способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов
Классы МПК: | G01N9/08 путем измерения выталкивающей силы, действующей на твердые материалы, взвешиванием их в воздухе и в жидкости |
Автор(ы): | Довбня Ю.И., Кудяков А.И. |
Патентообладатель(и): | Томский государственный архитектурно-строительный университет, Научно-исследовательский институт строительных материалов при ТГАСУ |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-04-29 публикация патента:
20.02.2004 |
Использование: для оценки качества твердых неорганических материалов. Сущность: в способе материал измельчают, просеивают и отбирают три аналитические пробы в виде следующих фракций: (15-10), (12,5-7,5), (10-5) мм. Из этих проб готовят навески и определяют массу каждой навески, предварительно высушив материал до его постоянной массы, массу пикнометра с дистиллированной водой, массу пикнометра с дистиллированной водой и навеской после удаления пузырьков воздуха. Вычисляют пикнометрический удельный объем Vпк. Зависимость значений пикнометрического удельного объема от диаметров фракций аппроксимируют до формулы прямой линии. Определяют удельный объем твердой фазы материала Vтф. Значение плотности твердой фазы капиллярно-пористых неорганических материалов определяют по формуле
тф = 1/Vтф. Технический результат - повышение достоверности определения плотности. 1 ил., 2 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
Формула изобретения
Способ определения плотности твердой фазы капиллярно-пористых неорганических материалов, основанный на пикнометрическом принципе, согласно которому образцы материала дробят, просеивают и выбирают аналитические пробы, из которых готовят навески, определяют массу каждой навески, предварительно высушив их до постоянной массы, и для каждой из них определяют массу пикнометра с навеской и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, массу пикнометра с дистиллированной водой, отличающийся тем, что в процессе дробления и просеивания получают три аналитические пробы в виде фракций щебня (15...10), (12,5...7,5), (10...5) мм со средними диаметрами этих фракций соответственно равными 12,5, 10 и 7,5 мм, из каждой фракции, предварительно высушенной до постоянной массы, отбирают навески щебня и для каждой из этих навесок сначала определяют пикнометрический удельный объем Vпк, см3/г, по формуле![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-19t.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-20t.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-21t.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-22t.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-23t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к стройиндустрии, в частности к способам оценки качества твердых неорганических материалов, преимущественно имеющих мелкопористую структуру, и может быть использовано в строительстве, геологии и минералогии. Известен способ определения пикнометрической плотности частичек порошка неорганического материала с помощью прибора, называемого пикнометром [1]. Перед измерением пикнометрической плотности пробу порошка и пикнометр высушивают до постоянной массы, затем взвешивают пикнометр, помещают в него навеску порошка и снова взвешивают. После этого оставшийся объем в пикнометре заполняют пикнометрической жидкостью. Пикнометр с жидкостью и порошком взвешивают в третий раз. Пикнометрическую плотность![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224012/947.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-3t.gif)
где F1 - масса пикнометра, г;
F2 - масса пикнометра с порошком, г;
F3 - масса пикнометра с жидкостью, г;
V - объем пикнометра, см3;
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224012/947.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-4t.gif)
где m - масса навески порошка, высушенного до постоянной массы, г;
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
m1 - масса пикнометра с дистиллированной водой, г;
m2 - масса пикнометра с навеской и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г. Способ по прототипу уже не имеет тех первых двух недостатков, о которых говорилось выше, поскольку в формулу (2) объем пикнометра V, см3 не входит, а дистиллированная вода вполне соответствует тем требованиям, которые предъявляются к пикнометрической жидкости при испытании каменных материалов, и ее использование никаких затруднений в лабораторной практике не вызывает. Но главный недостаток пикнометрического способа остается и в этом стандартном способе, потому что по формуле (2) определяется все та же средняя плотность сухой части зерен порошка (пикнометрическая плотность), а не истинная плотность (плотность твердой фазы) материала. Это объясняется тем, что всякое твердое капиллярно-пористое тело состоит из твердой, газообразной и жидкой фаз. Жидкую фазу удаляют из тела путем высушивания, а газообразную по установившимся правилам удаляют путем измельчения в порошок, считая, что в мельчайших частичках порошка поры, трещины и другие полости отсутствуют. Но, как показала практика, удалить газообразную фазу из мельчайших частичек не удается. Из теории тонкого измельчения строительных материалов [3], известно, что:
во-первых, в процессе измельчения осколки частиц разрушаются после многократных почти предельных напряжений; такие воздействия вызывают в них развитие старых и образование новых дефектов в структуре материала; вследствие этого с уменьшением размеров частиц плотность их снижается;
во-вторых, частицы в поверхностных слоях при измельчении аморфизируются, что сопровождается увеличением объема и возникновением внутренних напряжений; плотность при этом тоже снижается;
в-третьих, в процессе измельчения образуются агрегаты из частиц путем очень тесного слипания мельчайших частичек между собой, а поры между ними заполняются, еще более мелкими частичками; в результате такой плотной упаковки большая часть внутренней поверхности агрегатов становится недоступной для адсорбции молекул жидкости. Большинством методов дисперсионного анализа, кроме таких, как рентгеновский, эти агрегаты воспринимаются как отдельные частицы соответственно большей крупности, что также приводит к снижению величины плотности материала, определенной с помощью пикнометра по стандартной методике. Поэтому способ, выбранный в качестве прототипа, не позволяет определять действительную плотность твердой фазы капиллярно-пористых неорганических материалов. Задача изобретения состоит в том, чтобы с наибольшей достоверностью определить действительную плотность твердой фазы капиллярно-пористых неорганических материалов. Задача решена следующим образом. По заявляемому способу определения плотности твердой фазы капиллярно-пористых неорганических материалов, использующих пикнометрический принцип, согласно которому в процессе дробления и просеивания материала выбирают аналитические пробы, из которых готовят навески, затем определяют массы каждой навески, предварительно высушив измельченный материал до постоянной массы, определяют массу пикнометра с дистиллированной водой, массу пикнометра с навеской и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха; в соответствии с заявленным способом в процессе дробления материала отбирают три аналитические пробы в виде фракции щебня 10. ..15; 7,5...12,5 и 10...5 мм со средними диаметрами этих фракции dф соответственно, равными 12,5; 10 и 7,5 мм; из каждой такой фракции отбирают навески. Для каждой из навесок, приготовленных из этих фракций, определяют пикнометрический удельный объем Vпк, см3/г по формуле
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-5t.gif)
где m - масса навески, высушенной до постоянной массы, г;
m1 - масса пикнометра с дистиллированной водой, г;
m2 - масса пикнометра с навеской и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г;
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
используя полученные значения пикнометрического удельного объема, устанавливают зависимость его от средних диаметров фракции в виде прямой линии, выражаемой формулой
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-6t.gif)
где
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-7t.gif)
dф - средний диаметр фракции (аналитических проб), мм;
В и С - постоянные, вычисляемые методом наименьших квадратов;
после этого определяют удельный объем твердой фазы капиллярно-пористого неорганического материала Vтф, см3/г, при условии отсутствия в нем капилляров и пор, определяют как предел функции (4), при стремлении среднего диаметра фракции dф к нулю, что записывается в следующем виде:
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-8t.gif)
а плотность твердой фазы этого же материала
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
Таким образом, заявляемый способ отличается от прототипа тем, что:
- в процессе дробления материала отбирают три аналитические пробы в виде фракций со средними диаметрами, равными 12,5; 10 и 7,5 мм;
- для каждой из навесок этих проб, высушенных до постоянной массы, определяют пикнометрический удельный объем Vпк, см3/г по формуле (3);
- аппроксимируют полученные значения Vпк к формуле (4);
- удельный объем твердой фазы капиллярно-пористого неорганического материала Vтф, см3/г, при условии отсутствия в нем капилляров и пор определяют как предел функции (4) при стремлении среднего диаметра фракции к нулю по формуле (5);
- плотность твердой фазы капиллярно-пористого неорганического материала
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-9t.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-10t.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-11t.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-12t.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224030/8776.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-13t.gif)
где m - масса навески, высушенной до постоянной массы, г;
m1 - масса пикнометра с дистиллированной водой, г;
m2 - масса пикнометра с навеской и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г;
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-14t.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-15t.gif)
Плотность твердой фазы этого же материала
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224049/961.gif)
![способ определения плотности твердой фазы капиллярно- пористых неорганических материалов, патент № 2224236](/images/patents/244/2224236/2224236-16t.gif)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 1. Металлокерамические твердые сплавы / Н.И.Романова, П.Г.Чекулаев и др. : Учеб. пособие. - М.: Изд-во Металлургия, 1970, 352 с., с.41. 2. ГОСТ 8269.0 - 97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. - М.: МНТКС, 1998, 98 c., с. 45...47. 3. Ходаков Г. С. Тонкое измельчение строительных материалов. - М.: Стройиздат, 1972, 239 с., с.121...123, с. 64. 4. Основы научных исследований: Учеб. для тех.вузов/В.И. Крутов, И.М. Грушко, В. В. Попов и др. /Под ред. В.Н.Крутова, В.В.Попова. - М.: Высшая школа, 1989, 400 с.: ил., с. 300, рис.10.6, е.
Класс G01N9/08 путем измерения выталкивающей силы, действующей на твердые материалы, взвешиванием их в воздухе и в жидкости