Средняя плотность камня

Все минералы (а камни относятся именно к минералам) обладают двумя важными характеристиками – массой и плотностью. Причём плотность камня важна в чисто практическом смысле – чтобы подсчитать запас минерального месторождения.

Что это за характеристика?

Для любого вещества под плотностью понимается масса, поделенная на единицу объема. Так как камни (то есть минералы) имеют неоднородный состав и включают в себя элементы различной атомарной массы, физическая характеристика их плотности может значительно различаться. Также плотность камней зависит не только от тяжести элементов, их составляющих, но и от того, насколько плотно "упакованы" в их внутренней структуре элементарные частицы.

Вопросами изучения плотности минералов занимается минералогия. Плотность камня рассчитывается путем деления массы минерала-образца в единице объема на массу воды того же объема при температуре 4 ⁰С. К примеру, вес образца 200 грамм. Воды в том же объеме 40 грамм. В этом случае плотность данного камня будет равна 5.

Измеряется плотность камней в килограммах на метр кубический или граммах на сантиметр кубический.

Как найти плотность камня?

Каким же образом определяется плотность камня? Процедура достаточно проста – взвешиваем образец вначале в воздушной среде, затем в водной. Согласно закону Архимеда, полученная разница соответствует массе воды, которую вытесняет образец. Плотность вычисляем делением массы образца в воздухе на данную разницу.

В зависимости от плотности минералы могут быть легкими, средними, тяжелыми и очень тяжелыми. Например, плотность гранитного камня – 2 600 кг/м³. Для справки: плотность легких не превышает 2,5 г/см³, средних – колеблется в пределах от 2,5 до 4 г/см³, тяжелых – от 4 до 8 г/см³. Минералы плотностью выше 8 г/см³ относятся к очень тяжелым камням.

Плотность драгоценных камней

Помимо плотности и другой характеристики – твердости, минералы-самоцветы или драгоценные камни имеют и такую важную составляющую, как массу, измеряемую в граммах или каратах (у жемчуга – в гранах).

Чтобы уяснить соотношение данных единиц, запомните: 1 карат соответствует 200 миллиграммам, в одном гране 50 миллиграмм, то есть 1 карат равен четырем гранам. Точность измерения самоцветов – до двух десятичных знаков.

Пройдемте в лабораторию

Как измерить плотность драг. камней в лабораторных условиях? Лучше всего подходит для этого гидростатический метод. Его принцип был предложен греческим ученым Архимедом много столетий назад. Суть принципа, известного из школьного курса физики, такова: погруженное в жидкость тело выталкивается из неё силой, которая равна весу вытесненной данным телом жидкости.

Говоря проще, если подвесить камень и опустить в воду, то вес его уменьшится по сравнению с первоначальным на столько, сколько весит объем воды, вытесненной им. Понятно, что этот объем будет равен собственному объему камня.

Таким образом путем последовательного взвешивания камней в воздухе, а затем в воде мы сможем получить все нужные нам для расчёта данные.

Все – на природу!

Обратимся теперь к природным каменным материалам. Их, как известно, существует несколько видов. С практической точки зрения любую породу принято относить к одной из двух групп – прочным либо малопрочным.

Материалы первой группы имеют высокий показатель твердости и, чаще всего, строение средне- либо крупнозернистое. В так называемом невыветренном состоянии они обладают небольшим водопоглощением. У других (малопрочных) пород, как ясно из названия, прочность значительно ниже. Они же обладают гораздо более высокой степенью водопоглощения.

Читайте также:  Покраснение на коже полового члена

Иногда при распознавании видов породы камня требуется определить его твердость. В полевых условиях удобнее всего делать это с помощью т. н. относительной шкалы Мооса и дополнительных подручных средств. В качестве таких подручных средств могут выступать грифель, монета, кусок стекла, напильник, стальная игла или нож, обыкновенный либо алмазный стеклорез. Средняя плотность камня также важна при определении его породы. Определив данную величину, можно идентифицировать породу, обратившись к специальным таблицам.

Рассчитываем плотность природных камней

Как же вычислить среднюю плотность камня-образца? Оборудование, необходимое для этого, – весы с набором разновесов и навыки измерения объема образца, имеющего неправильную форму.

Легче всего это сделать, располагая мерным градуированным цилиндром объемом около полулитра. В такой цилиндр наливают 200-300 мл воды и помещают кусочек исследуемого каменного материала.

Суммарный объем помещенных в воду образцов узнают по количеству воды, вытесненной ими. Затем делением их массы на вычисленный объем получают среднюю плотность материала.

Что важно учесть?

Следует заметить, что данный метод годится лишь для плотных каменных пород с незначительным водопоглощением (не более 2 %). Если эта характеристика выше (до 5 %), сухой образец, предварительно взвесив, вначале необходимо поместить в водную среду для насыщения. Затем определяется средняя плотность вышеуказанным методом. Насыщение считается полным, если при водопоглощении вес прекращает прирастать.

Пористые камни (чаще всего это известняки или туфы) обладают малой прочностью. Их легко обработать – обычной ножовкой по металлу выпилить образец нужной формы (например, кубик) и путем измерения граней подсчитать его объем.

Сделай сам

При отсутствии в полевых условиях мерного цилиндра достаточного объема определить количество вытесненной воды можно следующим образом. В любом металлическом сосуде цилиндрической формы чуть ниже верха пробивается отверстие в стенке обычным гвоздем, затем туда вставляется трубочка, которую также можно изготовить самостоятельно, свернув любую пленку. Закрепляют ее в стенке цилиндра пластилином или любым подобным материалом.

Таким образом, получают походный объемомер. Если данный агрегат используется постоянно, трубочку имеет смысл припаять стальную или латунную.

Камни, сделанные руками человека

Всё написанное выше относилось к природным камням. А теперь пора поговорить и об искусственных. Они могут быть стеновыми, дорожными и бортовыми. Сюда же следует отнести бетонную кровельную черепицу и тротуарную плитку, а также всевозможные отмостки, лестничные ступени и элементы дымоходов.

При производстве практически всех перечисленных камней и в России, и за рубежом используется строгие технические стандарты. Они регламентируют все основные характеристики – качество исходных материалов, размеры и форму сечения, физико-механические показатели (в том числе плотность бетонных камней).

Зависят эти требования от предполагаемых условий эксплуатации и имеющегося в наличии материала.

Какими могут быть искусственные камни?

Бетон, из которого изготовляют камни, может являться тяжелым либо легким. Выполняемые из него искусственные камни, изготовляются полнотелыми либо пустотелыми. Нормативная характеристика средней объемной плотности для пустотелых камней не должна превышать 1 650 кг/м³, для полнотелых – 2 200 кг/м³.

Стеновые камни по уровню средней плотности (и, кроме того, теплопроводности) считаются эффективными (плотностью до 1 400 кг/м³), условно-эффективными (1 400-1 650 кг/м³) и тяжелыми (выше 1 650 кг/м³). Большинство из них сейчас производят из легкого бетона небольшой плотности (до 1 800 кг/м³).

Тяжелый бетон (в том числе песчаный) с высокой истираемостью и низким водопоглощением применяется при производстве бортовых или дорожных камней, а также тротуарной плитки, так как условия их эксплуатации более суровые, чем у стеновых.

Различаются искусственные камни и по заполнителю, которым может выступать кварцевый песок (считается мелким заполнителем) или прочные породы (крупный заполнитель). Например, плотность щебня из природного камня может быть различной в зависимости от фракции – степени измельчения. Состав заполнителя также немалым образом влияет на плотность искусственного камня.

Читайте также:  Атопический дерматит на груди

Истинная плотность (прежнее название – удельный вес) – масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор и пустот. Определяют по формуле ? = m / V, где m – масса материала, кг; V – абсолютный объем, занимаемый материалом (без пор и пустот), м 3 . Истинная плотность жидкостей и материалов, полученных из расплавленных масс (металла, стекла, а также гранита, мрамора и других подобных горных пород), практически соответствует их плотности в естественном состоянии, а пористых материалов – приводится к абсолютно плотному состоянию искусственным путем.

Истинная плотность – свойство, которое контролируются только при геологической разведке с подземными сетями.

Для горных пород, служащих сырьем при производстве облицовочных материалов, не имеет решающего значения при их оценке. Однако этот показатель позволяет косвенно выявить другие свойства камня, например вычислить его пористость.

Плотность различных материалов

Для определения истинной плотности камня его необходимо получить в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор. Простейший способ заключается в измельчении камня до такой степени, пока каждая его частица не будет иметь внутри себя пор. С этой целью вначале отбирают куски горной породы общей массой не менее 1 кг, тщательно очищают их щеткой от пыли и затем измельчают до крупности менее 5 мм, после чего перемешивают и сокращают пробу примерно до 150 г. Полученную пробу вновь измельчают до крупности менее 1,25 мм, перемешивают и сокращают до 30 г. Оставшуюся пробу вновь измельчают в порошок в фарфоровой ступке, насыпают в стаканчик для взвешивания, высушивают до постоянной массы и охлаждают до комнатной температуры, после чего отвешивают две навески по 10 г каждая. Каждую навеску насыпают в пикнометр (пикнос – плотный, метрео – измеряю, дословно с греческого «измеритель плотности») и заливают дистиллированной водой, заполняя пикнометр не более чем на половину объема. Затем его ставят на песчаную ванну или в водяную баню и кипятят содержимое в течение 15—20 мин для удаления пузырьков воздуха. После этого пикнометр обтирают насухо, охлаждают до комнатной температуры, доливают до метки дистиллированной водой и взвешивают на лабораторных весах. Далее прибор освобождают от содержимого, промывают, наполняют до метки дистиллированной водой и вновь взвешивают.

Истинную плотность р, кг/м 3 , вычисляют по формуле

где m – навеска порошка, высушенного до постоянной массы, г; m1 – масса пикнометра с дистиллированной водой, г; m2— то же, с навеской и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г; р„ – истинная плотность воды: рв = 1 г/см 3 .

Средняя плотность ? (прежнее название – объемная масса) – масса единицы объема материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и пустотами. Определяется по формуле ? = m / V1, где m – масса материала, кг; V1 – объем материала в естественном состоянии, м 3 . Средняя плотность металла и стекла практически равна их истинной плотности, у большинства строительных материалов она, как правило, меньше (из-за наличия пор).

Для каждого материала стандарты устанавливают значение влажности, при котором вычисляют среднюю плотность, необходимую для расчета пористости, теплопроводности и теплоемкости материалов, определения стоимости их перевозок и расчета прочности конструкций с учетом их собственной массы.

Истинная и средняя плотности широко используемых материалов показаны в табл. 1.

Средняя плотность – физическое свойство облицовочного камня, используемое обычно при его общей характеристике. Этим показателем пользуются при вычислении массы изделий из камня по их объему или при определении объема, когда известна масса изделий. Кроме того, используя среднюю плотность, определяют пористость камня и некоторые другие показатели. Особенно важное значение имеет это свойство для горных пород, используемых при производстве стеновых материалов, где значение этого показателя не должно превышать 2100 кг/м 3 .

Читайте также:  Понос как первый признак беременности

Для определения средней плотности берут пять образцов кубической формы с размером ребра 40—50 мм или цилиндры диаметром и высотой 40—50 мм. Каждый образец очищают щеткой от рыхлых частиц и высушивают до постоянной массы, после чего взвешивают на настольных (гирных) или циферблатных весах. Затем измеряют размеры кубов или цилиндров камня и вычисляют объемы образцов.

Среднюю плотность каждого образца вычисляют по формуле, приведенной в § 2. Средняя плотность горной породы будет средним арифметическим результатом определения этой характеристики для пяти образцов. Значения средней плотности у наиболее распространенных видов облицовочного камня СНГ даны в приложении.

Среднюю плотность сыпучих (рыхлых) материалов (цемента, извести, песка, гравия, щебня) называют насыпной средней плотностью (прежнее название – насыпная объемная масса). В объем сыпучих материалов включают не только объем пор в самом материале, но и пустот между зернами или кусками материала.

Таблица 1. Плотность материалов в воздушно-сухом состоянии

Значение плотности, кг/м 3 Значение плотности, кг/м 3
средней средней
11300—11400 Известняк плотный 2100—2400
8300—8900 Песок кварцевый ,1400—1900
7800—7900 Стекло строительное 2500—3000
7800 Цемент 800—1300
2800 Бетон тяжелый 1800—2500
2500—2900 Базальт 2700—3200
3200 Гравий 1400—1600
3000 Кирпич глиняный 1600—1900
2600—2900 Минеральная вата 75—400
2200—2800 Сосна 500—600
2650—2750 Свойства натурального камня

Природный камень издавна считается символом богатства, стабильности и долговечности. С годами камень не только приобретает ценность, но, зачастую, изменяет форму и цвет, подражая загадочному хамелеону. В природе насчитывается более 8000 разновидностей природного камня.

Типы пород по происхождению

По своему происхождению камни делятся на три вида. Магматические, или вулканические породы – граниты, сиениты, габбро, вулканические туфы, тешениты – образованы застывшей магмой. Осадочные породы – песчаники, доломиты, известняки, гипсовые камни – рождаются путем образования осадка из органических и неорганических веществ на поверхности земли или на дне водоемов. Метаморфический вид, объединяющий мрамор, сланцы, кварциты и гнейсы, появляется под влиянием высоких температур и давления.

Прочность натурального камня

Природные камни различаются не только своей декоративностью, но и по прочности, плотности, пористости, водопоглощению и показателем истираемости. От прочности зависит износостойкость материала. Природные камни высокой прочности начинают разрушаться не ранее чем через 500 лет (гранит, кварцит, сланец), а средней прочности поддаются разрушению через 50-75 лет (доломит, известняк, травертин). Такие материалы как ракушечник поддаются разрушению через 30 – 50 лет. Но за счет специальных гидрофобизирующих средств, которые способны существенно повысить стойкость материала к негативным внешним воздействиям, решается главная проблема невысокой механической прочности таких природных материалов. После специальной обработки камень может использоваться даже в местах с жесткими погодными условиями.

Плотность натурального камня

Плотность – это масса единичного объема вещества. От этого показателя зависит вес конструкции: чем выше плотность камня, тем конструкция будет тяжелее. По плотности камни делятся на легкие (плотность до 2200 кг/м3): доломиты, известняки, травертин и ракушечник. И тяжелые (плотность более 2200 кг/м3): кварциты, сланцы, граниты. Плотность зависит от пористости породы и минералов, входящих в ее состав. От пористости зависит водопоглощение и, соответственно, соле- и кислотостойкость. А это основные показатели, влияющие на долговечность материала. Кроме того, общая пористость определяет прочность, теплопроводность, полируемость, обрабатываемость, декоративность камня и другие качественные характеристики.

“>

Оцените статью
MyPochki.ru
Добавить комментарий

Adblock detector