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            固體密度助力“交通大國”向“交通強國”跨越

            固體密度助力“交通大國”向“交通強國”跨越
            安東帕  2021-02-26  |  閱讀:962

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            截至2019年底,中國公路以里程501.3萬公里,其中高速公路15萬公里,位居世界第一。正在從交通大國向交通強國邁進。

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            水泥和瀝青是公路建設(shè)的兩個最基本的建筑材料,在整個建設(shè)過程中起到至關(guān)重要的作用。固體密度是建筑材料的一個重要特性,可以用來控制從原料粉末到形成最終產(chǎn)品整個生產(chǎn)過程的材料質(zhì)量。水泥和瀝青等建筑材料的密度對于其生產(chǎn)及性能上起著重要作用。使用Ultrapyc 系列儀器測試骨架密度,結(jié)合Autotap測試振實密度,可以提供建筑材料的一些重要屬性參數(shù),比如粉末純度、密度和板材孔隙率。

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            Ultrapyc5000 

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            Autotap

             

            建筑材料純度

            用Ultrapyc 5000 來測試商用水泥修補劑和白云石的骨架密度。水泥修補劑的主要成分是石英(2.67 g/cm3)和白云石(2.85 g/cm3),如樣品密度和這兩者的理論密度不同,說明樣品中含有不同的雜質(zhì)。由于材料是粉末,所以選擇Ultrapyc 5000的PowderProtect模式,即從參考池投氣到樣品池,以防止粉末的揚塵,并可以設(shè)置高的目標(biāo)壓力來得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。見表1、表2,可以看到數(shù)據(jù)重復(fù)性很好。

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            結(jié)果表明,白云石純度在誤差范圍內(nèi)為100%。由于水泥是由多種組分混合形成,因此很難確定其純度。如果測量的骨架密度大于純石英的密度,說明雜質(zhì)是密度較高的成分,比如生石灰(CaO)。

             

            振實密度

            有些材料在制造業(yè)中用作潤滑劑??梢酝ㄟ^密度測試評估材料的流動性,用下方的公式計算得到Hausner比值(HR)和壓縮指數(shù)(CI):

            HR=Vo/Vf

            CI=100*(Vo-Vf)/Vf

            其中,V0是振動之前的初始體積,Vf是振動后不再具有壓縮性的最終體積。

            用Autotap測試商用水泥修補劑的振實密度,取樣量為136.07 g。測試結(jié)果見表3,這些結(jié)果也說明水泥修補劑的流動性比較差。

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            瀝青密度

            瀝青/柏油的密度可用于在銷售產(chǎn)品時,將體積換算為質(zhì)量。當(dāng)開發(fā)強力的新產(chǎn)品或檢測瀝青蒸餾樣品時,密度值被作為將瀝青/柏油分類的依據(jù)。以前的測試遵循ASTM D70表征,過程長且容易弄臟實驗區(qū)域。安東帕康塔的Ultrapyc系列儀器使測試過程快速、簡單、整潔。

            測試溫度為25℃,樣品選取了一種商用瀝青替代品(一種瀝青填充物)。為了高效干凈的測試瀝青替代品的密度,測試過程使用了一次性鋁杯。如圖1所示。

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            圖1 (a)一次性鋁杯和樣品池,(b)一次性鋁杯放入樣品池,(c)裝入樣品

             

            首先,測試空的一次性鋁杯體積。然后,將瀝青替代品裝滿鋁杯,并一同放入樣品池。按照參考池優(yōu)先模式測試,以減少蒸汽壓的影響,并且確保沒有材料污染儀器。整個測試包括,將樣品倒入鋁杯中,輸入測試參數(shù),進行測試,準(zhǔn)備儀器進行下一次的測試(處理一次性鋁杯/樣品)。整個過程在30分鐘內(nèi)可以完成,見表4、表5。

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            水泥塊開孔率

            板材的強度和溶解性可以通過骨架密度計算的開孔率來評估。取水泥和瀝青替代品按照包裝的方式進行準(zhǔn)備并硬化。將硬化的固塊材料在Ultrapyc 5000上測試,溫度控制在25℃。從表6、表7,可以看到數(shù)據(jù)良好的重復(fù)性。結(jié)合體積利用下面公式可以計算孔隙率結(jié)果,水泥為31.3%,瀝青替代品為37.6%。

            %porosity=100*(VB-VS)/VB

            其中,VB是幾何體積,VS是骨架體積。

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            Ultrapyc 5000是建筑材料密度測試的最佳選擇。其高精度的測試結(jié)果和易重復(fù)測量確保整個測試過程更加便捷簡單。而且如上面所說的,對于水泥和瀝青這類建筑材料,可以進一步表征純度和孔隙率等特性。精準(zhǔn)的骨架密度測量可以使研究人員快速評估并篩選新型材料。此外,對于瀝青測試,與ASTM D70和EN 15326等傳統(tǒng)方法相比,氣體比重法更快、更清潔、更準(zhǔn)確。

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            安東帕中國總部

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