Определение насыпной плотности волокнистых материалов. Насыпная плотность песка: от чего зависит и пример расчета. Смотреть что такое "насыпная плотность" в других словарях

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

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

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.

Предоставляем услуги перевозки ФАСОВАННЫХ сыпучих грузов по Украине и в международном сообщении: Европа, Азия, СНГ

На выбор метода перевозки и перегрузки сыпучих материалов влияют их характерные свойства: истинная плотность, размер частиц, насыпная плотность и влажность . Средний размер частиц сыпучих материалов составляет 0,1 - 10 мм, потому эти грузы легко распыляются. Чтобы избежать потери сыпучих материалов, в процессе перевозки, транспортные средства должны быть герметизированы.

Расчет тоннажа. Насыпная плотность строительных и сельскохозяйственных грузов.

Знать насыпную плотность необходимо, для оптимального выбора объема грузового отсека самосвала или зерновоза. Ниже в таблице приведена насыпная плотность строительных и сельскохозяйственных грузов, а с помощью калькулятора можно вычислить вес того или иного количества объема сыпучих материалов.

Калькулятор расчета тоннажа сыпучих грузов.

Истинная и насыпная плотности сыпучих материалов

Плотность является базовой характеристикой сыпучих материалов при транспортировке. Существует истинная и насыпная плотность , которая измеряется в кг/м 3 или т/м 3 .

Истинная плотность – это отношение массы к объему тела в сжатом состоянии, без учета зазоров и пор между частицами, и является постоянной физической величиной, которая не может быть изменена.

В своем естественном состоянии (неуплотненном) сыпучие материалы характеризуются насыпной плотностью. Насыпная плотность– это плотность в неуплотненном состоянии, учитывает не только объем частиц материала, но и пространство между ними, потому насыпная плотность гораздо меньше чем истинная. Например , истинная плотность каменной соли составляет 2,3 т/м 3 , а насыпная - 1,02 т/м 3 . Песок в мешке или 30 куб.м. соли в кузове самосвала – это грузы находящиеся в неуплотненном состоянии. При уплотнении сыпучего груза, его плотность возрастает и становиться истинной.

Таблица насыпной плотности сыпучих грузов

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

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

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

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

Таблица 6. Объемная усадка

Таблица 7. Усадка за счет изменения высоты прессовок

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.