成信工固体废弃物处理与处置实验指导02材料密度、空隙率及吸水率的测定.docx

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1、实验二 材料密度、空隙率及吸水率的测定一、实验目的和意义材料的密度是材料最基本的属性之一，也是进行其他物性测试（如颗粒粒径测试） 的基础数据。材料的孔隙率、吸水率是材料结构特征的标志。在材料研究中，孔隙率、 吸水率的测定是对产品质量进行检定的最常用的方法之一。材料的密度，可以分为体积密度、真密度等。体积密度是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；材料质量与材 料实体积（不包括存在于材料内部的封闭气孔）之比值，则称为真密度。孔隙率是指 材料中气孔体积与材料总体积之比。吸水率是指材料试样放在蒸储水中，在规定的温 度和时间内吸水质量和试样原质量之比。由于

2、吸水率与开口孔隙率成正比，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。因此，无论是在陶瓷材料、耐火材料、塑料、复合材料以及废物复合材料等材料 的研究和生产中，测定这三个指标对材料性能的控制有重要意义。通过本实验达到以 下要求。1. 了解体积密度、孔隙率、吸水率等概念的物理意义；2. 了解测定材料体积密度、密度（真密度）的测定原理和测定方法；3. 通过测定体积密度、密度（真密度），掌握计算材料孔隙率和吸水率的计算方 法。二、实验方法参考GB9966.3-88天然饰面石材体积密度、真密度、真气孔率、吸水率试验方 法。三、实验原理材料的孔隙率、吸水率的计算都是基于密度的测定，而密度的测定

3、则是基于阿基 米德原理。由阿基米德原理可知，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，阿基米德定律可用下式表示。m（-m2=VDl（2-1）式中mi在空气中秤量物体时所得的质量；m2在液体中秤量物体时所得的质量；V物体的体积；Dl液体的密度。这样，物体的体积就可以通过将物体浸于已知密度的液体中，通过测定其质量的方法 来求得。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。(2

4、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tC时的密度。实验中的真密度测定是基于粉末密度瓶浸液法来测定的。其原理是：将样品制成 粉末，并将粉样浸入对其润湿而不溶解的浸液中，用抽真空或加热煮沸排除气泡，求 出粉末试样从己知容量的容器中排出己知密度的液体，从而得出所测粉末的真密度。四、实验仪器1 .恒温干燥箱：由室温到200C；2 .天平：最大称量1000g,感量10mg；最大称量100g,感量Img各1个；3 .游标卡尺1把；4 .容积2530mL密度瓶1个；5 . 240目标准筛1个；6 .干燥器1个；7 .研钵1个；8 .实验试剂蒸福水。五、实验步骤1 .试样制备阶段(1)

5、体积密度试样 试样尺寸为50mm立方体5块。(2)密度试样 选择1000g左右试样,将表面清扫干净，并粉碎到颗粒小于5mm, 以四分法缩分到15()g,再用瓷研钵研磨成粉末并通过24()目标准筛，将粉样装入称量 瓶中，放入(105 2) C烘箱内干燥4h以上，取出稍冷后，放人干燥浴内冷却到室 温。2 .体积密度测定(1)将试样用刷子清扫干净放人105c 2烘箱中干燥2h,取出，冷却到室温, 称其质量(m0),精确到0.02g。(2)将试样放入室温的蒸镭水中，浸泡48h后取出，用拧干的湿毛巾擦去表面图2-1称量m?的示意图1-稀疏的网篮；2-烧杯：3.试样；4-支架图22李氏密度瓶示意图分，并立

6、即称量质量(mi),精确到0.02g；接着把试样挂在网篮中，将网篮与试样浸 入室温的蒸储水中，称量其在水中的质量(m?),精确到0.02go称量装置如图21 所示。3 .密度测定称取试样三份，每份10g (叱),将试样分别装入洁净的密度瓶内，并倒入蒸僧 水。倒入的蒸储水不超过密度瓶体积的一半，将密度瓶放人蒸储水中煮沸10-15min, 使试样中气泡排除，或将密度瓶放在真空干燥器内排除气泡。气泡排除后，擦干密度 瓶，冷却到室温，用蒸储水装满至标记处，称量质量(n7 )o再将密度瓶冲洗干净， 用蒸播水装满至标记处，并称质量(m/)，叫，mJ , m2，精确到0.002g。李氏 密度瓶示意如图22所

7、示。4 .实验分析和计算(1)体积密度：体积密度pb (g/cn?)按下式计算。pb = pwX / (mi - m2)(2-3 )式中 m()干燥试样在空气中的质量，g；mi水饱和试样在空气中的质量，g；m2水饱和试样在水中的质量，g：pw试验时室温水的密度，g/cm3。(2)密度d (g / cm3)按下式计算。pT= pwXmo，/ (mi + mo叱)(24)式中 叫,一一干粉试样在空气中的质量，g；m/ 一一只装蒸馄水的密度瓶的质量，g；in2r装粉样加水的密度瓶质量，g;Pw 一试验时室温水的密度，g/cn?。(3)孔隙率：根据测定所得的体积密度和密度，孔隙率以pa(%)按下式计算。Pa= (1 Pb/pt ) Xioo%(25)式中 pb试样的体积密度，g / cm3；pi试样的密度，g / cm30(4)吸水率：吸水率Wa (%)按下式计算。Wa = 100 % X (mim0) / m()( 2一6)式中 mo干试样在空气中的质量，g;mi水饱和试样在空气中的质量，go六、讨论1 .根据式(23)、式(24)、式(25)和式(26),分别用测定值计算材 料的体积密度、密度、吸水率、孔隙率。2 .计算体积密度、密度、吸水率、孔隙率的平均值最大值与最小值。3 .体积密度、密度计算到三位有效数，孔隙率、吸水率计算到两位有效数。