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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镭水中，在规定的温度和时间内吸水质量和试样原质量之比。由于吸水率与开口孔
2、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，而密度的测定则是基于阿基米德原理。由
3、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。mi-2=VDl（2一1）式中m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己知密度的液体中，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。Lyw-m2(22)这样，只要测出有关量并代
4、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，求出粉末试样从已知容量的容器中排出已知密度的液体，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200；2 .天平：最大称量K)Oog,感量IOmg:最大称量IoOg,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 .实验试剂蒸储水。五、实验步骤1 .试样制备阶段(1)体积密度试样试样尺寸为50mm立方体
5、5块。(2)密度试样选择I(X)Og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150g,再用瓷研钵研磨成粉末并通过240目标准筛，将粉样装入称量瓶中，放入(1052)C烘箱内干燥4h以上，取出稍冷后，放人干燥器内冷却到室温。2 .体积密度测定(1)将试样用刷子清扫干净放人1O5C2C烘箱中干燥2h,取出，冷却到室温,称其质量(mo),精确到0.02g。(2)将试样放人室温的蒸储水中，浸泡48h后取出，用拧干的湿毛巾擦去表面图2/称量m2的示意图I-稀硫的网篮；2-烧杯；3试样；4.支架图22李氏密度瓶示意图分，并立即称量质量（m）,精确至U0.02g；接着把试样挂在网篮中
6、，将网篮与试样浸入室温的蒸储水中，称量其在水中的质量（m2）,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（）,将试样分别装入洁净的密度瓶内，并倒入蒸储水。倒入的蒸储水不超过密度瓶体积的一半，将密度瓶放入蒸储水中煮沸1015min,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，用蒸锚水装满至标记处，称量质量（m2z）o再将密度瓶冲洗干净，用蒸储水装满至标记处，并称质量（mlz）,m,m2,精确到0.002g。李氏密度瓶示意如图22所示。4 .实验分析和计算（1）体积密度：体积密度Pb（gcm3）按下式计算。Pb=PW
7、Xmo/（叫一小2）（23）式中mo干燥试样在空气中的质量，g：m水饱和试样在空气中的质量，g;12水饱和试样在水中的质量，g；pw试验时室温水的密度，g/cm3o（2）密度Pl（gcm3）按下式计算。Pt-pwk）,/（叫+叫叱）（24）式中m0,干粉试样在空气中的质量，g;m只装蒸储水的密度瓶的质量，g；m2z装粉样加水的密度瓶质量，g;pw试验时室温水的密度，g/cm3o（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=（Ippr）XlO0%（25）式中Pb试样的体积密度，g/cm3：Pt试样的密度，g/crn3o（4）吸水率：吸水率Wa（%）按下式计算。Wa=100%（m一mo）/mo（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，g。六、讨论1 .根据式（23）、式（24）、式（2-5）和式（2-6）,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。
