Способ определения объема пор в пористых сыпучих материалах

Использование: в технологии пористых зернистых теплоизоляционных материалов, в производстве гранулированных катализаторов, легкого бетона, а также для определения свойств пористых сыпучих материалов любого назначения. Сущность изобретения заключается в определении объемной массы пористого сыпучего материала и пористых твердых тел, плотности монолитного материала пористых твердых тел и объема пор пористого сыпучего материала по формуле

где V_пор - объем пор в пористом сыпучем материале, м³; V - объем пористого сыпучего материала, м³; γ - объемная масса пористого сыпучего материала, кг/м³; ρ_m - плотность монолитного материала пористых твердых тел, кг/м³; ρ_n - объемная масса пористых твердых тел, кг/м. Технический результат изобретения заключается в снижении объема трудозатрат и времени на проведение испытаний материалов.

 

Изобретение относится к области испытаний и определения свойств материалов и может быть использовано в технологии пористых зернистых теплоизоляционных материалов, в производстве гранулированных катализаторов, легкого бетона, а также для определения свойств пористых сыпучих материалов любого назначения.

Известен способ определения пористости асфальтобетона, бетона, измельченного в порошок (Материалы и изделия для строительства дорог. Справочник. Под ред. Н.В.Горелышева. - М.: Транспорт, 1986. - 288 с., с.229-230).

Однако в известном способе объем пор в пористом материале определяется как сумма открытых и закрытых пор с учетом плотности сухого бетона как материала и плотности измельченного в порошок бетона. Объем закрытых пор определяется через величину водопоглощения образцов бетона, выдерживаемых в воде 24 часа. Таким образом, известный способ определения объема пор в пористом материале является многостадийным и длительным.

Экспериментальный способ определения порового пространства в материале сжиженным гелием требует сложной аппаратуры для испытаний и связан со значительными материальными затратами (Белов В.В. и др. Лабораторные определения свойств строительных материалов: Учебное пособие. - М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2004. - 176 с., с.11).

В основе создания изобретения лежит задача по разработке такого способа определения объема пор в пористых сыпучих материалах, который позволяет, не прибегая к постановке лабораторных испытаний по непосредственному измерению этой величины, определять зависимость объема пор от объемно-массовых характеристик пористого сыпучего материала.

Технический результат достигается тем, что установлена количественная взаимосвязь между объемом пор и характеристиками пористого сыпучего материала, к числу которых относятся следующие: объемная масса пористого сыпучего материала, плотность монолитного материала твердых тел и объемная масса пористых твердых тел, являющихся компонентами сыпучей системы.

Поставленная задача достигается тем, что определяют объемную массу пористого сыпучего материала, плотность материала твердых тел, объемную массу пористых твердых тел, а объем пор определяют по формуле

где V_пор - объем пор в материале твердых тел, м³;

V - объем пористого сыпучего материала, м³;

γ - объемная масса пористого сыпучего материала, кг/м³;

ρ_m - плотность монолитного материала пористых твердых тел, кг/м³;

ρ_n - объемная масса пористых твердых тел, кг/м³;

Исследования пористых сыпучих материалов показали, что между объемно-массовыми характеристиками компонентов смеси и объемно-массовыми характеристиками пористого сыпучего материала существуют аналитически выраженные количественные взаимосвязи, определяемые зависимостями V=V_м+V_пус+V_пор, где V - объем пористого сыпучего материала, V_м - объем монолитного материала пористых твердых тел, V_пус - объем пустот между пористыми твердыми телами, V_пор - объем пор в пористых твердых телах, в свою очередь объем пористых твердых тел (V_п) состоит из объема монолитного материала (V_м) и объема пор V_п=V_м+V_пор.

Масса пористого сыпучего материала (G_ν) равна массе пористых твердых тел (G_п), равна массе монолитного материала пористых твердых тел (G_м) G_ν=G_п=G_м. С учетом приведенных сведений γ=G_ν/V, кг/м³, ρ_n=G_п/V_п, кг/м³, ρ_m=G_м/V_м, кг/м³.

Общеизвестные методы испытаний обеспечивают возможность определения массы взвешиванием, а объемов - непосредственным измерением (V и V_м), кроме V_п.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Определение объема пор в измельченной пемзе.

Пемзу измельчают в щековой дробилке, фракционируют просеиванием через набор сит по ГОСТ 3584-73 и отбирают фракции с размерами зерен 10 мм и 5 мм.

Полученные фракции пемзы испытывают по ГОСТ 9758-86. Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний.

По результатам испытаний получены следующие показатели свойств пемзы.

Фракция с размерами зерен пемзы 10 мм. Объемная масса равна γ=0,662 кг/л, истинная плотность (удельный вес) монолитного материала пористых зерен пемзы равна ρ_m=2,84 кг/л, объемная масса пористых зерен пемзы равна ρ_n=1,40 кг/л.

Подстановкой полученных показателей в формулу получим объем пор в пористой сыпучей системе объемом 1 л.

Проверка достоверности заявляемой формулы и правильности расчета.

Объем монолитного материала пористых зерен пемзы равен

Масса монолитного материала численно равна объемной массе пористого сыпучего материала единицы объема при V=1, γ=G_м).

Объем пористых зерен пемзы равен V_n=V_м+V_пор=0,233 л+0,240 л=0,473 л.

Объемная масса пористого материала определяется по формуле

где G_n - масса пористых зерен, кг, V_n - объем пористых зерен, л, и равна

что соответствует экспериментально полученной величине. Масса пористых зерен численно равна объемной массе пористого сыпучего материала единицы объема (G_n=γ при V=1).

Пример 2. Определение объема пор в измельченной пемзе с размерами зерен 10 мм.

При послойном заполнении единицы объема мерного сосуда фракцией измельченной пемзы с размерами зерен 10 мм и фракцией с размерами зерен 5 мм определяют объемный расход каждой фракции для приготовления смеси объемом 1 л. Расход фракции с размерами зерен 10 мм составил 0,296 л, а расход фракции с размерами зерен 5 мм - 0,782 л. С учетом данных испытаний и размеров зерен во фракциях рассчитывают объем межзерновых пустот в единице объема фракции пемзы с размерами зерен 10 мм

С использованием рассчитанной величины объема межзерновых пустот фракции пемзы с размерами зерен 10 мм определяют величину объемной массы пористых зерен пемзы (ρ_n, кг/л). Объемная масса пористого сыпучего материала равна γ=0,662 кг/л, плотность монолитного материала равна ρ_m=2,84 кг/л.

Масса пористых тел численно равна объемной массе пористого сыпучего материала (G_n=γ при V=1 л).

С учетом полученных данных объем пор во фракции пемзы с размерами зерен 10 мм составляет

Пример 3. Определение объема пор в измельченной пемзе с размерами зерен 5 мм.

Фракцию пемзы с размерами зерен 5 мм испытывают по ГОСТ 9758-86. Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний.

По результатам испытаний получены следующие показатели свойств фракции пемзы с размерами зерен 5 мм.

Объемная масса фракции пемзы с размерами зерен 5 мм (γ) равна γ=0,59 кг/л, плотность монолитного материала пористых зерен (ρ_m) равна ρ_m=2,84 кг/л, объемная масса пористых зерен пемзы (ρ_n) равна ρ_n=1,32 кг/л.

Объем пор в единице объема фракции пемзы с размерами зерен 5 мм равен

Проверка достоверности заявляемой формулы и правильности расчета.

Объем монолитного материала равен

Объем пористых тел равен V_n=V_м+V_пор=0,208 л+0,240 л=0,448 л.

Объемная масса пористых зерен пемзы равна

что соответствует экспериментально полученной величине.

Меньшая величина объемной массы фракции с размерами зерен 5 мм (γ=0,59 кг/л) по сравнению с фракцией пемзы с размерами зерен 10 мм (γ=0,662 кг/л) объясняется менее плотной упаковкой пористых зерен.

Экспериментально-лабораторные испытания заявляемого способа определения объема пор в пористых сыпучих материалах, проведенные в центральной строительной лаборатории Тверского комбината крупнопанельного домостроения, показали хорошую сходимость результатов испытаний по величине пористости бетона. В лаборатории определяли объем открытых и закрытых пор. Сумма открытых и условно закрытых пор, определенная в бетоне в пределах требуемой точности измерений, совпадала с величиной объема пор, рассчитанной по заявляемому способу.

При использовании заявляемого способа отмечено снижение объема трудозатрат и времени на проведение испытаний материалов. Измерения массы и объема, широко применяемые в лабораторной практике, обеспечивают определение объемной массы сыпучего материала и истинной плотности вещества с более высокой точностью, чем другие известные методы.

Заявляемый способ не требует дополнительных затрат, базируется на использовании существующего лабораторного оборудования и стандартных методов испытаний материалов, проводимых в лабораториях дорожно-строительного профиля.

Способ определения объема пор в пористых сыпучих материалах, характеризующийся тем, что определяют объемную массу пористого сыпучего материала, плотность монолитного материала пористых твердых тел, объемную массу пористых твердых тел, а объем пор определяют по формуле

где V_пор - объем пор в пористом сыпучем материале, м³;

V - объем пористого сыпучего материала, м³;

γ - объемная масса пористого сыпучего материала, кг/м³;

ρ_m - плотность монолитного материала пористых твердых тел, кг/м³;

ρ_n - объемная масса пористых твердых тел, кг/м³.