GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM GỐM SỬ - BÀI 5 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG, KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH, ĐỘ XỐP VÀ ĐỘ HÚT NƯỚC doc

BÀI 5
XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG, KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH,
ĐỘ XỐP VÀ ĐỘ HÚT NƯỚC

5.1. Khối lượng riêng γ
r
(hay mật độ thực) theo TCVN 177:1986
Khối lượng riêng của gốm sứ, vật liệu chịu lửa (bao gồm sản phẩm và nguyên
liệu) là tỉ lệ giữa khối lượng mẫu đã sấy khô ở nhiệt độ 105 – 110
0
C đến khối
lượng không đổi và thể tích thực của nó (thể tích của mẫu trừ thể tích lổ rỗng hay
lổ xốp).
Khối lượng riêng phụ thuộc chủ yếu vào số lượng và khối lượng riêng của pha
tinh thể có trong sản phẩm. Số lượng pha tinh thể càng nhiều, khối lượng riêng của
nó càng lớn thì khối lượng riêng của cả sản phẩm càng cao. Ví dụ côrun tinh khiết
có khối l
ượng riêng 3,9 – 4 g/cm
3
. Khi có lẫn tạp chất dẫn đến tạo pha thuỷ tinh và
các pha tinh thể khác làm cho khốilượng riêng giảm đi rõ rệt.
Xác định khối lượng riêng bằng hai phương pháp: phương pháp cân thuỷ tĩnh
và phương pháp picnômet. Độ chính xác của hai phương pháp này như nhau, tuy
nhiên phương pháp cân thuỷ tĩnh nhanh
hơn.
5.1.1. Dụng cụ
- Tủ sấy khống chế được nhiệt độ;
- Bình khối lượng riêng, dung tích
25ml;
- Cân phân tích (chính xác tới 0.001g);
- Phụ tùng cân thủy tĩ

nh của cân phân
tích;
- Cốc có độ chảy tràn;
- Bình hút ẩm;

5.1.2. Chuẩn bị mẫu thử
- Lấy một miếng mẫu (25 – 50 g) nghiền trong cối đồng sau đó cho qua sàng
0,2mm;
- Rải bột đã sàng trên giấy láng sạch, dùng nam châm hút hết mạt sắt;
- Mẫu thử đựng trong bình hoặc bao kín, và được đánh số để tránh nhầm lẫn;
- Trước khi thử, mẫu phải được sấy khô đến khối lượng không đổi
ở nhiệt độ
105-110
o
C. Khối lượng không đổi là khối lượng mà hiệu số giữa hai lần cân kế
tiếp nhau không lớn hơn 1% khối lượng mẫu, khi thời gian sấy giữa hai lần cân kế
tiếp đó không ít hơn 1h. Sau đó mẫu được giữ trong bình hút ẩm cho đến khi đem
thử. Đối với mẫu lấy từ sản phẩm mới ra lò thì không cần phải sấy.
5.1.3. Tiến hành
Khối lượng riêng của vật liệu gốm lọc được xác định bằng cách cân thủy tĩnh
mẫu th
ử đã tách hết không khí.
Tách không khí theo một trong hai phương pháp sau:
- Phương pháp chân không;
- Phương pháp đun sôi.
Ta dùng phương pháp đun sôi.
Sấy khô bình khối lượng riêng và để nguội đến nhiệt độ phòng. Lấy 5 g mẫu
thử cho vào bình, rót vào bình một lượng nước bằng ¼ thể tích bình để rửa sạch
mẫu thử bên trong thành bình và cho toàn bộ mẫu thử ngập trong chất lỏng;
Tách không khí khỏi mẫu thử theo phương pháp đun sôi được tiến hành như

sau:
đặt bình khối lượng riêng chứa mẫu thử đã được cố định ở vị trí hơi nghiêng
giá đỡ 3 chân vào dung dịch muối bão hòa ngập đến ¼ chiều cao của bình. Đặt
dưới đáy bình một tấm lưới kim loại, đun sôi từ từ dung dịch muối trong 30 phút
(chú ý không để mẫu thử tràn khỏi bình khi đun sôi). Sau đó lấy bình ra khỏi dung
dịch rồi làm nguội bằng nước lạnh và rửa muối bám ngoài bình;
Sau khi tách không khí kh
ỏi mẫu thử, đổ nước đã tách hết không khí (đun sôi
nước cất trong 15÷20 phút) vào tới vạch mức của bình khối lượng riêng. Đặt bình
vào nước cất trong 2 h, để bình chứa mẫu thử và nước ở cùng nhiệt độ phòng;
Tiến hành cân thủy tĩnh bình khối lượng riêng chứa mẫu thử, bằng cách: lấy
đĩa cân bên trái ra và treo vào đó một quả cân có móc rồi cân bằng khối lượng ở
đĩa cân bên phải. Treo dưới qu
ả cân một dây treo vào bình khối lượng riêng. Vòng
treo làm bằng đồng đường kính 0,3 – 0,4 mm. Nhúng bình, vòng treo và một phần
dây treo ngập trong cốc thủy tinh có ống tràn để giữ mức chất lỏng cố định. Cân
thủy tĩnh để xác định khối lượng của mẫu thử, vòng treo và dây treo.
Chú ý
- Nước đổ vào cốc phải lấy từ chậu nước đã dùng để điều hòa nhiệt độ,
- Quanh bình không được có bọt khí, nên khi đặt bình vào chất l
ỏng phải
đặt hơi nghiêng và xoay quanh trục thẳng đứng.
Sau khi cân thủy tĩnh xong, đổ mẫu thử ra, rửa sạch bình rồi đổ nước vào tới
vạch mức của bình khối lượng riêng và cân thủy tĩnh như trên để xác định khối
lượng bình không chứa mẫu thử, vòng treo và dây treo.
5.1.4. Tính kết quả
Khối lượng riêng (
r
ρ
, g/cm

3
) được tính theo công thức:
()
21
1
r
mmm
mρ
V
m
ρ
−−
==

trong đó
m- khối lượng mẫu thử, g;
V- thể tích thực, tính theo công thức:
()
1
21
ρ
mmm
V
−−
=
trong đó
1
ρ
- khối lượng riêng của nước, g/cm
3

;
m
1
- khối lượng bình chứa mẫu thử với vòng và dây treo, g;
m
2
- khối lượng bình không.
Khối lượng riêng của nước thay đổi theo nhiệt độ như sau:
13÷19
o
C 0.999 g/cm
3
;
18÷23
o
C 0.998 g/cm
3
;
24÷27
o
C 0.997 g/cm
3
;
28÷31
o
C 0.996 g/cm
3
.
Kết quả xác định khối lượng riêng của vật liệu cho trong bảng sau

5.2. Phương pháp xác định độ hút nước, độ xốp và khối lượng thể tích (TCVN
178:1986)
5.2.1. Khái niệm
- Độ hút nước là tỉ lệ giữa nước ngấm đầy mẫu thử và khối lượng mẫu khô,
tính bằng %.
- Độ xốp biểu kiến là tỉ lệ giữa thể tích mẫu thử, tính bằng %.
- Khối lượng thể tích là tỉ lệ giữa khối lượng mẫu khô và thể tích mẫu th
ử (thể
tích có kể đến lổ xốp) tính bằng g/cm
3
.
Dựa theo độ hút nước, độ xốp và khối lượng thể tích có thể phán định trạng
thái kết khối và khoảng nhiệt độ kết khối của xương sứ hay của sản phẩm vật liệu
chịu lửa.
5.2.2. Thiết bị thử
- Tủ sấy;
- Cân kỹ thuật có độ chính xác 0.1g;
- Bình đun sôi;
- Cân thủy tĩnh;
- Bình hút ẩm.
5.2.3. Chuẩn bị mẫu thử
Lấ
y mẫu thử có thể tích 100 – 200 cm
3
như hình vẽ sau

Dùng bàn chải quét sạch bụi bám trên mẫu, sấy mẫu đến khối lượng không đổi
ở nhiệt độ 105÷110
o
C. Đối với sản phẩm mới ra lò thì không cần phải sấy;

Sau khi sấy mẫu, làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng rồi cân
ngay khối lượng mẫu (m
1
).
5.2.4. Tiến hành thử
- Ngâm mẫu thử trong nước để mẫu ngấm đầy chất lỏng theo phương pháp đun
sôi.
- Đặt mẫu thử trên tấm lưới ở đáy bình và đun sôi cho nước thấm vào lỗ hở
trong 3 h. Làm nguội trong nước không ít hơn 1 h. Mực nước trong bình phải ngập
mẫu thử 2-3 cm;
Khi mẫu thử đã nguội, đem cân mẫu trong không khí (m
2
) và trong chất lỏng (m
3
);
- Trước khi cân mẫu trong không khí, lấy mẫu ra khỏi bình nước, dùng khăn
ướt thấm nhẹ nước còn lại đọng ở mặt ngoài mẫu thử (không được ấn lên mặt mẫu
thử);
- Cân thủy tĩnh mẫu thử bằng cách thay đĩa cân trái của cân kỹ thuật bằng một
lưới đồng thưa để đặt mẫu thử, trên treo một đĩa cân nhỏ. Lưới đồng nhúng ngập
trong cốc nướ
c có ống chảy tràn để giữ mức nước cố định (xem hình).


5.2.5. Tính kết quả
- Độ hút nước (H, %)
100
m
mm
H

1
12
⋅
−
= (%)
- Độ xốp biểu kiến (X
bk
, %)

100
mm
mm
X
32
12
bk
⋅
−
−
=
(%)
- Độ xốp thực (X
t
, %)

100
ρ
ρρ
X
r

vr
t
⋅
−
=
- Khối lượng thể tích (
v
ρ
, g/cm
3
)
100
mm
m
ρ
32
1
v
⋅
−
=
Trong đó: m
1
- khối lượng mẫu khô, cân trong không khí, g
m
2
- khối lượng mẫu ngấm đầy nước cân trong không khí, g
m
3
- khối lượng mẫu cân trong nước, g

v
ρ
- khối lượng riêng của vật liệu đem thử, g/cm
3
Kết quả xác định độ hút nước, độ xốp và khối lượng thể tích của vật liệu cho
trong bảng như sau