2.1. Оборудование и материалы
Порошок ПЖРВ. Волюометр Скотта (рисунок 3). Кювета (толщина 4 мм, глубина 40,4 мм, объем V=26,5 см 3), весы рычажные. Штангенциркуль ШЦЦ-1-125.00 ПС, ГОСТ 166-89, погрешность измерения 0,03; весы ВЛА-200г-М, №608, погрешность от неравноплечности коромысла ≤2 гр., весы рычажные. ГОСТ – 19440 49.
Рис.3. Волюмометр Скотта
2.2. Теоретические данные
Насыпная плотность (ρ насып, г/см 3), есть объемная характеристика порошка, и представляет собой массу единицы его объема при свободной насыпке. Ее величина зависит от плотности упаковки частиц порошка при свободном заполнении ими какого – либо объема. Она тем больше, чем крупнее и более правильной формы частицы. Наличие выступов и неровностей на поверхности частиц, а так же увеличение поверхности в связи с уменьшением размера частиц повышает межчастичное трение, что затрудняет их перемещение относительно друг - друга и приводит к снижению насыпной плотности.
Величину, обратную насыпной плотности, называют насыпным объемом (V насып, см 3 /г), который представляет собой объем, занимаемый единицей массы порошка, при его свободной насыпке. Насыпная плотность порошка влияет на объемное дозирование и сам процесс формирования, а также на величину усадки при спекании (чем меньше насыпная плотность тем больше усадка).
При воздействии на свободно насыпанный порошок механических виброколебаний происходит уменьшение объема на 20-50%. Отношение массы порошка к величине этого нового, уменьшенного объема, называют плотностью утряски. Максимальная плотность утряски достигается на порошках со сферической формой частиц при минимальной шероховатости их поверхности.
Сущность метода – измерение массы определенного количества порошка, который в свободно насыпанном состоянии полностью заполняет емкость известного объема. Свободно насыпанное состояние получается при заполнении емкости путем последовательного прохождения порошка через систему наклонных пластин волюмометра Скотта. Отношение массы к объему – насыпная плотность.
2.3. Описание метода определения насыпной плотности
Некоторый объем порошка ПЖРВ насыпаем в верхнюю воронку волюмометра. Порошок в свободно насыпанном состоянии сыплется вниз, последовательно проходит через систему наклонных пластин волюмометра, заполняя при этом кювету, находящуюся под нижней воронкой. Образовавшаяся горка на поверхности снимается – поверхность выравнивается. Далее получившаяся масса порошка взвешивается на весах. Опыт проделывается два раза (таблица 2). Для каждого раза высчитывается значение ρ насып и V насып.
2.4. Результаты
Таблица 2. Значения насыпной плотности и объема для ПЖРВ
| m к =153,7 г V к =26,5 см 3 | ||
| ρ насып, г/см 3 | V насып, см 3 /г | |
| m П =72,42 г | 2,733 | 0,3659 |
| m П =77,3 г | 2,917 | 0,3428 |
| Ср.знач | 2,825 | 0,3544 |
Где m к - масса кюветы, V к - объем кюветы, m П – масса порошка.
Вывод : проведены измерения насыпной плотности для порошка ПЖРВ, получившиеся значения укладываются в интервал теоретических: 2,71-2,90 г/см 3 .
Прессуемость порошков
3.1. Оборудование и материалы
Порошок ПЖРВ. Ручной гидравлический пресс 10 ТНС «Karl Zeiss Jena». Цилиндрические пресс-формы. Весы рычажные.
3.2. Теоретические данные
Уплотняемость порошка показывает его способность изменять начальную плотность упаковки частиц в процессе прессования. Эта характеристика оценивается по плотности прессовок, изготовленных при различных давлениях прессования в цилиндрической пресс-форме.
Прессуемость порошка оценивается его способностью образовывать прессовку под воздействием на него давления. Эта характеристика дает качественную оценку свойств порошка, комплексно связанную с уплотняемостью и формуемостью.
Хорошая прессуемость облегчает и удешевляет процесс формирования порошка. Чем выше насыпная плотность порошка, тем лучше прессуемость.
3.3. Описание способа прессования
Цилиндрическую пресс-форму заполнить порошком определенной массы (m=8,5 г для всех последующих испытаний берется та же масса). Пресс-форма помещается на предметный столик, находящийся под пуансоном. Далее пуансон опускается на пресс-форму и крепко фиксируется рычагами сверху. Затем выбирается давление и выдерживается на пресс-форме около 5 секунд. После этого давление необходимо снять, отжав рычаг рядом с монометром. Поднять пуансон и достать пресс-форму. Снять с пресс-формы верхний клапан и поставить на его место цилиндр, для того чтобы прессовка не выпала из пресс-формы. Далее так же установить пресс-форму под пуансон и подавать давление до тех пор, пока прессовка (рисунок 4) не выйдет. После, измерить размеры прессовки (диаметр D и высоту H), записать в таблицу 3.
Измерения проводились 13 раз: 12 из них с повышением давления на шаг, равный 10, и один для определения порога прессования (при Р=8).
Рис.4. Форма прессовки
3.4. Результаты
Таблица 3. Размеры полученных прессовок
| № | Давление Р, дел. | Диаметр D,мм | Высота H, мм | Объем | F, кН | Pуд, МПа |
| 16,6 | 1876,46 | 5,45 | 0,047419 | |||
| 1582,56 | 11,95 | 0,103975 | ||||
| 12,11 | 12,41 | 1428,66 | 18,45 | 0,16053 | ||
| 11,56 | 1258,83 | 24,95 | 0,217085 | |||
| 12,14 | 11,43 | 1322,37 | 31,45 | 0,27364 | ||
| 11,35 | 1283,00 | 37,95 | 0,330196 | |||
| 12,11 | 11,29 | 1299,73 | 44,45 | 0,386751 | ||
| 12,18 | 10,35 | 1205,33 | 50,95 | 0,443306 | ||
| 12,24 | 10,28 | 1209,00 | 57,45 | 0,499861 | ||
| 12,16 | 10,05 | 1166,55 | 63,95 | 0,556417 | ||
| 12,12 | 10,10 | 1164,65 | 70,45 | 0,612972 | ||
| 12,15 | 10,22 | 1184,33 | 76,95 | 0,669527 | ||
| 8 (порог) | 12,10 | 16,14 | 4,15 | 0,036108 |
m (навески порошка ПЖРВ) = 8,5 г
Объем вычисляется по формуле 
Рис.5. Зависимость размеров прессовок от давления
Рис.6. Зависимость объема прессовки от давления
Для характеристики поведения порошков при прессовании используют коэффициент уплотнения k , равный отношению плотности прессовки при данном давлении P к насыпной плотности:
k = γ пр / γ нас.
Таблица 4. Расчет коэффициента уплотнения
| № | Давление Р, Па | Объем, см 3 | ρ, г/см 3 | коэффициент уплотнения k |
| 1(порог) | 1,855 | 4,58221 | 1,622021 | |
| 1,876 | 4,530917 | 1,603864 | ||
| 1,582 | 5,372946 | 1,901928 | ||
| 1,429 | 5,948216 | 2,105563 | ||
| 1,259 | 6,75139 | 2,389873 | ||
| 1,322 | 6,429652 | 2,275983 | ||
| 1,283 | 6,625097 | 2,345167 | ||
| 1,3 | 6,538462 | 2,3145 | ||
| 1,205 | 7,053942 | 2,496971 | ||
| 1,209 | 7,030604 | 2,488709 | ||
| 1,167 | 7,283633 | 2,578277 | ||
| 1,165 | 7,296137 | 2,582703 | ||
| 1,184 | 7,179054 | 2,541258 |
Рис.7. Зависимость коэффициента уплотнения от приложенного давления
Вывод : прессуемость порошков была проведена на гидравлическом прессе «Karl Zeiss Jena». После получения прессовок были замерены их размеры и вычислен объем. В соответствии с таблицей построен график зависимости объема прессовок от приложенного давления - с увеличением давления объем уменьшается.
Усадка прессовок
После проведения прессовки порошка, получившиеся прессовки подвергли спеканию на установке СНВЭ - 131 при температуре 1200 0 С, при Р=10 -2 Па, 1 час. Далее была вычислена усадка прессовок.
4.1. Оборудование и материалы
Прессовки порошка ПЖРВ (13 шт.). Штангенциркуль ШЦЦ-1-125.00 ПС, ГОСТ 166-89, погрешность измерения 0,03; весы ВЛА-200г-М, №608, погрешность от неравноплечности коромысла ≤2 гр.
4.2. Полученные результаты
Необходимо измерить размеры прессовок после спекания (таблица 5). Затем сравнить объемы до и после усадки (таблица 6), вычислив тем самым величину усадки.
Таблица 5. Размеры прессовок после спекания
| № | Диаметр D | Высота H | Объем |
| 12,08 | 16,48 | 1887,821 | |
| 12,10 | 14,05 | 1614,792 | |
| 12,10 | 12,42 | 1427,454 | |
| 12,13 | 11,81 | 1364,084 | |
| 12,15 | 11,26 | 1304,85 | |
| 12,14 | 11,2 | 1295,91 | |
| 12,11 | 11,17 | 1285,912 | |
| 12,12 | 10,41 | 1200,399 | |
| 12,16 | 10,18 | 1181,638 | |
| 12,19 | 10,10 | 1178,144 | |
| 12,14 | 10,01 | 1158,087 | |
| 12,13 | 10,07 | 1163,11 | |
| 13 (Р=8) | 12,10 | 16,10 | 1850,403 |
Таблица 6. Объемная усадка
| № | Объем до спекания | Объем после спекания | Объемная усадка, % |
| 1876,464 | 1887,821 | -0,605 | |
| 1582,56 | 1614,792 | -2,037 | |
| 1428,663 | 1427,454 | 0,0846 | |
| 1258,829 | 1364,084 | -2,361 | |
| 1322,371 | 1304,85 | 1,325 | |
| 1283,004 | 1295,91 | -0,935 | |
| 1299,726 | 1285,912 | 1,0628 | |
| 1205,326 | 1200,399 | 0,4088 | |
| 1208,998 | 1181,638 | 2,263 | |
| 1166,549 | 1178,144 | -0,994 | |
| 1164,652 | 1158,087 | 0,5637 | |
| 1184,331 | 1163,11 | 1,7918 | |
| 1850,403 | 0,2478 |
Таблица 7. Усадка за счет изменения высоты прессовок
| № | Н до спекания | Н после спекания | Линейная усадка, % |
| 16,6 | 16,48 | 0,7229 | |
| 14,05 | -0,357 | ||
| 12,41 | 12,42 | -0,081 | |
| 11,81 | 1,5833 | ||
| 11,43 | 11,26 | 1,4873 | |
| 11,35 | 11,2 | 1,3216 | |
| 11,29 | 11,17 | 1,0629 | |
| 10,35 | 10,41 | -0,58 | |
| 10,28 | 10,18 | 0,9728 | |
| 10,05 | 10,10 | -0,498 | |
| 10,10 | 10,01 | 0,8911 | |
| 10,22 | 10,07 | 1,4677 | |
| 16,14 | 16,10 | 0,2478 |
Рис.8. Зависимость усадки по объему и по высоте
Вывод : после проведения спекания размеры образцов изменились - диаметр увеличился, а высота соответственно уменьшилась. Построен график зависимости усадки по объему и по высоте - величина усадки монотонно уменьшается.
Насыпную плотность определяют взвешиванием массы высушенной пробы заполнителя в мерном сосуде.
10.1.1 Порядок проведения испытания
Определение средней насыпной плотности пористого гравия, щебня или песка производят в соответствии с работой № 2 .
Размер мерного сосуда и объем пробы для испытания в зависимости от крупности заполнителя принимают по таблице 28.
Насыпную плотность заполнителя вычисляют как среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений, при проведении которых каждый раз используют новую порцию заполнителя.
Таблица 32 - Размеры мерных сосудов и объем пробы
10.1.2 Обработка результатов
Насыпную плотность заполнителя (r н ) в кг/м 3 вычисляют с точностью до 10 кг/м 3 (песка марок по насыпной плотности 250 и менее – до 1 кг/м 3) по формуле:
где m 1 – масса мерного сосуда с заполнителем, кг;
m 2 – масса мерного сосуда, кг;
V – объем мерного сосуда, м 3 .
В зависимости от насыпной плотности гравий, щебень и песок подразделяют на марки, приведенные в таблице 33.
Таблица 33 - Марка по насыпной плотности неорганических пористых заполнителей
Предельные значения марок по насыпной плотности для различных видов пористых: гравия, щебня и песка – должны соответствовать требованиям ГОСТ 9757–90, приведенным в таблице34. При этом фактическая марка по насыпной плотности не должна превышать максимального значения, а минимальные значения приведены в качестве справочных.
Таблица 34 - Предельные значения марок по насыпной плотности
Примечание. По согласованию изготовителя с потребителем для приготовления конструкционных легких бетонов классов В20 и выше допускается изготовление керамзитового гравия и щебня марок 700 и 800.
Определение средней плотности зерен крупногозаполнителя
Среднюю плотность зерен крупного заполнителя определяют гидростатическим методом по разности массы контейнера с навеской до и после насыщения ее водой при взвешивании в воде и на воздухе.
10.2.1. Порядок проведения испытания
Из высушенной до постоянной массы пробы заполнителя объемом 3 л отсеивают частицы менее 5 мм на сите с отверстиями диаметром 5 мм. Затем сухой контейнер с крышкой предварительно взвешивают на воздухе и в воде на весах с приспособлением для гидростатического взвешивания. После чего в контейнер засыпают пробу заполнителя объемом 1 л, закрывают его крышкой и взвешивают. Затем контейнер с заполнителем постепенно погружают в сосуд с водой и встряхивают в воде для удаления пузырьков воздуха. Сосуд с заполнителем должен находиться в воде 1 ч, причем уровень воды должен быть выше крышки контейнера не менее чем на 20 мм. Контейнер с насыщенным водой заполнителем взвешивают на весах с приспособлением для гидростатического взвешивания. Далее контейнер с заполнителем вынимают из сосуда с водой, излишку воды в течение 10 мин дают стечь и взвешивают на воздухе.
Среднюю плотность зерен крупного заполнителя каждой фракции вычисляют как среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений, каждое из которых производят на новой порции заполнителя.
10.2.2 Обработка результатов
Среднюю плотность зерен крупного заполнителя (r к ) в г/см 3 вычисляют по формуле
(58)
где m 1 – масса пробы сухого заполнителя, найденная по разности массы контейнера с высушенной пробой и массы контейнера при взвешивании на воздухе, г;
m 2 – масса пробы заполнителя, насыщенного водой, найденная по разности массы контейнера с насыщенной пробой заполнителя и без него при взвешивании на воздухе, г;
т 3 – масса заполнителя в воде, найденная по разности массы контейнера с насыщенной пробой заполнителя и без него при взвешивании в воде, г;r в – плотность воды, равная 1 г/см 3 .
Под средней плотностью материалов понимают отношение массы образца в сухом состоянии к его объему. Для материалов, представляющих собой куски различной крупности (сыпучие материалы), применяют понятие насыпной плотности, представляющей собой отношение массы материала в насыпном состоянии к его объему.
Все основные свойства теплоизоляционных материалов связаны с их пористостью, но самую непосредственную связь с пористостью имеет средняя (насыпная) плотность. Знание этой характеристики позволяет судить о теплозащитных свойствах теплоизоляционного материала. По величине средней плотности теплоизоляционные материалы делят на марки: 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600.
Маркой считают наибольшее значение средней плотности в пределах одного из вышеприведенных интервалов. Например, материал со средней плотностью 310 кг/м3 относят к марке 350, со средней плотностью 27 кг/мч - к марке 35 и т. п.
Все теплоизоляционные материалы можно разделить на три группы: жесткие (штучные теплоизоляционные материалы, выпускаемые в виде изделий определенной заданной формы), гибкие (в виде крупноразмерных матов, матрацев и т. п.) и рыхлые (минеральная и стеклянная вата, вспученные перлит и вермикулит, стекло - пор).
Методы определения средней (насыпной) плотности различных видов теплоизоляционных материалов в значительной мере отличаются друг от друга.
Определение средней плотности жестких теплоизоляционных материалов осуществляют измерением линейных размеров и взвешиванием самих изделий или измерением и взвешиванием образцов, выпиливаемых, высверливаемых или вырезаемых из различных частей изделий. При этом обычно образцы предварительно высушивают при температуре 105-110° С. Средняя плотность (кг/м3)
Где M - масса образца или изделия, кг; V -объем образца или изделия, м3.
При определении средней плотности изделия в естественно влажном состоянии применяют формулу
Где Wa - абсолютная влажность материала, по массе, %.
Размеры образцов и изделий находят с помощью металлического измерительного инструмента (линейки, штангенциркуля). Длину и ширину изделий измеряют не менее чем в трех местах - у краев и в середине, А
толщину в пяти-шести местах. Например, толщину фибролитовых плит измеряют в шести точках; на расСтоянии
100 мм от каждого
края и в двух местах по
Продольной осевой линии плиты. Измерение толщины может производиться штангенциркулем или специальным прибором - толщиномером (рис. 7). Толщиномер применяют^ для измерения толщины торфяных, жестких минераловатных и теплоизоляционных древесноволокнистых плит. Точность измерения толщины плит при использовании штангенциркуля и толщиномера составляет 0,1 мм, а при использовании линейки-1 мм.
Среднюю плотность партии материала вычисляют как среднюю арифметическую величину не менее, чем трех определений. При этом взвешивание образцов hpo - изводят с точностью до 0,1 г, а изделий - до 1 г.
Определение средней плотности гибких теплоизоляционных материалов ведут следующим образом. Из разных мест каждого из трех полотнищ войлока, отобранных для испытаний, вырезают по три образца размером 100 X 100 мм. Взвешенный с точностью до 0,01 г образец укладывают на основание специального прибора (рис. 8) . Пластинку 7 массой 0,5 кг подводят вплотную к пластинке 6 и закрепляют винтом 5. Затем пластинки 7 я 6 опускают вниз, не доводя нижнюю поверхность пластинки 7 на 1-2 см до поверхности образца, и закрепляют их винтом 4. Ослабив винт 5, опускают пластинку 7 на поверхность образца, оставляют ее в этом положении 5 мин, после чего с помощью стрелки I производят отсчет по шкале 2 и определяют толщину образцов войлока под давлением 0,0005 МПа. Подвижная пластина 3 используется и при других испытаниях минераловатных изделий.
Средняя плотность войлока (кг/м3)
Рср_ 7(1 +0,01 W)"
Средняя плотность партии войлока будет характеризоваться средней арифметической величиной девяти определений (девять образцов из трех изделий).
Средняя (насыпная) плотность рыхлых теплоизоляционных материалов волокнистого строения зависит от многих факторов. Например, на среднюю плотность минеральной ваты оказывает влияние толщина волокон, количество «корольков» (стекловидных невытянувших - ся в волокна включений шаровидной или грушевидной формы размером более 0,25 мм), степень уплотнения ваты. Для получения сравнимых результатов среднюю плотность волокнистых материалов определяют под постоянным давлением. Например, среднюю плотность минеральной ваты определяют в специальном приборе (рис. 9) под давлением 0,002 МПа. С этой целью берут пять навесок ваты по 0,5 кг каждая. Взвешивание производят с точностью до 1 г. Вата для каждой навески отбирается как средняя проба (из пяти упаковочных мест отбирают по 0,5 кг ваты).
Навеску ваты слоями укладывают в металлический цилиндр 1. Сверху на вату с помощью подъемного устройства 4 опускают металлический диск 2 массой 7 кг, что соответствует давлению на вату 0,002 МПа. Под нагрузкой вату выдерживают 5 мин и затем определяют высоту слоя ваты с помощью шкалы, нанесенной на стержне 3. Вычисляют объем ваты и, зная ее
Материал в сосуд засыпают с высоты 5 см с помощью воронки или лотка до образования конуса. Избыток материала снимают металлической линейкой без уплотнения. Сосуд, масса которого известна, с материалом взвешивают с точностью до 1 г и по известной формуле определяют насыпную плотность материала.
Среднюю плотность кусков (зерен) рыхлого теплоизоляционного материала (например, перлитового щебня, керамзитового гравия и т. п.) определяют с помощью песочных объемомеров или погружением в мерные цилиндры, заполненные водой.
При использовании песочного объемомера (рис. 10) зерно испытуемого материала помещают внутрь прибора. Объем зерна будет равен разности между уровнями песка в приборе с образцом и без него.
Более точно объем куска (зерна) материала можно измерить при погружении его в воду, т. е. по объему вытесненной им воды. С этой целью высушенный ДО постоянной массы и предварительно взвешенный с точностью до 0,1 г образец парафинируют (покрывают тонким слоем расплавленного парафина), а затем погружают в воду, находящуюся в мерном цилиндре. Как правило, средняя плотность кусков пористых материалов ниже плотности воды, поэтому полное погружение образца достигается с помощью металлического диска, объем которого известен. Объем образца вычисляют по количеству вытесненной им воды. При этом учитывают объем металлического диска и парафина. Объем парафина
Где т - масса парафина, нанесенного на образец, г; 0,93 - плотность парафина, г/см3.
Зная объе. м образца и его массу, подсчитывают среднюю плотность данного куска. Для определения средней плотности «в куске» партии материала производят несколько десятков определений и вычисляют среднюю арифметическую величину.
Определение средней плотности текучих формовочных масс (растворных смесей, пеномасс, шликеров) осуществляют для контроля технологических процессов при тех или иных теплоизоляционных материалов. Это, например, требуется при изготовлении изделий из ячеистых , из пенокерамических или Известково-кремнеземистых масс, и т. п.
Среднюю плотность смесей, находящихся в жидко - текучем состоянии, определяют в цилиндрическом сосуде емкостью 1 л. Сосуд наполняют испытуемой смесью, избыток смеси срезают шпателем или металлической линейкой и взвешивают сосуд с массой с точностью до 1 г. Вычитая из общей массы массу" сосуда, узнают массу смеси. Плотность смеси вычисляют как среднее арифметическое по результатам двух измерений.
Если испытывают смесь с малой подвижностью (до 6 см), то ее уплотняют на вибростоле в течение 30 с Или на встряхивающем столике, производя 120 ударов (встряхиваний). В этом случае на сосуд сверху надевают специальную насадку, позволяющую заполнять мерный сосуд с некоторым избытком. После уплотнения насадка снимается, а избыток смеси удаляется метал» лической линейкой.
Определение средней плотности мастичных материалов. Отобранную пробу материала затворяют водой до нормальной (рабочей) консистенции, которую определяют с помощью стандартного конуса. Нормальная консистенция раствора соответствует глубине погружения конуса на 100+10 мм. Затем в специальные формы, предварительно очищенные и смазанные, размером 200 X 50 X 25 мм укладывают испытуемую смесь, уплотняя ее в углах формы кончиком ножа и заглаживая поверхность ножом или шпателем заподлицо с бортами формы.
Заполненные формы помещают в сушильный шкаф, где образцы высушивают до постоянной массы, затем Их вынимают из форм и отшлифовывают.
Полученные образцы измеряют с точностью до 0,1 мм, взвешивают с точностью до 0,1 г и вычисляют среднюю плотность, кг/м3,
Для сыпучих материалов (цемент, песок, щебень, гравий и др.) определяют насыпную плотность. В объеме таких материалов имеются не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами или кусками материала. Это определение выполняют с помощью прибора (рис 1.5), который представляет собой стандартную воронку в виде усеченного конуса. Внизу конус переходит в трубку диаметром 20 мм с задвижкой. Под трубкой устанавливают заранее взвешенный мерный цилиндр объемом 1 литр (1000 см 3). Расстояние между верхним обрезом цилиндра и задвижкой должно быть не более 50 мм.
В воронку насыпают сухой исследуемый материал , затем открывают задвижку и заполняют цилиндр с избытком, закрывают задвижку и металлической или деревянной линейкой срезают от середины в обе стороны излишек материала вровень с краями цилиндра. При этом линейку держат наклонно, плотно прижимая к краям цилиндра. Необходимо, чтобы цилиндр был неподвижным, так как при толчках сыпучий материал может уплотниться, что увеличит его среднюю плотность. Затем цилиндр взвешивают с точностью до 1 г. Испытание повторяют пять раз и среднюю плотность материала в рыхлонасыпанном состоянии r н , кг/м 3 , вычисляют как среднее арифметическое пяти определений по формуле:
ρ н = (m 1 - m 2)/V, (1.9)
где: m 1 - масса цилиндра с материалом, кг; m 2 - масса цилиндра без материала, кг; V - объем цилиндра, м 3 .
Рис. 1.5. Стандартная воронка
1 - корпус; 2 - трубка; 3 - задвижка; 4 - мерный цилиндр
При транспортировании и хранении сыпучие материалы уплотняются, при этом значение их насыпной плотности оказывается на 15-30% выше, чем в рыхлонасыпном состоянии. Определяют насыпную плотность материала в уплотненном состоянии по приведенной выше методике, однако после заполнения цилиндра его уплотняют путем вибрации в течение 30-60 с на виброплощадке или путем легкого постукивания цилиндра с материалом о стол 30 раз. В процессе уплотнения материал досыпают, поддерживая некоторый избыток его в цилиндре. Затем избыток срезают и определяют массу материала в цилиндре, после чего вычисляют насыпную плотность в уплотненном состоянии.
Для влажного материала насыпная плотность вычисляется по формуле
ρ w н = ρ н (W + 1), (1.10)
где: W - влажность материала, отн.ед.
Вопрос: Всегда ли верна эта формула?
Да, если увлажнение не приводит к изменению объема материала (это учитывается при выводе формулы (1.10)). Но для тонкодисперсного материала (к нему не относится песок, т.к. его мелкая фракция должна быть не менее 0,14 мм) при увлажнении вначале это условие будет выполняться, а затем объем будет увеличиваться вследствие раздвижки зерен адсорбированной водой. При этом будет происходить уменьшение ρ w н с ростом W (т.к. плотность воды меньше песка).
Вывод формулы (1.10).
1. Влажность материала: W = (m вл. – m)/m , где: m вл. – масса влажного материала, г; m – масса сухого материала, г.
Отсюда находим m вл. = m (1 + W) .
По определению ρ w н = m вл. /V , где V – объем влажного сыпучего материала (здесь негласно принимается, что объемы сухого и влажного сыпучего материала равны!).
После подстановки имеем: ρ w н = m вл. /V = m(1 + W)/V = ρ н (1 + W).
Насыпная плотность показывает, какое количество сыпучего материала находится в одном кубе. Ее величина зависит не только от фракции, но и от размеров пустот. Показатель необходим для определения объема закупаемого песка и приготовления растворов. Измеряется в кг/м3, знать это число следует каждому строителю, так как пропорции компонентов влияют на качество всей конструкции или изделия.
Объем, который занимает песок средней крупности и других фракций, каждый раз будет разным. Показатель меняется, исходя из следующих условий:
- процент влажности;
- количество различных примесей;
- структура песчинок;
- пористость.
Вода изменяет объем: чем выше влажность, тем ниже становится плотность строительного песка. Вес одного куба сырого стройматериала значительно отличается от сухого.
По размеру бывает мелким, средним и крупным. Чем больше песчинка, тем меньше насыпная степень плотности. Происходит это из-за того, что между ними получаются более обширные пустоты. И наоборот, чем мельче фракция, тем больше получится их количество в одном кубометре, так как они сильнее уплотняются. Мелкий применяется при производстве сухих строительных смесей для оштукатуривания, затирок и других. Крупно- и среднефракционный – для изготовления различных растворов, в том числе бетонного и цементного.
В зависимости от места добычи он может содержать глину, известь, гипс и другие вещества. Показатель чистого песка составляет приблизительно 1300 кг/м3, загрязненного – 1800 кг/м3. Чтобы очистить от грязи, необходимо промыть, но из-за этого увеличивается его стоимость.
Пористость показывает число пустот между зернами. Чем она больше, тем меньше степень уплотненности. У рыхлого ее величина равна 47%, у утрамбованного – 37%. Количество пустот уменьшается с насыщением влагой, так как они заполняются водой. Также снижается она после транспортировки, так как материал проседает из-за вибрации, возникающей при движении. Если необходимо достичь максимальной прочности бетонных или железобетонных изделий, то следует использовать уплотненный строительный песок. Он способен выдерживать наибольшую нагрузку и равномерно ее распределять.
Определение степени уплотнения
От плотности стройматериала зависит его назначение, для каких конструкций и зданий он может применяться. По ее показателю делают расчет расхода, чтобы узнать, какое количество смеси получится после замешивания или сколько его требуется. Нередко нужно перевести кубические метры в массу, и наоборот. К тому же некоторые точки реализации продают в кубах, а где-то на вес – в тоннах.
Для перевода в другие единицы измерений существует специальная формула: Р=M/V, где: Р – степень уплотнения, М – масса, V – объем. Например, в кузове находится 3 куба сыпучего материала общим весом 4,8 т или 4800 кг. Плотность тогда будет равна: 4800/3=1600 кг/м3. И наоборот, зная степень уплотнения и количество кубометров в емкости, можно определить вес песка в состоянии естественной влажности или сырого: М=Р/V.
Провести расчеты возможно и своими руками. Сыпучий материал насыпают в ведро объемом 10 л с высоты 10 см до образования возвышающейся горки. Поверхность выравнивают линейкой, не уплотняя его при этом. Расчет средней плотности делают по следующей формуле: Р=(М 2 -М 1)/V, где: М 2 – общий вес, М 1 – вес емкости, V – объем ведра, то есть 10 л. Объем емкости нужно перевести в кубические метры – 0,01. Например, тара весит 620 г или 0,62 кг, песок вместе с ней составляет 15,87 кг. Его плотность равна: Р=(15,87-0,62)/0,01=1525 кг/м3.
Таблица с показателями насыпной плотности песка разных видов:
Виды сыпучего материала
Чаще всего используется строительный, речной и карьерный пески. Речной образуется естественным путем в результате дробления водами горных пород, имеет округлую форму. Так как он постоянно омывается, в нем почти нет примесей, благодаря чему не требует дополнительного очищения перед применением. Делится на несколько групп по размерам. Зерна до 2 мм называют мелкими, 2-2,8 – средние, 2,9-5 – крупные.
Насыпная средняя плотность составляет 1650 кг/м3. Главное преимущество – является экологически чистым и безопасным материалом как для окружающей среды, так и для человека. Применяется для замешивания кладочных и штукатурных растворов, изготовления бетонных изделий, сухих смесей, а также благоустройства территорий. Речной песок имеет высокую стоимость, поэтому если по техническим нормам его можно заменить, то лучше выбрать карьерный.
Применяется при прокладке автомобильных дорог, созданию подушек для фундаментов, подсыпок. При изготовлении бетона и различных растворов используется в качестве наполнителя. Состоит из множества разных элементов – шпат, слюда, кварц и так далее. В зависимости от того, какой компонент в нем составляет наибольшую часть, ему присваивается название, например, если это известняк, то называют известняковым.
Помимо средней степени уплотнения существует истинная. Ее величина неизменяемая и всегда постоянная. Найти ее можно только в лабораторных условиях опытным путем. В отличие от определения насыпной плотности, в этой не учитываются пустоты и зазоры.
При выборе следует учитывать: чем крупнее зерна, тем больше потребуется вяжущего порошка для замешивания растворов. Цемент должен закрыть все пустоты, иначе конструкция получится непрочной. Из-за этого возрастает себестоимость цементного или бетонного состава. Также необходимо обращать внимание на степень радиоактивности, особенно если это карьерный песок. Для возведения дома используется материал только первого класса.
Для снижения расходов можно купить немытый песок и очистить его самостоятельно. Но делать так рекомендуется, если требуется маленький объем, иначе это потребует чересчур много времени и больших трудовых затрат. Приобрести стройматериал можно как навалом, так и в мешках.
