Перевод сыпучих материалов из м3 в тн, насыпная плотность. Определение насыпной плотности Определение насыпной плотности сыпучих материалов

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

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.

Насыпную плотность определяют для сыпучих строительных материалов: цемента, песка, щебня, гравия и др. Насыпная плотность таких материалов может быть определена в рыхлонасыпном, уплотненном и естественном состоянии.

Насыпной плотностью сыпучих материалов называют массу единицы объема материала в насыпном состоянии, т.е. с порами и пустотами, данный параметр можно определять в соответствии с методиками, приведенными в ГОСТ 8735-88 и ГОСТ 8269.0-97.

Насыпную плотность определяют с помощью прибора (рис. 4.1), который состоит из стандартной воронки в виде усеченного конуса и мерного цилиндра объемом 1 л или 10 л. Для испытаний под трубкой воронки устанавливают заранее взвешенный мерный цилиндр. Расстояние между верхним обрезом цилиндра и задвижкой должно быть 50 мм. В воронку насыпают сухой материал, затем открывают задвижку, наполняют цилиндр с избытком, закрывают задвижку и металлической линейкой срезают от середины в обе стороны излишек материала вровень с краями цилиндра. При этом не допускается уплотнение материала. Затем цилиндр о материалом взвешивается с точностью до 1 г. Расчет насыпной плотности материала в рыхлонасыпном состоянии ведут по формуле:

ρ н.р . = , [кг/л], (4.1)

где m 1 - масса цилиндра с материалом, кг;

m 2 - масса цилиндра, кг;

V - объем цилиндра, л.

Испытание повторяют не менее трех раз и вычисляют конечный результат как среднее арифметическое трех измерений.

При транспортировании и хранении сыпучие материалы уплотняются, при этом значение их насыпной плотности может оказаться на 15-30% выше, чем в рыхлонасыпном состоянии. Определить насыпную плотность в уплотненном состоянии можно по приведенной выше методике, однако после заполнения цилиндра материалом его следует уплотнить вибрацией в течение 30-60 сек на виброплощадке путем легкого постукивания цилиндра о стол 30 раз. В процессе уплотнения материал досыпают, поддерживая некоторый избыток его в цилиндре. Далее избыток срезают, определяют массу материала в цилиндре и вычисляют насыпную плотность в уплотненном состоянии.

На основе полученных результатов можно определить уплотняемость материала, которую принято характеризовать коэффициентом уплотнения

К у =, (4.2)

где: ρ н.у. - насыпная плотность материала в уплотненном состоянии, кг/л;

ρ н.р. - насыпная плотность материала в рыхлонасыпном состоянии, кг/л;

Рис. 4.1. Схема прибора для определения насыпной плотности материала в рыхлонасыпном состоянии:

1 - стандартная воронка; 2 - задвижка; 3 - мерный цилиндр

5. Определение водопоглошения материала

При определении водопоглощения материалов из горных пород следует руководствоваться ГОСТ 30629-99. Водопоглощение определяют на пяти образцах кубической формы с ребром 40 - 50 мм или цилиндрах диаметром и высотой 40 - 50 мм. Каждый образец очищают щеткой от рыхлых частиц, пыли, высушивают до постоянной массы. Взвешивание образцов и обмер производят после их полного остывания на воздухе. Далее испытание проводят в следующей последовательности. Образцы горной породы укладывают в сосуд с водой комнатной температуры 15 - 20 0 С в один ряд так, чтобы уровень воды в сосуде был выше верха образцов на 20 мм. Образцы выдерживают 48 ч, после чего их вынимают из сосуда, удаляют влагу с поверхности влажной мягкой тканью и каждый образец взвешивают. Массу воды, вытекающей из пор образца на чашку весов, включают в массу насыщенного водой образца.

Водопоглощение материала по массе или по объему равно отношению массы воды, поглощенной образцом материала при насыщении, соответственно к массе или объему образца.

Водопоглощение по массе вычисляют по формуле:

=
. 100 , [%], (5.1)

где m 1

m 2 - масса образца в насыщенном водой состоянии, кг.

Водопоглощение по объему вычисляют по формуле:

=
. 100 , [%], (5.2)

где m 1 - масса образца в сухом состоянии, кг;

m 2 - масса образца в насыщенном водой состоянии, кг;

V - объем образца, см 3 .

За окончательный результат принимается среднее арифметическое пяти определений водопоглощения.

Величина водопоглощения по массе может составлять более 100%.

Насыпную плотность определяют взвешиванием массы высушенной пробы заполнителя в мерном сосуде.

10.1.1 Порядок проведения испытания

Определение средней насыпной плотности пористого гравия, щебня или песка производят в соответствии с работой № 2 .

Размер мерного сосуда и объем пробы для испытания в зависимости от крупности заполнителя принимают по таблице 28.

Насыпную плотность заполнителя вычисляют как среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений, при проведении которых каждый раз используют новую порцию заполнителя.

Таблица 32 - Размеры мерных сосудов и объем пробы

10.1.2 Обработка результатов

Насыпную плотность заполнителя (r н ) в кг/м 3 вычисляют с точностью до 10 кг/м 3 (песка марок по насыпной плотности 250 и менее – до 1 кг/м 3) по формуле:

где m 1 – масса мерного сосуда с заполнителем, кг;

m 2 – масса мерного сосуда, кг;

V – объем мерного сосуда, м 3 .

В зависимости от насыпной плотности гравий, щебень и песок подразделяют на марки, приведенные в таблице 33.

Таблица 33 - Марка по насыпной плотности неорганических пористых заполнителей

Предельные значения марок по насыпной плотности для различных видов пористых: гравия, щебня и песка – должны соответствовать требованиям ГОСТ 9757–90, приведенным в таблице34. При этом фактическая марка по насыпной плотности не должна превышать максимального значения, а минимальные значения приведены в качестве справочных.

Таблица 34 - Предельные значения марок по насыпной плотности

Примечание. По согласованию изготовителя с потребителем для приготовления конструкционных легких бетонов классов В20 и выше допускается изготовление керамзитового гравия и щебня марок 700 и 800.

Определение средней плотности зерен крупногозаполнителя

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя определяют гидростатическим методом по разности массы контейнера с навеской до и после насыщения ее водой при взвешивании в воде и на воздухе.

10.2.1. Порядок проведения испытания

Из высушенной до постоянной массы пробы заполнителя объемом 3 л отсеивают частицы менее 5 мм на сите с отверстиями диаметром 5 мм. Затем сухой контейнер с крышкой предварительно взвешивают на воздухе и в воде на весах с приспособлением для гидростатического взвешивания. После чего в контейнер засыпают пробу заполнителя объемом 1 л, закрывают его крышкой и взвешивают. Затем контейнер с заполнителем постепенно погружают в сосуд с водой и встряхивают в воде для удаления пузырьков воздуха. Сосуд с заполнителем должен находиться в воде 1 ч, причем уровень воды должен быть выше крышки контейнера не менее чем на 20 мм. Контейнер с насыщенным водой заполнителем взвешивают на весах с приспособлением для гидростатического взвешивания. Далее контейнер с заполнителем вынимают из сосуда с водой, излишку воды в течение 10 мин дают стечь и взвешивают на воздухе.

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя каждой фракции вычисляют как среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений, каждое из которых производят на новой порции заполнителя.

10.2.2 Обработка результатов

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя (r к ) в г/см 3 вычисляют по формуле

(58)

где m 1 – масса пробы сухого заполнителя, найденная по разности массы контейнера с высушенной пробой и массы контейнера при взвешивании на воздухе, г;

m 2 – масса пробы заполнителя, насыщенного водой, найденная по разности массы контейнера с насыщенной пробой заполнителя и без него при взвешивании на воздухе, г;

т 3 – масса заполнителя в воде, найденная по разности массы контейнера с насыщенной пробой заполнителя и без него при взвешивании в воде, г;r в – плотность воды, равная 1 г/см 3 .

Представляет собой отношение массы этого вещества в свеженасыпанном состоянии к его объему. При этом учитывается как объем самого вещества, так и объем пустот внутри него и объем между отдельными частицами (например, в угле). По понятным причинам этот вид плотности меньше плотности истинной, которая исключает вышеуказанные пустоты.

Для определения насыпной плотности используются такие инструменты, как весы, линейка, прибор «Воронка стандартная», мерный сосуд определенного объема. Насыпная плотность того или иного вещества определяется для материала определенной влажности. Если образец не соответствует нормам влажности, то его увлажняют или, что чаще, подсушивают.

Когда мы определяем, какова насыпная то алгоритм действий должен быть таким:

1. Мерный сосуд взвешивается и устанавливается под воронкой стандартной (она имеет затвор снизу).

2. Песок засыпается в воронку, после чего затвор открывается так, чтобы песок разом высыпался в мерный сосуд, заполнил его и образовал горку сверху.

3. Избыток песка «отсекается» линейкой движением по верху мерного сосуда.

4. Сосуд с песком взвешивается, из общей массы вычитается вес самого сосуда.

5. Рассчитывается насыпная плотность.

6. Эксперимент повторяется 2-3 раза, после чего рассчитывается средняя величина.

Помимо плотности в рыхлом состоянии измеряется плотность в уплотненном варианте. Для этого песок в сосуде несколько утрамбовывается на виброплощадке в течение 0,5-1 минуты. Рассчитать, какова насыпная можно по такой же методике.

В соответствии с ГОСТ10832-2009, песок определенного вида (вспученный) по насыпной плотности делится на определенные марки - от М75 (показатель плотности равен 75 кг\м3) до М500 (плотность 400-500 кг\м3). Чтобы быть отнесенным к той или иной марке, песок должен иметь определенную теплопроводность и прочность при сдавливании. К примеру, теплопроводность марки М75 при температуре 25 С +-5С должна быть не более 0,043 Вт\м х С. А прочность сдавливания для песка марки М500 определяется как 0,6 мПа (не менее). типа (влажность материала 5%) имеет насыпную плотность 1500. Для цемента этот показатель равен около 1200 кг\м3 в свободнонасыпном состоянии и около 1600 кг\м3 в состоянии уплотнения. Часто для расчетов используют усредненную цифру, которая равна 1300 кг\кубический метр.

Зачем же нужна насыпная плотность? Дело в том, что в торговом обороте используется как раз эта величина, а не истинная плотность (к примеру, если песок продается в мешках). Поэтому для того чтобы перевести цены за кубометр в цены за тонну, необходимо как раз знать, какова плотность материала. Кроме того, для приготовления строительных растворов могут понадобиться объемные или весовые данные, в зависимости от инструкции.

Вся информация о продукте, в том числе плотность, наносится на каждую упаковку путем штемпелевания, нанесения краски по трафарету или типографским способом на этикетку. Здесь указываются данные о производителе, условные обозначения, дата изготовления и номер партии, количество вещества в упаковке и