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材料科学
题目

用容积为 10 mathrm(~L),质量为 6.20 mathrm(~kg) 的标准容器,用规定的方法装入干燥砾石并刮平,称得总质量为 21.30 mathrm(~kg) 向容器内注水至平满,使砾石吸水饱和后,称其总质量为 26.70 mathrm(~kg),将砾石取出擦干表面称得质量为 17.30 mathrm(~kg),求该砾石的表观密度、堆积密度、空隙率、开口孔隙率。

用容积为 $10 \mathrm{~L}$,质量为 $6.20 \mathrm{~kg}$ 的标准容器,用规定的方法装入干燥砾石并刮平,称得总质量为 $21.30 \mathrm{~kg}$ 向容器内注水至平满,使砾石吸水饱和后,称其总质量为 $26.70 \mathrm{~kg}$,将砾石取出擦干表面称得质量为 $17.30 \mathrm{~kg}$,求该砾石的表观密度、堆积密度、空隙率、开口孔隙率。

题目解答

答案

根据题目数据: 1. 堆积密度: \[ ρ' = \frac{15.10\,\text{kg}}{0.01\,\text{m}^3} = 1510\,\text{kg/m}^3 \] 2. 表观密度: \[ V₀ = 0.01\,\text{m}^3 - 0.0032\,\text{m}^3 = 0.0068\,\text{m}^3 \] \[ ρ₀ = \frac{17.30\,\text{kg}}{0.0068\,\text{m}^3} \approx 2544\,\text{kg/m}^3 \] 3. 空隙率: \[ P = 1 - \frac{0.0068}{0.01} = 32\% \] 4. 开口孔隙率: \[ P₀ = \frac{0.0022}{0.0068} \approx 32.4\% \] 答案: 表观密度 ≈ 2544 kg/m³, 堆积密度 = 1510 kg/m³, 空隙率 = 32%, 开口孔隙率 ≈ 32.4%。

解析

本题主要考查了砾石的表观密度、堆积密度、空隙率和开口孔隙率的计算,解题的关键在于根据题目所给的不同状态下的质量和容器容积,结合相应的计算公式逐步求解。

  1. 计算砾石的质量:
    • 已知标准容器质量$m_1 = 6.20\mathrm{kg}$,装入砾石后总质量$m_2 = 21.30\mathrm{kg}$。
    • 根据公式$m = m_2 - m_1$,可得砾石质量$m = 21.30 - 6.20 = 15.10\mathrm{kg}$。
  2. 计算砾石的堆积密度$\rho'$:
    • 堆积密度的计算公式为$\rho'=\frac{m}{V}$,其中$m$为砾石质量,$V$为容器容积。
    • 已知容器容积$V = 10\mathrm{L}=10\times10^{-3}\mathrm{m}^3 = 0.01\mathrm{m}^3$,砾石质量$m = 15.10\mathrm{kg}$。
    • 则堆积密度$\rho'=\frac{15.10\mathrm{kg}}{0.01\mathrm{m}^3}=1510\mathrm{kg/m}^3$。
  3. 计算砾石的饱和面干质量$m_{sat}$:
    • 已知向容器内注水至平满,使砾石吸水饱和后总质量$m_3 = 26.70\mathrm{kg}$,容器质量$m_1 = 6.20\mathrm{kg}$。
    • 则饱和面干质量$m_{sat}=m_3 - m_1 - V\times\rho_w$,其中$\rho_w = 1000\mathrm{kg/m}^3$为水的密度。
    • 代入数据可得$m_{sat}=26.70 - 6.20 - 0.01\times1000 = 10.50\mathrm{kg}$。
  4. 计算砾石的开口孔隙体积$V_{op}$:
    • 已知将砾石取出擦干表面称得质量$m_4 = 17.30\mathrm{kg}$。
    • 开口孔隙体积$V_{op}=\frac{m_4 - m_{sat}}{\rho_w}=\frac{17.30 - 10.50}{1000}=0.0068\mathrm{m}^3$。
  5. 计算砾石的表观密度$\rho_0$:
    • 表观密度的计算公式为$\rho_0=\frac{m_4}{V_0}$,其中$V_0$为砾石的实体积。
    • 砾石的实体积$V_0 = V - V_{op}=0.01 - 0.0068 = 0.0032\mathrm{m}^3$。
    • 则表观密度$\rho_0=\frac{17.30\mathrm{kg}}{0.0032\mathrm{m}^3}\approx2544\mathrm{kg/m}^3$。
  6. 计算砾石的空隙率$P$:
    • 空隙率的计算公式为$P = 1-\frac{V_0}{V}$。
    • 代入数据可得$P = 1-\frac{0.0032}{0.01}=32\%$。
  7. 计算砾石的开口孔隙率$P_0$:
    • 开口孔隙率的计算公式为$P_0=\frac{V_{op}}{V_0}$。
    • 代入数据可得$P_0=\frac{0.0068}{0.0032}\approx32.4\%$。

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