ФГОУ СПО «Липецкий колледж строительства, архитектуры

и отраслевых технологий»

Журнал лабораторных работ по предмету:

«Cтроительные материалы и изделия»

Выполнил:

Студент группы С-21пд

Бирюков Р. А.

Проверил:

Преподаватель

Панин В. И.

Липецк 2011.

Лабораторная работа №1.

Тема: Определение истиной, средней и насыпной плотности различных материалов.

Цель: научиться определять истинную, среднюю и насыпную плотность материалов для образцов правильной и неправильной геометрической формы.

Оборудование и материалы: штангенциркуль, весы с разновесами, образцы материалов (песок, древесина, сталь и кирпич), фарфоровая ступка, сито с сеткой №2, фильтрованная бумага, воронка, ложка, кисть, парафин, металлическая пластина, нитки, сушильная камера, эксикатор, объёмометр, гидростатические весы, прибор воронка, объёмометр Ле Шателье.

Ход работы:

1. Определить истинную плотность различных материалов.

2. Определить среднюю плотность различных материалов в образцах правильной геометрической формы.

3. Определить среднюю плотность различных материалов в образцах неправильной геометрической формы.

4. Определить насыпную плотность.

5. Ответить на контрольные вопросы.

Задание 1. Определить истинную плотность различных материалов.

Методика выполнения: для определения истинной плотности материала из отобранной и перемешанной пробы отвешивают 200-220 г. Пробу сушат в сушильном шкафу при +110 ± 5⁰ С, затем её измельчают в фарфоровой ступке. Полученный порошок просеивают через сито №2. Отвешивают 180 г просеянного порошка и снова просушивают при той же температуре, а затем охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе, где порошок хранят до момента проведения испытания.

Истинную плотность твёрдого материала определяют при помощи объёмометра Ле Шателье, который представляет собой стеклянную колбу объёмом 120-150 см³ с узкой шейкой, несколько расширяющийся к средней части. На шейке колбу выше и ниже шаровидного уширения нанесены 2 черты, объём между которыми равен 20 см³ (Цена одного деления 0,1 см³).

Объёмометр наполняют до нулевой черты жидкостью, инертной по отношению к порошку материала: водой, спиртом, безводным керосином. Затем свободную от жидкости часть (выше нулевой черты) протирают тампоном из фильтрованной бумаги. Объёмометр помещают в стеклянный сосуд с водой, имеющей температуру +20⁰С. Чтобы объёмометр не всплывал, его закрепляют на штативе, при этом вся градуированная шейка должна находиться в воде (рис. 1).

От пробы из эксикатора отвешивают с точностью до 0,01 г материала и высыпают его ложечкой через воронку в прибор небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в нём не поднимется до деления 20 см³. Разность между конечным и начальным уровнями жидкости в объёмометре показывает объём порошка, всыпанного в прибор. Остаток порошка взвешивают.

Истинную плотность ρ (кг/м³) материала находят по формуле ρ = (m – m₁)/V, где m – навеска материала до опыта (кг), m₁ – остаток навеска (кг), V – объём вытесненной навеской материала воды (м³).

Рис.1 Объёмометр Ле Шателье: 1 – объёмометр,

2 – сосуд с водой, 3 – термометр.

Таблица 1.

Данные опыта	Размерность	1-й образец	2-й образец	3-й образец
1	2	3	4	5
Наименование материала		кирпич	дерево	сталь
Масса навески материала без тары, m	г.
Масса остатка навески, m1	г.
Объём вытесненной жидкости, V	см3
Истинная плотность, ρ=(m – m1)/V	г/см3

Задание 2. Определить среднюю плотность различных материалов в образцах правильной геометрической формы.

Методика выполнения: для определения средней плотности образцы берут в форме куба, цилиндра и параллелепипеда (рис. 2), высушивают в сушильном шкафу при температуре +110 ± 5⁰С, охлаждают в эксикаторе и хранят в нём до момента испытания.

При помощи штангенциркуля измеряют размеры образцов (h – высота, а – ширина, d – диаметр или толщина) с точностью до 1 мм и вычисляют их объёмы по средним показателям измерений, после чего образцы взвешивают на технических весах с точностью до 1г.

Рис. 2 Форма образцов (куб, цилиндр и параллелепипед).

Таблица 2.

Данные опыта	Единица измерения	1-й образец	2-й образец	3-й образец
1	2	3	4	5
Наименование материала		кирпич	дерево	сталь
Форма образца		куб	паралле-лепипед	цилиндр
Размеры образца
Ширина, а	см	7	4
Высота, h	см	7	16
Диаметр или толщина, d	см	7	4
Вычисления
Объём образца, V=a*h*d Vцил=(πd2ср*hcp)/4 π=3,14	см3	21	236
Масса образца, m	г	837,2	12,7	408,4
Средняя плотность, ρср=m/V	г/см3	2,4	0,4	4,8

Задание 3. Определить среднюю плотность различных материалов в образцах неправильной геометрической формы.

Методика выполнения: применяют метод, основанный на вытеснении образцом из сосуда жидкости, в которую его погружают, для чего используют объёмометр и гидростатические весы.

Объёмометр представляет собой металлический цилиндр с внутренним диаметром 150 мм и высотой 320 мм. На высоте 250 мм в него впаяна латунная трубка диаметром 8-10 мм, имеющая загнутый вниз конец. Объёмометр наполняют водой несколько выше трубки и ждут, пока избыток воды стечёт, затем под трубку подставляют взвешенный стакан. Каждый образец высушивают, взвешивают, а затем покрывают (при помощи кисти) тонким слоем расплавленного парафина. После застывания парафина, образцы осматривают, а обнаруженные на плёнке пузырьки и трещины удалят, заглаживая нагретой металлический пластинкой. Затем парафинированные образцы перевязываю нитью и вторично взвешивают.

При погружении испытуемого образца в объёмометр вытесняемая вода вытекает из трубки в стакан. Далее стакан с водой взвешивают и определяют массу воды, вытесненной образцом (рис.3).

Среднюю плотность образца вычисляют, определяя сначала объём парафина V_п = (m₁ – m) /ρ_п где m – масса сухого образца (кг); V₁ – объём парафинированного образца (кг); ρ_п – средняя плотность образца по формуле ρ_ср = m/(V₁ – V_п), где m – масса сухого образца (кг); V₁ – объём парафинированного образца (численно равный массе воды, вытесненной образцом, м³); V_п – объём парафина (м³).

Ещё один метод определения средней плотности материала – метода 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, закреплённого на левом конце коромысла гидростатических весов. Массу образцов уравновешивают гирями, устанавливая их на правую чашку. После этого образец погружают в стакан с водой так, чтобы он не касался стенок и дна. Весы уравновешивают снова, сняв с правой чашки часть гирь, и определяют массу образца в воде (рис. 4).

Среднюю плотность образца (кг/м³) ρ_о = m / (m₁ – m₂ * ((m₁ – m) /ρ_п)), где m – масса сухого образца (кг); m₁ – масса парафинированного образца (кг); m₂ – масса парафинированного образца в воде (кг); ρ_п - средняя плотность парафина (930 кг/м³).

Рис. 3 Объёмометр: 1 – металлический цилиндр, 2 – латунная трубка, 3 – стакан, 4 – испытуемый образец.

Рис. 4 Взвешивание образца на гидростатических весах.

Таблица 3.

Данные опыта	Размерность	1-я проба	2-я проба	3-я проба
1	2	3	4	5
Масса образца, m	г
Объём воды в приборе первоначальный, V1	см3
Объём воды с погруженным образцом, V2=V1+V	см3
Объём образца, V	см3
Средняя плотность образца, ρср=m/V	г/см3

Задание 4. Определение средней плотности.

Методика выполнения: для сыпучих и измельчённых материалов определяют насыпную плотность с помощью прибора, который представляет собой воронку в виде усечённого конуса. Внизу конус переходит в трубку диаметром 20 мм с задвижкой. Под трубку устанавливают заранее взвешенный мерный цилиндр объёмом 1л (1000 см³). Расстояние между верхним обрезом цилиндра и задвижкой должно быть 50 мм (рис. 5).

В воронку насыпают сухой исследуемый материал, затем открывают задвижку и заполняют цилиндр с избытком, закрывают задвидку и линейкой срезают от середины в обе стороны излишек материала вровень с краями цилиндра. Цилиндр с материалом взвешивают с точностью до 1 г.

Средняя насыпная плотность (кг/м³) ρ_н = (m₁ – m₂)/V, где m₁ – масса цилиндра с материалом (кг); m₂ – масса цилиндра без материала (кг); V – объём цилиндра (м³).

Рис.5 Воронка: 1 – корпус, 2 – трубка, 3 – задвижка, 4 – мерный цилиндр.

Таблица 4.

Наименование материала	песок
Объём цилиндра, V
Масса цилиндра без материала, m2
Масса цилиндра с материалом, m1
Масса материала, m = m1 – m2
Насыпная плотность, ρн = (m1 – m2)/V

Задание 5. Ответить на контрольные вопросы.

1. Что такое истинная, средняя и насыпная плотности?

2. От чего зависят истинная, средняя и насыпная плотности?

3. Для чего определяют истинную, среднюю и насыпную плотности различных материалов?

Ответы:

1.Истинная плотность — масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без спор и пустот).

Средняя плотность — масса единицы объема материала в естественном виде (вместе с порами).

Насыпная плотность — отношение массы материала в насыпном состоянии к его объему.

2.Насыпная плотность сыпучих материалов зависит от формы и размеров отдельных частиц (гранулометрического состава), плотности, влажности, шероховатости и других факторов. Средняя плотность зависит от температуры и влажности среды. Истинная плотность каждого вещества — постоянная характеристика (физическая константа), которая не может быть изменена, как средняя плотность материала, без изменения его химического состава или молекулярной структуры.

3.Истинную, среднюю и насыпную плотности определяют для того чтобы полностью охарактеризовать физическое состояние строительных материалов.

Вывод: При выполнении данной лабораторной работы мы научились определять среднюю, насыпную и истинную плотность строительных материалов, для образцов правильной и неправильной геометрической формы.