Як вимірюється щільність матеріалу? Щільність різних матеріалів

Як вимірюється щільність матеріалу? Щільність різних матеріалів

У багатьох галузях промислового виробництва, а також у будівництві та сільському господарстві використовується поняття "" щільність матеріалу "". Це обчислювана величина, яка є відношенням маси речовини до займаної ним обсягу. Знаючи такий параметр, наприклад, у бетону, будівельники можуть розрахувати необхідну кількість його при заливці різних залізобетонних конструкцій: будівельних блоків, перекриттів, монолітних стін, колон, захисних саркофагів, басейнів, шлюзів та інших об 'єктів.

Як визначити щільність

Важливо зазначити, що, визначаючи щільність будівельних матеріалів, можна використовувати спеціальні довідкові таблиці, де дані ці величини для різних речовин. Також розроблені методи та алгоритми розрахунку, які дозволяють отримувати такі дані на практиці, якщо відсутній доступ до довідкових матеріалів.

Щільність визначається у:

  • рідких тіл приладом ареометром (наприклад, відомий всім процес вимірювання параметрів електроліту автомобільного акумулятора);
  • твердих і рідких речовин за допомогою формули при відомих вихідних даних маси і обсягу.

Всі самостійні обчислення, звичайно, будуть мати неточності, адже складно достовірно визначити обсяг, якщо тіло має неправильну форму.

Похибки у вимірах щільності

Щоб точно розрахувати щільність матеріалу, необхідно враховувати наступне:

  • Похибка систематична. Вона фігурує постійно або може змінюватися за визначеним законом у процесі декількох вимірювань одного і того ж параметра. Пов 'язана з похибкою приладової шкали, низьким показником чутливості пристрою або ступенем точності формул розрахунку. Так, наприклад, визначаючи масу тіла за допомогою різноваг і ігноруючи вплив виштовхувальної сили, дані отримують приблизними.
  • Похибка випадкова. Викликана причинами, що приходять, і має різний вплив на достовірність певних даних. Зміна температури навколишнього середовища, атмосферного тиску, вібрації в приміщенні, невидимі випромінювання і коливання повітря - все це відбивається на вимірах. Уникнути такого впливу повністю неможливо.
  • Похибка в округленні величин. При отриманні проміжних даних у розрахунку формул часто числа мають безліч значущих цифр після коми. Необхідність обмеження кількості цих знаків і передбачає появу похибки. Частково знизити таку неточність можна, залишаючи в проміжних розрахунках на кілька порядків цифр більше, ніж вимагає кінцевий результат.
  • Похибки недбалості (промахи) виникають внаслідок помилковості обчислень, неправильності включення меж вимірювання або приладу в цілому, нерозбірливості контрольних записів. Отримані таким чином дані можуть різко відрізнятися від аналогічно проведених розрахунків. Тому їх слід видаляти, а роботу виконати заново.

Вимірювання справжньої щільності

Розглядаючи щільність матеріалу будівництва, потрібно враховувати його справжній показник. Тобто коли структура речовини одиниці обсягу не містить в собі раковин, пустот і сторонніх включень. На практиці немає абсолютної однорідності, коли, наприклад, бетон заливають у форму. Щоб визначити реальну його міцність, яка безпосередньо залежить від щільності матеріалу, проводять наступні операції:

  • Структуру піддають подрібненню до стану порошку. На цьому етапі позбавляються від пір.
  • Просушують у сушильній шафі при температурі понад 100 градусів, з проби видаляють залишки вологи.
  • Остужають до кімнатної температури і пропускають через дрібне сито з розміром комірки в 0,20 х 0,20 мм, надаючи однорідність порошку.
  • Отриманий зразок зважують на електронних вагах високої точності. Об 'єм обчислюють в об' ємі методом занурення в рідку структуру та вимірювання витісненої рідини (пікнометричний аналіз).

Розрахунок проводять за формулою:

p=m/V

де m - маса зразка в г;

V - величина об "єму у см3.

Часто застосовувати вимірювання щільності на кг/м3.

Середня щільність матеріалу

Щоб визначити, як поводяться будівельні матеріали в реальних умовах експлуатації під впливом вологи, позитивних і негативних температур, механічних навантажень, потрібно використовувати середній показник щільності. Він характеризує фізичний стан матеріалів.

Якщо справжня щільність - незмінна величина і залежить лише від хімічного складу і структури кристалічної решітки речовини, то середня щільність визначається пористістю структури. Вона являє собою відношення маси матеріалу в однорідному стані до обсягу займаного простору в природних умовах.

Середня щільність дає уявлення інженеру про механічну міцність, ступінь вологопоглинання, коефіцієнт теплопровідності та інші важливі фактори, що використовуються в будівництві елементів.

Поняття насипної щільності

Вводять для аналізу сипучих будівельних матеріалів (піску, гравію, керамзиту тощо). Показник важливий для розрахунку економічно вигідного застосування тих чи інших компонентів будівельної суміші. Він показує відношення маси речовини до обсягу, який вона займає в стані пухкої структури.

Наприклад, якщо відома насипна щільність матеріалу зернистої форми і середня щільність зерен, то легко визначити параметр пустотності. При виготовленні бетону доцільніше застосовувати наповнювач (гравій, щебінь, пісок), що володіє меншою пористістю сухої речовини, оскільки на його заповнення піде базовий цементний матеріал, що збільшить собівартість.

Показники щільності деяких матеріалів

Якщо взяти розрахункові дані деяких таблиць, то в них:

  • Щільність кам 'яних матеріалів, у складі яких присутні оксиди кальцію, кремнію та алюмінію, варіюється від 2400 до 3100 кг на м3.
  • Деревних порід з основою з целюлози - 1550 кг на м3.
  • Органіки (вуглець, кисень, водень) - 800-1400 кг на м3.
  • Металів: сталь - 7850, алюміній - 2700, свинець - 11300 кг на м3.

При сучасних технологіях будівництва будівель показник щільності матеріалу важливий з точки зору міцності несучих конструкцій. Всі теплоізоляційні та вологоізоляційні функції виконують матеріали низької щільності зі структурою закритих пір.