Порядок проведения работы и обработка экспериментальных данных

Приборы и реактивы:

- шкаф сушильный электрический общелабораторного назначения с терморегулятором и термометром до 200 ^оС по ГОСТ 215-73; эксикатор по ГОСТ 6371-73; сита в наборе с сетками, имеющими круглые отверстия, по ГОСТ 2715-75; посуда мерная лабораторная стеклянная 2-го класса точности по ГОСТ 1770-74; мерная колба Ле-Шателье-Кандло; сосуд с водой; штатив; термометр; весы технические лабораторные; гидростатические весы; лопатки, совки, щетки, бутыли из полиэтилена для хранения проб;

- хлорид кальция плавленый по ГОСТ 4460-77, прокаленный при температуре 700 … 800 ^оС для заполнения эксикатора.

Ход работы

Студенты получают у преподавателя задание на проведение анализа пробы сырьевых материалов и оценки соответствия определяемых основных физических показателей и химических свойств требованиям технологических норм. Пробы сырьевых материалов выбирают в зависимости от цели контроля.

Определение истинной плотности материала

Для определения истинной плотности пористого материала его измельчают до частиц размером меньше размера пор. Суммарный объем таких частиц равен объему материала в абсолютно плотном состоянии.

Измельченный материал просеивают через сито № 02 (размер отверстий равен 200 мкм). Навеску лабораторной пробы прошедшего через сито материала массой 60… 70 г помещают в тигли. Тигли устанавливают в сушильный шкаф с заданной температурой нагрева 105 ± 2 ^оС и выдерживают в течение 2 часов. Затем тигли вынимают из сушильного шкафа, охлаждают в эксикаторе и взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г. Высушивание, охлаждение и взвешивание повторяют до достижения постоянной массы тигля с навеской.

Для определения суммарного объема частиц порошка применяют мерную колбу Ле-Шателье-Кандло, представляющую собой стеклянный сосуд емкостью 120-150 см³с узким длинным горлышком, расширяющимся в средней части. Выше верхней черты нанесены деления, одно деление соответствует 0,1 см³ объема. Прибор наполняют до нижней черты жидкостью, инертной по отношению к испытуемым материалам (чаще всего керосином).

Затем колбу помещают в стеклянный сосуд с водой, имеющей температуру 20 ^оС (температура, при которой градуировалась его шкала). Отвешенную порцию порошка постепенно всыпают в колбу. Разность между конечным и начальным уровнями жидкости в приборе показывает объем порошка, всыпанного в прибор.

Остаток порошка взвешивают. Масса порошка, всыпанного в прибор, равна разности между результатами массы первого и второго взвешивания.

Истинную плотность материала вычисляют по формуле

ρ = (m – m₁)/V_a ,

где m – масса навески материала до опыта, г; m₁ – масса остатка от навески материала, г; V_a – объем жидкости, вытесненной навеской материала, см³.

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

Результаты измерений истинной плотности записывают в таблицу формы 4.

Форма 4 - Экспериментальные и расчетные данные

Номер пробы	Масса навески воздушно-сухой пробы до опыта m, г	Масса остатка от навески материала m1, г	Объем жидкости, вытесненной навеской материала Va, см3	Истинная плотность материала ρ, г/см3
1
2
Среднее значение

Определение средней (объемной) плотности материала

При определении объемной плотности материала можно использовать образцы как правильной, так и неправильной геометрической формы. От формы образца зависит метод определения объемной плотности материала.

При определении объемной плотности образца неправильной геометрической формы сложно найти его объем. Для его определения применяют метод, основанный на вытеснении образцом из сосуда жидкости, в которую его погружают. Взвешивание образца проводят с использованием гидростатических весов, называемых весы Архимеда.

Для определения объемной плотности образца методом гидростатического взвешивания опыт проводят в следующей последовательности. Сухой образец взвешивают на технических весах, затем погружают его в воду до полного насыщения. Насыщенный водой образец взвешивают на воздухе на технических весах и в воде на гидростатических весах. Объемную плотность вычисляют по формуле

ρ_с = m/(m₁ – m₂),

где m – масса сухого образца анализируемого материала, г; m₁ – масса образца после насыщения водой, измеренная на технических весах, г; m₂ - масса образца после насыщения водой, измеренная на гидростатических весах, г; (m₁ – m₂) – разность масс численно соответствует объему V образца анализируемого материала с порами, см³.

Результаты измерений истинной плотности записывают в таблицу формы 5.

Форма 5 - Экспериментальные и расчетные данные

Номер пробы	Масса мерного цилиндра с навеской материала m, г	Масса мерного цилиндра m1, г	Объем мерного цилиндра V, см3	Насыпная плотность материала ρн, г/см3
1
2
Среднее значение

Для определения средней (объемной) плотности образца сыпучего пористого материала сухой материал насыпают небольшими порциями в предварительно взвешенный мерный цилиндр известного объема, уплотняя каждую порцию встряхиванием содержимого, взяв цилиндр снизу в одну руку и слегка ударяя по нему другой рукой под углом от 10 до 20 ^о.

Объемную плотность сыпучего материала вычисляют по формуле

ρ = (m – m₁)/V ,

где m – масса мерного цилиндра с навеской материала, г; m₁ – масса мерного цилиндра, г; V – объем мерного цилиндра, занятый сыпучим материалом,см³.

Результаты измерений истинной плотности записывают в таблицу формы 6.

Форма 6 - Экспериментальные и расчетные данные

Номер пробы	Масса мерного цилиндра с навеской материала m, г	Масса мерного цилиндра m1, г	Объем мерного цилиндра, занятый сыпучим материалом V, см3	Объемная плотность материала ρн, г/см3
1
2
Среднее значение

Определение насыпной плотности материала

Сухой материал насыпают с высоты 10 см в предварительно взвешенный мерный цилиндр известного объема. Затем, не сдвигая цилиндра, линейкой срезают конус, цилиндр с материалом взвешивают.

Насыпную плотность материала вычисляют по формуле

ρ = (m – m₁)/V ,

где m – масса мерного цилиндра с навеской материала, г; m₁ – масса мерного цилиндра, г; V – объем мерного цилиндра, см³.

Результаты измерений истинной плотности записывают в таблицу формы 7.

Форма 7 - Экспериментальные и расчетные данные

Номер пробы	Масса мерного цилиндра с навеской материала m, г	Масса мерного цилиндра m1, г	Объем мерного цилиндра V, см3	Насыпная плотность материала ρн, г/см3
1
2
Среднее значение

При транспортировании и хранении сыпучие материалы уплотняются, при этом значение их насыпной плотности повышается на 15-30 % и более по сравнению с рыхлонасыпным состоянием.

Найденные опытным путем значения истинной и средней (объемной) плотности анализируемого материала используют для определения пористости и пустотности.

Результаты определений физических характеристик пробы анализируемого материала, полученные в работе 2, записывают в таблицу формы 8.

Форма 8 - Экспериментальные и расчетные данные

Номер пробы	Истинная плотность материала ρ, г/ см3	Объемная плотность материала ρс, г/ см3	Насыпная плотность материала ρн, г/ см3	Относительная плотность d	Пористость По, %	Пустотность Vп, %
1
2
Среднее значение

Полученные результаты определяемых характеристик материала сравнивают со значениями технологических норм, приведенными в таблице 3, и делают вывод о соответствии или несоответствии исследуемых проб материала требованиям технологических норм в зависимости от предполагаемого направления их использования в качестве сырья.

Таблица 6 – Основные свойства строительных материалов

Наименование материала	Истинная плотность материала ρ, г/ см3	Объемная плотность материала ρс, г/ см3	Пористость По, %
Гранит	2,75-2,90	2,72-2,87	1,2-1,4
известняк	2,6-2,8	0,9-2,6	0-68