Плотность это какое свойство материала
Истинная плотность ρ (г/см3) – масса в единице объема материала в абсолютно плотном состоянии, то есть без пор и пустот
Средняя плотность ρ0 (кг/м3) – масса в единице объема материала в естественном состоянии, то есть вместе с порами и пустотами
Насыпная плотность ρн (кг/м3) – отношение массы материала в рыхло-сыпучем состоянии к его объёму.
Пористость – степень заполнения объема материала порами. Различают общую, открытую и закрытую пористость.
Открытая пористость По – количество открытых пор в объеме материала (определяется по водопоглощению)
Закрытая пористость Пз – количество закрытых пор в объеме материала
ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА – это свойства строительных материалов по отношению к действию воды
Гигроскопичность – свойство пористого материала поглощать водяной пар из воздуха.
Влажностьхарактеризует относительное содержание воды в материале в процентах.
Водопоглощение– способность материала впитывать и удерживать воду при непосредственном контакте с ней. Величина водопоглощения зависит от структуры материала и, прежде всего от открытой (капиллярной) пористости.
Различают Водопоглощение по массе Вм (%) – отношение массы поглощённой материалом воды mв к массе материала в абсолютно сухом состоянии m
Объёмное водопоглащение Во (%) – отношение объёма поглощённой материалом воды mв/ρв к его объёму в водонасыщенном состоянии V2:
Влажностные деформации – это усадка и набухание. Усадка, (усушка) – уменьшение объема и размеров материала при его высыхании. Оно вызывается уменьшением толщины слоев воды, окружающих частицы материала, и действием капиллярных сил, стремящихся их сблизить. Набухание (разбухание) – увеличение объема и размеров материала при его увлажнении. Оно происходит вследствие расклинивающего действия воды и уменьшения капиллярных сил.
Водопроницаемость – способность материала пропускать воду через свою толщу. Характеризуется величиной коэффициента фильтрации Кф (м2/ч), который определяется количеством воды, прошедшим через 1 м2площади в течение 1 ч при постоянном давлении.
Водонепроницаемость – способность материала не пропускать воду, и она связана с коэффициентом фильтрации обратной зависимостью.
Водостойкостьхарактеризуется коэффициентом размягчения Kр
Морозостойкость-способность материала выдерживать многократное и попеременное замораживание и оттаивание в насыщенном водой состоянии.
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА характеризуют отношение материала к действию тепла.
Теплопроводность – способность материала передавать тепло от тела большей температурой к менее теплому.
Термическое сопротивление R, (м2 оС)/Вт, конструкции толщиной δ равно
Теплоемкость определяется количеством теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг данного материала, чтобы повысить его температуру 1 оС.
Огнеупорность – способность материала выдерживать длительное влияние высоких температур под нагрузкой.
Огнестойкость– способность материала выдерживать кратковременное воздействие открытого огня
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАхарактеризуют способность материала сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям под влиянием силовых, тепловых, усадочных или других воздействий.
Механические свойства разделяют на:
- деформативные (упругость, пластичность и другие) и
- прочностные (пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, скалывании; ударная прочность или сопротивление удару; сопротивление истиранию).
Упругость– свойство материала принимать после снятия нагрузки первоначальную форму и размеры. Модуль упругости (модуль Юнга) характеризует меру жесткости материала, т.е. его способность сопротивляться упругому изменению формы и размеров при приложении к нему внешних сил
Пластичность– свойство материала при нагружении в значительных пределах изменять размеры и форму без образования трещин и разрывов и сохранять эту форму после снятия нагрузки.
Хрупкость– свойство материала под действием нагрузки разрушаться без заметной пластической деформации.
ПРОЧНОСТНЫЕ СВОЙСТВА — это свойства материала сопротивляться, не разрушаясь, внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под действием нагрузки или других факторов.
Прочность материала оценивают пределом прочности (временным сопротивлением), определенным при данном виде деформации. Для хрупких материалов (природных каменных материалов, бетонов, строительных растворов, кирпича) основной прочностной характеристикой является предел прочности на сжатие.
Предел прочности на сжатие Rсж (МПа) равен максимальному сжимающему напряжению, вызвавшему разрушение материала
Pразр– разрушающая сила, Н; F– площадь сечения до испытания, м2
Предел прочности на сжатие определяют путем нагружения до разрушения стандартных образцов на специальных прессах (испытательных машинах).
По той же формуле определяют предел прочности на растяжение для тex материалов, которые сопротивляются растягивающим напряжениям и деформациям (древесина, металлы и т.п.).
Для многих материалов, (бетон, кирпич, древесина и др.) определяют
Предел прочности на растяжение при изгибе Rизг(МПа) по формулам:
Твердость– свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого, материала.
Твердость каменных материалов, стекла оценивают с помощью шкалы твердости Мооса, состоящей из 10 минералов, расположенных по степени возрастания их твердости (1 —тальк, …10 — алмаз).
Ударная вязкость (динамическая прочность)– свойство материала сопротивляться ударным нагрузкам, характеризуется количеством работы, затраченной на разрушение стандартного образцу на специальных приборах, называемых копрами, отнесенной к единице объема (Дж/см3)
Сопротивление истиранию – свойство материала сопротивляться истирающим воздействиям, характеризуется истираемостью – потерей массы при истирании образца на кругах истирания, отнесенной к его площади (г/см2)
Одновременное воздействие истирания и удара характеризует износостойкость материала
Источник
Автор Admin На чтение 5 мин. Просмотров 456 Опубликовано 2016-07-26
Истинная плотность (прежнее название – удельный вес) – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот. Определяют по формуле ? = m / V, где m – масса материала, кг; V – абсолютный объем, занимаемый материалом (без пор и пустот), м3. Истинная плотность жидкостей и материалов, полученных из расплавленных масс (металла, стекла, а также гранита, мрамора и других подобных горных пород), практически соответствует их плотности в естественном состоянии, а пористых материалов – приводится к абсолютно плотному состоянию искусственным путем.
Истинная плотность – свойство, которое контролируются только при геологической разведке с подземными сетями.
Для горных пород, служащих сырьем при производстве облицовочных материалов, не имеет решающего значения при их оценке. Однако этот показатель позволяет косвенно выявить другие свойства камня, например вычислить его пористость.
Плотность различных материалов
Для определения истинной плотности камня его необходимо получить в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор. Простейший способ заключается в измельчении камня до такой степени, пока каждая его частица не будет иметь внутри себя пор. С этой целью вначале отбирают куски горной породы общей массой не менее 1 кг, тщательно очищают их щеткой от пыли и затем измельчают до крупности менее 5 мм, после чего перемешивают и сокращают пробу примерно до 150 г. Полученную пробу вновь измельчают до крупности менее 1,25 мм, перемешивают и сокращают до 30 г. Оставшуюся пробу вновь измельчают в порошок в фарфоровой ступке, насыпают в стаканчик для взвешивания, высушивают до постоянной массы и охлаждают до комнатной температуры, после чего отвешивают две навески по 10 г каждая. Каждую навеску насыпают в пикнометр (пикнос – плотный, метрео – измеряю, дословно с греческого «измеритель плотности») и заливают дистиллированной водой, заполняя пикнометр не более чем на половину объема. Затем его ставят на песчаную ванну или в водяную баню и кипятят содержимое в течение 15—20 мин для удаления пузырьков воздуха. После этого пикнометр обтирают насухо, охлаждают до комнатной температуры, доливают до метки дистиллированной водой и взвешивают на лабораторных весах. Далее прибор освобождают от содержимого, промывают, наполняют до метки дистиллированной водой и вновь взвешивают.
Истинную плотность р, кг/м3, вычисляют по формуле
? = m?В / (m + m1 – m2) · 1000,
где m – навеска порошка, высушенного до постоянной массы, г; m1 – масса пикнометра с дистиллированной водой, г; m2— то же, с навеской и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г; р„ – истинная плотность воды: рв = 1 г/см3.
Средняя плотность ? (прежнее название – объемная масса) – масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и пустотами. Определяется по формуле ? = m / V1, где m – масса материала, кг; V1 – объем материала в естественном состоянии, м3. Средняя плотность металла и стекла практически равна их истинной плотности, у большинства строительных материалов она, как правило, меньше (из-за наличия пор).
Для каждого материала стандарты устанавливают значение влажности, при котором вычисляют среднюю плотность, необходимую для расчета пористости, теплопроводности и теплоемкости материалов, определения стоимости их перевозок и расчета прочности конструкций с учетом их собственной массы.
Истинная и средняя плотности широко используемых материалов показаны в табл. 1.
Средняя плотность – физическое свойство облицовочного камня, используемое обычно при его общей характеристике. Этим показателем пользуются при вычислении массы изделий из камня по их объему или при определении объема, когда известна масса изделий. Кроме того, используя среднюю плотность, определяют пористость камня и некоторые другие показатели. Особенно важное значение имеет это свойство для горных пород, используемых при производстве стеновых материалов, где значение этого показателя не должно превышать 2100 кг/м3.
Для определения средней плотности берут пять образцов кубической формы с размером ребра 40—50 мм или цилиндры диаметром и высотой 40—50 мм. Каждый образец очищают щеткой от рыхлых частиц и высушивают до постоянной массы, после чего взвешивают на настольных (гирных) или циферблатных весах. Затем измеряют размеры кубов или цилиндров камня и вычисляют объемы образцов.
Среднюю плотность каждого образца вычисляют по формуле, приведенной в § 2. Средняя плотность горной породы будет средним арифметическим результатом определения этой характеристики для пяти образцов. Значения средней плотности у наиболее распространенных видов облицовочного камня СНГ даны в приложении.
Среднюю плотность сыпучих (рыхлых) материалов (цемента, извести, песка, гравия, щебня) называют насыпной средней плотностью (прежнее название – насыпная объемная масса). В объем сыпучих материалов включают не только объем пор в самом материале, но и пустот между зернами или кусками материала.
Таблица 1. Плотность материалов в воздушно-сухом состоянии
| Материалы | Значение плотности, кг/м3 | Материалы | Значение плотности, кг/м3 | ||
| истинной | средней | истинной | средней | ||
| Свинец | 11300—11400 | 11300—11400 | Известняк плотный | 2400—2600 | 2100—2400 |
| Медь | 8300—8900 | 8300—8900 | Песок кварцевый | 2600—2700 | ,1400—1900 |
| Сталь | 7800—7900 | 7800—7850 | Стекло строительное | 3000 | 2500—3000 |
| Чугун | 7800 | 6900—7400 | Цемент | 3000—3100 | 800—1300 |
| Алюминиевые сплавы | 2800 | 2700—2800 | Бетон тяжелый | 2600—2900 | 1800—2500 |
| Раствор строитель ный | 2500—2900 | 1300—2200 | |||
| Базальт | 3300 | 2700—3200 | |||
| Габбро | 3200 | 2800—3200 | Гравий | 2600—2800 | 1400—1600 |
| Мрамор | 3000 | 2700—2800 | Кирпич глиняный | 2500—2800 | 1600—1900 |
| Гранит | 2600—2900 | 2600—2700 | Минеральная вата | 2800 | 75—400 |
| Туф | 2200—2800 | 1000—2200 | Сосна | 1600 | 500—600 |
| Ракушечник | 2650—2750 | 1400—2200 | |||
Примечание. Для сыпучих (рыхлых) материалов: песка, цемента, гравия приведена насыпная средняя плотность.
Источник
Плотность — это интенсивность распределения одной величины по другой.
Термин объединяет несколько различных понятий, таких как: плотность вещества; оптическая плотность; плотность населения; плотность застройки; плотность огня и многие другие. Рассмотрим два понятия, касающихся неразрушающего контроля.
1. Плотность вещества.
В физике плотностью вещества называют массу этого вещества, содержащуюся в единице объёма при нормальных условиях. Тела одинакового объёма, изготовленные из различных веществ, обладают различной массой, что и характеризует их плотность. К примеру, два куба одинаковых размеров, изготовленные из чугуна и алюминия, будут отличаться весом и плотностью.
Чтобы вычислить плотность какого-либо тела, нужно точно определить его массу и разделить её на точный объём этого тела.
кг/м3
— Единицы измерения
плотности в международной
системе единиц (СИ)
г/см3
— Единицы измерения
плотности в системе СГС
Выведем формулу вычисления плотности.
Для примера определим плотность бетона. Возьмём бетонный кубик весом 2,3 кг со стороной 10 см. Подсчитаем объём кубика.
Подставляем данные в формулу.
Получаем плотность 2 300 кг/м3.
Бетонный куб со стороной 10 см
График зависимости плотности воды от температуры
От чего зависит плотность вещества
Плотность вещества зависит от температуры. Так в подавляющем большинстве случаев при снижении температуры плотность увеличивается. Исключение составляют вода, чугун, бронза и некоторые другие вещества, которые в определённом температурном диапазоне проявляют себя иначе. Вода, например, имеет максимальную плотность при 4 °C. При повышении или понижении температуры плотность будет уменьшатся.
Плотность вещества меняется и при изменении его агрегатного состояния. Она скачкообразно растёт при переходе вещества из газообразного в жидкое состояние, и далее — в твёрдое. Здесь также есть исключения: плотность воды, висмута, кремния и некоторых других веществ снижается при затвердевании.
Чем измеряется плотность вещества
Для измерения плотности различных веществ применяются специальные приборы и приспособления. Так, плотность жидкостей и концентрация растворов измеряется различными ареометрами. Несколько разновидностей пикнометров предназначены для измерения плотности твёрдых тел, жидкостей и газов.
Металлический пикнометр
2. Оптическая плотность.
В физике оптической плотностью называют способность прозрачных материалов поглощать свет, а непрозрачных — отражать его. Это понятие в большинстве случаев характеризует степень ослабления светового излучения при прохождении его через слои и плёнки различных веществ.
Оптическую плотность принято выражать десятичным логарифмом отношения падающего на объект потока излучения к потоку, прошедшему через объект или отражённому от него:
D = lg (F0/F)
Оптическая плотность=логарифм (поток излучения, падающий на объект где D – оптическая плотность; F0 – поток излучения, падающий на объект; F – поток излучения, прошедший через объект или отражённый от него).
В радиографическом методе контроля оптическая плотность является одним из основных параметров, определяющих пригодность снимков для их расшифровки. Допустимые значения этого параметра обусловлены требованиями ГОСТ 7512-82 (раздел 6 – расшифровка снимков).
Оптическая плотность измеряется в Беллах, сокращённое обозначение — «Б». Для измерения оптической плотности используется денситометр. Прибор сравнивает яркость негатоскопа и яркость точки на плёнке. По этим двум значениям прибор определяет оптическую плотность. Чем выше плотность, тем темнее изображение.
Денситометр ДП 5004
Нашли ошибку в тексте? Выделите её и нажмите Ctrl + Enter, чтобы помочь нам её исправить.
Источник
У любого из материалов имеются физические, механические, теплофизические, прочностные, химические, гидрофизические и многие другие свойства. Но в этой статье мы конкретно разберем именно первые – физические свойства материала. Дадим определение, перечислим конкретно, что под ними скрывается, а также подробно охарактеризуем каждое из свойств.
Определение
Физические свойства материала – все свойства, которые присущи веществам без химического воздействия на них.
Любой материал остается неизменным (самим собой) при одном условии – до тех пор, пока неизменен его состав, а также строение его молекул. Если вещество немолекулярное – пока сохраняется одинаковым его состав и связь между атомами. А уже различия в физических свойствах и иных характеристиках материала помогают разделять смеси, состоящие из него.
Важно знать и то, что физические свойства материала могут быть различными для различных его агрегатных материалов. Скажем, тепловые, электрические, механические, физические, оптические свойства вещества зависят от избранного направления в кристалле.
Наполнение термина
Физические свойства вещества включают такие как:
- Вязкость.
- Температура плавления.
- Плотность.
- Температура кипения.
- Теплопроводность.
- Цвет.
- Консистенция.
- Проницаемость диэлектрическая.
- Абсорбция.
- Теплоемкость.
- Эмиссия.
- Радиоактивность.
- Индуктивность.
- Текучесть.
- Электропроводность.
А физические свойства материала представлены в основном следующим:
- Плотность.
- Пустотность.
- Пористость.
- Гигроскопичность.
- Водопроницаемость.
- Влагоотдача.
- Водопоглощение.
- Воздухостойкость.
- Морозостойкость.
- Термическое сопротивление.
- Теплопроводность.
- Огнестойкость.
- Огнеупорность.
- Радиационная стойкость.
- Химическая стойкость.
- Долговечность.
И физические, и химические, и технологические свойства материалов одинаково важны. Но мы разберем подробнее первую категорию. Представим характеристику самых важных физических свойств конструкционных материалов.
Плотность
Одно из важнейших свойств в материаловедении. Плотность разделяется на три категории:
- Истинная. Масса единицы объема материала, признанного абсолютно плотным.
- Средняя. Это уже масса единицы объема при естественном состоянии материала (с порами и пустотами). Таким образом, средняя плотность изделий из одного и того же материала может быть разной – в зависимости от пустотности и пористости.
- Насыпная. Используется для сыпучих материалов – это песок, щебень, цемент. Так называется отношение массы порошкообразных и зернистых материалов к ко всему занимаемому ими объему (включается в расчеты и пространство между частицами).
Плотность материала влияет на его технологические характеристики – прочность, теплопроводность. Она будет прямо зависеть от пористости и влажности. С увеличением влажности, соответственно, плотность будет повышаться. Это и характерный показатель для определения экономичности материала.
Пористость
Среди физических, технологических и механических свойств материалов не последнее место занимает и пористость. Это степень заполнения объема изделия порами.
В данном контексте поры – это мельчайшие ячейки, заполненные водой или воздухом. Они могут быть крупными и мелкими, открытыми и закрытыми. Если мелкие поры, к примеру, заполнены воздухом, это повышает теплоизоляционные свойства материала. Величина пористости помогает судить и о других важных характеристиках – долговечности, прочности, водопоглощении, плотности.
Открытые поры сообщаются как с окружающей средой, так и между собой, могут искусственно заполняться водой при погружении материала в жидкость. Обычно чередуются с закрытыми. В звукопоглощающих материалах, к примеру, искусственно создается открытая пористость и перфорация – для более интенсивного поглощения звуковой энергии.
Закрытые поры по распределению и размеру характеризуется следующим:
- Интегральная кривая распределения объема пор в единице объема по их радиусам.
- Дифференциальная кривая распределения по радиусам объема пор.
Пустотность
Продолжаем рассматривать физические свойства материалов (плотность, морозостойкость и прочие). Следующее здесь – пустотность. Так именуется количество пустот, которые образуются между отдельными зернами рыхлого, рассыпчатого материала. Это щебень, песок и проч.
Водопроницаемость
Водопроницаемостью называется способность материала отдавать жидкость при его высушивании и поглощать воду при увлажнении.
Во время исследования физических свойств материалов нужно обратить внимание на то, что насыщение водой может проходить двумя путями: при воздействии вещества в жидком состоянии или при воздействии только его пара.
Отсюда выходят и два других важных свойства – это гигроскопичность и водопоглощение.
Гигроскопичность
Как определяется данное физическое свойство материалов в материаловедении? Гигроскопичность – способность поглощать водяные пары и удерживать их внутри себя как следствие капиллярной конденсации. Напрямую зависит от относительной влажности и температуры воздуха, размера, разновидности и количества пор вещества, его природы.
Если материал активно притягивает своей поверхностью молекулы воды, то он называется гидрофильным. Если материал, напротив, отталкивает их от себя, то он носит имя гидрофобного. Помимо этого, отдельные гидрофильные материалы отлично растворяются в воде, в то время как гидрофобные стойко сопротивляются воздействию водных сред.
Водопоглощение
Если рассказывать кратко о физических свойствах строительных материалов, то нельзя не упомянуть о водопоглощении – способности удерживать и впитывать жидкость. Свойство характеризуется объемом воды, впитываемым сухим материалом при его полном погружении в воду. Выражается в процентах от массы (материала).
Водопоглощение будет меньше истинной пористости изделия, так как определенное количество пор в нем остается закрытыми. Поэтому оно будет изменяться от их количества, объема, степени открытости. На величину будет влиять и природа материала, его гидрофильность.
В результате насыщения материала водой остальные его физические свойства порой значительно изменяются: возрастает теплопроводность и плотность, увеличивается объем (характерно для глины, древесины), понижается прочность из-за нарушения связей между отдельными частицами.
Влагоотдача
Это способность материала отдавать влагу в окружающую среду. Находясь на воздухе, сырье и изделия сохраняют свою влажность только в определенных условиях – при относительной равновесной влажности воздуха. Если показатель ниже этой величины, то материал начинает отдавать влагу в атмосферу, высушиваться.
Скорость этого процесса зависит от нескольких факторов: от разности между влажностью самого материала и влажностью воздуха (чем она больше, тем интенсивнее высушивание), от свойств самого материала – его пористости, природы, гидрофобности. Так, сырье с крупными порами, гидрофобное будет легче отдать жидкость, нежели материал гидрофильный, с мелкими порами.
Воздухостойкость
Воздухостойкостью называется способность материала в течение длительного времени выдерживать многократное систематическое высушивание и увлажнение без потерь своей механической плотности, а также без значительных деформаций.
Какие-то материалы при периодическом увлажнении начинают разбухать, какие-то – дают усадку, какие-то – слишком коробятся. Древесина, например, подвергается знакопеременным деформациям. Цемент при частом увлажнении-высыхании склонен разрушаться, осыпаться.
Водопроницаемость
Это физическое свойство – способность материалов пропускать через себя жидкость под давлением. Характеризуется объемом воды ,которая за 1 час проходит через 1 кв. м материала под давлением в 1 МПа.
Важно отметить, что встречаются и полностью водонепроницаемые материалы. Это сталь, битум, стекло, основные разновидности пластмасс.
Морозостойкость
Важное физическое свойство в российских реалиях. Так зовется способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания без значительного уменьшения прочности, появления видимых признаков разрушения.
Разрушение при этом процессе нередко из-за того, что при замораживании вода увеличивается в своем объеме примерно на 9 %. При этом наибольшее ее расширение при переходе в лед наблюдается при отметке -4 °С. При заполнении пор материала водой, ее расширении и и замерзании, поровые стенки испытывают значительные повреждения, которые и ведут к разрушению материала.
Соответственно, морозостойкость будет определять степень насыщения пор водой, его плотность. Морозостойкими считаются именно плотные материалы. Из пористых в эту категорию можно отнести только те, которые отличаются большим присутствие закрытым пор. Или чьи поры вода заполняет не более чем на 90 %.
Физические свойства способны представить важные способности материалов. Некоторые из них мы уже подробно разобрали в статье. Это способность выдерживать холод, многократные наполнения водой и высушивания, удерживать, впитывать, отдавать жидкость и другие важные характеристики.
Источник