2Б: Определение средней плотности материала методом гидростатического взвешивания

Сухой образец неправильной геометрической формы взвешивают на технических весах, затем парафинируют и снова взвешивают. После этого его подвешивают на тонкой нити к крючку приспособления, закрепленного на левом конце коромысла гидростатических весов (рис 1.4). Массу образца уравновешивают гирями, устанавливая их на правую чашку. После этого образец погружают в стакан с водой так, чтобы он не касался при этом стенок и дна (при этом равновесие весов нарушаются). Весы снова уравновешивают, сняв с правой чашки часть гирь, и определяют массу образца в воде.

Среднюю плотность образца ρ₀, кг/м³, вычисляют по формуле

, (1.8)

где: m – масса сухого образца, кг; m₁ – масса образца, покрытого парафином, кг; m₂ – масса образца, покрытого парафином, в воде, кг; ρ_n  средняя плотность парафина, равная 930 кг/м³; (m₁  m)/ρ_n  объем парафина, покрываемого образец, м³.

Среднюю плотность материала вычисляют как среднее арифметическое значение для трех-пяти образцов.

Рис. 1.4 Взвешивание образца на гидростатических весах

1.3. Определение насыпной плотности

Для сыпучих материалов (цемент, песок, щебень, гравий и др.) определяют насыпную плотность. В объеме таких материалов имеются не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами или кусками материала. Это определение выполняют с помощью прибора (рис 1.5), который представляет собой стандартную воронку в виде усеченного конуса. Внизу конус переходит в трубку диаметром 20 мм с задвижкой. Под трубкой устанавливают заранее взвешенный мерный цилиндр объемом 1 литр (1000 см³). Расстояние между верхним обрезом цилиндра и задвижкой должно быть не более 50 мм.

В воронку насыпают сухой исследуемый материал, затем открывают задвижку и заполняют цилиндр с избытком, закрывают задвижку и металлической или деревянной линейкой срезают от середины в обе стороны излишек материала вровень с краями цилиндра. При этом линейку держат наклонно, плотно прижимая к краям цилиндра. Необходимо, чтобы цилиндр был неподвижным, так как при толчках сыпучий материал может уплотниться, что увеличит его среднюю плотность. Затем цилиндр взвешивают с точностью до 1 г. Испытание повторяют пять раз и среднюю плотность материала в рыхлонасыпанном состоянии _н, кг/м³, вычисляют как среднее арифметическое пяти определений по формуле:

ρ_н = (m₁  m₂)/V, (1.9)

где: m₁  масса цилиндра с материалом, кг; m₂  масса цилиндра без материала, кг; V  объем цилиндра, м³.

Рис. 1.5. Стандартная воронка

1  Корпус; 2  трубка; 3  задвижка; 4  мерный цилиндр

При транспортировании и хранении сыпучие материалы уплотняются, при этом значение их насыпной плотности оказывается на 15-30% выше, чем в рыхлонасыпном состоянии. Определяют насыпную плотность материала в уплотненном состоянии по приведенной выше методике, однако после заполнения цилиндра его уплотняют путем вибрации в течение 30-60 с на виброплощадке или путем легкого постукивания цилиндра с материалом о стол 30 раз. В процессе уплотнения материал досыпают, поддерживая некоторый избыток его в цилиндре. Затем избыток срезают и определяют массу материала в цилиндре, после чего вычисляют насыпную плотность в уплотненном состоянии.

Для влажного материала насыпная плотность вычисляется по формуле

ρ^w_н = ρ_н(W + 1), (1.10)

где: W  влажность материала, отн.ед.

Вопрос: Всегда ли верна эта формула?

Да, если увлажнение не приводит к изменению объема материала (это учитывается при выводе формулы (1.10)). Но для тонкодисперсного материала (к нему не относится песок, т.к. его мелкая фракция должна быть не менее 0,14 мм) при увлажнении вначале это условие будет выполняться, а затем объем будет увеличиваться вследствие раздвижки зерен адсорбированной водой. При этом будет происходить уменьшение ρ^w_н с ростом W (т.к. плотность воды меньше песка).

Вывод формулы (1.10).

1. Влажность материала: W = (m_вл. – m)/m, где: m_вл. – масса влажного материала, г; m – масса сухого материала, г.

Отсюда находим m_вл. = m (1 + W).

По определению ρ^w_н = m_вл./V, где V – объем влажного сыпучего материала (здесь негласно принимается, что объемы сухого и влажного сыпучего материала равны !).

После подстановки имеем: ρ^w_н = m_вл./V = m(1 + W)/V = ρ_н (1 + W).