Средней плотностью r0 называют отношение массы материала в его естественном состоянии, т.е. вместе с порами, к его объему. Величину r0 для образцов правильной геометрической формы (кубов, цилиндров), предварительно высушенных, определяют путем их взвешивания и измерения геометрических размеров. Образцы обмеряют штангенциркулем и вычисляют объем: Vкуб=abh, где a, b, h - соответственно длина, ширина и высота куба; Vцил=pr2h, где r, h – соответственно радиус и высота цилиндра.
Образцы неправильной формы подвергают обычному и гидростатическому взвешиваниям в водонасыщенном состоянии и вычисляют объем как разность результатов этих взвешиваний, поделенную на плотность воды. При гидростатическом взвешивании образец неправильной формы подвешивают к весам с помощью тонкой проволоки, погружают в воду (рисунок 1) и определяют его вес в воде Gгс=mгс·g, который меньше, чем вес воздухе G0=m0·g, на значение выталкивающей (архимедовой) силы, равной весу вытесненной воды: Gв=Vв·rв·g, где mгс, m0 – масса насыщенного водой образца соответственно при гидростатическом и обычном взвешивании, Vв – объем вытесненной воды, равный объему образца (Vв= Vест), rв – плотность воды, равная 1000 кг/м3, g – ускорение свободного падения. Следовательно, Vест=(m0- mгс)/rв.
Рисунок 1 – Весы для гидростатического взвешивания. 1 — сосуд с водой; 2 — подвес для образца; 3 - образец; 4 - весы; 5 - разновес.
Определение r0 при помощи объемомера основано на измерении объема воды, вытесненной телом, который равен объему самого тела. Его находят при помощи бюретки.
Образцы сыпучих материалов (гравия, щебня) испытывают так же путем гидростатического взвешивания (рисунок 2). На чашу весов устанавливают сосуд с водой, в который погружают пустое ведерко, подвешенное на тонкой проволоки к штативу. Весы уравновешивают грузом на другой чаше. В ведерко всыпают порцию насыщенного водой гравия (щебня). При этом равновесие весов нарушается из-за того, что на гравий действует выталкивающая сила. Значение массы Dm, необходимой для восстановления равновесия, поделенное на плотность воды, равно объему зерен гравия Vест=Dm/rв.
Рисунок 2 – Схема гигдростат взвешив сыпуч мат-ла
3 – сосуд с водой, 4 – штатив, 5 – ведерко, 6 – уравновеш груз
Объем песка проще всего отмерить с помощью стеклянной колбы Ле-Шателье, на горле которой между двумя рисками имеется расширение (рисунок 3). В этот объемомер заливают жидкость до нижней черты, после чего всыпают материал, пока жидкость не поднимется до верхней черты. Объем всыпанного материала равен объему между рисками (20 или 10 см3).
Рисунок 3 – Колба Ле-Шателье 7 – риски
Средняя плотность не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от пористости материала. Искусственные материалы можно получать с необходимой средней плотностью. Например, меняя пористость, получают бетон тяжелый (со средней плотностью 1800-2500 кг/м3) или легкий (со средней плотностью 500-1800 кг/м3).На величину средней плотности влияет влажность материала: чем выше влажность, тем больше средняя плотность. Среднюю плотность материалов необходимо знать для расчета их пористости, теплопроводности, теплоемкости, прочности конструкций (с учетом собственной массы) и подсчета стоимости перевозок материалов.
