JP2009002824A - Dry density measurement method and porosity measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多孔質の試料のかさ密度を測定する乾式密度測定方法および気孔率測定方法に関する。 The present invention relates to a dry density measuring method and a porosity measuring method for measuring the bulk density of a porous sample.
表面に凹部を有する試料のかさ密度を測定する方法が知られている(例えば特許文献1参照)。ここで、かさ密度とは、試料の質量を、試料表面の凹部を含む体積全体で除算することによって求まる密度である。上記特許文献1記載の方法は、フッ化炭素の液体中に試料を浸漬し、凹部にフッ化炭素を充填した後、凹部のフッ化炭素を凝固処理する。さらに凝固処理後の試料を水が入った一定容積の容器内に入れて試料の体積を求め、かさ密度を測定する。
A method for measuring the bulk density of a sample having a recess on the surface is known (see, for example, Patent Document 1). Here, the bulk density is a density obtained by dividing the mass of the sample by the entire volume including the concave portion of the sample surface. In the method described in
しかしながら、上記特許文献1記載の方法は、試料表面の凹部にフッ化炭素を充填して凝固処理するため、かさ密度の測定が面倒である。
However, the method described in
本発明による乾式密度測定方法は、多孔質の試料の質量を測定する質量測定工程と、試料内に液体を浸透させる液浸工程と、液浸工程後の試料をガス圧が作用する試料室に投入し、開閉弁を介して試料室と膨張室とを連通させた際のガス圧の変化に基づき液浸工程後の試料の体積を測定する第1の体積測定工程とを備え、質量測定工程で測定された質量と第1の体積測定工程により測定された液浸工程後の試料の体積とに基づき試料のかさ密度を測定することを特徴とする。
液浸工程で浸透させる液体を、イソプロピルアルコールとすることが好ましい。
液浸工程前の試料を試料室に投入し、開閉弁を介して試料室と膨張室とを連通させた際のガス圧の変化に基づき液浸工程前の試料の体積を測定する第2の体積測定工程をさらに備え、質量測定工程で測定された質量と第2の体積測定工程により測定された液浸工程後の試料の体積とに基づき試料のみかけ密度を測定することもできる。
上記測定方法によって測定されたかさ密度とみかけ密度とに基づき、試料の気孔率を測定することもできる。
The dry density measuring method according to the present invention includes a mass measuring step for measuring the mass of a porous sample, an immersion step for infiltrating the liquid into the sample, and the sample after the immersion step in the sample chamber where the gas pressure acts. And a first volume measuring step for measuring the volume of the sample after the liquid immersion process based on a change in gas pressure when the sample chamber and the expansion chamber are communicated with each other via an on-off valve, and a mass measuring step The bulk density of the sample is measured based on the mass measured in
The liquid to be permeated in the liquid immersion process is preferably isopropyl alcohol.
A second sample that measures the volume of the sample before the liquid immersion process based on a change in gas pressure when the sample before the liquid immersion process is put into the sample chamber and the sample chamber and the expansion chamber communicate with each other via the on-off valve. A volume measuring step is further provided, and the apparent density of the sample can be measured based on the mass measured in the mass measuring step and the volume of the sample after the liquid immersion step measured in the second volume measuring step.
The porosity of the sample can also be measured based on the bulk density and the apparent density measured by the measurement method.
本発明によれば、内部に液体を浸透させた状態の試料を試料室内に投入し、ガス圧の変化に基づき、空隙を含んだ試料全体の体積を測定するようにしたので、試料表面の液体の凝固処理を行うことなく試料のかさ密度を容易に測定することができる。 According to the present invention, the sample in a state in which the liquid is infiltrated is put into the sample chamber, and the volume of the entire sample including the gap is measured based on the change in gas pressure. The bulk density of the sample can be easily measured without performing the solidification process.
以下、図1〜3を参照して本発明による乾式密度測定方法の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る乾式密度測定方法によって密度を測定するための装置全体を示す図である。本実施の形態が対象とする試料1は、表面や内部に凹部、細孔等の空隙1aを有するコルクなどの多孔質材である。電子天秤2は、試料1の質量Mを測定する。
Hereinafter, an embodiment of a dry density measuring method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram showing an entire apparatus for measuring density by a dry density measuring method according to an embodiment of the present invention. The
密度計3は、試料1の体積を測定するとともに、電子天秤2で測定した質量Mを用いて試料1のみかけ密度ρ1とかさ密度ρ2を測定する。ここで、みかけ密度ρ1とは、図2(a)に示すように試料1の空隙1aを除いた体積Vs1で質量Mを除算して求まる密度であり、かさ密度ρ2とは、図2(b)に示すように空隙1aを含む試料1の体積Vs2で質量Mを除算して求まる密度である。
The
図3を参照して、密度計3による密度計測の原理について説明する。密度計3は、例えばヘリウムガスを封入して密度を測定する乾式密度計であり、試料室31と、膨張室32と、試料室31と膨張室32とを連通、遮断するバルブ33とを備える。
The principle of density measurement by the
まず、図3(a)に示すようにバルブ33を開いて試料室31と膨張室32を連通し、試料室31と膨張室32を互いに同一の圧力Pa(大気圧)および温度Taとする。なお、試料室31の体積はVc、膨張室32の体積はVeである。
First, as shown in FIG. 3A, the
次に、図3(b)に示すようにバルブ33を閉じた状態で試料室31に試料1を投入し、試料室31の圧力をP1まで加圧する。このとき、試料1の体積をVs1(図2(a))とすると、試料室31の体積はVc−Vs1となる。したがって、試料室31内の気体のモル数をnc、気体定数をRとすると、試料室31内の状態式は次式(I)となる。
P1(Vc−Vs1)=nc・R・Ta ・・・(I)
一方、膨張室32は加圧しないので大気圧Paのままであり、膨張室32内の気体のモル数をneとすると、内部の状態式は次式(II)となる。
Pa・Ve=ne・R・Ta ・・・(II)
Next, as shown in FIG. 3B, the
P1 (Vc−Vs1) = nc · R · Ta (I)
On the other hand, since the
Pa · Ve = ne · R · Ta (II)
次に、図3(c)に示すようにバルブ33を開くと、試料室31の圧力は低下、膨張室32の圧力は上昇し、試料室31と膨張室32を含む系内全体の圧力はP2となり、系内全体の状態式は次式(III)となる。
P2(Vc−Vs1+Ve)=nc・R・Ta+ne・R・Ta ・・・(III)
ここで、上式(III)に(I)式と(II)式の関係を適用すると次式(IV)が成立し、さらに式(IV)を変形して次式(V)が得られる。
P2(Vc−Vs1+Ve)=P1(Vc−Vs1)+PaVe ・・・(IV)
Vs1=Vc−Ve(P2−Pa)/(P1−P2) ・・・(V)
Next, when the
P2 (Vc−Vs1 + Ve) = nc · R · Ta + ne · R · Ta (III)
Here, when the relationship between the formulas (I) and (II) is applied to the above formula (III), the following formula (IV) is established, and the formula (IV) is further transformed to obtain the following formula (V).
P2 (Vc−Vs1 + Ve) = P1 (Vc−Vs1) + PaVe (IV)
Vs1 = Vc−Ve (P2−Pa) / (P1−P2) (V)
上式(V)の関係より、圧力P1,P2を測定すれば、試料1の体積Vs1が求まる。そして、予め電子天秤2によって試料1の質量Mを測定しておき、この質量Mを体積Vs1で除算することで、試料1の密度(みかけ密度ρ1)を求めることができる。
From the relationship of the above equation (V), the volume Vs1 of the
このような乾式密度計によれば、試料内の空隙1aにガスが浸入するため、空隙1aの体積を試料1の体積から除外することができ、みかけ密度ρ1を精度よく測定することができる。その一方、空隙1aにガスが浸入してしまうため、かさ密度ρ2を測定することは困難である。そこで、本実施の形態では、以下のようにして空隙1aへのガスの浸入を防ぎ、同一の密度計3によりかさ密度ρ2を測定する。
According to such a dry density meter, since gas enters the
かさ密度ρ2を測定する場合には、まず、図1に示すようにイソプロピルアルコール(イソプロパノール)の液体4をビーカ5内に満たし、このビーカ5内に試料1を浸ける。次いで、ビーカ5ごと真空乾燥機6に入れて所定時間減圧し、試料1内の空隙1aに液体4を浸透させる。その後、真空乾燥機6から試料1を取り出し、密度計3の試料室31に試料1を投入し、上述したのと同様にして試料の体積Vs2を測定する。
When measuring the
この場合、試料内の空隙1aに液体4が充填しているため、空隙1aまでガスは浸入せず、密度計3で空隙1aを含んだ試料全体の体積Vs2を測定できる。そして、液体4に浸す前に予め電子天秤2によって試料1の質量Mを測定しておき、この質量Mを体積Vs2で除算することで、試料1のかさ密度ρ2を求めることができる。
In this case, since the liquid 4 is filled in the
このようにして求めたみかけ密度ρ1とかさ密度ρ2を用いて、さらに次式(VI)によって試料1の気孔率αを求めることができる。
α=(1−(ρ2/ρ1))×100 ・・・(VI)
これにより試料内部の気孔の含有率を把握することができ、試料1を強度評価する際の有用な情報が得られる。
Using the apparent density ρ1 and the bulk density ρ2 thus determined, the porosity α of the
α = (1- (ρ2 / ρ1)) × 100 (VI)
Thereby, the content rate of the pores inside the sample can be grasped, and useful information when the strength of the
かさ密度ρ2の測定が終了すると、試料内に浸透した液体4は時間経過に伴い揮発する。これにより液体4に浸す前の状態に戻り、試料1を再利用することができる。とくに本実施の形態では、イソプロピルアルコールを試料内に浸透させるので、水を浸透させる場合に比べ試料内を早く乾燥させることができ、試料1の再利用が容易である。イソプロピルアルコールはアセトンほど揮発性が高くないため、かさ密度ρ2の測定中に試料内からイソプロピルアルコールが揮発することがなく、かさ密度ρ2を安定して測定できる。
When the measurement of the bulk density ρ2 is completed, the liquid 4 that has penetrated into the sample volatilizes with time. Thereby, it returns to the state before being immersed in the liquid 4, and the
以上の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)試料1をビーカ5の液体4に浸した状態で真空乾燥機6に入れ、試料1の空隙1aに液体4を浸透させるようにしたので、乾式の密度計3によって空隙1aを含んだ試料全体の体積Vs2を測定することができ、試料表面の液体の凝固処理等を行うことなく、試料1のかさ密度ρ2を容易に測定できる。
(2)密度計3によってみかけ密度ρ1とかさ密度ρ2を測定するので、試料1の気孔率αを測定することもできる。
(3)同一の密度計3によってみかけ密度ρ1とかさ密度ρ2を測定するので、気孔率αを精度よく測定することができる。
(4)試料内にイソプロピルアルコールを充填させてかさ密度ρ2を測定するので、試料1を容易に再利用できる。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the
(2) Since the apparent density ρ1 and the bulk density ρ2 are measured by the
(3) Since the apparent density ρ1 and the bulk density ρ2 are measured by the
(4) Since the sample is filled with isopropyl alcohol and the bulk density ρ2 is measured, the
なお、上記実施の形態では、電子天秤2によって試料1の質量Mを測定するようにしたが(質量測定工程)、他の測定器によって質量Mを測定してもよい。イソプロピルアルコールの入ったビーカ5に試料1を浸し、真空乾燥機6に入れて試料内に浸透させるようにしたが(液浸工程)、試料内に他の液体を浸透させてもよい。ガス圧が作用する試料室31に試料1を投入し、バルブ33(開閉弁)を介して試料室31と膨張室33とを連通させた際のガス圧の変化に基づき試料1の体積を測定するのであれば、すなわち定容積膨張法による乾式の密度測定を行うのであれば、第1の体積測定工程および第2の体積測定工程に用いる密度計3の構成はいかなるものでもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の乾式密度測定方法に限定されない。
In the above embodiment, the mass M of the
1 試料
1a 空隙
2 電子天秤
3 密度計
4 液体(イソプロピルアルコール)
6 真空乾燥機
ρ1 みかけ密度
ρ2 かさ密度
α 気孔率
1
6 Vacuum dryer ρ1 Apparent density ρ2 Bulk density α Porosity
Claims (4)
試料内に液体を浸透させる液浸工程と、
前記液浸工程後の試料をガス圧が作用する試料室に投入し、開閉弁を介して試料室と膨張室とを連通させた際のガス圧の変化に基づき前記液浸工程後の試料の体積を測定する第1の体積測定工程とを備え、
前記質量測定工程で測定された質量と前記第1の体積測定工程により測定された液浸工程後の試料の体積とに基づき試料のかさ密度を測定することを特徴とする乾式密度測定方法。 A mass measuring step for measuring the mass of the porous sample;
An immersion process for infiltrating the liquid into the sample;
The sample after the immersion step is put into the sample chamber where the gas pressure acts, and the sample after the immersion step is based on the change in the gas pressure when the sample chamber and the expansion chamber are communicated with each other via an on-off valve. A first volume measuring step for measuring the volume,
A dry density measuring method, comprising: measuring a bulk density of a sample based on a mass measured in the mass measuring step and a volume of the sample after the liquid immersion step measured in the first volume measuring step.
前記液浸工程で浸透させる液体は、イソプロピルアルコールであることを特徴とする乾式密度測定方法。 In the dry density measuring method according to claim 1,
A dry density measuring method, wherein the liquid to be permeated in the liquid immersion step is isopropyl alcohol.
前記液浸工程前の試料を前記試料室に投入し、開閉弁を介して試料室と膨張室とを連通させた際のガス圧の変化に基づき前記液浸工程前の試料の体積を測定する第2の体積測定工程をさらに備え、
前記質量測定工程で測定された質量と前記第2の体積測定工程により測定された液浸工程後の試料の体積とに基づき試料のみかけ密度を測定することを特徴とする乾式密度測定方法。 In the dry-type density measuring method according to claim 1 or 2,
The sample before the liquid immersion process is put into the sample chamber, and the volume of the sample before the liquid immersion process is measured based on a change in gas pressure when the sample chamber and the expansion chamber are communicated with each other via an on-off valve. A second volume measuring step;
A dry density measuring method, wherein the apparent density of the sample is measured based on the mass measured in the mass measuring step and the volume of the sample after the immersion step measured in the second volume measuring step.
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