Як вимірюється щільність матеріалу? Щільність різних матеріалів

У багатьох галузях промислового виробництва, атакож в будівництві та сільському господарстві використовується поняття "щільність матеріалу". Це обчислюється величина, яка є відношенням маси речовини до займаного ним об'єму. 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 відзначити, що, визначаючи щільністьбудівельних матеріалів, можна використовувати спеціальні довідкові таблиці, де дані ці величини для різних речовин. Також розроблені методи і алгоритми розрахунку, які дозволяють отримувати такі дані на практиці, якщо не маєте доступу до довідкових матеріалів.

Щільність визначається у:

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

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

Похибки в вимірах щільності

Щоб точно розрахувати щільність матеріалу, необхідно враховувати наступне:

• Похибка систематичну.Вона фігурує постійно або може змінюватися за певним законом в 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 важків і ігноруючи вплив сили, що виштовхує, дані отримують приблизними.
• Похибка випадкову.Викликана приходять причинами і надає різний вплив на достовірність визначених 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 в 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 чисел більше, ніж вимагає кінцевий результат.
• Похибки недбалості (промахи) виникаютьвнаслідок 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 істинної щільності

Розглядаючи щільність матеріалу будівництва,потрібно враховувати його істинний показник. Тобто коли структура речовини одиниці об'єму 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 такі операції:

• Структуру піддають подрібнення до стану порошку. На цьому етапі позбуваються від часу.
• Просушують в сушильній шафі при температурі понад 100 градусів, з проби позбавляються зайвої вологи.
• Остуджують до кімнатної температури і пропускають через дрібне сито з розміром осередку в 0,20 х 0,20 мм, надаючи однорідність порошку.
• Отриманий зразок зважують на електронних вагах високої точності. Обсяг обчислюють в об'ємомір методом занурення в рідку структуру і вимірювання витісненої рідини (пікнометричним аналіз).

Розрахунок проводять за формулою:

p = m / V

де m - маса зразка в г;

V - величина обсягу в см³.

Часто можна застосувати вимірювання щільності в кг / м³.

Середня щільність матеріалу

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

Якщо дійсна густина - незмінна величина ізалежить 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 обсягом займаного простору в природних умовах.

Середня щільність дає уявлення інженеру про механічної міцності, ступеня вологопоглинання, коефіцієнті теплопровідності та інших важливих чинниках, які використовуються в будівництві елементів.

Поняття насипної щільності

Вводять для аналізу сипучих будівельнихматеріалів (піску, гравію, керамзиту та ін.). Показник важливий для розрахунку економічно вигідного застосування тих чи інших компонентів будівельної суміші. Він показує відношення маси речовини до об'єму, який воно займає в стані пухкої структури.

Наприклад, якщо відома насипна щільністьматеріалу зернистої форми і середня щільність зерен, то легко визначити параметр пустотности. При виготовленні бетону доцільніше застосовувати наповнювач (гравій, щебінь, пісок), що володіє меншою пористістю сухої речовини, так як 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, в складі яких присутні оксиди кальцію, кремнію і алюмінію, варіюється від 2400 до 3100 кг на м^3.
• 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.