W wielu gałęziach przemysłu, a także w budownictwie i rolnictwie stosuje się pojęcie „gęstości materiału”. Jest to obliczona wartość, będąca stosunkiem masy substancji do zajmowanej przez nią objętości. Znając taki parametr, na przykład dla betonu, budowniczowie mogą obliczyć jego wymaganą ilość podczas wylewania różnych konstrukcji żelbetowych: bloczków, stropów, ścian monolitycznych, kolumn, sarkofagów ochronnych, basenów, śluz i innych obiektów.
Jak określić gęstość
Ważne jest, aby pamiętać, że przy określaniu gęstości materiałów budowlanych można korzystać ze specjalnych tabel referencyjnych, w których podane są wartości dla różnych substancji. Opracowano również metody i algorytmy obliczeniowe, które w praktyce umożliwiają uzyskanie takich danych w przypadku braku dostępu do materiałów referencyjnych.
Gęstość określona z:
- ciała płynne z hydrometrem (na przykład dobrze znany proces pomiaru parametrów elektrolitu akumulatora samochodowego);
- substancje stałe i płynne przy użyciu wzoru ze znanymi początkowymi danymi masowymi orazgłośność.
Wszystkie niezależne obliczenia będą oczywiście zawierać niedokładności, ponieważ trudno jest wiarygodnie określić objętość, jeśli ciało ma nieregularny kształt.
Błędy w pomiarach gęstości
Aby dokładnie obliczyć gęstość materiału, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:
- Błąd ma charakter systematyczny. Pojawia się stale lub może zmieniać się zgodnie z pewnym prawem w trakcie kilku pomiarów tego samego parametru. Związany z błędem skali przyrządu, niską czułością urządzenia lub stopniem dokładności formuł obliczeniowych. A więc na przykład wyznaczając masę ciała za pomocą ciężarów i ignorując efekt wyporu, dane są przybliżone.
- Błąd jest losowy. Jest to spowodowane napływającymi przyczynami iw różny sposób wpływa na wiarygodność określanych danych. Zmiany temperatury otoczenia, ciśnienia atmosferycznego, drgania w pomieszczeniu, niewidzialne promieniowanie i drgania powietrza – wszystko to znajduje odzwierciedlenie w pomiarach. Takiego wpływu nie da się uniknąć.
- Błąd w zaokrąglaniu wartości. Podczas uzyskiwania danych pośrednich w obliczeniach formuł liczby często mają wiele cyfr znaczących po przecinku. Konieczność ograniczenia liczby tych znaków implikuje pojawienie się błędu. Tę niedokładność można częściowo zmniejszyć, pozostawiając w obliczeniach pośrednich kilka rzędów wielkości więcej niż wymaga tego wynik końcowy.
- Nieostrożne błędy (chybienia) są spowodowane błędamiobliczenia, nieprawidłowe uwzględnienie limitów pomiarowych lub urządzenia jako całości, nieczytelność zapisów z kontroli. Uzyskane w ten sposób dane mogą znacznie różnić się od podobnych obliczeń. Dlatego należy je usunąć, a pracę wykonać ponownie.
Pomiar gęstości rzeczywistej
Biorąc pod uwagę gęstość materiału budowlanego, należy wziąć pod uwagę jego prawdziwą wartość. To znaczy, gdy struktura substancji o objętości jednostkowej nie zawiera muszli, pustek i obcych wtrąceń. W praktyce nie ma absolutnej jednorodności, gdy np. beton wlewa się do formy. Aby określić jego rzeczywistą wytrzymałość, która bezpośrednio zależy od gęstości materiału, wykonuje się następujące operacje:
- Struktura jest zmielona do stanu sproszkowanego. Na tym etapie pozbądź się porów.
- Suszyć w piecu w temperaturze powyżej 100 stopni, resztki wilgoci są usuwane z próbki.
- Schłodzić do temperatury pokojowej i przepuścić przez drobne sito o rozmiarze oczka 0,20 x 0,20 mm, co zapewnia jednorodność proszku.
- Wybrana próbka jest ważona na precyzyjnej wadze elektronicznej. Objętość oblicza się w mierniku objętości poprzez zanurzenie w strukturze cieczy i pomiar wypartej cieczy (analiza piknometryczna).
Obliczenia przeprowadzane są według wzoru:
p=m/V
gdzie m jest masą próbki w g;
V – objętość w cm3.
Pomiar gęstości w kg/m jest często stosowany3.
Średnia gęstość materiału
Doaby określić, jak zachowują się materiały budowlane w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych pod wpływem wilgoci, temperatur dodatnich i ujemnych, obciążeń mechanicznych, należy posłużyć się gęstością średnią. Charakteryzuje stan fizyczny materiałów.
Jeżeli rzeczywista gęstość jest wartością stałą i zależy tylko od składu chemicznego i struktury sieci krystalicznej substancji, to średnią gęstość określa porowatość struktury. Przedstawia stosunek masy materiału w stanie jednorodnym do objętości przestrzeni zajmowanej w warunkach naturalnych.
Średnia gęstość daje inżynierowi pojęcie o wytrzymałości mechanicznej, stopniu pochłaniania wilgoci, przewodności cieplnej i innych ważnych czynnikach wykorzystywanych w konstrukcji elementów.
Pojęcie gęstości nasypowej
Wprowadzony do analizy materiałów budowlanych luzem (piasek, żwir, keramzyt itp.). Wskaźnik jest ważny dla obliczenia opłacalnego wykorzystania niektórych składników mieszanki budowlanej. Pokazuje stosunek masy substancji do objętości, jaką zajmuje w stanie luźnej struktury.
Na przykład, jeśli znana jest gęstość nasypowa materiału ziarnistego i średnia gęstość ziaren, łatwo jest określić parametr pustej przestrzeni. W produkcji betonu bardziej celowe jest zastosowanie wypełniacza (żwir, tłuczeń, piasek), który ma niższą porowatość suchej masy, ponieważ do jej wypełnienia zostanie użyty bazowy materiał cementowy, co zwiększy koszt.
Wskaźnikigęstości niektórych materiałów
Jeśli weźmiemy obliczone dane niektórych tabel, to w nich:
- Gęstość materiałów kamiennych, które zawierają tlenki wapnia, krzemu i aluminium, waha się od 2400 do 3100 kg na m3.
- Drewno na podłożu celulozowym - 1550 kg na m3.
- Organiczne (węgiel, tlen, wodór) - 800-1400 kg na m3.
- Metale: stal - 7850, aluminium - 2700, ołów - 11300 kg na m3.
W nowoczesnych technologiach budowy budynków wskaźnik gęstości materiału jest ważny z punktu widzenia wytrzymałości konstrukcji nośnych. Wszystkie funkcje termoizolacyjne i przeciwwilgociowe spełniają materiały o niskiej gęstości o strukturze zamkniętych komórek.
