Способ определения пористости керамических и силикатных материалов с помощью магнитной жидкости



Способ определения пористости керамических и силикатных материалов с помощью магнитной жидкости
Способ определения пористости керамических и силикатных материалов с помощью магнитной жидкости

 


Владельцы патента RU 2485482:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к области исследования строительных материалов и контрольно-измерительной технике, и может быть использовано для определения пористости керамических и силикатных материалов. Способ определения пористости материалов с помощью магнитной жидкости заключается в следующем: исследуемый образец, представляющий собой гладкий цилиндр с диаметром основания 6 мм и высотой 8 мм, выточенный из исследуемого образца кирпича, высушивается в сушильной печи в течение 24 часов при температуре 110°С. В течение 72 часов после сушки образцы пропитываются магнитной жидкостью концентрацией 10-15%. Для пропитки образца используется магнитная жидкость, представляющая собой коллоидный раствор наночастиц магнетита в керосине с объемной долей магнетита 10-15%. Этого времени хватает на то, чтобы образец полностью пропитался магнитной жидкостью. В дальнейшем проводится измерение кривых намагничивания цилиндра, пропитанного магнитной жидкостью, и образца магнитной жидкости такого же объема и такой же формы что и цилиндр, при помощи вибрационного магнитометра. По полученным кривым намагничивания определяются магнитный момент насыщения цилиндра, пропитанного магнитной жидкостью, и образца магнитной жидкости такого же объема и такой же формы что и цилиндр. Далее по следующей формуле определяется пористость П материала, из которого изготовлен цилиндр: ,

где mобр - магнитный момент насыщения образца (кирпичного цилиндра), пропитанного магнитной жидкостью, mмж - магнитный момент насыщения образца магнитной жидкости такого же объема и такой же формы, что и пропитанный образец. Техническим результатом изобретения является уменьшение материальных и временных затрат, трудоемкости процесса измерения и обработки результатов, а также получение высокоточных результатов измерения (погрешность определения пористости не превышает 3%). 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области исследования строительных материалов и контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения пористости керамических и силикатных материалов.

Уровень техники

Известно несколько способов определения пористости твердых материалов. К основным из них можно отнести способы, основанные на замещении порового пространства в материале жидкой или газообразной средой.

Так, например, существует способ определения пористости, заключающийся в том, что сначала измеряют первоначальный объем материала, затем размещают материал в камере с жидкостью. Увеличивают давление в камере для вдавливания жидкости в материал. Измеряют объем жидкости, вдавленной в материал. Учитывают в измеренном объеме жидкости поправку, связанную с наличием в материале газа. Определяют пористость материала по отношению измеренного объема жидкости, вдавленной в материал, с учетом поправки к первоначальному объему материала. Кроме этого перед размещением материала в камере с жидкостью в ней размещают эту жидкость. Увеличивают давление в камере и измеряют сжимаемость жидкости. Измеряют временную характеристику давления в камере и/или объема жидкости для нахождения в ней точки перегиба. После полного вдавливания жидкости в материал дополнительно увеличивают давление в камере и измеряют деформируемость материала. Учитывают в измеренном объеме жидкости дополнительные поправки, связанные сжимаемостью жидкости и деформируемостью материала (Патент РФ: RU 2172942 С1). Данный способ является достаточно точным.

Существует также способ измерения общей пористости материалов по заполнению их водой при повышенном давлении и комнатной температуре, заключающийся в том, что образец заполняют водой при давлении 300 атм и комнатной температуре. Пористость определяют по изменению массы образца после заполнения его водой (Патент РФ: RU 2263894 С1). Данный способ позволяет достаточно быстро получать необходимые результаты.

Способ определения пористости материалов с использованием газа заключается в следующем. Измерительную камеру герметично соединяют с контролируемым материалом. После откачивания воздуха из измерительной камеры увеличивают ее объем, осуществляя разрежение газа до давления, обеспечивающего возможность молекулярного течения газа через поры исследуемого материала. Измеряют этот объем измерительной камеры, фиксируют время начала процесса течения газа через материал, остаточное давление газа и температуру в камере в этот период. По полученным данным определяют пористость исследуемого материала (Патент РФ: RU 2305828 С1).

Существенным недостатком приведенных методов является сложность их практической реализации.

Существуют способы определения пористости материалов, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом.

Так, например, спектроскопический способ определения пористости материалов включает в себя изготовление образца исследуемого материала, размещение его перед источником инфракрасного излучения и регистрацию спектра. Предварительно строится градуировочная зависимость пористости от коэффициента поглощения по эталонным монолитным образцам, имеющим ту же химическую природу, что и исследуемый образец. По полученным данным определяется пористость материала, из которого изготовлен образец (Патент РФ: RU 2310188 С1).

Еще один способ определения пористости состоит в том, что образец материала высушивают, насыщают сорбатом, воздействуют на образец световым излучением через оптический элемент под углом, превышающим угол полного внутреннего отражения, и по изменению интенсивности отраженного в процессе насыщения образца сорбатом излучения определяют пористость материала, при этом между оптическим элементом и образцом материала размещают слой вспомогательного пористого материала, обладающего более высокой, чем исследуемый материал, молекулярно-капиллярной впитываемостью и имеющего толщину не менее глубины проникновения в него светового излучения (Патент РФ: RU 2035035 С1).

Существует также акустический звуковой метод определения открытой пористости материалов. Он заключается в том, что с помощью излучающего звуковые сигналы преобразователя в исследуемом изделии создаются изгибные или продольные механические колебания. Определяют массу и резонансную частоту основного тона изгибных или продольных вынужденных механических колебаний изделия. Далее по измеренным значениям массы и резонансной частоты с помощью уравнений регрессии или построенных на их основе номограмм определяют открытую пористость материала, из которого изготовлен образец (ГОСТ 25714-83).

Недостатком данных методов является сравнительно малая точность получаемых результатов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является способ определения величины пористости, основанный на замещении порового пространства в материале жидкой средой при нормальных условиях. Так, например, для определения пористости строительных материалов на керамической или силикатной основах чаще всего используется вода, в результате чего определение пористости сводится к определению водопоглощения материала.

Простейший способ определения пористости кирпича заключается в заполнении его пор водой. Предварительно кирпич высушивается до постоянного веса в сушильной печи при температуре 100-110°С. Затем высушенный кирпич ставится на ребро в ванну и постепенно заливается водой: сначала на 1/2, затем на 2/3 своей высоты и, наконец, совершенно покрывается водой. Постепенное заливание водой производится с той целью, чтобы полностью удалить воздух, заключенный в порах кирпича. Кирпич остается в воде от 24 до 72 час. Затем его взвешивают и таким образом узнают вес воды, заполнившей поры. Далее по известной формуле определяется водопоглощение в процентах.

К числу известных недостатков такого метода относятся трудоемкость процесса и большие временные затраты.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является определение пористости материалов с помощью магнитной жидкости. Магнитные измерения параметров магнитной жидкости и параметров образца, пропитанного такой жидкостью, проводятся с высокой точностью, характерной для предлагаемого метода (погрешность определения пористости не превышает 3%).

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к уменьшению материальных и временных затрат, трудоемкости процесса измерения и обработки результатов, а также к получению высокоточных результатов измерения.

Технический результат достигается с помощью использования в качестве пропитывающей образец среды магнитной жидкости, представляющей собой коллоидный раствор ферро- или ферримагнитных наночастиц (с средним размером 10 нм) в немагнитной жидкой среде (чаще всего керосине). Магнитные жидкости (магнитные коллоидные наносистемы) производятся на специализированных промышленных объектах.

Сущность метода определения пористости материалов с помощью магнитной жидкости заключается в следующем.

Исследуемый образец, представляющий собой гладкий цилиндр, диаметром основания 6 мм и высотой 8 мм, выточенный из исследуемого материала, высушивается в сушильной печи в течение 24 часов при температуре 110°С. В течение 72 часов после сушки образец пропитывается магнитной жидкостью средней концентрации. Проведенные опыты показывают, что 72 часов достаточно для того, чтобы образец полностью пропитался магнитной жидкостью. Для пропитки образца используется магнитная жидкость, представляющая собой коллоидный раствор наночастиц магнетита в керосине с объемной долей магнетита 10-15%. В дальнейшем проводится измерение кривых намагничивания цилиндра, пропитанного магнитной жидкостью, и образца магнитной жидкости такого же объема и такой же формы, что и цилиндр, при помощи вибрационного магнитометра. По полученным кривым намагничивания определяются магнитный момент насыщения цилиндра, пропитанного магнитной жидкостью, и образца магнитной жидкости такого же объема и такой же формы, что и цилиндр. Далее по формуле, выведенной ниже, определяется пористость материала, из которого изготовлен образец.

Известно, что магнитный момент некоторого однородного образца магнитного материала, намагниченного до насыщения, определяется по формуле:

где m - магнитный момент вещества, V - объем образца, MS - намагниченность насыщения вещества.

В случае неоднородности образца, т.е., когда он состоит из областей магнитного вещества, вкрапленных в немагнитную матрицу, его магнитный момент в случае насыщения может быть рассчитан как сумма моментов отдельных магнитных областей, что приводит к выражению:

где Vm - суммарный объем магнитной фазы, Мs - ее намагниченность насыщения.

Следовательно, для образца из пористого материала, пропитанного магнитной жидкостью выражение для его магнитного момента определяется выражением:

где Vпор - общий объем пор в образце, Мs - намагниченность насыщения магнитной жидкости.

Магнитный момент образца магнитной жидкости такой же формы и такого же объема, что и пропитанный образец, определяется по формуле

Соответственно, отношение определенных экспериментально магнитного момента пористого образца, пропитанного магнитной жидкостью, и магнитного момента образца магнитной жидкости, занимающего такой же объем и имеющего такую же форму, даст отношение объема пор в образце к объему всего образца, т.е. пористость материала. Таким образом, для определения пористости вещества П предложенным методом используется формула:

Краткое описание чертежей

На фиг.1 даны цилиндр из красного керамического кирпича марки М-100 и тот же цилиндр (черного цвета), пропитанный 13%-ной магнитной жидкостью.

На фиг.2 - кривые намагничивания магнитной жидкости цилиндра из красного керамического кирпича, пропитанного 13%-ной магнитной жидкостью, - образец 1 и цилиндра из белого силикатного кирпича, пропитанного 13%-ной магнитной жидкостью, - образец 2.

Осуществление изобретения

Примеры конкретного выполнения способа определения пористости керамических и силикатных материалов.

Пример 1.

Из красного керамического кирпича марки М-100 вытачивается маленький гладкий цилиндр с диаметром основания 6 мм и высотой 8 мм. В течение суток цилиндр высушивается в сушильной печи при температуре 110°С. Затем в стакане с 13%-ной магнитной жидкостью цилиндр пропитывается ею в течение 3 суток. На фиг.1 приведена фотография цилиндра из красного керамического кирпича марки М-100 и того же цилиндра (черного цвета), пропитанного 13%-ной магнитной жидкостью. Впоследствии проводится измерение кривых намагничивания пропитавшегося магнитной жидкостью цилиндрического образца и использующейся магнитной жидкости такого же объема и формы, что и образец. Магнитные измерения по времени занимают 1 час и производятся на вибрационном магнитометре, сопряженном с помощью специального программного обеспечения с компьютером. По измеренным кривым намагничивания пропитанного магнитной жидкостью цилиндрического образца (фиг.2, образец 1) и магнитной жидкости такого же объема и такой же формы, что и образец (фиг.2, магнитная жидкость), определяются соответствующие значения магнитных моментов насыщения, и по формуле (5) вычисляется пористость материала, из которого изготовлен кирпич.

Пример 2.

Из силикатного кирпича марки М-100 вытачивается маленький гладкий цилиндр с диаметром основания 6 мм и высотой 8 мм. В течение суток цилиндр высушивается в сушильной печи при температуре 110°С. Затем в стакане с 13%-ной магнитной жидкостью цилиндр пропитывается ею в течение 3 суток. Впоследствии проводится измерение магнитных моментов пропитавшегося магнитной жидкостью цилиндрического образца и использующейся магнитной жидкости такого же объема и формы, что и образец. Магнитные измерения по времени занимают 1 час и производятся на вибрационном магнитометре, сопряженном с помощью специального программного обеспечения с компьютером. По измеренным кривым намагничивания пропитанного магнитной жидкостью цилиндрического образца материала (фиг.2, образец 2) и магнитной жидкости такого же объема и такой же формы, что и образец (фиг.2, магнитная жидкость), определяются соответствующие значения магнитных моментов насыщения, и по формуле (5) вычисляется пористость материала, из которого изготовлен кирпич.

Таким образом, предлагаемый способ определения пористости материалов позволяет быстро, эффективно и просто получать точный результат.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- уменьшение материальных и временных затрат;

- уменьшение трудоемкости процесса измерения и обработки результатов;

- высокая точность получаемых результатов;

- физические свойства использованной для измерений магнитной жидкости не нарушаются, вследствие чего ее можно использовать многократно.

Способ определения пористости керамических и силикатных материалов, отличающийся тем, что в качестве заполняющей поры среды используется магнитная жидкость средней концентрации 10-15%, и основанный на измерении магнитных моментов насыщения образца, пропитанного магнитной жидкостью, и магнитной жидкости такого же объема и такой же формы, что и образец, с помощью вибрационного магнитометра, с последующим вычислением пористости материала как отношения соответствующих магнитных моментов насыщения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования образцов мерзлых пород и может быть использовано для изучения пространственного распределения и концентрации ледяных и/или газогидратных включений в поровом пространстве образцов, определения размера включений, открытой или закрытой пористости и т.п.

Изобретение относится к технологиям нефтедобычи, а именно к способам гидродинамического моделирования залежей и проектирования на их основе разработки месторождений.

Изобретение относится к неразрушающим методам контроля, в частности к области газовой дефектоскопии, может применяться при контроле сплошности покрытий с низкой водородопроницаемостью, наносимых на поверхность крупногабаритных металлических изделий сложной конфигурации.

Изобретение относится к области нефтяной геологии и является петрофизической основой объемного моделирования нефтенасыщенности, подсчета балансовых и извлекаемых запасов залежи дифференцированно, с учетом предельно нефтенасыщенной и переходной зон, для прогнозирования результатов опробования и анализа разработки.

Изобретение относится к теоретической теплотехнике и может быть использовано для определения коэффициента диффузии жидкости в материалах, имеющих капиллярно-пористую структуру.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности. .
Изобретение относится к области исследований параметров грунтов, а конкретней к способам определения коэффициента фильтрации плывунного грунта. .

Изобретение относится к способу измерения газопроницаемости тары вообще, такой, как бутылки, пакеты различных форм или также мембран и иных уплотнительных элементов, таких, как крышки.

Изобретение относится к устройству и способу определения проницаемости газа через стенки тары, в основном тары для промышленной продукции, например тары из полимерной пленки для пищевых, химических, фармацевтических, электронных продуктов и т.п.

Изобретение относится к области физико-химического применения, а именно к способам и устройствам для определения десорбционной ветви изотерм адсорбции кислорода при изменениях температуры от 20 до 500°С динамическим методом тепловой десорбции.

Изобретение относится к области исследования образцов неконсолидированных пористых сред и может быть использовано для изучения открытой или закрытой пористости, распределения пор по размерам, удельной поверхности, пространственного распределения и концентрации ледяных и/или газогидратных включений в поровом пространстве образцов, определения размера включений и т.д

Изобретение относится к контролю качества бетонов, растворов и цементного камня

Изобретение относится к петрофизическим методам определения свойств пород и может быть использовано в нефтяной геологии для определения смачиваемости пород-коллекторов нефти и газа

Изобретение относится к области исследования структуры порового пространства горных пород и предназначено для определения латеральной анизотропии фильтрационных свойств терригенного коллектора по результатам исследования его керна

Изобретение может быть использовано при разработке месторождений углеводородов. Устройство для оценки динамики процесса прямоточной капиллярной пропитки образцов пород относится к области петрофизических исследований. Устройство предназначено для определения динамики изменения веса образца породы в процессе капиллярной прямоточной пропитки и расчета на основе полученных данных некоторых петрофизических параметров, в частности количества защемленного газа. В устройстве реализовано автоматическое сохранение уровня контактирующей с образцом жидкости без жесткой или упругой связи с буферной емкостью, подпитывающей водой образцовую камеру. Это позволяет проводить, практически без погрешности, постоянное взвешивание образцовой камеры с образцом, который в процессе впитывания воды за счет капиллярного насыщения постоянно увеличивает свой вес. Данные изменения веса во времени, зафиксированные электронными весами, обрабатываются с помощью компьютера. Техническим результатом является повышение точности оценки динамики насыщения породы за счет гидродинамической связи образцовой камеры и буферной емкости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов влагопроводности ортотропных капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности. Способ определения коэффициента влагопроводности листовых ортотропных капиллярно-пористых материалов включает создание в исследуемом образце равномерного начального влагосодержания, импульсное соприкосновение исследуемого образца с источником влаги, измерение изменения во времени сигнала гальванического преобразователя, определение времени достижения максимума на кривой изменения ЭДС гальванического преобразователя и расчет коэффициента влагопроводности. При этом импульсное увлажнение исследуемого изделия осуществляют по прямой линии движущимся источником влаги постоянной производительности в заданном направлении ортотропного материала, выполняют электроды гальванического преобразователя в виде прямолинейных отрезков и располагают их с обеих сторон линии импульсного увлажнения на прямых, параллельных линии импульсного увлажнения, расположенных на одинаковом заданном расстоянии от нее. Затем рассчитывают искомый коэффициент по формуле: D = x 0 2 / ( 2 τ max ) , где τmax - время достижения максимума на кривой изменения ЭДС гальванического преобразователя; х0 - расстояние между линией импульсного увлажнения и расстоянием до линий расположения электродов гальванического преобразователя. Техническим результатом изобретения является повышение точности контроля и обеспечение возможности определения коэффициентов влагопроводности в различных направлениях ортотропного листового материала.
Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства и предназначено для определения коэффициента фильтрации плывунного грунта в зоне распространения подзолистых почв. Через образец грунта пропускают поток воды. На поверхности образца грунта размещают грузик. Фиксируют начало погружения грузика. Измеряют параметры образца и потока воды. Рассчитывают по измеренным показателям коэффициент фильтрации грунта. Фиксируют величину концентрации фульвокислоты в потоке воды, прошедшем через образец грунта. При снижении величины концентрации на 10% от начального значения вводят в поток воды, направляемый в образец грунта, раствор фульвокислоты, восстанавливая величину концентрации фульвокислоты в потоке воды, прошедшем через образец грунта, до начального значения. Использование заявленного способа расширяет функциональные возможности определения коэффициента фильтрации грунта, позволяет быстро и точно определить коэффициент фильтрации грунта, подверженного воздействию фульвокислоты, в зоне распространения подзолистых почв. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области технологического контроля пористости хлебобулочных изделий в процессе их производства и может быть использовано при отработке оптимального режима технологии получения заданной пористости в цеховых лабораторных условиях. В способе измерения пористости хлебобулочного изделия и устройства для его осуществления, включающем выемку пористого куска мякиша, при выемке пористый кусок мякиша представляет собой всю плоскость разреза хлебобулочного изделия. Когерентное излучение от источника поступает в коллиматор, на выходе которого формируется пучок параллельных световых лучей. Далее световой пучок освещает поверхность пористого куска мякиша хлебобулочного изделия, находящегося в рабочей зоне, образуя некоторый угол «θ» с нормалью к поверхности. Отраженные от пористой поверхности рассеянные световые лучи собирают и строят изображение структуры пористого куска мякиша в плоскости наблюдения, где и измеряют размеры пор куска мякиша хлебобулочного изделия, при этом пористость определяют по формуле: I ¨ = S ¯ I ¨ S I ˙ ⋅ 100 , где S ¯ I ¨ - суммарная усредненная площадь пор куска мякиша; S I ˙ - площадь пористого куска мякиша. Причем рабочей зоне устанавливают всю поверхность разреза хлебобулочного изделия.Технический результат - повышение точности измерения за счет количественного измерения пористости хлебобулочного изделия. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля горных пород, а именно к способам установления детальной характеристики структуры трещинно-порового пространства кристаллических пород, определения скрытых неоднородностей, флюидопроницаемости. Способ определения неоднородностей упругих и фильтрационных свойств горных пород заключается в том, что выбуренные из горного массива цилиндрические образцы керна различной длины просвечивают ультразвуковыми продольными P-волнами по регулярной сетке во множестве направлений как угловых, так и вдоль оси образца керна. Затем определяют скорости упругих продольных волн в высушенных образцах и в насыщенных жидкостью. Получают массив данных скоростей упругих продольных волн для обоих состояний, который обрабатывают для получения данных о двумерном распределении скоростей и их отклонений от среднего значения для высушенных образцов и насыщенных жидкостью, представляемом в виде цветной или монохромной топографической карты с изолиниями с заполнением между ними или без него с координатами двугранный угол наблюдения - высота наблюдения датчика. Далее сравнивают полученные результаты измерений скоростей в высушенных образцах и в насыщенных жидкостью. Затем сравнивают результаты измерения скоростей упругих волн для образцов, насыщенных жидкостью, и для образцов в обоих состояниях, далее делают вывод о неоднородностях упругих и фильтрационных свойств горных пород, о степени насыщенности жидкостью горной породы и судят о том, какие нарушения имеются в естественном залегании массива пород. Техническим результатом является повышение эффективности и упрощение прогноза неоднородностей массива горных пород, невидимых трещин, внутренних контактов пород. 3 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области тестирования на герметичность и может быть использовано для тестирования на герметичность фильтрованного устройства (2) для сепарации аэрозолей и пылей из объемного потока газа. Сущность: посредством загрузочного устройства (16) тестовый аэрозоль подают, если смотреть в направлении потока, до фильтрующего элемента (9) в поток неочищенного газа. Осуществляют замер числа частиц и/или определяют концентрацию частиц, если смотреть в направлении потока, в очищенном потоке газа после фильтрующего элемента (9). При этом в загрузочное устройство (16) подают первый смешанный объемный поток из тестового аэрозоля и сжатого воздуха, который формирует аэрозольный генератор (37). Произведенный при помощи аэрозольного генератора (37) первый смешанный объемный поток смешивают с объемным потоком воздуха для получения второго, более разреженного смешанного объемного потока. Подают второй, более разреженный смешанный объемный поток на загрузочное устройство (16). Технический результат: минимизация расхода сжатого воздуха. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх