Плотность
Плотностью называют степень заполнения объема материала веществом, из которого он состоит.
Значение плотности d0 можно определить «как отношение объема вещества материала в образце к полному объему образца:
Это отношение можно заменить отношением объемного веса к удельному.
Если обратимся к ранее приведенным формулам, то увидим, что:
Подставив значения V и V1 и сделав соответствующее сокращение, получим:
Плотность выражают отвлеченным числом или в процентах.
Для второго случая формула имеет такой вид:
Величина плотности, как правило, меньше единицы (например, для плит из минеральной ваты d0 = 0,10, т. е. составляет около 10%). Лишь у очень плотных материалов, например, у металлов, стекла, значение плотности приближается к 1.
«Материаловедение для штукатуров,
плиточников, мозаичников»,
А.В.Александровский
Физические свойства материалов: описание понятия, методы определения, суть материаловедения
Определение
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:
Вам будет интересно: Что означает многоточие в разных случаях?
А физические свойства материала представлены в основном следующим:
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:
Вам будет интересно: Трон Ивана Грозного: описание, откуда появился, легенды, с ним связанные
Пористость
Среди физических, технологических и механических свойств материалов не последнее место занимает и пористость. Это степень заполнения объема изделия порами.
Закрытые поры по распределению и размеру характеризуется следующим:
Пустотность
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.
Гигроскопичность
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
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
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.
Водопроницаемость
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.
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.
Истинная и средняя плотность материалов
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.
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.
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/м 3 | Материалы | Значение плотности, кг/м 3 | ||
| 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.