1.4. Определение плотности материалов

Материалы и оборудование: образцы материала; объемомер Ле Шателье; весы; сушильный шкаф; ступка; сито № 02; фарфоровая чашка; эксикатор; стекло; штангенциркуль; объемомер; тонкая нить; гидростатические и технические весы; стандартная воронка; мерный цилиндр; линейка; виброплощадка.

1.4.1. Определение истинной плотности

Истинная плотность материала р_и – физическая величина, определяемая отношением массы m, г, однородного материала к его объему V_a, см³, в абсолютно плотном состоянии, т. е. без учета пор и пустот, а именно:

р_и = m/V_a, г/см³. (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 ^оС 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 см³ с узкой шейкой, несколько расширяющейся в средней части. На шейке колбы выше и ниже шаровидного уширения нанесены две черты, объем между которыми равен 20 см³. Шейка градуирована, цена деления 0,1 см³.

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 см³ 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 – m₁)/V_a, (1.19)

где m – масса навески материала до опыта, г;

m₁ – остаток от навески, г;

V_a – объем жидкости, вытесненной навеской материала (объем порошка в объемомере), см³.

Истинную плотность материала вычисляют с точностью до 0,01 г/см³ как среднее арифметическое результатов двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см³.

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

Материал	Истинная плотность, кг/м3	Средняя плотность, кг/м3
Гранит Известняк плотный Туф вулканический Кирпич керамический Древесина сосны Песок Пенопласт Стекло Сталь строительная	2800…2900 2400…2600 2600…2800 2600…2800 1550…1600 2600…2700 1300…1400 2400…2600 7800…7850	2600…2700 2100…2400 900…2100 1600…1800 500…600 1400…1600 200…500 2400…2600 7800…7850