Порядок выполнения работы

1. Определение физических свойств материалов

При испытании искусственных и природных каменных материалов определяют следующие физические свойства: истинную плотность, среднюю плотность, пористость, водопоглощение, влажность, морозостойкость.

1.1. Определение плотностей

Определение истинной плотности. Истинная плотность материала – масса единицы объёма вещества в абсолютно плотном состоянии (без пор). Истинная плотность вещества определяется по формуле

(1.1)

где m - масса сухого (высушенного до постоянной массы при 100...110°С) материала в абсолютно плотном состоянии, кг (г); V_a - объём материала без пор и пустот, м³ (см³).

Для проведения испытания используют пикнометрический способ. Просеянный через сито №0125 порошок высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 100...110 °С, а затем охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры. Указанная предварительная подготовка осуществляется лаборантами. От подготовленной пробы, предварительно измельченной, отвешивают на электронных весах 3...5 г (m₁) материала (рис. 1.1, а) и всыпают ложечкой через воронку в пикнометр известной массы, затем аккуратно добавляют жидкость (воду) до тех пор, пока объем жидкости не заполнит широкую часть колбы. Для удаления воздуха необходимо энергично повернуть 2...3 раза пикнометр вокруг вертикальной оси и поставить в вакуум-шкаф на 15...20 мин. Операция вакуумирования предназначена для более полного удаления воздуха из микропор и микрощелей материала.

После выдержки в вакуум-шкафу в пикнометр добавляют жидкость до риски и взвешивают на электронных весах (m₃) (рис. 1.1, в). Затем пикнометр освобождают от содержимого, тщательно промывают, подсушивают в сушильном шкафу и заполняют жидкостью до риски, после чего взвешивают на электронных весах (m₂).

а) б) в)

Рис. 1.1. Схема определения истинной плотности

Истинную плотность _u, кг/м³(г/см³), материала вычисляют по формуле

, (1.2)

где _ж - плотность жидкости (рекомендуется применять жидкость инертную по отношению к материалу). В качестве жидкости могут быть использованы дистиллированная вода (ρ_в = 1,0 г/см³), керосин (ρ_к = 0,80 г/см³), бензин (ρ_б = 0,71 г/см³).

Определение средней плотности. Средняя плотность материала - масса единицы объема вещества в естественном состоянии (с порами). Средняя плотность образца определяется по формуле

(1.3)

где m – масса сухого (высушенного до постоянной массы при 100...110 °С) материала в естественном состоянии, кг(г); V_ест – объем материала с порами и пустотами, м³ (см³).

Определение средней плотности образца правильной геометрической формы. Объем образца правильной геометрической формы определяют путем измерения его линейных размеров и вычисления объема.

Объем образца (см³), имеющего форму куба или параллелепипеда, определяют по формуле

(1.4)

где а_ср, b_ср, h_ср – средние значения размеров граней образца, см.

Объем образца цилиндрической формы (см³) определяется по формуле

(1.5)

где  - 3,14; а_ср – средний диаметр цилиндра; h_ср – средняя высота цилиндра.

Зная объем и массу образца, по формуле (1.3) определяют его среднюю плотность как среднее арифметическое трех ее значений различных образцов. Результаты испытания сравнивают с данными, приведенными в приложении 1. В отчете зарисовывают образцы правильной геометрической формы с указанием размеров.

Определение средней плотности образца неправильной геометрической формы. Данный метод основан на вытеснении образцом из сосуда жидкости, в которую его погружают, для чего используют гидростатические весы. Высушенный пористый образец неправильной формы взвешивают на электронных весах (m), затем парафинируют (либо погружают в расплавленный парафин, предварительно закрепив нитью, либо кисточкой покрывают тонким слоем парафина). Парафинированный образец взвешивают сначала на воздухе (m₁), затем в воде на гидростатических весах (m₂) (рис. 1.2).

Рис.1.2. Взвешивание образца на гидростатических весах:

1 – сосуд с водой; 2 – подвес для образца; 3 – образец; 4 – весы; 5 – разновес

Среднюю плотность образца неправильной формы _m вычисляют по формуле

(1.6)

где (m₁—m₂)/_в – величина, соответствующая объему образца, покрытого парафином, м³ (см³) (по закону Архимеда); _в – плотность воды, кг/м³ (г/см³); (m₁—m)/_п - величина, соответствующая объему парафина, израсходованного на покрытие образца, м³ (см³); _п - плотность парафина, равная 0,93 г/см³.

Определение насыпной плотности сыпучих материалов. Насыпная плотность – масса единицы объема материала в рыхлонасыпном состоянии.

Для определения насыпной плотности используют мерный цилиндр, объем которого зависит от крупности зерен сыпучего материала – чем выше наибольшая крупность зерен, тем больше объем цилиндра. В частности, объем мерного цилиндра для песка должен быть 1 л, для щебня (гравия) – 5...50 л. Сыпучий материал насыпают совком с высоты 10 см в предварительно взвешенный мерный цилиндр до образования конуса над краями цилиндра. Излишек материала срезают металлической линейкой вровень с краями, цилиндр с сыпучим материалом взвешивают.

Определение насыпной плотности _н производят по формуле

(1.7)

где m₁ – масса цилиндра без материала, г(кг); m₂ – масса цилиндра с материалом, г(кг); V – объем цилиндра, см³ (м³).