Densitatea în vrac a nisipului. Densitatea încărcăturii în vrac

Densitatea în vrac este determinată pentru materialele în vrac folosind aceeași formulă ca media. Testul se efectuează utilizând o pâlnie tronconica standard din metal. Există un zăvor în partea de jos a pâlniei. Un pahar dozator este plasat sub pâlnie. Turnați materialul în pâlnie, deschideți supapa și umpleți paharul de măsurare până la refuz, tăiați excesul cu o riglă. Se cântărește paharul gol și plin. Experimentul se repetă de cinci ori.

Densitatea în vrac pentru fiecare experiment este determinată de formula:

unde m este masa probei, g

Vst - volumul unui pahar de măsurare, cm 3

Rezultatele calculului sunt înregistrate în Tabelul 7.

Tabel 7. Densitatea în vrac ________________________________

(indicați numele materialului)

Determinarea densității adevărate

Pregatire pentru test

Dintr-o probă de nisip se prelevează o probă de aproximativ 30 g, cernută printr-o sită cu orificii de 5 mm diametru. Nisipul uscat este amestecat și împărțit în două părți.

Porțiunea cântărită se toarnă într-un picnometru curat, uscat și precântărit (aparatul Le Chatelier) (Fig. 1), după care se cântărește împreună cu nisipul. Apoi, apă fiartă este turnată în picnometru într-o astfel de cantitate încât picnometrul este umplut la aproximativ 2/3 din volumul său, conținutul este amestecat și plasat într-o poziție ușor înclinată într-o baie de apă. Conținutul picnometrului se fierbe timp de 15-20 de minute pentru a elimina bulele de aer.

Densitatea adevărată a nisipului în g / cm 3 se calculează prin formula:

Unde T - greutatea picnometrului cu nisip, g;

T 1 - masa picnometrului gol, g;

T 2 - greutatea picnometrului cu apă, g;

T 3 - masa picnometrului cu nisip și apă după îndepărtarea bulelor de aer, g;

r in - densitatea apei, egală cu 1 g / cm 3.

Fig. 1 Dispozitiv Le Chatelier

Determinarea porozității și golului

Porozitate materiale solide iar golurile (volumul de goluri intergranulare din materialele vrac în stare neconsolidată) se determină pe baza valorilor densității reale și a densității medii sau în vrac a materialului stabilite anterior.

Porozitatea (P) și golul ( V p.t.) ca procent în volum se calculează prin formula

unde este densitatea adevărată, g / cm 3;

Densitatea medie sau în vrac, kg / m 3.

Determinarea umidității

Conținutul de umiditate se determină prin compararea masei materialului în starea de umiditate naturală și după uscare.

Materialul (produsul) este cântărit, introdus într-un cuptor și uscat până la greutate constantă la o temperatură de 105 ° C.

umiditate ( W) ca procent se calculează prin formula

Unde T - greutatea probei în stare de umiditate naturală, g

T 1 - greutatea probei uscate, g.

Rezultatele testului sunt înscrise în tabelul 8.

Tabelul 8. Porozitatea (viditatea) și conținutul de umiditate al materialelor

Densitatea în vrac este determinată pentru vrac materiale de construcții: ciment, nisip, piatra sparta, pietris, etc. Densitatea in vrac a unor astfel de materiale poate fi determinata in stare liber, compactat si natural.

Densitate în vrac materialele în vrac se numesc masa unei unități de volum de material în vrac, adică cu pori și goluri, acest parametru poate fi determinat în conformitate cu metodele prezentate în GOST 8735-88 și GOST 8269.0-97.

Densitatea în vrac se determină cu ajutorul unui dispozitiv (Fig. 4.1), care constă dintr-o pâlnie standard sub formă de trunchi de con și un cilindru de măsurare cu un volum de 1 litru sau 10 litri. Pentru testare, un cilindru gradat pre-cântărit este plasat sub tubul pâlniei. Distanța dintre marginea superioară a cilindrului și zăvor trebuie să fie de 50 mm. Materialul uscat este turnat în pâlnie, apoi supapa este deschisă, cilindrul este umplut cu exces, supapa este închisă și excesul de material este tăiat de la mijloc pe ambele părți de la mijloc pe ambele părți, la același nivel cu marginile cilindru. În acest caz, compactarea materialului nu este permisă. Apoi, cilindrul din jurul materialului este cântărit cu o precizie de 1 g. Calculul densității în vrac a materialului în stare de ambalare liberă se realizează conform formulei:

ρ n.r . = , [kg / l], (4,1)

Unde m 1 - masa cilindrului cu material, kg;

m 2 - masa cilindrului, kg;

V- volumul cilindrului, l.

Testul se repetă de cel puțin trei ori și calculul este rezultat final ca medie aritmetică a trei măsurători.

În timpul transportului și depozitării, materialele în vrac sunt compactate, în timp ce valoarea densității lor în vrac poate fi cu 15-30% mai mare decât în ​​stare de ambalare vrac. Este posibil să se determine densitatea în vrac în starea compactată conform metodei de mai sus, cu toate acestea, după umplerea cilindrului cu material, acesta trebuie compactat cu vibrații timp de 30-60 de secunde pe o platformă vibrantă, lovind ușor cilindrul de masă. de 30 de ori. În procesul de compactare, materialul este turnat, menținând un oarecare exces în cilindru. Apoi se taie excesul, se determină masa materialului din cilindru și se calculează densitatea în vrac în starea compactată.

Pe baza rezultatelor obținute, se poate determina compactarea materialului, care este de obicei caracterizată de coeficientul de compactare

LA la =, (4.2)

Unde: ρ Bine.- densitatea în vrac a materialului în stare compactată, kg/l;

ρ n.r.- densitatea în vrac a materialului în stare vrac, kg/l;

Orez. 4.1. Diagrama dispozitivului pentru determinarea densității în vrac a unui material în stare liberă:

1 - pâlnie standard; 2 - robinet; cilindru tridimensional

5. Determinarea absorbției de apă a materialului

Atunci când se determină absorbția de apă a materialelor din roci, ar trebui să fie ghidat de GOST 30629-99. Absorbția de apă se determină pe cinci probe cubice cu marginea de 40-50 mm sau cilindri cu diametrul și înălțimea de 40-50 mm. Fiecare probă este curățată cu o perie de particule libere, praf și uscată până la o greutate constantă. Probele sunt cântărite și măsurate după ce s-au răcit complet în aer. Testul este apoi efectuat în următoarea secvență. Probele de rocă sunt plasate într-un vas cu apă temperatura camerei 15 - 20 0 С într-un rând, astfel încât nivelul apei din vas să fie cu 20 mm mai mare decât partea de sus a probelor. Probele se păstrează timp de 48 de ore, după care se scot din vas, se îndepărtează umezeala de la suprafață cu o cârpă moale umedă și se cântărește fiecare probă. Masa de apă care curge din porii probei per recipient este inclusă în masa probei saturate cu apă.

Absorbtia apei materialul în masă sau în volum este egal cu raportul dintre masa de apă absorbită de proba de material la saturație, respectiv, și masa sau volumul probei.

Absorbția de apă în greutate se calculează prin formula:

=
. 100 , [%], (5.1)

Unde m 1

m 2 este masa probei în stare saturată cu apă, kg.

Absorbția de apă în volum se calculează prin formula:

=
. 100 , [%], (5.2)

Unde m 1 - greutatea probei în stare uscată, kg;

m 2 - masa probei în stare saturată cu apă, kg;

V- volumul probei, cm 3.

Media aritmetică a cinci definiții ale absorbției de apă este luată ca rezultat final.

Cantitatea de absorbție a apei în greutate poate fi mai mare de 100%.

Pentru materialele în vrac (ciment, nisip, piatră spartă, pietriș etc.), se determină densitatea în vrac. În volumul unor astfel de materiale, nu există doar pori în materialul în sine, ci și goluri între boabe sau bucăți de material. Această determinare se realizează folosind un dispozitiv (Figura 1.5), care este o pâlnie standard sub formă de trunchi de con. În partea de jos, conul trece într-un tub cu diametrul de 20 mm cu o supapă. Un cilindru de măsurare pre-cântărit cu un volum de 1 litru (1000 cm 3) este plasat sub tub. Distanța dintre marginea superioară a cilindrului și supapă nu trebuie să fie mai mare de 50 mm.

Se toarnă în pâlnie material de testare uscat, apoi deschideți robinetul și umpleți cilindrul cu exces, închideți supapa și metal sau riglă de lemn tăiați de la mijloc pe ambele părți excesul de material la același nivel cu marginile cilindrului. În acest caz, rigla este ținută oblic, apăsând-o strâns pe marginile cilindrului. Este necesar ca cilindrul să fie staționar, deoarece în cazul șocurilor, materialul în vrac poate fi compactat, ceea ce îl va crește densitate medie... Cilindrul este apoi cântărit cu cel mai apropiat 1 g. Testul se repetă de cinci ori și densitatea medie a materialului se află în stare slab împachetat. r n , kg / m 3, se calculează ca medie aritmetică a cinci definiții prin formula:

ρ n = (m 1- m 2) / V, (1.9)

Unde: m 1 - masa cilindrului cu material, kg; m 2 - masa cilindrului fara material, kg; V - volumul cilindrului, m 3.

Orez. 1.5. Pâlnie standard

1 - caz; 2 - tub; 3 - robinet; 4 - cilindru de măsurare

În timpul transportului și depozitării, materialele în vrac sunt compactate, în timp ce valoarea densității lor în vrac este cu 15-30% mai mare decât în ​​stare vrac. Determinați densitatea în vrac a materialului în stare compactată conform metodei de mai sus, totuși, după umplerea cilindrului, acesta este compactat prin vibrație timp de 30-60 s pe o platformă vibrantă sau prin lovirea ușoară a cilindrului cu materialul de pe masă. de 30 de ori. În procesul de compactare, materialul este turnat, menținând un oarecare exces în cilindru. Apoi, excesul este tăiat și se determină masa materialului din cilindru, după care se calculează densitatea în vrac în starea compactată.

Pentru un material umed, densitatea în vrac este calculată prin formula

ρ w n = ρ n (W + 1), (1.10)

Unde: W - umiditate materială, rel.

Întrebare: Această formulă este întotdeauna corectă?

Da, dacă umidificarea nu duce la o modificare a volumului materialului (acest lucru este luat în considerare la derivarea formulei (1.10)). Dar pentru un material fin dispersat (nisipul nu îi aparține, deoarece fracția sa fină trebuie să fie de cel puțin 0,14 mm), atunci când este umezit, această condiție va fi mai întâi îndeplinită, iar apoi volumul va crește datorită expansiunii boabelor cu apa adsorbita. În acest caz, va exista o scădere ρ w n cu creșterea W (deoarece densitatea apei este mai mică decât a nisipului).

Derivarea formulei (1.10).

1. Conținut de umiditate: W = (mow. - m) / m, Unde: mow.- masa materialului umed, g; m- masa materialului uscat, g.

De aici găsim mow. = m (1 + W).

Prin definitie ρ w n = m ow. / V, Unde V- volumul de material umed vrac (aici se presupune implicit că volumele de material vrac uscat și umed sunt egale!).

După înlocuire, avem: ρ w n = m ow. / V = ​​​​m (1 + W) / V = ​​​​ρ n (1 + W).

Nisipul este un material care curge liber. Este dificil să-i măsori adevărata densitate - este aproape imposibil să eliminați golurile dintre boabele de nisip. Din acest motiv, conceptul de densitate în vrac a nisipului este mai aplicabil nisipului. Aceasta este greutatea medie a materialului pe unitate de volum.

Concept și semnificații

Determinarea densității în vrac a nisipului ascunde valoarea masei materialului în formă uscată pe unitatea de volum, măsurată în metri cubi sau centimetri cubi.

Există multe tipuri de nisip după origine, fracție. Granulele mici de nisip sunt împachetate mai dens în volum decât cele mari, prin urmare masa lor este mult mai mare. Si invers.

De exemplu, nisipul extras dintr-un râu, de obicei neted și lustruit, are o structură densă. Greutatea sa pe cub este în medie de 1500-1600 kg / m 3 conform GOST 8736-93. Boabele de groapă sunt adesea poroase cu colțuri ascuțiteși fețele, acestea cântăresc mult mai puțin - aproximativ 1300 kg / m 3.

Factori de determinare a densității

Densitatea în vrac a nisipului depinde de mai mulți factori:

• Fracția și forma granulelor de nisip determină densitatea materialului în vrac în într-o măsură mai mare... Cu cât fragmentele sunt mai mari, cu atât distanța dintre ele este mai mare și invers. Granulele de nisip rotunde și pătrate ocupă mai mult spațiu decât boabele plate.
• Rasa de origine. Cu cât mineralul din care s-a format nisipul este mai dens, cu atât masa este mai mare.
• Reziduurile din sol și impuritățile organice afectează, de asemenea, cea mai mare parte a nisipului. Tehnologia de preparare a mortarelor presupune utilizarea unui material de umplutură fin purificat, prin urmare, acest parametru poate fi ajustat prin spălarea sau cernerea terasamentului.
• Umiditatea după spălare sau extragerea nisipului. Apa pătrunde în porii grăunților de nisip și crește greutatea acestora. Densitatea în vrac a nisipului uscat este cu până la 30% mai mică decât cea a nisipului umed. Pe măsură ce se usucă, masa scade și volumul crește.
• Nisipul compactat în timpul instalării are o densitate mult mai mare pe unitate de volum decât nisipul umplut în mod normal.

Valoarea masei pe metru cub poate fi urmărită vizual în tabelul cu densitatea în vrac a nisipului natural:

Calculul modificărilor de volum și masă

Nisipul este livrat la santier v în diverse feluri: uscat sau umed, râu sau carieră. Este posibil să nu-l folosească imediat: materialul este aplicat după cum este necesar. Dacă terasamentul este depozitat sub aer liber, boabele de nisip schimbă constant umiditatea în funcție de conditiile meteo... Tehnologii trebuie să țină cont de acești factori înainte de a pregăti soluții de lucru și de a umple gropi.

Deoarece densitatea în vrac a nisipului fin și grosier este în continuă schimbare, factorii de compactare sunt utilizați pentru a determina masa reală a volumului fără cântărire. Unele dintre ele sunt reflectate în tabel:

Densitatea medie a materialului se înmulțește cu coeficientul, se obține rezultatul dorit. Tabelul prezintă cele mai populare valori k y.

Coeficientul în vrac de compactare a nisipului nu garantează un rezultat precis - eroarea poate fi de 5 procente sau mai mult. Singura modalitate fiabilă de a determina masa unei unități de volum de material este cântărirea, ceea ce nu este întotdeauna posibil și convenabil. Tehnicienii pot utiliza oricare dintre metodele disponibile de determinare a densității la fața locului.

2.1. Echipamente și materiale

Pulbere PZhRV. Contorul volumetric al lui Scott (Figura 3). Cuvetă (grosime 4 mm, adâncime 40,4 mm, volum V = 26,5 cm 3), cântare pârghie. etrier Vernier ШЦЦ-1-125,00 PS, GOST 166-89, eroare de măsurare 0,03; cântare VLA-200g-M, nr. 608, o eroare din greutatea inegală a culbutorului ≤2 gr., cântare cu pârghie. GOST - 19440 49.

Fig. 3. Contor de volum Scott

2.2. Date teoretice

Densitatea în vrac (ρ umplere, g / cm 3), este caracteristica volumetrică a pulberii și este masa unei unități de volum cu umplere liberă. Valoarea sa depinde de densitatea de ambalare a particulelor de pulbere atunci când acestea sunt libere să umple orice volum. Cu cât particulele sunt mai mari și mai regulate, cu atât este mai mare. Prezența proeminențelor și a neregulilor pe suprafața particulelor, precum și o creștere a suprafeței datorită scăderii dimensiunii particulelor, crește frecarea între particule, ceea ce le face dificilă mișcarea una față de alta și duce la o scădere a densității în vrac.

Reversul densității în vrac se numește volum în vrac (V vrac, cm 3 / g), care este volumul ocupat de o unitate de masă a pulberii atunci când este umplută slab. Densitatea în vrac a pulberii afectează dozajul volumetric și procesul de formare în sine, precum și cantitatea de contracție în timpul sinterizării (cu cât densitatea în vrac este mai mică, cu atât contracția este mai mare).

Când o pulbere liberă este expusă la vibrații mecanice, volumul scade cu 20-50%. Raportul dintre masa pulberii și valoarea acestui volum nou, redus se numește densitate de robinet. Densitatea maximă de atingere se realizează pe pulberile cu formă de particule sferice cu o rugozitate minimă a suprafeței lor.

Esența metodei este măsurarea masei unei anumite cantități de pulbere, care, într-o stare turnată liber, umple complet un recipient cu un volum cunoscut. O stare slab turnată se obține prin umplerea unui recipient prin trecerea succesivă a pulberii printr-un sistem de plăci înclinate ale unui contor volumetric Scott. Raportul dintre masă și volum este densitatea în vrac.

2.3. Descrierea metodei de determinare a densității în vrac

Turnați puțin volum de pulbere PZhRV în pâlnia superioară a contorului de volum. Pulberea într-o stare slab turnată se toarnă, trece succesiv prin sistemul de plăci înclinate ale contorului de volum, în timp ce umple cuva situată sub pâlnia inferioară. Dealul format la suprafață este îndepărtat - suprafața este nivelată. Apoi, masa de pulbere rezultată este cântărită pe o balanță. Experimentul se face de două ori (tabelul 2). Pentru fiecare dată se calculează valoarea ρ a terasamentului și V a terasamentului.

2.4. rezultate

Tabelul 2. Valorile densității în vrac și ale volumului pentru PZhRV

Unde m k este masa cuvei, V k este volumul cuvei, m P este masa pulberii.

Concluzie: au fost efectuate măsurători ale densității în vrac pentru pulberea PZhRV, valorile rezultate se încadrează în intervalul teoretic: 2,71-2,90 g / cm 3.

Compresibilitatea pulberilor

3.1. Echipamente și materiale

Pulbere PZhRV. Presă hidraulică manuală 10 THS „Karl Zeiss Jena”. Matrite cilindrice. Cântare de pârghie.

3.2. Date teoretice

Compactitatea unei pulberi arată capacitatea sa de a modifica densitatea inițială de ambalare a particulelor în timpul procesului de presare. Această caracteristică se apreciază prin densitatea compactelor realizate la diferite presiuni de presare într-o matriță cilindrică.

Compresibilitatea unei pulberi este evaluată prin capacitatea sa de a forma un compact sub presiune. Această caracteristică oferă o evaluare calitativă a proprietăților pulberii, în combinație cu compactarea și formabilitatea.

Compresibilitatea bună face procesul de formare a pulberii mai ușor și mai ieftin. Cu cât densitatea în vrac a pulberii este mai mare, cu atât compresibilitatea este mai bună.

3.3. Descrierea metodei de presare

Umpleți o matriță cilindrică cu o pulbere de o anumită masă (m = 8,5 g pentru toate testele ulterioare, se ia aceeași masă). Forma se pune pe scena sub poanson. Apoi poansonul este coborât pe matriță și fixat ferm cu pârghii de sus. Apoi presiunea este selectată și menținută pe matriță timp de aproximativ 5 secunde. După aceea, presiunea trebuie eliberată prin apăsarea pârghiei de lângă monometru. Ridicați pumnul și îndepărtați matrița. Scoateți supapa superioară din matriță și înlocuiți cilindrul la locul său, astfel încât compactul să nu cadă din matriță. Apoi, puneți forma sub poanson și aplicați presiune până când presarea (Figura 4) iese. Apoi, măsurați dimensiunile compactului (diametrul D și înălțimea H), notați-l în tabelul 3.

Măsurătorile au fost efectuate de 13 ori: 12 dintre ele cu o creștere a presiunii cu o treaptă egală cu 10 și una pentru a determina pragul de presare (la P = 8).

Fig. 4. Formular de apăsare

3.4. rezultate

Tabelul 3. Dimensiunile compactelor obținute

m (porțiune cântărită de pulbere PZhRV) = 8,5 g

Volumul se calculează prin formula

Fig. 5. Dependența de presiune a dimensiunii compacte

Fig. 6. Volumul de compactare versus presiune

Pentru a caracteriza comportamentul pulberilor în timpul presarii, se folosește factor de compactare k egal cu raportul dintre densitatea de compactare la o presiune dată P la densitatea în vrac:

k= γ pr / γ sat.

Tabelul 4. Calculul factorului de compactare

Fig. 7. Factorul de compactare față de presiunea aplicată

Concluzie: Compresibilitatea pulberilor a fost realizată pe o presă hidraulică Karl Zeiss Jena. După primirea compactelor, s-au măsurat dimensiunile acestora și s-a calculat volumul. În conformitate cu tabelul, se construiește un grafic al dependenței volumului compactelor de presiunea aplicată - cu creșterea presiunii, volumul scade.

Contracția compactelor

După presarea pulberii, compactele rezultate au fost sinterizate pe o instalaţie SNVE-131 la o temperatură de 1200 0 C, la P = 10 -2 Pa, timp de 1 oră. În continuare, a fost calculată contracția compactelor.

4.1. Echipamente și materiale

PZhRV pulbere compactă (13 buc.). etrier Vernier ШЦЦ-1-125,00 PS, GOST 166-89, eroare de măsurare 0,03; cântare VLA-200g-M, nr. 608, eroarea de la echilibrarea inegală a culbutorului este ≤2 gr.

4.2. Rezultate

Este necesar să se măsoare dimensiunile compactelor după sinterizare (tabelul 5). Apoi comparați volumele înainte și după contracție (tabelul 6), calculând astfel cantitatea de contracție.

Tabelul 5. Dimensiunile compactelor după sinterizare

Tabelul 6. Contracție volumetrică

Tabel 7. Contracție datorată modificărilor înălțimii compactelor

Fig. 8. Dependența contracției în funcție de volum și înălțime

Concluzie: după sinterizare, dimensiunile probelor s-au modificat - diametrul a crescut, iar înălțimea a scăzut corespunzător. Este trasat un grafic al dependenței contracției în volum și înălțime - valoarea contracției scade monoton.