотном состоянии. Строительные материалы в большинстве своем являются пористыми, т. е. имеют внутри поры, наполненные воздухом. Для определения абсолютно плотного объема материала его измельчают настолько, чтобы в частичках не осталось пор. Истинная плотность рассчитывается по формуле

, (1)

где ρ - масса материала, кг;

–объем материала в абсолютно плотном состоянии, м³.

Плотность большинства строительных материалов больше единицы. Методы определения истинной плотности материалов изложены в ГОСТ 6427.

Средней плотностью называется масса единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами и пустотами) и рассчитывается по формуле

, (2)

где ρ - масса материала, кг;

v - объем материала в естественном состоянии, м³.

Насыпной плотностью называют среднюю плотность рыхлых материалов (песка, щебня, цемента и т.д.), определяемую без вычета пустот между их частицами и рассчитывают по формуле

_н=, (3)

где m_н – масса материала, кг;

V_н – объем мерного цилиндра, м³.

Средняя плотность у большинства материалов меньше их истинной плотности. Для абсолютно плотных ма­териалов (стекло, сталь, битум, дегти, лаки, олифы и др.) величины истинной и средней плотности совпадают.

Средняя плотность является важнейшей характеристи­кой большинства строительных материалов. Ею пользу­ются при определении массы строительных конструкций, пористости материалов и для подсчета расходов, связан­ных с их перевозкой.

В отличие от истинной плотности средняя плотность различных строительных материалов колеблется в очень широких пределах – от 20 кг/м³ для некоторых легчайших теплоизоляционных материалов до 7850 кг/м³ для сталей.

2 Определение истинной плотности

Приборы, приспособления и материалы. Технические весы грузоподъемностью 0,5 кг; стаканчик или фарфоровая чашка для взвешивания; прибор Ле-Шателье; стеклянный со­суд с водой; пикнометр вместимостью 100 мл; песчаная ванна или водяная баня; су­шильный шкаф; эксикатор; концентрированная серная кислота; хлорид кальция; фарфоровая ступка с пестиком; сито № 02; инертная к испытуемым материалам (дистиллированная вода, безводный керосин); фильтро­вальная бумага; мягкая ткань для протирки приборов; таблица плотности основных строительных материалов.

1. Определение истинной плотности с помощью пикнометра

От измельченной пробы берут навеску массой 10 г, высыпают ее в чистый пикнометр (рисунок 1).

Рисунок 1 – Пикнометр

Пикнометр с навеской наполовину объема заполняют дистиллированной водой и ставят на песчаную баню в наклонном положении. Осторожным кипячением в течение 15-20 минут удаляют из навески материала воздух. После кипячения пикнометр с содержимым охлаждают до комнатной температуры в ванне с водой. Пикнометр тщательно вытирают снаружи, доливают до метки (по нижнему мениску) дистиллированную воду и взвешивают с погрешностью 0,01 г, определяя массу пикнометра с водой и навеской.

Затем пикнометр освобождают от содержимого, промывают, заполняют до метки дистиллированной водой комнатной температуры и вновь взвешивают с погрешностью 0,01 г, определяя массу пикнометра с водой.

Истинную плотность ρ в кг/м³ вычисляют по формуле

(4)

где т - навеска материала, высушенного до абсолют­но сухого состояния, г;

т₂ - масса пикнометра с водой или другой инерт­ной жидкостью, г;

т₃ - масса пикнометра с навеской и водой или другой инертной жидкостью, г;

ρ_ж - плотность воды или другой инертной жид­кости, г/см³.

2. Определение истинной плотности с помощью объемомера типа

Ле-Шателье-Кандло

Перед испытанием прибор (рисунок 2) наполнить во­дой, или другой инертной по отношению к данному мате­риалу жидкостью до нижней нулевой метки, что определяется по нижнему мениску. После этого свободную от жидкости часть (выше нулевого деления) тщательно протереть тампоном из фильтровальной бумаги. Наполненный жидкостью колбу поместить не менее чем на 10 мин в сосуд с водой так, чтобы градуированная часть его не была погружена в воду, температуру которой во время опыта поддерживают на уровне 15 ⁰С.

От подготовленной измельченной пробы берут навеску от 50 до 60 г, которую взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г и через воронку всыпают небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в колбе, определяемый по нижнему мениску, не поднимется до риски с делением 20 мл в пределах верхней градуированной части прибора. Для удаления пузырьков воздуха колбу рекомендуется слегка встряхнуть.

Остаток пробы взвешивают с точностью до 0,01 г.

Истинную плотность ρ в кг/м³ вычисляют по формуле

, (5)

где m - материала, высушенного до абсолют­но сухого состояния, г;

m₁ - масса остатка от навески, г;

- объем жидкости, вытесненной навеской мате­риала, см³.

1 – объемомер; 2 – сосуд с водой; 3 – термометр

Рисунок 2 - Прибор типа Ле-Шателье-Кандло и установка для определения истинной плотности материалов