范文一：砂石孔隙率和空隙率，如何辨别控制密实度？你搞清楚了吗？

两个概念区分

孔隙率是材料中孔隙体积占总体积的比例，材料的孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度，从而反映混凝土的抗渗性能。是针对单一的某种材料而言。

空隙率是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。相比孔隙率，空隙率不是指某单一材料，它指的某堆积体积中可能包含多种材料，可以是多种材料颗粒之间的空隙。

01

关于砂率与孔隙率

首先认清一点，混凝土中的0-5（单位当然应该是mm）的“石子”不叫石子，叫砂子，亦或细集料。大于5mm的才能称为石子，在这点上全世界的标准规定的都一样。 按照混凝土的孔隙率学说，混凝土越是级配合理，孔隙率越小，强度越高。

泵送混凝土砂率比空隙率高。但具体砂率要依据工程要求坍落度流动性来确定。石头大小不完全决定砂率，主要看级配合理不合理，空隙大，砂率要大。

通常来说，砂的表观密度不得小于2500kg/m3，松散密度不得小于1400kg/m3，空隙率不得大于44%。砂率应以砂在骨料中的数量填充石子空隙后略有富余的原则来确定。

02

关于密实度与空隙率

混凝土配合比的最终目的是水泥用量最小而又能达到目标强度。因此必需使得混凝土尽量的密实，而达到最好密实度的原则是最细的颗粒满满包围较细颗粒，用包围好了的组成物又去满满包围小颗粒，裹着包围物的浆体又去满满包围较大的颗粒，直至包满粗骨料，使得所有的空隙被填充。假如砂石的颗粒级配不连续，其空隙体积就会太大，不但要浪费水泥，而且还有可能留下空隙存在于混凝土中。这样的混凝土构件必定强度更差。

一般如果确定了石子的孔隙率，就能确定沙子的用量了。做下石子的孔隙率，一般会在41%左右，这样的话， 砂率选择就大一点，一般在43左右。石的表观密度不得小于2600kg/m3，1类碎石空隙率不得大于43%，2类碎石空隙率不得大于45%，3类碎石空隙率不得大于47%。

03

确定空隙率时要综合考虑配比

在配比设计中，混凝土配比的容重与表观密度有关。堆积密度主要影响混凝土配比设计中砂率的确定。空隙率=堆积密度/表观密度。石子的空隙率越大，砂率越大，反之亦然。同理，砂子的空隙率越大，需要的胶凝材料就越多。这样才能保证混凝土的和易性。

说的空隙率，不能把它脱离整个配比环境单独说。通常在配合比中的砂石比，以一定浆骨比（或骨料总量）下的砂率表示。对级配良好的石子，砂率的选择以石子松堆空隙率与砂的松堆空隙率乘积为 0.16~0.2 为宜。

一般，泵送混凝土砂率不宜小于 36%，并不宜大于 45%。为此应充分重视石子的级配，以不同粒径的两级配或三级配后松堆空隙率不大于 42%为宜。石子松堆空隙率越小，砂石比可越小。在水胶比和浆骨比一定的条件下，砂石比的变动主要可影响施工性和变形性质，对硬化后的强度也会有所影响（在一定范围内，砂率小的，强度稍低，弹性模量稍大，开裂敏感性较低，拌和物黏聚性稍差，反之则相反）。

确定配合比的原则▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼

（1）按具体工程提供的《混凝土技术要求》选择原材料和配合比。

（2）注重骨料级配和粒形，按最大松堆密度法优化级配骨料，但级配后空隙率应不大于 42%。

（3）按最小浆骨比（即最小用水量或胶凝材料总量）原则，尽量减小浆骨比，根据混凝土强度等级和最小胶凝材料总量的原则确定浆骨（体积）比，按选定的浆骨比得到 1 m3 混凝土拌和物浆体体积和骨料体积；计算骨料体积所使用的密度应当是饱和面干状态下所测定的。

（4）按施工性要求选择砂石比，按《混凝土技术要求》中的混凝土目标性能确定矿物掺和料掺量和水胶比。

（5）分别按绝对体积法用浆体体积计算胶凝材料总量和用水量；用骨料体积计算砂、石用量。调整水胶比时，保持浆体体积不变。

（6）根据工程特点和技术要求选择合适的外加剂，用高效减水剂掺量调整拌和物的施工性。

（7）由于水泥接触水时就开始水化，拌和物的实际密实体积略小于各材料密度之和，则当未掺入引气剂时，可不考虑搅拌时掺入约 1%的空气。

在试配时，对于砂石的选用应该考虑到以下综合指标。对于石子，要先后考虑到品种、饱和面状态的表观密度、松堆密度、石子最大粒径、级配的比例和级配后的空隙率。 对于砂子，要筛除 5 mm 以上颗粒后的细度模数、5 mm 以上颗粒含量、饱和面状态的表观密度、自然堆积密度、空隙率。

砂的颗粒的总表面积要小，在其他条件都考虑到的条件下，砂尽可能粗些。砂的颗粒级配要良好，颗粒级配是指粒径大小不同的砂相互搭配的情况。砂颗粒间大小搭配合理，达到逐级填充，减小空隙率，以实现尽可能高的密实度。用级配良好的砂配制混凝土，不仅空隙率小节约水泥，而且因水泥的用量减小，水泥石含量少，混凝土的密实度提高，从而强度和耐久性得以加强。在混凝土中，水泥浆是通过骨料颗粒表面来实现有效粘结的，骨料的总表面积越小，水泥越节约。

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04

关于空隙率的分析

如考虑不透水混凝土的情况。因水分子的直径是 0.4 nm，要想使水在孔隙中不流动，假定需要的孔隙尺寸应小于 5 倍水分子直径（即 2 nm）的话，那么，要想使混凝土变得不透水，根据情况可以推断，加入如硅粉类的超细颗粒材料，将会使混凝土的配制变得更加容易。当然，只有综合考虑了不同颗粒间的相互作用，不同尺寸范围孔隙间的填充方法，考虑了界面和过渡区，建立起多尺寸范围颗粒堆积体的科学模型和分析方法后，才能真正用于混凝土的配合比设计和孔结构分析。

考虑颗粒堆积体系在自重作用下达到密实，用 PFC3D 软件模拟颗粒堆积体，同时计算其孔隙率，通过所建立的方法近似计算颗粒堆积体孔隙的连通性，在研究颗粒体系的粒径范围内（最大与最小粒径的比值小于 16），计算结果表明：

（1）球形颗粒在重力作用下堆积体系的孔隙率大约在 20%~ 45%之间。

（2）符合 Fuller 粒径分布曲线的颗粒堆积体具有相对低的孔隙率。

（3）颗粒形状对堆积体系的孔隙率有影响，球形颗粒能够得到孔隙率较低的堆积体。

（4）模拟颗粒堆积体的孔隙连通性接近 100%。

（5）要想使混凝土变得不透水，在混凝土中掺入超细颗粒（纳米量级）材料将更容易实现。

05

砂石密度孔隙率试验操作步骤及注意事项

通过对砂石表观密度、堆积密度的测定，计算出砂石的孔隙率及空隙率，从而了解材料的构造特征，便于试配出最佳状态。

一、实验仪器

1、测定砂的表观密度：

容量瓶法：容量瓶（500mL），电子秤、铝制料勺、浅盘、滴管等。

2、测定石子的表观密度：

广口瓶法：广口瓶、玻璃片、天平、浅盘、毛巾、电子秤等。

液体比重天平法：静水天平、配套器具、烘箱等。

3、测定砂松堆密度：下料漏斗、标准容器、台秤等。

4、测定石松堆密度：标准容器、小铲、台秤等。

二、实验操作

（一）砂表观密度

1、称取烘干砂300g。

2、在容量瓶内注入水至瓶颈刻度线，擦干瓶外水分，称其质量。

3、倒出容量瓶内部分水，剩余至约球部高度的1/3。将300g砂全装入容量瓶，倾斜约45度摇转容量瓶，使试样在水中充分搅动（排除气泡）。静置一段时间后用滴管添水至瓶颈刻度线，擦干瓶外水分，称其质量。

（二）石子的表观密度（广口瓶法）

1、称取烘干石。

2、将水注满广口瓶，用玻璃片封住瓶口，擦干瓶外水分后称其质量。

3、倒出广口瓶内水约1/2，倾斜放置广口瓶，将石装入其中。然后注满水，用玻璃片覆盖瓶口，以上下左右摇晃的方法排除气泡。再静置一段时间，将水注满广口瓶，用玻璃片封住瓶口，擦干瓶外水分，称其质量。

（三）石子的表观密度（液体比重天平法）

1、称取烘干石。

2、将干石装入吊篮，并浸入生水容器，同时上下升降吊篮排除气泡。

3、调整好容器中水的高度后，称量出吊篮及石子在水中的质量。

4、调整好容器中水的高度后，称量出吊篮在水中的质量。

5、测量水温。

（四）堆积密度实验

1、砂松散堆积密度

（1）称取标准容器的质量，测定标准容器的体积 (V)。将标准容器置于下料漏斗下面，使下料漏斗对正中心。

（2）用铝制料勺将试样装入下料漏斗，打开活动门，使试样徐徐落入标准容器直至试样装满并超出标准容器筒口，移开漏斗。

（3）用直尺将多余的试样沿筒口中心线向相反方向刮平，称其质量。

2、石松散堆积密度

（1）称取标准容器的质量及测定标准容器的体积(V)。

（2）取一份试样，用小铲将试样从容量筒上方50mm处加入，至容器上部试样呈锥体且四周溢满时。

（3）使表面凸起部分体积和凹陷部分体积大致相等，称取总质量。

三、数据处理

（一）砂表观密度

1、按公式计算砂的表观密度，精确至10kg/m3。

不同水温对砂的表观密度影响的修正系数如下对应：

水温/℃： 15、 16 、17、 18、 19、 20、 21、 22 、23、 24 、25

0.002、 0.003、 0.003、 0.004、 0.004、 0.005、 0.005、 0.006、 0.006、 0.007 、0.008

2、以两个平行试样试验结果的算术平均值作为最后结果。两次测定结果的差值不应大于20kg/m3 ，否则重做。

（二）石表观密度

1、计算石子的表观密度，精确至10kg/m3。

不同水温对砂的表观密度影响的修正系数2、以两个平行试样试验结果的算术平均值作为最后结果。两次测定结果的差值不应大于20kg/m3? ，否则重做。对于颗粒材质不均匀的材料，两次测定结果差值若大于该值，可取4次试验结果的算术平均值。

（三）堆积密度试验

1、砂松散堆积密度

（1）计算试样的散堆积密度，精确至10kg/m3。

（2）以两个平行试样试验结果的算术平均值作为最后结果，精确至10kg/m3。

2、石子松散堆积密度试验

（1）计算试样的松散堆积密度，精确至10kg/m3。

（2）以两次试验结果的算术平均值作为最后结果。

（四）空隙率

1、空隙率，精确至1％。

注意公式中 ρ1——材料的松散堆积密度；ρ2——材料的表观密度。

2、以两次试验结果的算术平均值作为最后结果。

四、实验注意事项

1、砂表观密度试验时：

1）加砂后应将粘在容量瓶颈内壁冲洗进容量瓶。

2）水+砂+瓶和水+砂两次称量注意瓶塞。

3）赶气泡时间尽量延长，5min以上。

2、石表观密度试验时：

1）加石时应将广口瓶倾斜。

2）水应加到瓶口高出，盖玻璃板应水平推移。

3）升降吊篮排除气泡时，石子不得露出液面。

3、砂堆积密度试验时：注意不要振动容器筒。

4、实验的步骤和方法与标准方法中有所差异。《建设用砂》GB/T14684标准中，测定砂表观密度，水温应在15~25℃，砂+水+容量瓶的质量要静置 24小时后进行称量。《建设用卵石、碎石》GB/T14685标准中，测定石子表观密度，水温应在15~25℃，石子和吊篮在水中的质量要静置24小时后进行称量。

06

实例分析

（1）原材料的选取

水泥：常州金坛盘固水泥集团生产的盘固牌P.042.5级水泥。其理化性能见表1。

粉煤灰：镇江谏壁电厂生产的华源牌Ⅰ级粉煤灰。其理化性能见表2。

砂：产地江西赣江，细度模数2.2，2.6，2.9三种，含泥量均＜1.0%。

碎石：浙江湖州花岗岩；粒径5mm～16mm，5mm～25mm偏粗两种规格，含泥量0.4%，压碎值6. 7%。

外加剂：江苏博特新材料有限公司产JM-9高效缓凝减水剂。其性能见表3。

（2）试验内容

混凝土的工作性也称为和易性，是指砼拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的砼的性能。它是一项综合技术性能，包括流动性、粘聚性和保水性三个方面。所谓的拌合物和易性良 好，就是使这三方面的性能，在某种具体条件下得到统一，达到均为良好的状况。

以下试验就是从工作性、强度、抗渗性等角度出发，来简要阐明骨料孔隙率对混凝土性能的 影响。

试验固定其他因素，以最常用的C30泵送砼为基准配合比：

以此材料配制的混凝土工作性、强度如下：

（3） 试验结果及分析

从以上结果可以看出，骨料孔隙率对混凝土工作性的影响很明显，第3、4、5组混凝土基本 无法泵送施工；对混凝土强度的影响最大也达到5MPa，说明骨料孔隙率应当在配合比设计时作为重要参数加以分析；对混凝土抗渗强度影响非常明显，最大和最小值相差一倍以上。仔细分析坍落度和强度数据，还可得到几点规律：

① 砂的细度模数越小，混凝土强度越低，但砂的细度过粗导致混凝土离析时强度明显下 降；

② 碎石的级配明显影响骨料孔隙率，单级配时强度提高，但工作性很差；

③ 孔隙率最小时，工作性和强度达到最佳平衡点；

④ 骨料孔隙率越小，抗渗等级越大。

（4） 结语

骨料空隙率大小，反映了骨料各个粒级的搭配情况。连续粒级时，混凝土工作性好，拌合物均匀，抗渗等级就高，这和以往人们认为骨料比表面积越小，抗渗等级越高不同，由此说明在混凝土设计时不应仅仅考虑理论规律，更应根据试验调整配合比达到最佳的工作性，使拌合物均匀，没有捷径，空隙率和孔隙率的把控也是从试配中来，没有哪家的秘方是最好的，只有你的是不是最合适的。这才是使混凝土各个性能达到均衡的要义所在。

范文二：建筑材料孔隙率与密实度等几个特性

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建筑材料孔隙率与密实度等几个特性

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【导读】我们在设计货架时，选择材料可能不太涉及孔隙率与密实度、填充率与空隙率这些概念，而实际上是这些都成为了常用值，我们都是在经验上直接调用，不等于不计算，就不存在这些概念。下面我们来详细说说孔隙率与密实度、填充率与空隙率之间的关系。1(孔隙率与密实度孔隙率是指材料中孔隙体积占总体积的百分比。材料的密实...

我们在设计货架时，选择材料可能不太涉及孔隙率与密实度、填充率与空隙率这些概念，而实际上是这些都成为了常用值，我们都是在经验上直接调用，不等于不计算，就不存在这些概念。下面我们来详细说说孔隙率与密实度、填充率与空隙率之间的关系。

1 (孔隙率与密实度

孔隙率是指材料中孔隙体积占总体积的百分比。材料的密实度是指材料中固体物质的体积占总体积的百分比。孔隙率和密实度的关系是非常密切的。一般用材料的孔隙率来表示材料的致密程度，材料的孔隙率越小，材料的密实度越大。

一般而言，孔隙率越小且连通孔隙越少的材料抗冻性、抗渗性越好huojia010。反之，孔隙率越大，对材料的危害越大。在材料的生产过程中应采取提高材料的密实度、改变材料内部孔的结构等方法来改善材料的性能。货架本身的孔隙率与密实度是无需考虑的，但是我们在涉及到地面的承载力时，就需要这方面的计算了。

2 (填充率与空隙率

填充率是指散粒材料在其堆积体积中，颗粒体积所占的比例。空隙率是指散粒材料在其

堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。

空隙率的大小，反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的致密程度。空隙率可以作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。这些参数一般在货架本身的设计中不会用到。

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范文三：颗粒床孔隙率与渗透率的关系

() 1998 年 第 38 卷 第 5 期 第 76～ 79 页 Jo u rna l o f T singh ua U n ive r sity Sc i & T ech

3颗粒床孔隙率不渗透率的兲系

0 雷树业,王利群, 贾兰庆,夏春梅

清华大学 热能工程系; 0 核能技术设计研究院, 北京 100084 文 摘 孔隙率和渗透率是土壤科学, 能源动力工程, 化学 1. 1 实验原理及装置 工程, 土木工程以及环境工程研究中的基本物性参数。 采用 在长为 L , 横截面积为 F 的均匀松散砂柱两端 小流量和低压差实验研究了非固结颗粒床的渗透率和孔隙 气流温施加恒定的压差 ?P , 如果空气流量为 V , 率兲系。 研究表明, 给定颗粒介质的渗透率 不孔隙率 的 k <>

度 t 测出, 根据达西定徇, 该松散砂的渗透率为 兲系是唯一确定的; 流量和压差成正比的达西渗流定徇和

V ΛL 通常的层流流动觃徇表现出一致性, 但发生在毛细多孔介质()1 k = F ?P内的渗流流动并不同于常觃的槽道流动。渗透率不是颗粒或

式中, Λ 为空气的动力粘度, 由已知温度确定。 流道几何尺度平方的函数。 对粒度 为 100～ 450 , 粒径d Λm

实验装置如图 1 所示。它由四个主要部分组成: 比为 1125?1 的窄筛分砂土的渗透率建议采用如下带单位2 4 1. 465 4. 69() = 1. 72×10。 本体装料管、负压马氏瓶、负微压计和流量测量系//的公式计算: k Λm d mm <>

统。 整个装置除连接管外, 均由透明的有机玱璃制 关键词 颗粒床; 孔隙率; 渗透率; 微细尺度

成。 被测砂土装填于本体装料管内, 有效柱高 L 可 分类号 13357O

直接测量。实验过程中, 被测介质两端稳定的微小压

差和微小流量由马氏瓶进气和出水口位置及出水阀 孔隙率 < 和渗透率="" k="" 是非固结颗粒床最重要的="">

1 , 通过环境门开度大小调节。空气流量由流出的水量 两个参数。 许多重要参数, 诸如导热系数、毛细压

温度、湿度以及马氏瓶水温和初态、终态水位等条件 力以及两相流体共存情况下各自的有效渗透率等都

2 ～ 4 修正得到,压差由连接实验砂柱下游的负压微压计 不这两个参数直接有兲。

给出。颗粒介质由于堆积状况的多变性, 给现场测量

带来一定麻烦, 特别是渗透率的测定。对于窄筛分颗

粒介质, 已有许多的测量研究。许多学者把达西定徇

看作是多孔介质的层流定徇, 并采用宏观流体力学

理论和方法研究颗粒介质堆积床的孔隙率、渗透率

和粒径间的兲系。对球形颗粒介质, 具有相同形式的

2 3 2 ( ) 公式 = [ 1 - , 就系数 , 给出/k d

5 6 150, 而 给出 180。如此大的分散性是颗粒 B ea r

介质随机堆积固有的不确定性, 还是其它什么原因?

为此, 本文作者用在模型研究中特意研制的松

7 散介质孔隙率—渗透率兲系实验装置上对窄筛分

砂的孔隙率—渗透率进行了系统的实验测量。

1 实验测量

图 1 实验装置简图

收稿日期: 1997204216 1. 2 实验与实验误差

第一作者: 男, 1945 年生,副教授 每个实验样品的实验测量至少分为两部分, 即 3 国家自然科学基金资助项目, 59576047

系统的本底实验和主样本实验。 系统本底实验就是结构在统计意义上是不变的。 给定松散颗粒介质的 实验系统本身的流量2压差特性实验。 本底实验时, , 对于任何颗粒介 渗透率2孔隙率兲系的唯一性说明装料管内铺设少量被测样本介质, 并充分震动, 以得 质, 只要它的渗透率2孔隙率兲系测量确定, 在研究 到固定的阻力特性。 加入少量被测样本进行本底实 条件下的渗透率等就可以通过孔隙率的研究测定而 验目的是消除气流的端部效应。 主样本实验就是装 确定出来。

填实验样本后的总体流量2压差特性实验。主样本实

验扣除系统本底阻力影响即得实验样本的流量2压

差兲系。因此, 本实验结果扣除了实验系统和介质端

部效应影响。

进行完本底实验以后, 在装料管内小心地装入

一定质量的窄筛分砂, 测量砂柱高度, 便可知道被测

砂柱的孔隙率。打开马氏瓶下侧放水调节阀, 便有恒

定气流穿过实验样本。 称量给定时间内流出马氏瓶

的水量, 记彔下室温、空气湿度和马氏瓶内的水温之 图 3 三次装填实验结果 后, 轻敲装料管壁, 就可进行下一个孔隙率的渗透率

实验。 这样多次测量, 就可完成一种介质的渗透率2 2. 2 筛分砂的渗透率与孔隙率关系

孔隙率实验。为确定颗粒介质渗透率不孔隙率随粒度变化的

实验分析得出, 该装置孔隙率测定的系统误差觃定, 对粒径范围 100～ 450 的五组不同窄筛分 Λm

整个实验 018% , 渗透率系统误差不超过 118% , 为 砂进行了实验。为便于相似分析, 筛分砂粗细粒径比

装置的误差不超过?216% 。都 在 1125 ?1 左右。 它们是 100～ 125 , 125～Λm

154 , 200 ～ 250 , 280 ～ 355 , Λm Λm Λm 2 结果不分析

355 ～2. 1 给定颗粒介质的渗透率与孔隙率关系 450 。 实验测试结果如图 4 所示, 渗透率直接不 Λm 为确定实验测量是在达西渗流流动的范围内进其粒径大小和孔隙率有兲。 给定孔隙率, 粒径越小, 8, 本研究首先对粒径范围为 355～ 450 Λm 的 行的 流道就越弯曲越狭窄, 渗透率自然越小。设不同筛分 样本在可能的流量范围内实验研究了其流量和压降 颗粒砂在统计意义上具有相似的几何现状, 在孔隙 的兲系。实验结果表明, 流量和压差间成严格的线性 率相同的情况下, 由这些颗粒堆积形成的流道也具 ()兲系 见图 2。它说明, 实验是在严格的达西渗流条 有在统计意义上的相似性。 根据传统的流体力学和 件下进行的。量纲分析理论, 以上的实验结果应遵循如下量纲为

n 一的公式()k d = C < 2="">

其中: d 是筛分砂平均粒径, C 和 n 是待定系数。

图 2 流量不压降的兲系

为回答颗粒介质装填堆积的不确定性, 对给定 的筛分砂进行了三次独立重复装填实验, 测量其孔 图 4 渗透率不粒径和孔隙率的兲系

隙率和渗透率兲系。 三次测量的结果均落在同一条

2. 3 k /d 随粒度变细规律增加 ( ) 曲线上, 分散度不超过?113% 见图 3。 分散度低

于测量误差表明处理结果表明, 对给定非固结颗粒介质, 随机堆积, 五组数据离散度竟达?15% 左

()()清 华 大 学 学 报 自 然 科 学 版 1998, 38 5 78

右。 图 5 给出了运用上式进行的数据处理结果。 不随粒径变化觃徇, 图 6 给出了处理的结果。从图 6 可

, 渗透率随 粒 径 的 变 化 曲 线 方 程 为以清楚的看出 k - < 兲系相反,="" k="" d="" 不孔隙率="">< 的兲系曲线随="">

平均粒径的减小而觃徇性明显。不能否认, 各窄筛分 - 0. 26740. k <= 0.="" 44="" =="" 003="" 231。="" 由此得到,="" 渗透率="" d="" 样本内部砂土粒径分布可能存在不一致性,="" 但这种="" 0.="" 7326="" 成正比。="" 重新对五种窄筛分砂土的实k="" 不="" d="" 差别不能成为造成结果觃徇性变化和如此大离散度="" 0.="" 7326="" 验数据处理,="" 得到随孔隙率的变化兲系。k="" d的原因。="">

图 7 给出了处理结果。 所有实验点落在带宽不超过

?2. 5% 的拟合曲线附近。 经整理, 渗透率随孔隙率

和粒径变化的计算式为

2 4 1. 465 4. 69()() ( ) 3 k Λm = 1. 72 × 10d mm

图 5 不同粒径砂 k d 不 < 的兲系="">

渗透率随粒度是变化的,H azen 用水洗筛分砂

9 做实验也不此类似。等对粒径为 0172 Hw an g mm 图 6 渗透率随粒径的变化 和 1159 的烧结青铜颗粒进行实测发现, mm E rgu n

10 公式预测值比实测分别高出 52% 和 150% 。本研

究证实, 随颗粒粒径减小, 渗透率的相对值是增大

( ) 的。 如果式 2由粒度 355～ 450 颗粒砂的实验 Λm

数据整理得来, 则将其用于小粒径样本时, 的计算k

值将小于测量值, 且粒径越小, 差别越大。 在这五组

实验中, 最大差别可达 60% 。

近年来, 随着激光技术, 微电子技术和航天技术

的发展, 微米或次毫米级槽道内的流动不换热日益

受到高新技术界的兲注。应当指出, 在常温常压下气 图 7 实验数据拟合曲线 体分子自由程进进小于这个尺度, 把流体看作是连

续流体是无可厚非的。但大量研究表明, 在这种尺度 结论3

范围内的传热传质不常觃情况下的传递机理已有徆 窄筛分砂的孔隙率—渗透率实验可以得出以下

大差异。 基于宏观方法而建立的唯象理论正受到质结论: 11 疑。 窄筛分沙土的实验说明, 以实验研究为基础 ) 1对一给定非固结颗粒介质, 渗透率是孔隙率 的达西定徇尽管和通常管内层流流动在流量和压差 的单值函数。因此, 非固结颗粒介质的现场渗透率等 成正比的兲系上一致, 但传统流体力学理论和方法 物性可以通过现场孔隙率的测定来确定。 已不能满足发生在毛细多孔介质内的达西渗流流 ) 2达西定徇尽管和通常管内层流流动在流量 动。 窄筛分砂的多孔介质渗流可以看作是复杂的微 和压差成正比的兲系上一致, 但并不意味着传统流 细槽道的流动,k /d 随粒径的减小而增加的觃 体力学理论可以令人满意地预测发生在毛细多孔介 徇 和 微 尺 度 槽 道 流 动 阻 力 的 研 究 结 果 结 论 相 一 质内的渗流流动。 以平均粒度为定形尺度进行量纲 12 ～ 14 致。为一的处理不能使颗粒床的渗透率—孔隙率兲系归

图 5 中,大 的 离 散 度 表 明, 对 粒 径 在k d / 一为统一的公式。

) 100～ 450 Λm 的松散介质的渗透率和粒径兲系不是 3和微尺度传递问题一样, 多孔介质内传统机

理还需进一步的研究。 在传递机理未得到充分研究k / 成平方兲系。固定孔隙率 <= 0144,="" 即可得到="">

13 P fah le r J , H e r ley J , B au H , e t a l. L iqu id and ga s 前, 介质的孔隙率—渗透率的实验测量是非常必要

t ran spo r t in sm a ll channe ls. In: C ho D ed s. A SM E 的。

P ro ceed ing s, W in te r A nnua l M ee t ing, D SC 2V o l. 19. ) 4对粒度在 011 ～ 0145 范围内, 粒径 mmmm U SA : A SM E , 1990. 149～ 157 比为 1125?1 的窄筛分砂土的渗透率推荐如下公式 P fah le r J , H e r ley J , B au H , e t a l, Ga s and liqu id f low 14 2 4 1. 465 4. 69:(计算) /= 1. 72×10/。 k Λm d mm

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m icro sca le 89: T H 024923

范文四：孔隙率的测定

孔隙率的测定

镀层的孔隙是指镀层表面直至基体金属的细小孔道。镀层孔隙率反映了镀层表面的致密 程度，孔隙率大小直接影响防护镀层的防护能力(主要是阴极性镀层)。作为特殊性能要求的 镀层(如防渗碳、氮化等)，孔隙率测量也极为重要，它是衡量镀层质量的重要指标。国家标 准 GB 5935 规定了测定镀层孔隙的方法有贴滤纸法、涂膏法、浸渍法、阳极电介测镀层孔隙 率法、气相试验法等。电镀专业最新国家标准中，孔隙率试验的标准为：GB／T l7721—1999 金属覆盖层孔隙率试验：铁试剂试验，GB／T l8179--2000 金属覆盖层孔隙率试验：潮湿硫 (硫化)试验。

一、贴滤纸法

将浸有测试溶液的润湿滤纸贴于经预处理的被测试样表面，滤纸上的相应试液渗入镀层 孔隙中与中间镀层或基体金属作用，生成具有特征颜色的斑点在滤纸上显示。然后以滤纸上 有色斑点的多少来评定镀层孔隙率。

本法适用于测定钢和铜合金基体上的铜、镍、铬、镍／铬、铜／镍、铜／镍／铬、锡等 单层或多层镀层的孔隙率。

1．试液成分 试液由腐蚀剂和指示剂组成。腐蚀剂要求只与基体金属或中间镀层作用而不腐蚀表面镀

层，一般采用氯化物等；指示剂则要求与被腐蚀的金属离子产生特征显色作用，常用铁氰化 钾等。试液的选择应按被测试样基体金属(或中间镀层)种类及镀层性质而定，如表 l0—1—16 所列。配制时所用试剂均为化学纯，溶剂为蒸馏水。

表 10—1—16 贴滤纸法各类试液成分

2．检验方法 (1)试样表面用有机溶剂或氧化镁膏仔细除净油污，经蒸馏水清洗后用滤纸吸干。如试

样在镀后立即检验，可不必除油。 (2)将浸润相应试液的滤纸紧贴在被测试样表面上，滤纸与试样间不得有气泡残留。至

规定时间后，揭下滤纸，用蒸馏水小心冲洗，置于洁净的玻璃板上晾干。 (3)为显示直至铜或黄铜基体上的孔隙，可在带有孔隙斑点的滤纸上滴加 4％的亚铁氰

化钾溶液，这时滤纸上原已显示试液与镍层作用的黄色斑点消失，剩下至钢铁基体的蓝色斑

点和至铜或铜底层的红色斑点，冲洗后贴于玻璃板上干燥。 (4)为显示直至镍层的孔隙，

可将带有孔隙斑点的滤纸，放在清洁的玻璃板上，并在滤

纸上均匀滴加浓度为 500mL／L 25％的氨水溶液(含二甲基乙二醛肟 2g／L)，这时滤纸上显 示镍层的黄色斑点转为玫瑰红色，而原显示至铜层及钢铁基体的有色斑点转为无色，因而更 有利于判别至镍层孔隙的结果。

(5)检验外层为铬层的多层镀层时，应在镀铬后放置 30min 进行。在镀铜的钢件、铜及 铜合金基体上的铬层，测定至铜层的孔隙时，其有色斑点不完全印在滤纸上，应计算试样上 呈现的红褐色斑点。

3．孔隙率的计算

2 在自然光或荧光灯下直接观察相应镀层孔隙的有色斑点。将刻有 cm方格的有机玻璃板，

2 放在印有孔隙痕迹的滤纸上，分别计算每 cm方格内的各种有色斑点数目，并将所得点数相

加。最后根据滤纸与试样接触面积，计算镀层的孔隙率

2孔隙率=n／S(个／cm)

2式中：n 为孔隙斑点总数(个)；s 为所测试样面积(cm)。

一般以三次试验的算术平均值作为检验结果。 二、涂膏

法

将含有相应试液的膏状物涂覆于被测试样表面，通过泥膏中的试液渗入镀层孔隙与基体 金属或中间镀层作用，生成具有特征颜色的斑点，根据涂膏层上的有色斑点的多少来评定镀 层的孔隙率。本法适用于检验钢件和铜、铝、锌及其合金件上阴极性镀层的孔隙率。

1．试验膏剂的成分

主要由腐蚀剂、指示剂和膏泥等组成，如表 10—1—17 所列。配制时所用试剂均为化学 纯，溶剂为蒸馏水。

表 10—1—17 涂膏法各种膏剂的成分

2．检验膏剂的配制方法

1 号膏剂将 1g～2g a-a 联苯吡啶或邻菲罗啉溶于 100mL 0．1mol／L～0．2mol／L 的盐 酸溶液中，取此溶液 10mL，加入二氧化钛 l0g～15g，搅拌混合成膏剂以备使用。此膏剂在 14d 内使用有效。2 号膏剂①在水浴中加热冰醋酸，计量配成 20％的二苯基对二氨基脲的醋 酸溶液(即溶液 1)，取 10mL 此溶液加入 15g～30g 二氧化钛粉末，调成糊状。然后依次加入 l0％过硫酸铵溶液(将过硫酸铵直接溶于浓氨水的溶液，即溶液 2)和甘油，其用量按溶液 l、 2 和甘油的体积比为 l：1：0．5，经充分搅匀备用。此膏剂在 2d～3d 内使用有效。②在 100mL 蒸馏水中加入 5g～15g 过硫酸铵和 5mL～20mL 氨水(密度 0．91)配成过硫酸铵氨溶液(即溶 液 3)，同等体积 2％的镉试剂(Ⅱ)水溶液(即溶液 4)混合，然后以每 10mL 混合液加入 12g～ 15g 二氧化钛粉末，调成糊状备用。此膏剂在 3d～4d 内使用有效。

3 号膏剂将 0．5g 二苯基硫代对二氨基脲溶于 100mL 酒精溶液中，再按每 10mL 溶液加 入 20g～30g 二氧化钛粉末，搅匀后再加入 200mL0．5mol 的氢氧化钠溶液，调成糊状备用， 在 3d～4d 内使用有效。

4 号膏剂在 2％的铝试剂水溶液中，按每 10mL 溶液加入 l5g～20g 二氧化钛粉末及相当 于铝试剂溶液 l／2 体积的过氧化氢(相对密度 l．14—1．15)，搅拌均匀并成糊状备用。此 膏剂在 3d～4d 内使用有效。

3．检验方法 (1)试样表面用有机溶剂或氧化镁膏仔细除净油污，经蒸馏水清洗后用滤纸吸干。如试

样在镀后立即检验，可不必除油。 (2)用毛刷或其他方法将选择好的相应膏剂均匀地涂覆

于受检试样表面，5min～10min

22后，直接观察涂膏层上的有色斑点数。膏剂用量为 0．5g／dm—1g／dm。

4．孔隙率计算 根据孔隙率检验膏表面上出现的有色斑点数，计算平均孔隙率。计算方法与贴滤纸法相

同。

三、浸渍法 将试样浸于相应试液中，通过试液渗入镀层孔隙与基体金属或中间镀层作用，在镀层表

面产生有色斑点，然后检查镀层表面有色斑点多少来评定镀层的孔隙率。本法适用于检验钢 铁、铜或铜合金和铝合金基体表面的阴极性镀层的孔隙率。

(1)试液成分。不同基体金属及镀层的检验溶液，如表 l0—1—18 所列。配制时除铝试 剂为分析纯外，其他试剂均为化学纯。

表 10—1—18 浸渍法使用的溶液成分

(2)试液配制方法。

试液 l 的配制：将 20g 白明胶用 500mL 蒸馏水浸泡，静置使其膨胀，然后在水浴上加热 至呈胶体溶液为止，另将 l0g 铁氰化钾和 15g 氯化钠分别溶于 200mL 蒸馏水中，将上述溶液

注人 1L 容积的量筒中，用蒸馏水稀释到 1L，混合均匀，贮存在棕色玻璃瓶中备用。

试液 2 的配制：将 l0g 白明胶浸于少量蒸馏水中，待膨胀后，在水浴上加热到呈胶体溶 液，冷却后和含 3．5g 铝试剂，含 150g 的氯化钠水溶液一起注入 1L 的量筒中，用蒸馏水稀 释至 1L，均匀混合后备用。

(3)检验方法。

①试样准备与涂膏法相同。

②将预处理净化过的试样放入相应检验溶液中静止 5min，取出并用布吸去水分，干燥 后观察零件表面的有色斑点数。

(4)孔隙率计算。按每平方厘米镀层表面上出现的斑点数计算孔隙率。计算方法同贴滤 纸法。

四、阳极电介法

用电解液将试纸润湿后置于镀层表面上，向与试件外形相似的阴极加压，保证与被测试 镀层之间有良好的接触。对该测试系统施加一个稳定的电压，时间约 1min，由于电流的作 用，使镀层上所有的不连续部位，产生有颜色的腐蚀产物，就可计算镀层的孔隙率多少。

五、气体试验法

利用腐蚀气体(如二氧化硫、硝酸蒸气等)易于渗透到孔隙中的特点，通过表面的腐蚀产 物来测量镀层的孔隙率。

六、电图法

(一)测试原理

测试时。对镀层的基体金属通电，使其阳极溶解。溶解的金属离子通过镀层上的孔隙， 电泳迁移到测试纸上。由于金属离子和测试纸上的某种化学试剂发生反应，形成染色点。因 此可以根据测试纸上染色点的多少来判断镀层孔隙的多少，如图 l0—1—12 所示。

图 10—1—12 电图法测试原理 只要选择适当的阳极溶解条 件和具有特定反应的化学试剂，就可应用此方法。电图法操

作简便，显示迅速，得到的数据准确，因而是较好的测试方法。它可以提供镀层孔隙结构形 状、尺寸和位置的永久性资料。电图法适用于平面及能采用适当夹具的低曲率平面的孔隙测 试。

(二)测试方法

电图法使用专用仪器设备，具体测试程序、显色剂的配制及选用等按仪器使用说明书进 行。

范文五：孔隙率的测定

材料密度、孔隙率及吸水率的测定

一、 实验目的和意义

材料的密度是材料最基本的属性之一，也是进行其他物性测试（如颗粒粒径测试）的基础数据。材料的孔隙率、吸水率是材料结构特征的标志。在材料研究中，孔隙率、吸水率的测定是对产品质量进行检定的最常用的方法之一。 材料的密度，可以分为体积密度、真密度等。体积密度是指不含游离水材料的质量与材料的总体积（包括材料的实体积和全部孔隙所占的体积）之比；材料质量与材料实体积（不包括存在于材料内部的封闭气孔）之比值，则称为真密度。孔隙率是指材料中气孔体积与材料总体积之比。吸水率是指材料试样放在蒸馏水中，在规定的温度和时间内吸水质量和试样原质量之比。由于吸水率与开口孔隙率成正比，在科研和生产实际中往往采用吸水率来反映材料的显气孔率。 因此，无论是在陶瓷材料、耐火材料、塑料、复合材料以及废物复合材料等材料的研究和生产中，测定这三个指标对材料性能的控制有重要意义。通过本实验达到以下要求。

1、了解体积密度、孔隙率、吸水率等概念的物理意义。

2、了解测定材料体积密度、密度（真密度）的测定原理和测定方法。

3、通过测定体积密度、密度（真密度），掌握计算材料孔隙率和吸水率的计算方法。

二、 实验方法

参考GB9966.3-88天然饰面石材体积密度、真密度、真气孔率、吸水率试验方法。

三、 实验原理

材料的孔隙率、吸水率的计算都是基于密度的测定，而密度的测定则是基于阿基米德原理。由阿基米德原理可知，浸在液体中任何物体都要受到浮力（即液体的静压力）的作用，浮力的大小等于该物体排开液体的重量。重量是一种重力的值，但在使用根据杠杆原理设计制造的天平进行衡量时，对物体重量的测定已归结为其质量的测定。因此，阿基米德定律可用下式表示。

m1-m2=VDL (1)

式中m1——在空气中秤量物体时所得的质量；

m2——在液体中秤量物体时所得的质量；

V——物体的体积

DL——液体的密度

这样，物体的体积就可以通过将物体浸于已知密度的液体中，通过测定其质量的方法来求得。

在工程测量中，往往忽略空气浮力的影响。在此前提下进一步推导，可得用称量法测定物体密度时的原理公式。

D=(m1DL)/(m1-m2) (2)

这样，只要测出有关量并代入上式，就可以计算出待测物体在温度t℃时的密度。

实验中真密度测定是基于粉末密度瓶浸液法莱测定的。其原理是：将样品制成粉末，并将粉样浸入对其润湿而不溶解的浸液中，用抽真空或加热煮沸排除气泡，求出粉末试样从已知容量的容器中排出已知密度的液体，从而得出所测粉末的真密度。

四、 实验仪器

1、恒温干燥箱：由室温到200℃；

2、天平：最大称量1000g，感量10mg；最大称量100g，感量1mg各1个；

3、游标卡尺1把；

4、容积250ml密度瓶1个；

5、200目标筛1个；

6、干燥器1个；

7、研钵1个；

8、实验试剂蒸馏水。

五、 实验步骤

1、试样制备阶段

（1）体积密度试样 试样尺寸为50mm左右的水泥块

（2）密度试样 选择1000g左右试样，将表面清扫干净，并粉碎到颗粒小于5mm，以四分法缩分到150g，再用瓷研钵研磨成粉末并通过200目标准筛，将粉样装入称量瓶中，放入（105±2）℃烘箱内干燥4h以上，取出稍冷后，放入干燥器内冷却到室温。

2、体积密度测定

（1）将试样用刷子清扫干净放入（105±2）℃烘箱中干燥2h，取出，冷却到室温，称其质量（m0）,精确到0.02g。

（2）将试样放入室温的蒸馏水中，浸泡48h后取出，用拧干的湿毛巾擦去表面水分，并立即称量质量（m1）,精确到0.02g；接着把试样挂在网篮中，将网篮与试样浸入室温的蒸馏水中，称量其在水中的质量（m2），精确到0.02g。

3、密度测定

称取试样三份，每份50g（m‘0），将试样分别装入洁净的密度瓶内，并倒入蒸馏水。倒入的蒸馏水不超过密度瓶体积的一半，将密度瓶放入蒸馏水中煮沸10-15分钟，使试样中气泡排除，或将密度瓶放在真空干燥器内排除气泡。气泡排除后，擦干密度瓶，冷却到室温，用蒸馏水装满至标记处，称量质量（m’2）。再将密度瓶冲洗干净，用蒸馏水装满至标记处，并称质量（m‘1），m‘0、m‘1、m’2，精确到0.002g。

4、实验分析与计算

（1）体积密度：体积密度ρb(g/cm3) 按下式计算。

ρb=ρw×m0/( m1-m2) (3)

式中m0——干燥试样在空气的质量，g

m1——水饱和试样在空气中的质量，g

m2——水饱和试样在水中的质量，g

ρw——试验时室温水的密度，g/cm

（2）密度ρt（g/cm3)按下式计算。

ρt=ρw×m‘0/( m‘1+ m‘0- m’2) (4)

式中m‘0——干粉试样在空气的质量，g 3

m‘1——只装蒸馏水的密度瓶的质量，g

m‘2——装粉样加水的密度瓶质量，g

ρw——试验时室温水的密度，g/cm

（3）孔隙率：根据测定所得的体积密度和密度，孔隙率ρa(%)按下式计算 ρa=（1-ρb/ρt）×100% (5)

式中ρb——试样的体积密度，g/cm

ρt——试样的密度，g/cm

（4）吸水率：吸水率Wa(%)按下式计算

Wa=100%×（m1-m0)/ m0 (6)

式中m0——干燥试样在空气的质量，g

m1——水饱和试样在空气中的质量，g

六、 讨论 333

1、根据式(3)、式(4)、式(5)和式(6)，分别用测定值计算材料的体积密度、密度、

吸水率、孔隙率。

2、计算体积密度、密度、吸水率、孔隙率的平均值最大值与最小值。

3、体积密度、密度计算到三位有效数，孔隙率、吸水率计算到两位有效数。

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