Як вимірюється щільність матеріалу? Щільність різних матеріалів

У багатьох галузях промислового виробництва, а також у 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 зазначити, що, визначаючи щільність будівельних матеріалів, можна використовувати спеціальні довідкові таблиці, де наведено ці величини для різних речовин. Також розроблені методи і алгоритми розрахунку, які дозволяють отримувати такі дані на практиці, якщо відсутній доступ до довідкових матеріалів.


Щільність визначається у:

рідких тіл приладом ареометром (наприклад, всім відомий 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 у вимірах щільності

Щоб точно розрахувати щільність матеріалу, необхідно враховувати наступне:

Систематичну похибку. Вона постійно фігурує або може бути змінена за певним 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 при допомоги разновесов і ігноруючи вплив виштовхувальної сили, дані отримують приблизними.

Випадкову похибку. Викликана надходженням причинами і надає різний вплив на достовірність обумовлених 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 округлення 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 більше цифр, 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 виконати роботу заново.

Вимірювання істинної густини

Розглядаючи щільність матеріалу будівництва, потрібно враховувати його істинний показник. Тобто коли структура речовини одиниці об'єму не містить в собі раковин, порожнеч 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 подрібненню до стану порошку. На цьому етапі позбавляються від часу.

Просушують в сушильній шафі при температурі понад 100 градусів, проби видаляють залишки вологи.

Охолоджують до кімнатної температури і пропускають через дрібне сито з розміром вічка в 020 х 020 мм, надаючи однорідність порошку.

Отриманий зразок зважують на електронних вагах високої точності. Обсяг обчислюють у объемомере методом занурення в рідку структуру та вимірювання витісненої рідини (пікнометріческій аналіз).

Розрахунок проводять за формулою: p=m/V де m – маса зразка в м; V – величина обсягу см 3 . Часто застосовується вимірювання щільності в кг/м 3 .

Середня щільність матеріалу

Щоб визначити, як ведуть себе будівельні матеріали в реальних умовах експлуатації під дією вологи, позитивних і негативних температур, механічних навантажень, потрібно використовувати середній показник щільності. Він характеризує фізичний стан матеріалів. Якщо істинна щільність – незмінна величина і залежить лише від хімічного складу і структури кристалічної решітки речовини, то середня щільність визначається пористістю структури. Вона представляє собою відношення маси матеріалу в однорідному стані до обсягом займаного простору в природних умовах. Середня щільність дає уявлення інженеру про механічної міцності, ступеня вологопоглинання, коефіцієнт теплопровідності та інших важливих чинниках, що використовуються в будівництві елементів.

Поняття насипної щільності

Вводять для аналізу сипучих будівельних матеріалів (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 вона займає в стані пухкої структури. Наприклад, якщо відома насипна щільність матеріалу зернистої форми і середня щільність зерен, то легко визначити параметр порожнистості. 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, у 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 м 3 .

Органіки (вуглець, кисень, водень) – 800-1400 кг на м 3 .

Металів: сталь – 7850 алюміній – 2700 свинець – 11300 кг на м 3 .

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