In molti settori, oltre che nell'edilizia e nell'agricoltura, viene utilizzato il concetto di "densità del materiale". Questo è un valore calcolato, che è il rapporto tra la massa di una sostanza e il volume che occupa. Conoscendo un tale parametro, ad esempio per il calcestruzzo, i costruttori possono calcolarne la quantità richiesta quando si versano varie strutture in cemento armato: blocchi da costruzione, soffitti, pareti monolitiche, colonne, sarcofagi protettivi, piscine, chiuse e altri oggetti.
Come determinare la densità
È importante notare che quando si determina la densità dei materiali da costruzione, è possibile utilizzare tabelle di riferimento speciali, in cui questi valori sono forniti per varie sostanze. Sono stati inoltre sviluppati metodi e algoritmi di calcolo che consentono di ottenere tali dati nella pratica in assenza di accesso ai materiali di riferimento.
Densità determinata da:
- corpi liquidi con un dispositivo idrometro (ad esempio, il noto processo di misurazione dei parametri dell'elettrolita di una batteria per auto);
- sostanze solide e liquide che utilizzano la formula con dati di massa iniziali noti evolume.
Tutti i calcoli indipendenti, ovviamente, avranno delle imprecisioni, perché è difficile determinare in modo affidabile il volume se il corpo ha una forma irregolare.
Errori nelle misurazioni della densità
Per calcolare con precisione la densità del materiale, è necessario tenere conto di quanto segue:
- L'errore è sistematico. Appare costantemente o può cambiare secondo una certa legge nel processo di più misurazioni dello stesso parametro. Associato all'errore della scala dello strumento, alla bassa sensibilità del dispositivo o al grado di precisione delle formule di calcolo. Quindi, ad esempio, determinando il peso corporeo usando i pesi e ignorando l'effetto dell'assetto, i dati sono approssimativi.
- L'errore è casuale. È causato da ragioni in entrata e ha un effetto diverso sull'affidabilità dei dati determinati. Cambiamenti di temperatura ambiente, pressione atmosferica, vibrazioni nella stanza, radiazioni invisibili e vibrazioni dell'aria: tutto questo si riflette nelle misurazioni. È completamente impossibile evitare tale influenza.
- Errore nell'arrotondamento dei valori. Quando si ottengono dati intermedi nel calcolo delle formule, i numeri hanno spesso molte cifre significative dopo la virgola. La necessità di limitare il numero di questi caratteri implica la comparsa di un errore. Questa imprecisione può essere parzialmente ridotta lasciando nei calcoli intermedi diversi ordini di grandezza in più rispetto a quanto richiesto dal risultato finale.
- Gli errori negligenti (mancati) sono dovuti a erroricalcoli, errata inclusione dei limiti di misura o del dispositivo nel suo complesso, illeggibilità delle registrazioni di controllo. I dati ottenuti in questo modo possono differire notevolmente da calcoli simili. Pertanto, dovrebbero essere eliminati e il lavoro svolto di nuovo.
Misurazione della densità reale
Considerando la densità del materiale da costruzione, è necessario tener conto del suo vero valore. Cioè, quando la struttura della sostanza di un volume unitario non contiene gusci, vuoti e inclusioni estranee. In pratica non c'è uniformità assoluta quando, ad esempio, il calcestruzzo viene colato in uno stampo. Per determinarne la reale resistenza, che dipende direttamente dalla densità del materiale, si effettuano le seguenti operazioni:
- La struttura è ridotta allo stato di polvere. A questo punto, sbarazzati dei pori.
- Asciugare in forno a una temperatura superiore a 100 gradi, l'umidità residua viene rimossa dal campione.
- Fare raffreddare a temperatura ambiente e passare al setaccio fine con maglie di 0,20 x 0,20 mm, per uniformare la polvere.
- Il campione risultante viene pesato su una bilancia elettronica ad alta precisione. Il volume viene calcolato in un metro volumetrico immergendolo in una struttura liquida e misurando il liquido spostato (analisi picnometrica).
Il calcolo viene effettuato secondo la formula:
p=m/V
dove m è la massa del campione in g;
V – volume in cm3.
La misurazione della densità in kg/m è spesso applicabile3.
Densità media del materiale
Aper determinare come si comportano i materiali da costruzione in condizioni operative reali sotto l'influenza di umidità, temperature positive e negative, carichi meccanici, è necessario utilizzare la densità media. Caratterizza lo stato fisico dei materiali.
Se la vera densità è un valore costante e dipende solo dalla composizione chimica e dalla struttura del reticolo cristallino della sostanza, la densità media è determinata dalla porosità della struttura. Rappresenta il rapporto tra la massa del materiale in uno stato omogeneo e il volume dello spazio occupato in condizioni naturali.
La densità media dà all'ingegnere un'idea della resistenza meccanica, del grado di assorbimento dell'umidità, della conduttività termica e di altri fattori importanti utilizzati nella costruzione degli elementi.
Il concetto di densità apparente
Introdotto per l'analisi di materiali edili sfusi (sabbia, ghiaia, argilla espansa, ecc.). L'indicatore è importante per calcolare l'uso conveniente di alcuni componenti della miscela edile. Mostra il rapporto tra la massa di una sostanza e il volume che occupa in uno stato di struttura libera.
Ad esempio, se si conoscono la densità apparente di un materiale granulare e la densità media dei grani, è facile determinare il parametro di vuoto. Nella fabbricazione del calcestruzzo, è più opportuno utilizzare un riempitivo (ghiaia, pietrisco, sabbia), che ha una minore porosità della sostanza secca, poiché per riempirlo verrà utilizzato il materiale cementizio di base, il che aumenterà il costo.
Indicatoridensità di alcuni materiali
Se prendiamo i dati calcolati di alcune tabelle, allora in esse:
- La densità dei materiali lapidei, che contengono ossidi di calcio, silicio e alluminio, varia da 2400 a 3100 kg per m3.
- Legno con supporto in cellulosa - 1550 kg per m3.
- Prodotti organici (carbonio, ossigeno, idrogeno) - 800-1400 kg per m3.
- Metalli: acciaio - 7850, alluminio - 2700, piombo - 11300 kg per m3.
Con le moderne tecnologie di costruzione degli edifici, l'indice di densità del materiale è importante dal punto di vista della resistenza delle strutture portanti. Tutte le funzioni termoisolanti e impermeabili all'umidità sono svolte da materiali a bassa densità con struttura a celle chiuse.
