Определение насыпной плотности говорит о количестве материала в одном кубометре сыпучего материала. Данную величину определяет, как количество пустот между отдельными элементами, так и размер имеющихся фракций. Нужно знать значение этого показателя для корректного произведения расчета при создании растворов и закупке материала. Единицы измерения - кг/м 3 .
Определение плотности
Известно, что в составе песка имеются зерна средней, крупной и мелкой фракции, влияющие на изменение объема насыпного материала с каждым разом. Условия, согласно которым изменяется показатель:
- степень пористости;
- структура отдельных песчинок;
- количество и тип разнообразных примесей;
- показатель процента влажности;
- уровень увлажненности песка.
Больше всего на изменение объема влияет количество влаги. Чем выше этот показатель, тем меньше у строительного песка показатель плотности, что существенно отличает куб сухого материала от сырого по габаритам.
По размеру различают крупно-, средне - и мелкозернистый материал. Чем больше размер песчинки, тем выше насыпная плотность. Это происходит из-за наличия более существенных пустот. Для меньших песчинок в единице объема за счет большего уплотнения помещается их большее количество. Устранение примесей производится в результате промывания добытого песка, однако это существенно увеличивает его стоимость.
Величина пористости указывает на характер и количество пустот между отдельными крупицами. Чем больше это значение, тем ниже показатель уплотнения. У рыхлого песка эта величина равняется 47%, для утрамбованного - 37%. Влага позволяет уменьшить количество пустот, поскольку вода их заполняет. Количество пустот также уменьшается и в результате транспортировки, поскольку из-за вибрации, которая возникает при движении, материал проседает. Более уплотненный песок для целей строительства следует использовать при создании железобетонных и бетонных изделий с максимальной точностью. Они способны выдерживать самые большие нагрузки с равномерным их распределением.
От чего зависит степень уплотнения
Назначение материала сильно зависит от показателя его плотности, для каких типов зданий и видов конструкций допустимо его применение. Согласно данному показателю производится расчет расхода того количества, которое требуется для определенных целей. Ведь важно знать количество смеси, которая получится с использованием конкретного типа исходных материалов. Часто требуется преобразовать массу в кубометры и наоборот.
Одни строительные базы продают песок в тоннах, а другие - в кубах.
Чтобы перевести данные в другие единицы измерительной системы, следует воспользоваться школьной формулой для объема и плотности:
Р = m / V, где:
- P - насыпная плотность или степень уплотнения;
- m - расчетная масса сыпучего материала;
- V - имеющийся объем.
Для примера рассчитаем плотность произвольного типа песка весом 3,2 т или 3200 кг, занимающий в объеме 2 м 3 . Количественное значение плотности согласно формуле находится как:
Р = 3200 / 2 = 1600 кг/м 3 .
Аналогично при наличии данных об объеме и известной степени плотности песка, можно найти его вес в сыром виде или в естественном состоянии влажности:
На показатель влияют следующие факторы:
- Насыпанный обычным способом песок обладает значительно меньшей плотностью, чем уплотненный при укладке;
- После слеживания материала определенного этапа песок различаться влажностью. Увеличение веса происходит в результате попадания в микропоры между песчинками воды;
- На значение насыпной массы сыпучего материала влияет наличие органических добавок и грунтосодержащих примесей. Для большинства строительных растворов нужен согласно технологии приготовления мелкий наполнитель высокой степени очистки, что требует корректирования этого показателя с помощью просеивания или промывания;
- В зависимости от породы происхождения, различают материал разной плотности, которая непосредственно влияет на вес;
- Формы, а также фракции имеющихся зерен в большей степени определяют плотность песка. Чем более крупные фрагменты содержится в насыпи, тем большее потребуется расстояние между крупицами, заполненными воздушной прослойкой.
Расчет плотности
На стройплощадку доставляется разный тип песка. Использовать его можно как сразу после доставки, так и после определенной обработки. При хранении сыпучего материала без накрытия вне помещения постоянно меняется плотность песчинок.
На практике такие расчеты можно провести самостоятельно. Для этого берется емкость определенного объема. Например, это может быть ведро объемом 8 л. После засыпания материалов в ведро с помощью линейки выравнивается поверхность насыпной горки. Взвесив наполненное ведро, а также определив массу самой емкости, формула для расчета приобретает вид:
Р = (m 2 - m 1) / V , где:
- m 1 — вес используемой для измерения плотности образца емкости;
- m 2 — общая масса засыпанного песком ведра;
- V — объем тары, в нашем случае 8л.
Сначала необходимо преобразовать объем в кубометры, 8 л - это 0,008 м 3 . В килограммах это 0,45 кг, а наполненное ведро с песком весит 12,65 кг. Результирующая плотность определяется как:
Р = (12,65 - 0,45) /0,008 = 1525 кг/м 3 .
С помощью коэффициента уплотнения, не взвешивая песок перед использованием, можно определять его фактическую массу, которая постоянно изменяется для разных типов зернистости материала.
Для получения искомого результата необходимо умножить на коэффициент среднюю плотность стройматериала. В таблице взяты коэффициенты самых популярных типов песка. Однако данное значение высокую точность не гарантирует, обладая погрешностью от 5%. Взвешивание, которое неудобно и порой вовсе не представляется возможным, является единственным наиболее достоверным способом определения показателя плотности. На месте стройплощадки специалистам доступны к использованию любые из имеющихся методов.
При покупке материала следует тщательно рассчитывать степень влажности приобретаемого песка.
Плотность в зависимости от разновидности песка
Чаще всего в строительстве применяется карьерный, речной или строительный материал. Естественным путем образовывается речной песок, поскольку порода подвергается дроблению естественным путем, что обеспечивает песчинкам округлую форму. В этом материале минимальное количество примесей, что перед применением не требует дополнительной обработки. В зависимости от размеров зерен выделяет несколько групп:
- 2,9 - 5 - крупные;
- 2 - 2,8 - средние;
- до 2 - мелкие.
Среднее значение показателя насыпной плотности приблизительно 1650 кг/м 3 . Данный материал обладает главным преимуществом - экологичностью и безопасностью.
Стоимость такого типа песка очень высокая, поэтому согласно техническим нормам он легко может заменяться карьерным.
Этот вид материала содержит в составе различные породы - кварц, слюду, шпат. Название присваивается такое, какой именно элемент в нем преобладает. Главная область применения — это создание подсыпки, подушек для фундамента, прокладки автомобильных дорог.
Свойства песка
Различают также показатель истиной степени уплотнения. Данная величина определяется исключительно в лабораторных условиях. Для этого показателя пустоты и зазоры не учитывается.
Размер зерна влияет на количество вяжущего вещества для конкретного типа раствора. Чтобы конструкция получилась прочной, все пустоты должны закрываться цементом. Это повышает себестоимость бетонного или цементного состава. В карьерном песке нужно обратить внимание на степень радиоактивности. Для возведения жилых зданий необходимо пользоваться материалом этого типа только 1 класса качества.
Заключение
Показатель насыпной плотности - очень важный параметр песка, который влияет на качество и прочность будущих сооружений. Помимо этого его нужно знать для расчетов строительных смесей, требуемого количества материала. Именно поэтому данную величину игнорировать нельзя.
Насыпная плотность определяется для сыпучих материалов по той же формуле, что и средняя. Испытание проводят с помощью стандартной металлической воронки в виде усеченного конуса. Внизу воронки имеется задвижка. Под воронкой устанавливают мерный стакан. В воронку насыпают материал, открывают задвижку и заполняют мерный стакан до краев, срезают излишек с помощью линейки. Мерный стакан взвешивают пустым и наполненным. Опыт повторяют пять раз.
Насыпную плотность для каждого опыта определяют по формуле:
где m – масса образца, г
Vст – объем мерного стакана, см 3
Результаты вычислений записывают в табл.7
Таблица 7. Насыпная плотность ________________________________
(указать наименование материала)
Определение истинной плотности
Подготовка к испытанию
Из пробы песка берут навеску около 30 г, просеивают ее через сито с отверстиями диаметром 5 мм. Высушенный песок перемешивают и делят на две части.
Навеску всыпают в чистый высушенный и предварительно взвешенный пикнометр (прибор Ле Шателье) (рис.1), после чего взвешивают его вместе с песком. Затем наливают в пикнометр прокипяченную воду в таком количестве, чтобы пикнометр был заполнен примерно на 2 / 3 его объема, перемешивают содержимое и ставят его в слегка наклонном положении на водяную баню. Содержимое пикнометра кипятят в течение 15-20 мин для удаления пузырьков воздуха.
Истинную плотность песка в г/см 3 вычисляют по формуле:
где т - масса пикнометра с песком, г;
т 1 - масса пустого пикнометра, г;
т 2 - масса пикнометра с водой, г;
т 3 - масса пикнометра с песком и водой после удаления пузырьков воздуха, г;
r в - плотность воды, равная 1 г/см 3 .
Рис.1 Прибор Ле Шателье
| Ед.изм | Значение | |
| m | ||
| m1 | ||
| m2 | ||
| m3 | ||
| r |
Определение пористости и пустотности
Пористость твердых материалов и пустотность (объем межзерновых пустот в сыпучих материалах в неуплотненном состоянии) определяют на основании значений истинной плотности и средней или насыпной плотности материала, предварительно установленных.
Пористость (П) и пустотность (V м.п) в процентах по объему вычисляют по формуле
где - истинная плотность, г/см 3 ;
Средняя или насыпная плотность, кг/м 3 .
Определение влажности
Влажность определяют путем сравнения массы материала в состоянии естественной влажности и после высушивания.
Материал (изделие) взвешивают, помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при температуре 105 о С.
Влажность (W ) в процентах вычисляют по формуле
где т - масса навески в состоянии естественной влажности, г
т 1 - масса навески в сухом состоянии, г.
Результаты испытаний заносят в табл.8
Таблица 8. Пористость (пустотность) и влажность материалов
Такой строительный материал, как песок, является одним из самых важных, так как без него почти ни одно сооружение не возводится. Наиболее важный показатель, который характеризует его качество – это насыпная .
Она определяется в не уплотненном состоянии материала, вследствие чего учитывается не только объем каждой частички песка, но и место, которое занимает воздушная прослойка между его фракциями.
Характеристика песка, как строительного материала
Песок – это строительный материал, который может быть, как осадочной природы происхождения, так и искусственно созданный.
В большинстве случаев он состоит из минералов кварца, хотя в его основе может лежать и другое вещество.
Способ хранения также играет важную роль в том, какими свойствами будет отличаться песок. Материал может иметь различный вид и форму. Если его происхождение связано с водоемами (реками и морями), то внешняя оболочка песчинок будет гладкой, круглой и окатанной.
Если же песок был изготовлен методом дробления пород или же в карьерах, то чаще всего его компоненты будут иметь неровные и острые края.
Цвет песка также может быть различный, что также косвенно зависит от его происхождения.
В водоемах вода из материала вымывает различные примеси, из-за чего такой песок наиболее чистый и однородный.
Материал из карьеров нередко имеет в своем составе частички глины, пыли, грунта и т.д. Используется песок для различных целей. Среди них следует выделить производство стекла, сооружение автомобильных дорог и возведение сооружений.
Именно в последней сфере песок и нашел массу различных применений – от отделочных работ до заливки .
С него приготавливают различные строительные смеси, и . Именно в таких ситуациях без значений насыпной плотности обойтись невозможно. На него стоит обращать внимание из-за того, что одинаковая масса материала может занимать совершенно различный .
Что такое насыпная плотность
Такая физическая величина, как насыпная плотность, представляет собой соотношение массы сыпучего материала к объему, который он занимает. Измеряется этот показатель в различных единицах, что чаще всего зависит от того, какое количество используется.
Стандартно насыпная плотность песка подается в кг/м3 (килограммах на метр кубический). В некоторых случаях производители указывают тонны на метр кубический или же граммы на сантиметр кубический.
Формовочный песок нормальной влажности по ГОСТу должен иметь насыпную влажность 1710 килограмм на один кубический метр.
Отклонение от нормы может повлиять на качество готовой продукции.
Факторы, влияющие на плотность
Далеко не всегда следует ориентироваться на определенный показатель насыпной плотности песка, так как он может со временем меняться в зависимости от нескольких достаточно важных факторов .
К ним материаловеды и строители относятся такие:
- степень уплотнения . Между любыми частичками песка существуют небольшие промежутки воздуха. Чем больше давление на материал, тем меньше эти прослойки. Соответственно это влияет и на уровень плотности. Связанно это с тем, что масса песка состоит именно из песчинок, а не из воздуха;
- насыпная плотность среднего песка по его уплотнению находится чаще всего в значения от 1400 до 1700 килограмм на кубический метр;
- способ добычи и происхождения материала. Чаще всего песок, который вымывают из воды, имеет большую насыпную плотность, чем тот, который добывают карьерным способом;
- отдельно можно сказать и об искусственно созданном виде материала, который посредством того, что процесс его изготовления происходит посредством механизмов, также обладает более высокими качественными характеристиками;
- пустотность. Чем больше различных промежутков между частицами песка, тем меньше будет его насыпная плотность. В большинстве случаев после транспортировки материала количество пустот уменьшается, так как песок немного утрамбовывается;
- величина фракций. Насыпная плотность песка средней крупности чаще всего выше аналогичного показателя, касающегося материала с крупными частицами, и ниже материала, состоящего из мелких песчинок;
- связанно это с тем, что чем меньше фракции, тем более плотно они прилегают друг к другу , что соответственно влияет и на уменьшение объема воздушных прослоек. В целом средняя плотность песка составляет около 1450-1550 килограмм на кубический метр;
- определить величину фракций зерен можно достаточно просто – для этого следует воспользоваться несколькими ситами с отверстиями различного диаметра;
- минеральный состав материала. Довольно часто на этот фактор многие не обращают внимания, хотя на самом деле песок может быть основан на совершенно различных веществах. К ним можно отнести кварц, слюду, полевошпат и т.д;
- все эти компоненты, хоть и в измельченном виде очень схожи, но немного отличаются друг от друга, в том числе и по весу. Сам же материал может быть мономинеральный и полиминеральный. Во втором случае в его основе лежат чаще всего два различных компоненты;
- влажность. Данный фактор где-то на 20 процентов может менять показатели насыпной плотности материала, поэтому очень важно обращать на него внимание при покупке песка. Чем больше влажность, тем больше уровень данной физической величины.
Все вышеперечисленные факторы, касающиеся песка, так или иначе в разной степени влияют на его насыпную плотность. Поэтому нужно обращать на них внимание. Из-за того, что некоторые из них могут меняться все время, проверять показатели уплотнения следует непосредственно перед осуществлением манипуляций с материалом.
Разновидности
Существует большое количество различных видов песка и песочных смесей. Некоторые из них можно применять лишь для осуществления определенных строительных задач. Другие же используются в качестве универсальных материалов.
В зависимости от того, где произошла добыча и образование песка, его разделяют на несколько видов.
Из-за того, что в этом водоеме все время происходит течение воды, материал получается наиболее чистый среди всех остальных. Величина частиц этого материала находится в пределах от 0,3 до 0,5 миллиметров, из-за чего его пустотность минимальная.
Определение насыпной плотности горного
Такой материал наименее качественный, так как в нем количества примесей находится на достаточно высоком уровне.
Именно поэтому для многих видов работ этот песок не используется, так как он не обладает соответствующими качествами.
Не менее популярным является также искусственный материал. Он чаще всего изготовляется способом дробления горных пород. К ним относится керамзит, кварц и шлак.
Отличается такой песок еще и тем, что он является одним из наиболее качественных, так как в нем нет каких-либо примесей.
Насыпная плотность песка из отсева дробления является достаточно высокой. Чаще всего она выше норм и может даже быт в некоторых случаев выше показателей, касающимся речного материала.
Расчет плотности в состоянии естественной влажности
Насыпная плотность песка строительного может определяться различными способами:
- с использованием условных коэффициентов перевода. Основным недостатком данного способам является то, что он дается погрешность в пределах 5 процентов. Она не является слишком большой, из-за чего ее допускают;
- провести замеры с помощью конкретной четко откалиброванной емкости. Недостаток этого способа определения насыпной плотности состоит в том, что это порою провести очень трудно. Для этого следует взять специально подготовленное ведро, емкость которого составляет 10 литров при высоте в 10 сантиметров;
- после этого его нужно наполнить песком, насыпая его и не утрамбовывая. Когда количество материала в емкости будет образовывать горку, ее нужно срезать по верхнему краю, стараясь не производить уплотнение. Остается лишь произвести взвешивание сосуда вместе с песком;
- в дальнейших расчетах нужно воспользоваться специальной формулой.
На самом деле определить насыпную плотность достаточно легко. Связанно это с тем, что для расчета известна многим еще со школьных лет – ее изучают в курсе физики:
Р=M/V, где М – это масса песка в емкости, а V – это объем, который занимает материал.
Вес непосредственно самой емкости, в которой измеряется песок, не стоит учитывать. То есть от массы материала с ведром необходимо отнять массу последнего.
Существует следующие показатели насыпной плотности, выраженные в таблице:
Стоит отметить также то, что в таблице указана насыпная плотность песка в состоянии в естественной влажности и в повышенной. На это очень важно обращать внимание при покупке материала.
Более подробно о насыпной плотности песка смотрите на видео:
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.
Но также производит и биологически активные добавки (БАД) к пище в таблетированной и капсулированной форме. В связи с этим кажется необходимым рассказать о некоторых похожих терминах и технологические свойствах этих продуктов.
Технологические свойства порошкообразных (таблетированных и капсулированных ) лекарственных веществ и биологически активных добавок к пище зависят от их физико-химических свойств. При производстве биологически активных добавок в форме таблеток и в форме твёрдых желатиновых капсул необходимо учитывать различные технологические характеристики, так как активные компоненты и многие экстракты лекарственных растений поступают в виде порошков или порошковых смесей.
Насыпная плотность
Базовой характеристикой всех сыпучих материалов является плотность. Существуют понятия истинной и насыпной плотности, которые измеряются в г/см 3 или кг/м 3 .
Истинная плотность – это отношение массы тела к объему этого же тела в сжатом состоянии, в котором не учитываются зазоры и поры между частицами. Истинная плотность – постоянная физическая величина, которая не может быть изменена.
В своем естественном состоянии (неуплотненном) сыпучие материалы характеризуются насыпной плотностью. Под насыпной плотностью различных сыпучих материалов понимают количество порошка (сыпучего продукта), которое находится в свободно засыпанном состоянии в определённой единице объема.
Насыпная плотность заданного порошка или любой сыпучей смеси (D нас. пл.) определяется отношением массы свободно засыпанного порошка (Mасса cып.) к объему этого порошка (Vcосуда) по формуле:
D нас.пл.= Mасса cып/Vcосуда
Насыпная плотность учитывает не только объем частиц материала, но и пространство между ними, поэтому насыпная плотность гораздо меньше, чем истинная. Например, истинная плотность каменной соли составляет 2,3 т/м 3 , а насыпная – 1,02 т/м 3 .
Зная насыпную плотность применяемых сыпучих материалов можно при проектировании емкостей или дозаторов, а так же капсул и таблеток рассчитать их объем и, соответственно, высоту засыпки. Понятно, что если нам частично известны некоторые параметры, а именно высота засыпки, а так же коэффициент засыпки, то можно рассчитать высоту предполагаемого объема, то есть высоту форматных частей, что очень важно при решении технологических задач. Конечно, если известна насыпная плотность порошка, тогда технологи могут легко рассчитать массу для одной дозы, порции или упаковки и тем самым определить величину дозировки для капсулятора или таблетпресса, а также для любого другого фасовочного оборудования.
Значение насыпной плотности определяется в соответствии со стандартом (ГОСТ 19440-94 «Порошки металлические. Определение насыпной плотности. Часть 1. Метод с использованием воронки. Часть 2. Метод волюмометра Скотта») с помощью прибора волюмометра, принцип действия которого основан на точном определении массы порошка, заполняющего мерную емкость. Волюмометр состоит из воронки с ситом и корпуса с несколькими наклонными стеклами, по которым порошок, пересыпаясь, падает в тигелек с измеренным объемом и весом.
Объемная или Насыпная плотность зависит от размера, формы, влажности и плотности частиц гранул или порошка. По значению этого показателя можно прогнозировать и рассчитывать объем матричных каналов. Процедуру измерения насыпной плотности порошковой смеси или монопорошка проводят на специальном приборе (рис. 1).
Производят навеску массой 5,0 г порошка. Точность навески до 0,001 г. Далее засыпают навеску в мерный цилиндр. Устанавливают на приборе амплитуду колебаний (35-40 мм) при помощи регулировочного винта. Устанавливают отметку по шкале и фиксируют положение при помощи контргайки. Далее, с помощью трансформатора устанавливают частоту колебаний. Частота устанавливается в интервале от 100 до 120 кол/мин, по счетчику. После включения прибора тумблером оператор следит за отметкой, по которой установлен уровень порошка в цилиндре. Как правило, при работе прибора в течение 10 минут, уровень порошка или смеси становится постоянным, и прибор необходимо отключить.
Насыпную плотность рассчитывают по формуле:
где: ρ н – насыпная плотность, кг/м 3 ;
m – масса сыпучего материала, кг;
V – объем порошка в цилиндре после уплотнения, м 3 .
В зависимости от насыпной плотности порошки классифицируют следующим образом:
ρ н > 2000 кг/м 3 – весьма тяжелые;
2000 > ρ н > 1100 кг/м 3 – тяжелые;
1100 > ρ н > 600 кг/м 3 – средние;
ρ н < 600 кг/м 3 – легкие.
Одним из приборов, на котором проводят измерение насыпной плотности (а также другие характеристики порошковой смеси или монопорошка), является прибор ВТ-1000.
Анализатор ВТ-1000 (Рис. 2) используется для определения свойств различных сыпучих материалов, связанных с текучестью. Порошок или порошковые смеси, по определению, являются двухфазными системами. Свойства поверхности частиц порошковой смеси или монопорошка, так же как и их плотность, все эти параметры определяет его поведение в потоке и их сыпучесть. Правильное определение параметров сыпучести очень важно для расчетов процессов обработки порошка, его упаковки, транспортировки и хранения.
С помощью ВТ-1000 (Рис.3) возможно определить не только насыпную плотность, но и дисперсность, угол падения, угол естественного откоса, угол на плоской пластине и плотность утряски. Из данных характеристик легко рассчитать угол разности, прессуемость, объем пустого пространства, сжимаемость, униформность. По характеристикам зафиксированным на приборе, можно рассчитать индекс Карра, что позволяет определить значения сыпучести и аэрируемости
(поведения порошка в аэродинамической струе).
Порошок засыпается в мерный цилиндр. Отношение занятого им объема к массе порошка является объемной или насыпной плотностью. Рис.3
