Определение плотности и структурных характеристик

Мелкокускового торфа

 

Плотность торфа является важной характеристикой, которая используется во многих технологических расчетах (при определении цикловых сборов, выхода воздушно-сухого торфа, усадки торфа, осадки торфяной залежи и др.).

Плотность торфа и других дисперсных систем (ρ) определяют как

                                                  , кг/м³,                                                                            (1)

где m – масса вещества, кг; V – его объем, м³,

или                                 , кг/м³,

где m_с – масса сухого вещества, кг; V_с – его объем, м³; m_в – масса воды, кг; V_в – объем, занятый водой, м³; V _г – объем, занятый воздухом, м³.

Существует понятие плотности скелета торфа r_ск – отношение массы сухого вещества торфа (скелета) ко всему объему торфа.

.                                                (2)

Понятие плотности скелета часто используется в теории сушки для характеристики минерализации торфа при сельскохозяйственном использовании месторождений, при компрессионных исследованиях и т.д.

Значения плотности торфа и торфяной продукции приведены в таблице 1.

 

Таблица 1. Плотность торфа и торфяной продукции

 

Вид продукции, сырья	Плотность, кг/м^3
	торфа и готовой продукции	скелета торфа
Неосушенная торфяная залежь	1000	110
Осушенная залежь:
при экскаваторном способе добычи	800-1000	120-110
при фрезерном способе добычи	600-900	150-220
в пахотном горизонте торфяных почв	600-1000	200-400
Торф фрезерный (насыпная плотность)	200-500	120-300
Торф кусковой:
в штабелях	300-500	200-330
в отдельных кусках	400-1000	270-600
Торфяной брикет	1100-1490	–
Изоплиты	170-250	–
Подстилки:
насыпная	100-150	60-90
прессованная в кипы	170-250	100-150
Торфяные удобрения 60% - ой влажности	500-600	–

 

  Плотность торфа в залежи зависит от степени разложения, влажности, типа торфа и для инженерных расчетов берется из таблиц С.А. Сидякина или может быть рассчитана по уравнениям:

для верхового торфа

;                                           (3)

для низинного торфа

.                                      (4)

Здесь ρ в кг/м³, R и ω в %.

  Плотность торфа и торфяной продукции определяется разными методами. Все они отличаются между собой приемами определения объема. 

Плотность торфа в залежи ­определяют методом режущего кольца. С этой целью кольцо с заостренными кромками и известным объемом вдавливается в залежь. Вынутый вместе с кольцом торф зачищается по торцам и взвешивается. Масса торфа, деленная на объем кольца, дает плотность в залежи. Для получения достоверного результата число измерений должно быть не менее пяти. Точность определения растет с увеличением диаметра кольца.

Плотность рассыпного фрезерного торфа в лабораторных условиях определяют методом мерногоцилиндра, а в полевых условиях насыпную плотность торфа – методами мерного ящика, мерного цилиндра и радиобура (см. работу № 9). 

Плотность кускового торфа определяется методами волюменометра и гидростатического взвешивания.     

 Знание величины плотности дисперсной системы позволяет определить ее структурные характеристики: пористость, влаго- и газонасыщенность.

  Пористостью торфа n называется отношение объема пор V_n, занятых водой и воздухом, ко всему объему образца V, выраженное в процентах:

n = , %                                                (5)

или                                          n = , %.

  Зная влажность ω (определяется заранее), плотность сухого вещества торфа ρ_с и его объемную плотность  ρ,   пористость можно рассчитать по формуле

n = 100 - , %                                      (6)

  Соответственно влагонасыщенностьn_в определяется:

n_в = , %;                                               (7)

                                               n_в = , %,                                              (8)

где Δ_в – плотность воды, кг/м³.

Газонасыщенность n _г

n _г =  = n - n_в, %,                                      (9)

или                                n _г = 100 -  - , %.                             (10)

   Целью работы является определение плотности кускового торфа методами волюменометра и гидростатического взвешивания (основанными на законе Архимеда).

   Волюменометр – это цилиндрический сосуд с сообщающейся стеклянной трубкой, снабженной шкалой. Если до погружения образца отсчет по шкале волюменометра будет δ₁, а после погружения δ₂, то объем его можно рассчитать по формуле

V=(δ₂-δ₁)· K,                                             (11)

 где К – цена деления шкалы волюменометра, см³/дел.

Простейший метод определения К состоит в определении d₁ и d₂ и расчете К:

                                              К = ,                                     (12)

где d₁, d₂ и Δδ (величина одного деления) измеряется в сантиметрах.

   Определение объема методом гидростатического взвешивания основано на законе Архимеда

F=m_ж,

где F – выталкивающая сила, кг; m_ж – масса вытесненной жидкости, кг.

   Подставив m_ж в виде V_ж·ρ_ж или V·ρ_ж (объем почвы V равен объему вытесненной жидкости V_ж), получим

V = .

   Выталкивающую силу находят из опыта как разность массы образца на воздухе m и массы его в жидкости m^'.

Следовательно,                            V= ,                                             

 тогда плотность                            ρ= .                                                (13)

 

Последовательность выполнения работы

 

1. Два куска торфа взвешивают по отдельности на технических весах с точностью до ± 0,05 г. Номера и их массы записывают в табл. 2 и 3.

2. Записывают в тетрадь характеристику и влажность образцов.

3. Цена деления шкалы волюменометра рассчитывается по формуле (12) или дается преподавателем.

4. Образцы по очереди погружают в волюменометр, предварительно сняв отсчет δ₁.

5. После погружения образцов в жидкость снимают отсчет δ₂.

6. Объем образца определяют по формуле (11), а плотность – по формуле (1).

7. Образцы взвешивают на технических весах погруженными в жидкость m^l.

8. Плотность образцов определяют по формуле (13).

9. Используя формулы (6), (8) и (10), рассчитывают пористость, влаго- и газонасыщенность образцов.

10. Результаты определений плотности и структурных характеристик образцов заносят в табл. 2 и 3.

 

Характеристика образцов

 

Куски торфа

ω = %

Метод волюменометра

Цена деления шкалы:

d₁=5,2 см; d₂=0,7 см; Δδ=0,1 см.

 

Таблица 2. Результаты определения плотности образцов

 

Номер  образца	Масса образца, г	δ1	δ2	V, см^3	r, г/см^3	rср, г/см^3

 

  Метод гидростатического взвешивания

Таблица 3. Результаты определения плотности и структурных характеристик

образцов

 

Номер  образца	Масса образца на воздухе m, г	Масса образца в жидкости m^/, г	r, г/см^3	n, %	nв, %	nг, %

 

Контрольные вопросы

 

1. Плотность дисперсного материала. Примерные значения.

2. Методы определения плотности монолитов (кусков).

3. Понятия пористость, влаго- и газонасыщенность. Расчетные формулы.

4. Методы определения плотности торфа и его продукции.

5. Что влияет на плотность торфа?

 

Лабораторная работа № 9