Методические указания к лабораторным работам Составители (стр. 2 из 4)

неправильной формы

способом гидростатического взвешивания

Способ гидростатического взвешивания основан на измерении объема образца по массе вытесненной им жидкости (чаще всего воды).

Для этого необходимо взвесить образец на воздухе и в жидкости известной плотности, объем V вычислить по формуле:

V=

(5.2)

где m и m_ж – масса образца взвешенного, соответственно, на воздухе и в жидкости, кг;

ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³.

Средняя плотность образца неправильной формы вычисляется по формуле:

. (5.2.а)

Изложенный способ применяется в случае, когда испытанию подвергается материал со сплошной структурой (т. е. без пор и пустот).

Если же испытывается пористый материал, то при гидростатическом взвешивании поры и пустоты будут поглощать воду и искажать результат опыта. Чтобы исключить эту ошибку, образцы материала, имеющие пористую структуру, перед испытанием парафинируют. Для этого сухой образец неправильной геометрической формы взвешивают на технических весах, затем покрывают при помощи кисти тонким слоем расплавленного парафина. После того как парафин застынет, образец осматривают, обнаруженные при осмотре на парафиновой пленке пузырьки или трещины удаляют, заглаживая нагретой металлической проволокой или пластинкой.

После парафинирования образец перевязывают прочной тонкой нитью и вторично взвешивают. После этого его подвешивают к крючку на левом конце коромысла гидростатических весов. Массу образца уравновешивают гирями, устанавливая их на правую чашку. После этого образец погружают в стакан с водой так, чтобы он не касался стенок и дна (при этом равновесие весов нарушается). Весы снова уравновешивают, сняв с правой чашки часть гирь и определяют массу образца в воде.

Средняя плотность образца вычисляется по формуле

(5.2.б)

где m – масса сухого образца, кг;

m₁ – масса образца, покрытого парафином, кг;

m₂ – масса гирь, уравновешивающих образец, покрытый парафином, в воде, кг;

ρ_п – истинная плотность парафина, 930 кг/м³.

Среднюю плотность материала вычисляют как среднее арифметическое определений средней плотности 3 образцов. Результаты испытаний заносят в табл. 5.2.1.

Таблица 5.2.2

Определение средней плотности гидростатическим

взвешиванием

Номер образца	Масса образца, кг		Масса парафина, кг	Объем, м3		Средняя плотность, кг/м3	Среднее арифметическое средней плотности, кг/м3
	в сухом состоянии	покрытого парафином		образца	парафина
1 2 3

Рис. 1. Пикнометр (а) и весы для гидростатического взвешивания (б): 1 – П-образная подставка; 2 – образец материала; 3 – стакан с водой

5.3. Определение истинной плотности

5.3.1. Подготовка к испытанию

Истинную плотность определяют на пробе материала изделий, полученной не менее чем от трех образцов.

Для подготовки пробы от каждого образца, снаружи и из середины, откалывают по два куска массой не менее 100 г каждый, которые измельчают до зерен размером около 5 мм. Квартованием отбирают навеску массой не менее 100 г и измельчают ее в фарфоровой или агатовой ступке. Затем квартованием отбирают навеску массой не менее 30 г и измельчают ее до полного прохождения через сито с сеткой № 0,063.

5.3.2. Проведение испытания

Определение проводят параллельно на двух навесках массой около 10 г каждая, отобранных от пробы.

Отобранную навеску высыпают в чистый, высушенный и предварительно взвешенный пикнометр (рис. 1, а). Пикнометр взвешивают вместе с испытываемым порошком, затем наливают в него воду (или другую инертную жидкость) в таком количестве, чтобы он был заполнен приблизительно до половины объема.

Для удаления воздуха из материала навески и жидкости пикнометр с содержимым выдерживают под вакуумом в эксикаторе до прекращения выделения пузырьков. Допускается (при использовании в качестве жидкости воды) удалять воздух кипячением пикнометра с содержимым в течение 15…20 мин в слегка наклонном положении на песчаной или водяной бане.

Следует также удалить воздух из жидкости, которой будет дополнен пикнометр.

После удаления воздуха пикнометр заполняют до метки. Пикнометр помещают в термостат с температурой 20,0±0,5 ^оС, в котором выдерживают не менее 15 мин.

После выдержки в термостате в пикнометре уровень жидкости доводят до метки по нижнему мениску.

После достижения постоянного уровня жидкости пикнометр взвешивают.

После взвешивания пикнометр освобождают от содержимого, промывают, заполняют той же жидкостью, удаляют из нее воздух, выдерживают в термостате, доводят жидкость до постоянного уровня и снова взвешивают.

5.3.3. Обработка результатов

Истинную плотность (ρ) материала навески в г/см³ вычисляют по формуле:

ρ =

(5.3)

где ρ – истинная плотность керамического кирпича, кг/м³;

ρ_в – плотность воды, равная 1000 кг/м³;

m – масса порошка, кг;

m₁ – масса пикнометра с порошком и водой, кг;

m₂ – масса пикнометра только с водой, кг.

За значение истинной плотности изделий принимают среднее арифметическое результатов определений истинной плотности материала двух навесок, рассчитанное с точностью до 0,01 г/см³.

Расхождение между результатами параллельных определений не должно быть более 0,02 г/см³. При больших расхождениях истинную плотность изделий определяют снова.

Исходные данные и результаты определений истинной плотности заносят в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Опытные данные по определению истинной плотности

керамического кирпича

Номер опыта	Масса				Истинная плотность образцов:		Средняя арифметическая величина средней плотности
	пикнометра с навеской	пикно-метра	пикно-метра с жидкостью	пикнометра с навеской и жидкостью	г/см3	кг/м3
	m2	m3	m4	m5	ρ
1
2
3

6. ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОРИСТОСТИ

Пористость образцов материалов определяют расчетным путем на основании предварительно установленных значений «истинной» плотности и средней плотности.

Полный объем пор образца П_п в процентах вычисляют с погрешностью до 0,1 % по формуле

П_п =

(6)

где ρ – «истинная» плотность образца, кг/м³;

ρ_m – средняя плотность образца, кг/м³.

В данной работе определяют общую пористость керамического кирпича, используя результаты, полученные в п.п. 5.1. и 5.3.

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ

(при атмосферном давлении в воде температурой 20±5 ^оС)

В данной работе водопоглощение определяется на образцах керамических кирпичей согласно ГОСТ 7025.