Прибор для определения объема и водопоглощения пористых материалов —
При подборе составов бетонов большое значение имеет правильное и быстрое определение свойств заполнителей, в том числе их объемной массы и водопоглощения. Это особенно важно для материалов пористой структуры, интенсивно отсасывающих воду.
По действующему ГОСТу 9758—68 объемная масса зерен пористых заполнителей определяется гидростатическим методом после их насыщения водой или способом парафинирования. Однако ни тот, ни другой способы не дают достаточно точных показателей и требуют значительных затрат времени.
Принятая ГОСТом методика определения водопоглощения заполнителей по разнице их массы в сухом и насыщенном водой состоянии после обтирания водонасыщенных гранул влажной тканью недостаточно точна. Она не учитывает изменения влажности ткани, длительности и степени обтирания, способа обтирания. Кроме того, она не позволяет разграничить воду, поглощенную в поры, от воды смачивания, находящейся на поверхности зерен. Фактически в результате определяют не водопоглощение, а суммарное водосодержание (воду поглощения и смачивания). Наконец, не представляется возможным получить данные о кинетике водопоглощения заполнителя, особенно в первые минуты.
Нами разработана новая методика определения объема (и объемной массы) заполнителя и водопоглощения. Отвечая условиям поглощения воды в поры заполнителя, она имеет целью обеспечить; минимальное время на контакт гранул с водой и возможность экспресс-определения объема пористого материала; возможность замера количества воды, поглощаемой в поры, с раздельным учетом воды смачивания; непрерывную фиксацию кинетики водопоглощения в течение всего периода насыщения.
Для удовлетворения этих требований создан новый прибор ПОВ, работающий по принципу воздушного колокола. Он может служить для определения объеме , непрерывного фиксирования кинетики поглощения в поры материала и последующего нахождения количества воды смачивания. Прибор (см. рис.) состоит из двух прозрачных сосудов: наружного (П и внутреннего (2). Внутренний без дна (воздушный колокол) имеет воздухоотводящую трубку (4) с вентилем. Наружный сосуд снабжен водомерным цилиндром (6) и отверстием в основания (3), в которое вставляется пробка с укрепленным на ней перфорированным стаканчиком (5) для материала. (Размеры па рисунке даны в сантиметрах). Для удобства наблюдения за процессом оба сосуда желательно выполнять из прозрачного материала пластмассы или оргстекла).
Быстрота погружения заполнителя в воду и снятия начального отсчета достигается в новом приборе посредством использования воздушного колокола, а точный отсчет уровня воды обеспечивается водомерной трубки (б). Размеры прибора зависят от объема испытуемой пробы. Пробу целесообразно брать до 200 см5 насыпного объема и массой 100—300 г. Это позволит с достаточной точностью оценить водопоглощение и объемную массу материала.
До испытания прибор тарируют, устанавливая объем тугого колокола по изменению уровня воды от верхней отметки NB до начального отсчета N, фиксирующего полное заполнение внутреннего сосуда. Для этого вода заливается в пространство между наружным и внутренним сосудами до верхней отметки трубки (Nв) из бака (7), соединенного с основанием наружного сосуда гибким шлангом со специальным краном (при закрытом вентиле воздухоотводящей трубки). Затем путем открытия вентиля воздухоотводящей трубки внутренний сосуд 2 заполняется водой.
Испытание на приборе проводится следующим образок. Б перфорированный стаканчик (5), укрепленный на пробке, помешают предварительно взвешенную пробу материала и через отверстие в основании наружного сосуда. В этот сосуд (при закрытом вентиле воздухоотводящей трубки) из бака через шланг в пространство между внутренним и наружным сосудами заливают воду. Однако материал, помещенный во внутреннем сосуде, в стаканчике остается сухим, так как воздух, находящийся во внутреннем сосуде (при закрытом вентиле воздухоотводящей трубки) не дает проникнуть воде внутрь сосуда. Регулируя положение бака, поднимают уровень воды в водомерном цилиндре до верхней отметки и затем краном отключают бак от прибора. После этого вентиль воздухоотводящей трубки открывают, воздух из внутреннего сосуда мгновенно выходит и стаканчик с материалом за 0,5—1 сек заливается водой. В этот же момент делается первый отсчет Ль который характеризует контурный объем зерен материала.
По разнице первого отсчета A/i и начального (тарировочного) отсчета (при пустом сосуде) А/н в см находят объем зерен материала
Дальнейшее падение уровня воды вызвано ее поглощением зернами материала. Поэтому последующие отсчеты N сделанные после фиксации первого отсчета, покажут величину объема воды, поглощаемой в поры, в см или в е
Перед снятием отсчетов прибор слегка встряхивают для удаления пузырьков воздуха. После окончания испытания можно определить количество воды смачивания как разницу между суммарной влажностью (водосодержанием), определяемой по действующему ГОСТу, п водопоглощением в норы но прибору!
Учет водопоглощения, происходящего до момента первого отсчета, делается путем графической экстраполяции полученной кривой водопоглощения в нулевую точку. Опыты показали, что для пористых заполнителей поправка величин на водопоглощение не превышает 0,5—1%.
Показатели водопоглощения пористых заполнителей, найденные на одной и той же пробе с помощью нового прибора и по ГОСТу, приведены в табл. 1.
Во всех случаях количество воды, поглощенной в поры, найденные при помощи прибора ПОВ, меньше определенного по ГОСТу. Разница представляет собой воду смачивания заполнителей.
Была оценена правильность определения величины объема зерен. Для этого производилось определение начального объема по прибору и наиболее точным из известных способов — методом парафинирования на одних и тех же пробах. Опыты показали хорошую сходимость показателей объема (табл. 2).
Проверена также воспроизводимость полученных величин водопоглощения по прибору по сравнению с методикой ГОСТ. Для этого проведено 10-кратное определение водопоглощения на приборе и по ГОСТу на одной и той же пробе. По статистическим показателям точности, стандарту и коэффициенту вар-нации прибор дает более точные показатели, чем по ГОСТу.
Результаты исследований показали, что прибор может быть рекомендован для широкого применения в заводских и научно-исследовательских лабораториях, а после массовой проверки включен в действующий ГОСТ от соотношения фракций по длине.
Методика микроизмерений с помощью установки МПР-1 применялась при исследовании гранулометрического состава партий товарных асбестов марок П-6-45 и П-5-67 Джетыгаринского месторождения, причем в каждом случае измерялись 3500 волокон. Приведенные в таблице результаты расчета средних диаметра и длины волокна указывают иа существенную их зависимость от формул и подтверждают целесообразность определения средних на основе определяющих свойств применительно к конкретным условиям исследования. Вопреки результатам стандартного ситового анализа асбеста (остатки на контрольном сите — 54,2 и 70,8%) данные микроизмереиий показали, что асбест марки П-6-45 оказался более длинноволокнистым и сравнении с партией асбеста П-5-67. Это и известной мере подтверждается и более высокими армирующими свойствами в асбестоцементе (соответственно 335 и 275 кГ/см2, Яуя — 2,93 и 2,31 кГ- см/см2. По результатам определений строились кумулятивные кривые массового распределения волокон по размеру поперечника (см. рисунок). Эти кривые достаточно хорошо аппроксимируются степенными уравнениями вида W=Axk, где W — массовое содержание нижней фракции, А и к — параметры распределения. Иными словами в асбесте наблюдаются закономерности гранулометрического состава, аналогичные большинству дисперсных мономинеральных материалов, полученных обычными методами измельчения. Наличие этих закономерностей способствует решению таких важных задач, как обоснованный выбор средних параметров, разработка методов и показателей сравнения и оценки товарных и распушенных асбестов, а также режима работы распушивающих агрегатов.