2.2. Определение плотности

Плотность (истинную) определяют разными стандартными способами. В их основе лежит технический прием, позволяющий с требуемой точностью найти абсолютный объем испытуемой пробы материала, а затем его плотность. Наиболее распространенным является пикнометрический способ.

Основная аппаратура

Технические весы марки ВЛТ-200Г, термостат, термометр, песчаная или водяная баня, пикнометр типа ПТТ или ПМЖ вместимостью 100 см³ (рис. 2.1), фарфоровая или агатовая ступка диаметром 10 см, жидкость (дистиллированная вода, безводный керосин, масло, инертные к испытываемому веществу).

Проведение испытания

Особенностью методики определения плотности строительных материалов капиллярно-пористой структуры является измельчение их до порошкообразного состояния. Для этого в подготовительной части испытания навеску массой около 200 г материала из средней пробы высушивают и измельчают в фарфоровой ступке или лабораторной шаровой мельнице до такой тонкости, чтобы частицы не имели по возможности внутренних пор. Чем меньше частицы, тем выше мощность определения абсолютного объема порошка, а значит, и плотности вещества материала. Затем порошок вновь сушат и до испытания хранят в эксикаторе с обезвоживающим веществом (безводный хлорид кальция, концентрированная серная кислота и др.).

Навеску порошка массой 60-80 г (погрешность не более 0,01 г) высыпают в чистый, предварительно высушенный, взвешенный пикнометр и определяют его массу с пробой. В пикнометр наливают жидкость, инертную к испытываемому веществу, нагревают его на песчаной или водяной бане в течение 15-20 мин для удаления пузырьков воздуха. Затем охлаждают или термостатируют до температуры 20±2⁰С, доливают жидкость до метки, обтирают мягкой тканью и взвешивают.

Рис. 2.1. Пикнометры:

а - ПМЖ; б – ПКЖ; в – ПТГ

Рис. 2.2. Объемомер:

1 – цилиндр; 2 – сливная трубка; 3 – образец; 4 – стакан

Плотность вычисляют по формуле

г/см³,

где - плотность жидкости при температуре 20±2⁰С, г/см³;

- масса пикнометра с пробой материала, г;

- масса пикнометра в сухом состоянии, г;

- масса пикнометра с пробой материала и жидкостью, залитой до метки, г;

- масса пикнометра с жидкостью, налитой до метки, г.

Плотность вычисляют как среднее арифметическое из результатов двух испытаний, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см3.

2.3. Определение средней плотности

В основе данного испытания также лежит технический прием определения объема образцов материала, но в естественном (натуральном) состоянии, включая объем пор и пустот, который зависит от их геометрической формы. На среднюю плотность влияет влажность, поэтому стандарты устанавливают определенное значение влажности в момент испытания для каждого материала. Рекомендуется определять среднюю плотность на образцах естественной влажности или в сухом состоянии (высушенных до постоянной массы при 105-110⁰С).

Основная аппаратура

Штангенциркуль или металлическая линейка, технические весы ВЛТ-1КГ, объемомер (рис. 2.2), гидростатические весы (рис. 2.3), парафин технический, термостат.

Рис. 2.3. Гидростатические весы:

1 – перфорированный (сетчатый) контейнер; 2 – сосуд со сливом для воды; 3 – коромысло; 4 – чашка для разновесов; 5 – стаканчик с дробью; 6 – разновесы

Проведение испытания

Существуют два стандартных метода определения средней плотности: на образцах правильной и неправильной геометрической формы. Они различаются способом измерения объема.

Объем образца любой правильной геометрической формы (куба, параллелепипеда, цилиндра) вычисляют по результатам прямых измерений штангенциркулем с погрешностью до 0,1 мм для плотных образцов (размер 50-100 мм) или металлической линейкой с погрешностью до 0,5 мм для пористых образцов (размер более 100 мм). Окончательный размер находят как среднее арифметическое результатов трех измерений (для цилиндра – четырех измерений).

Объем образца неправильной геометрической формы (массой более 300-500 г) определяют с помощью объемомера или гидростатическим взвешиванием.

Испытуемый сухой образец предварительно покрывают тонким слоем расплавленного при 75-85⁰С парафина при помощи кисти или погружения, взвешивают. Можно предварительно насытить образец водой, удалить мягкой тканью избыток ее с поверхности и сразу же определять объем.

При испытании с помощью объемомера (см. рис. 2.2) образец, перевязанный прочной нитью, осторожно погружают в воду. После того как прекратится падение капель из трубки в стакан, его взвешивают и вычисляют массу вытесненной воды. Объем образца вычисляют по формуле

см³,

а без парафинирования

.

Здесь - масса сухого образца;

- масса образца, покрытого парафином;

- масса вытесненной воды;

- плотность парафина, =0,93 г/см³.

При использовании метода гидростатического взвешивания объем образца численно равен значению выталкивающей силы. Предварительно подготовленную парафинированием или насыщением в воде пробу материала определенной массы взвешивают в сосуде с водой на гидростатических весах (рис. 2.3). Объем пробы составляет

см³,

а без парафинирования

.

Здесь - масса сухой пробы, г;

- масса сухой пробы, покрытой парафином, г;

- то же в воде, г;

- масса водонасыщенной пробы, г;

- то же в воде, г.

Среднюю плотность находят по формуле

г/см³,

где m – масса пробы материала при естественной влажности или в сухом состоянии, г.

Среднюю плотность вычисляют как среднее арифметическое значение при испытании трех-пяти образцов материала с округлением результата до 0,01 г/см3.