材料体积密度、吸水率及气孔率的测定.doc

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1、 材料体积密度、吸水率及气孔率的测定一实验目的意义在无机非金属材料中，有的材料内部是有气孔的，这些气孔对材料的性能和质量有重要的影响。材料的体积密度是材料最根本的属性之一，它是鉴定矿物的重要依据，也是进行其它许多物性测试如颗粒粒径测试的根底数据。材料的吸水率、气孔率是材料结构特征的标志。在材料研究中，吸水率、气孔率的测定是对制品质量进行检定的最常用的方法之一。在陶瓷材料、耐火材料、塑料、复合材料等材料的科研和生产中，测定这三个指标对质量控制有重要意义。本实验的目的： 1. 了解体积密度、吸水率、气孔率等概念的物理意义。2. 掌握体积密度、吸水率、气孔率的测定原理和测定方法。3了解体积密度、吸水

2、率、气孔率测试中误差产生的原因及防止方法。二根本原理材料吸水率、气孔率的测定都是基于密度的测定，而密度的测定那么基于阿基米德原理。由阿基米德定律可知，浸在液体中的任何物体都要受到浮力即液体的静压力的作用，浮力的大小等于该物体排开液体的重量。重量是一种重力的值，但在使用根据杠杆原理设计制造的天平进行衡量时，对物体重量的测定已归结为对其质量的测定。因此，阿基米定律可用下式表示： d L 式中， 在空气秤量物体时所得物体的质量； 在液体中秤量物体时所得物体的质量； 物体的体积；d L 液体的密度。这样，物体的体积就可以通过将物体浸于密度的液体中，通过测定其质量的方法来求得。由于浸于浸液中的物体受到液

3、体静压力的作用，所以这种方法称之为“液体静力衡量法。在工程测量中，往往忽略空气浮力的影响，在此前提下进一步推导可得用称量法测定物体密度时的原理公式 d L d = - 2 这样，只要测出有关量并代入上式，就可计算出待测物体在温度时的密度。材料的密度，可以分为真密度、体积密度等。体积密度指不含游离水材料的质量与材料的总体积包括材料的实体积和全部孔隙所占的体积之比。当材料的体积是实体积材料内无气孔时，那么称真密度。 气孔率指材料中气孔体积与材料总体积之比。材料中的气孔有封闭气孔和开口气孔与大气相通的气孔两种，因此气孔率有封闭气孔率、开口气孔率和真气孔率之分。封闭气孔率指材料中的所有封闭气孔体积与材

4、料总体积之比。开口气孔率也称显气孔率指材料中的所有开口气孔体积与材料总体积之比。真气孔率也称总气孔率那么指材料中的封闭气孔体积和开口气孔体积与材料总体积之比。吸水率指材料试样放在蒸馏水中，在规定的温度和时间内吸水质量和试样原质量之比。在科研和生产实际中往往采用吸水率来反映材料的显气孔率。无机非金属材料难免含有各种类型的气孔。对于如水泥制品、陶瓷制品等块体材料，其内部含有局部大小不同，形状各异的气孔。这些气孔中的一局部浸渍时能被液体填充。将材料试样浸入可润湿粉体的液体中，抽真空排除气泡，计算材料试样排除液体的体积。便可计算出材料的密度。当材料的闭气孔全部被破坏时，所测密度即为材料的真密度。图1

5、液体比重天平1. 天平 2. 试样3 有溢流孔的金属玻璃容器4. 砝码 5. 接溢流出液体的容器为此，对密度、吸水率和气孔率的测定所使用液体的要求是：密度要小于被测的物体，对物体或材料的润湿性好，不与试样发生反响，也不使试样溶解或溶胀。最常用的浸液有水、乙醇和煤油等。三、实验器材1 液体比重天平，如图1所示。2 抽真空装置，如图2所示。3 烘箱。4 烧杯、镊子、小毛巾等。5 蒸馏水。四、测试步骤1 试样制备 从待测试样中切取试块，每种试样取5块。每块试样3060克。图2 材料密度和气孔率测试的真空系统1. 载物架 2. 块状试样 3. 真空枯燥器4. 真空计 5. 旋塞阀，6. 冲液瓶 7.

6、三通旋塞阀8. 缓冲瓶。9. 真空泵 用超声波清洗机清洗块状材料外表，在110或在可允许的更高温度下烘干至恒重。置于枯燥器中冷却至室温。称取试样质量M1 。试样枯燥至最后两次称量之差小于前一次的0.1% 即为恒重。 将试样置于烧杯或其它清洁容器内，并放于真空枯燥器内抽真空至20 Torr,保压5分钟，然后在5分钟内缓慢注入浸液本实验用蒸馏水，直至浸没试样。再保持20 Torr压力5分钟。将试样连同容器取出后，在空气中静置30分钟。2. 饱和试样表观质量的测定表观质量为饱和浸液的试样在浸液中称得的质量。将饱和试样吊在天平的吊钩上，并浸入有溢流管容器的浸液本实验用蒸馏水中，称取饱和试样的表观质量M

7、2 。3. 饱和试样质量的测定将饱和了浸液的毛巾，小心地拭去饱和试样外表流挂的液珠注意不可将大孔中的浸液吸出。立即称取饱和试样的质量M3 。4. 渍用液体积密度的测定浸渍液体在测试温度下的体积密度，可以采用定体积液体称重法、液体比重天平称重法或液体比重计测量法测定。精确至0.001 g/cm3 。由于本实验用蒸馏水为浸渍液体时，其密度可从表1中查出。表1 水在常用温度下的密度g/cm3 温度密度温度密度温度密度00.99987160.99897320.9950520.99997180.99862340.9944041.00000200.99823360.9937160.99997220.997

8、80380.9929980.99988240.99732400.99224100.99973260.99681420.99147120.99952280.99626440.99066140.99927300.99567460.98982五、数据记录与处理将测试结果结果填入表2中。材料的吸水率、气孔率、体积密度由以下公式计算： 表2 材料吸水率、气孔率、体积密度测定实验记录表试 样 名 称测 定 人测 定 日 期试 样 号12345干试样质量 M1饱和试样的表观质量 M2饱和试样在空气中质量 M3吸 水 率 显气孔率 真气孔率 闭口气孔率 体积密度 kg/m3 1 吸水率 Wa： M3 - M1

9、 Wa = 100 3 M12) 显气孔率Pa： M3 - M1 Pa = 100 4 M3 - M2 3) 体积密度Db： M1Dl Db = 5 M3 - M24) 真气孔率Pt: Dt - Db Pt = 100 6 Dt 5) 闭气孔率Pc: Pc = Pt - Pa 7式中: Dl 测试温度下,浸液的密度， g/cm3 ；Dt 试样的真密度， g/cm3 。思 考 题1. 测定材料真密度的意义是什么 ？ 2. 导致影响真密度测试准确性的因素是什么 ？ 3. 材料真气孔率、开口气孔率、闭口气孔率、吸水率和体积密度的意义与相互关系是什么 ？4. 对于含有未知矿物或混合物比例的烧结物，怎样利用本实验的方法评价材料的烧结质量 ？ 主要参考文献1 孙淑珍、张洪泉，陶瓷工艺实验，武汉工业大学，5662。2 祝桂洪编著，陶瓷工艺实验，中国建筑工业出版社，1987年6月第一版，4851、7275。3 GB 2597-89 建筑卫生陶瓷吸水率试验方法。4 GB/T 1996-96 多孔陶瓷显气孔率、容重试验方法。5 GB 9966.3-88 天然饰面石材试验方法 体积密度、真密度、真气孔率、吸水率试验方法。6 GB/T 11970-97 加气混凝土体积密度、含水率和吸水率试验方法。