Физические свойства. Средняя плотность характеризует массу единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами)

Средняя плотность характеризует массу единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами). Важная физическая величина определяется по формуле:

ρ _о=m_о/V_мат, [г/см³; кг/м³](1.1)

Для точного измерения объема используют образцы правильной формы (имеются несложные приемы измерения образцов и неправильной формы).

Среднюю плотность рыхлых материалов называют насыпной, при этом учитываются не только поры в каждом куске, но и объем межзерновых пустот (Vмзп).

ρ _н=m_н/V_н, [г/см³; кг/м³] (1.2)

где: V_н=V_мат+V_мзп (1.3)

Истинная плотность – масса единицы объема в абсолютно плотном состоянии (V_абс.тв), т.е. без учета пор, трещин, дефектов присущих материалу в естественном состоянии

ρ _и=m_о/V_{абс. тв}, [г/см³; кг/м³](1.4)

Величина ρ _и как правило больше ρ _о.

Относительная плотность – безразмерная величина, равная отношению средней плотности материала к плотности стандартного вещества. Чаще всего за стандартное вещество принимают дистиллированную воду при температуре +4^оС, ее плотность равна – 1 г/см³.

d = ρ _о/ρ _в (1.5)

Относительная плотность учитывается в некоторых эмпирических формулах (формула В.П. Некрасова для расчета теплопроводности, выражение для вычисления коэффициента конструктивного качества и др.).

Влажность – количество влаги, содержащееся в материале в данный момент времени.

W=[(m_вл-m_с)/m_с]·100 % (1.6)

Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать воду. Водопоглощение выражают или степенью заполнения объема материала водой (водопоглощение по объему В_v), или отношением количества поглощенной воды к массе сухого материала (водопоглощение по массе В_m).

В_v=[(m_н-m_с)/V·ρ _в]·100 % (1.7)

В_m=[(m_н-m_с)/m_с]·100 % (1.8)

где: m_нас – масса насыщенного водой материала, г; m_сух – масса сухого материала, г;

V – объем материала, см³; р_в – плотность дистиллированной воды, г/см³.

Водопоглощение по объему В_v и водопоглощение по массе В_m связаны между собой зависимостью:

В_v/В_m=(m_н-m_с)·m_с/V·ρ _в·(m_н-m_с)=m/V·ρ _в=ρ _о/ρ _в=d (1.9)

В_v=d·В_m (1.10)

Пористость материала (общая) – это степень заполнения объема материала порами. Расчетная формула общей пористости:

П_о=[1-(ρ _о/ρ _и)]·100 % (1.11)

Если требуется выяснить являются ли поры открытыми или сообщающимися, то определяют водопоглощение по объему (В_V), которое численно равно капиллярной пористости материала (П_кап):

П_кап=В_V (1.12)

Пористость условно-замкнутая П_усл.з= П_о - П_кап (1.13)

Пустотность – это доля межзерновых пустот в насыпном объеме материала.

П_у=[1-(ρ _н/ρ _о)]·100 % (1.14)

Теплопроводность – способность материала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность характеризуется количеством теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м², в течение 1 ч при разности температур на противоположных поверхностях материала 1^оС.

λ =Q·Н/(S·(t₁-t₂)·z) (1.15)

где: λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м^оС; Q – количество тепла, Дж; S – площадь материала, м²; H - толщина материала, м; (t₂-t₁) – разность температур по обе стороны слоя материала, ⁰С; z – время, в течение которого проходил тепловой поток, ч.

Коэффициент теплопроводности можно подсчитать ориентировочно по относительной плотности материала, пользуясь эмпирической формулой В.П. Некрасова:

(1.16)

где: d – относительная плотность материала.

Теплопроводность материалов учитывается при теплотехнических расчетах толщины стен и перекрытий отапливаемых зданий, а также при определении требуемой толщины тепловой изоляции горячих поверхностей и холодильников. Она связана с термическим сопротивлением слоя материала R (м²∙ ⁰С/Вт), которое определяется по формуле:

R=δ /λ (1.17)

где: δ – толщина слоя, м; λ – теплопроводность слоя материала, Вт/(м∙ ⁰С).