13. Средняя и истинная плотности материалов. Способы их определения.

Средняя плотность-масса единицы объема материала в естественном состоянии с пустотами и порами (ƿ₀=).

Определение средней плотности производят по образцам правильной и неправильной геометрической формы. Образцы правильной геометрической формы после просушивания взвешивают, а их объем определяют путем замера линейных размеров образца. Образцы неправильной формы после их просушивания взвешивают, а объем определяют по объему жидкости, вытесненной образцом, или потерей в массе материала при погружении его в воду (гидростатическое взвешивание).

Истинная плотность-масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии, лишенном пустот и пор (ƿ_и=). Для вычисления истинной плотности материал измельчают в порошок с размером зерна мельче самой тонкой поры.

Определение истинной плотности проводят с помощью стандартного объемомера или прибора Ле-Шателье (рис. 3.1)

В объемомер наливают воду до нижней риски (до расширения на колбе). Подготовленную пробу материала массой 70 г (тг) осторожно пересыпают в объемомер до тех пор, пока уровень воды не поднимется до верхней риски (после расширения на колбе).

Важно обеспечить стандартную температуру воды 20°С (равную температуре градуирования прибора) и контролировать отсутствие вовлеченного воздуха внутри колбы.

Объем засыпанного порошка равен объему расширенной части объемомера между рисками (20 см3). Масса порошка, засыпанного в объемомер (m=m1-m2), определяется после взвешивания оставшейся части порошка (m2). Масса навесок определяется с точностью до 0,1г.

Используя формулу определяют истинную плотность исследуемого порошкообразного материала.

14. Структурная пористость материалов: виды пор, способы определения, влияние на свойства материалов.

Пористость-степень заполнения материала порами. Обычно ее расчитывают из средней и истиной плотности.

П_и=(1-)·100%.

Поры бывают: замкнутые, тупиковые, открытые, каппилярные, тупиковые сложной конфигурации. Открытая пористость П₀равна отношению суммарного объема всех пор, насыщающихся водой, к объему материала V_е:

П₀=·;m1 и m2-масса образца в сухом и насыщенном водой состоянии.

Степень заполнения открытых пор водой зависит от условий проведения эксперимента и выражается еще двумя видами пористости – водопоглощением и водонасыщением.

Водопоглощение вычисляется по разнице масс образца в сухом состоянии и после 48 часов выдерживания в воде при атмосферном давлении. Иными словами водопоглощение – объем воды, поглощаемой материалом при нормальном давлении. При этом часть открытых тупиковых пор для воды недоступны.

(по массе)

(по объему)

Wпогл – водопоглощение %

m0 – масса сухого образца г

m1 – масса образца после 48 часов нахождения в воде, г

V – объем образца

Открытые поры могут сообщаться между собой и с окружающей средой посредством капилляров, поэтому они заполняются водой при обычных условиях насыщения, например при погружении образцов материала в ванну с водой.

Закрытая пористость равна:

П₃=П-П₀

От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры--сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность. Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.

Для точных измерений объема пор используют сжиженный гелий, при этом учитывают его сверхтекучесть и способность проникать в тонкие поры. Зная объем материала в естественном состоянии V_еи определив объем заключающихся в нем пор, находят объем, занимаемый веществом :V_a=V_e-V_п.

Действительный объем открытых пор определяется водонасыщением при кипячении образца материала в воде или при вакуумировании в установке.

При одинаковом объеме пор наилучшими техническими свойствами обладают мелкозернистые материалы с замкнутыми равномерно распределенными порами. Материалы с открытыми порами способны заполняться водой. Капиллярно-пористая структура является причиной капиллярного подсоса и гигроскопичности, т.е. такие материалы подсасывают воду из грунта и поглощают ее из воздуха.