СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ОБРАЗЦОВ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ НЕПРАВИЛЬНОЙ ФОРМЫ Российский патент 1995 года по МПК G01N33/38 

Изобретение относится к стройиндустрии, в частности к способам оценки качества каменных материалов, преимущественно имеющих мелкопористую структуру и неправильную форму, и может быть использовано в строительстве, геологии и минералогии.

Известен способ определения объемов образцов минералов неправильной формы гидростатическим взвешиванием (1). Способ гидростатического взвешивания основан на измерении объема образца по массе вытесненной им жидкости (чаще всего воды).

Для этого необходимо взвесить образец на воздухе и в жидкости известной плотности, а объем V вычислить по формуле
V = (1) где m и m_ж - масса гирь, уравновешивающих образец соответственно в воздухе и в жидкости;
D_ж - плотность жидкости.

Гидростатическое взвешивание чаще всего проводят в дистиллированной воде, плотность которой принимают равной единице.

Метод прост в применении, не требует дорогостоящего оборудования, дает достаточно высокую точность при испытании образцов материала, имеющих сплошную структуру. Но этим способом нельзя пользоваться в случае испытания пористых или не смачиваемых водой материалов. А поскольку практически все строительные каменные материалы имеют мелкопористую структуру, то это обстоятельство надо признать очень существенным.

Чтобы этот способ можно было применять для испытания образцов каменных материалов с мелкопористой структурой, необходимо эти образцы перед испытанием парафинировать или насыщать водой не менее суток.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения объема образцов бетона неправильной формы (обязательное приложение ГОСТ 12730.1-78, а также ГОСТы 12730.2-78 и 12730.3-78). По этому способу объем предварительно насыщенных водой образцов V_о в см³ определяют по формуле
V_o= (2) где m_нас - масса насыщенного водой образца, определенная взвешиваем в воздухе, г;
m_нас' - масса насыщенного водой образца, определенная взвешиванием в воде, г;
ρ_В - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³.

Недостатки стандартного способа заключаются в длительности производства испытания и неточности при определении массы насыщенного водой образца в воздухе.

Первый недостаток обусловлен необходимостью насыщать водой образцы в течение одних суток, второй недостаток - грубой ошибкой при учете количества поглощенной воды при взвешивании образцов в воздухе.

Грубая ошибка объясняется тем, что стандартный прием удаления избытка воды с образца после его насыщения и вынимания из воды не обеспечивает удаления такого количества воды с поверхности образца, чтобы оставшаяся часть воды была равной той части, которая находится внутри образца при взвешивании его в воде.

По п.4.2 ГОСТ 12730.3-78 положено при взвешивании на обычных весах образцы, вынутые из воды, предварительно вытирать отжатой влажной тканью. Массу воды, вытекающую из пор образца на чашу весов, следует включать в массу насыщенного образца.

Очевидно, что при этом на результат будут влиять следующие факторы: качество ткани, степень насыщения ткани водой, степень отжатия избытка воды из ткани, тщательность обтирания и т.п., например, испарение влаги с поверхности образца, температура, влажность и давление воздуха в поглощении.

Но главные факторы, которые будут влиять на результат, это два обстоятельства:
первое - количество воды, которое необходимо удалять с поверхности образца, неизвестно;
второе - количество фактически удаляемой воды также неизвестно, т.е. процесс удаления избытка воды не контролируется.

Поэтому, определение массы насыщенного водой образцы взвешиванием в воздухе осуществляется с грубой ошибкой и приводит к тому, что стандартный способ определения объема образцов неправильной формы с мелкопористой структурой является не только длительным, но и недостаточно точным.

Целью изобретения является повышение точности определения объема образца каменного материала с мелкопористой структурой при одновременном сокращении времени испытания.

Указанная цель достигается тем, что по заявляемому способу, включающему взвешивание образца в воздухе и в воде, опускают в воду высушенный до постоянной массы образец, взвешивают его в воде не менее четырех раз в течение первой минуты с момента погружения образца в воду, после чего определяют массу образца в воде без адсорбированной и капиллярно-поглощенной части воды путем ретроспективной экстраполяции графика зависимости изменения массы образца в воде от времени взвешивания в воде, а объем образца V_об в см³ определяют в заявляемом способе по формуле
V_об= (3) где m - постоянная масса высушенного образца, определенная взвешиванием в воздухе, г;
m'_o - масса образца в воде без адсорбированной и капиллярно-поглощенной части воды, определенная путем ретроспективной экстраполяции графика зависимости изменения массы образца в воде от времени взвешивания в воде, г;
ρ_В - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³.

Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что опускают в воду высушенный до постоянной массы образец, взвешивают его в воде не менее четырех раз в течение первой минуты с момента погружения образца в воду, после чего определяют массу образца в воде без адсорбированной и капиллярно-поглощенной части воды путем ретроспективной экстраполяции графика зависимости изменения массы образца в воде от времени взвешивания в воде, а объем определяют по формуле (3).

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому способу соответствие критерию "существенные отличия".

Определение объема образцов каменных материалов неправильной формы по заявляемому способу осуществляется следующим образом. Образец, высушенный до постоянной массы m взвешивают в воде на гидростатических весах в соответствии со схемой, приведенной на черт.2 ГОСТ 12730.1-78, стр.4, и следующих дополнений:
Момент времени полного погружения образца в воду на подвесе засекается секундомером и принимается за начало отсчета времени выдерживания образца в воде.

Производят последовательно четыре взвешивания в воде в течение первой минуты после погружения в воду и определяют массу образца в воде m₁', m₂', m₃', m₄' в моменты времени соответственно τ₁, τ₂, τ₃, τ₄.

Экспериментально установлено, что взвешивание производить в течение первой минуты следует через равные промежутки времени, например через 15 с, т. е. в моменты времени τ₁ = 15 с, τ₂ = 30 с, τ₃ = 45 с, τ₄ = =60 с после погружения образца в воду.

Строится график зависимости изменения массы в воде m_n' от момента времени измерения τ_n, производится ретроспективная экстраполяция этого графика до пересечения с осью ординат и находится m₀', соответствующая τ_o.

Вычисляют объем по формуле (3).

На чертеже представлен график зависимости изменения массы в воде от момента времени измерения.

П р и м е р.

Взят образец обычного тяжелого цементного бетона неправильной формы размерами примерно 7х7х7 см, высушен до постоянной массы m = 821,0 г, поле чего на проволочной подвеске опускается в сосуд с водой, засекается время, подвеска крепится к плечу весов, через 15 с после погружения в воду производится первое взвешивание в воде m₁' = 469,6 г, затем эти три взвешивания через каждые 15 с, в результате чего получают m₂' = 470,2 г, m₃' = 470,8 г, m₄' = =471,4 г. Строят график зависимости изменения m_n' от τ_n , производят ретроспективную экстраполяцию и определяют m_o' = =469,0 г, соответствующую τ₀ = 0. После этого вычисляется объем образца по ф.3:
V_об= = = 252 см³
Подвеска снимается с весов, образец освобождается, но оставляется в воде на 24 ч для стандартного определения объема образца, который заключается в том, что по истечении 24 ч образец, насыщенный водой, взвешивают на воздухе после удаления избытка воды с поверхности образца и получают m_нас = 849 г, а потом в воде и получают m_нас' = 500 г, после чего объем образца вычисляют по формуле (2):
V_o= = = 349 см³
Перечень операций дан в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ занимает время испытания в 481 раз меньше, чем стандартный при более точном определении объема образца.

Предлагаемый способ можно использовать в строительной лаборатории для определения структурно-технологических характеристик, необходимых при проектировании состава бетона, а также при оценке качества каменных материалов, используемых в качестве крупного заполнителя в бетонах. Использование предлагаемого способа позволит существенно сократить время испытания образцов, а также получать структурные показатели с высокой точностью и однородностью.

Использование: стройиндустрия, геология, минералогия, способы оценки качества каменных материалов, преимущественно имеющих мелкопористую структуру и неправильную форму. Сущность изобретения: взвешивают образец в воздухе и в воде не менее четырех раз в течение первой минуты. Устанавливают зависимость изменения массы образца в воде от времени взвешивания в воде. Определяют массу образца в воде без адсорбированной и капиллярно-поглощенной части воды. Объем образца определяют по формуле. 1 ил., 1 табл.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ОБРАЗЦОВ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ НЕПРАВИЛЬНОЙ ФОРМЫ преимущественно мелкопористой структуры, включающий взвешивание образца в воздухе и в воде, отличающийся тем, что высушенный до постоянной массы образец взвешивают в воде не менее четырех раз в течение первой минуты с момента погружения образца в воду, устанавливают зависимость изменения массы образца в воде от времени взвешивания в воде, определяют по установленной зависимости массу образца в воде без адсорбированной и капиллярной поглощенной части воды, а объем образца V_об определяют по формуле

где m - постоянная масса высушенного образца, определенная взвешиванием в воздухе;
- масса образца в воде без адсорбированной и капиллярной поглощенной части воды;
ρ_в - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³.