Определение гранулометрического состава песка


Общие требования к песку для строительных работ сформули­рованы в ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Техничес­кие условия», а методы испытания указаны в ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».

Зерновой, или гранулометрический, состав песка различных месторождений, различных пластов одного и того же месторожде­ния, а иногда в различных местах одного и того же пласта может быть неодинаковым.

Зерновой, или гранулометрический, состав песка характери­зуют процентным содержанием в нем зерен различного размера.

Зерновой состав песка существенно влияет на удельный рас­ход цемента, на подвижность растворных и бетонных смесей, на прочность растворов и бетонов. Дело в том, что в растворных и бетонных смесях все пустоты между зернами песка должны быть заполнены цементным тестом и этим же тестом должны быть по­крыты и поверхности всех частиц. Крупный песок имеет относи­тельно небольшую суммарную поверхность зерен, но обладает значительной пустотностью. У мелкого песка пустотность мень­ше, но общая поверхность зерен значительно большая. Исполь­зование мелкозернистых песков для приготовления растворных и бетонных смесей вызывает неоправданный перерасход цемента. Так, для получения 1 м3 удобоукладываемого раствора с применением мелкого и крупнозернистого песка требуется соответ­ственно 0,5 и 0,35 м3 цементного теста.

При одинаковом расходе воды, цемента, песка и гравия на 1 м3 бетонной смеси (280 кг портландцемента, 670 кг речно­го кварцевого песка, 1250 кг гравия) использование более круп­ного песка повышает удобоукладываемость бетонной смеси (табл.1).

 

Таблица 1

Влияние крупности песка на пластичность бетонной смеси

 

В/Ц Расход воды на 1 м3 бетона, л Осадка конуса* бетонной смеси, см
0,55 3,5/7,5
0,57 4,2/8,2
0,59 5,4/9,5
0,61 6,7/11,0
0,62 7,5/12,0
0,68 15,5/16,5
0,76 20,0/-

* В числителе и знаменателе соответственно при модуле крупности Мк равном 1,6 и 2,3.

 

Из табл.1 видно, что при В/Ц = 0,55-0,57 песок с мо­дулем крупности Мк = 2,3 обеспечивает в два раза большую осадку конуса, чем песок с модулем крупности Мк =1,6.

Наименьший расход цемента при прочих равных условиях можно обеспечить применением песков с малой пустотностью и наименьшей суммарной поверхностью частиц.

Для улучшения гранулометрического состава песков, ис­пользуемых в растворных и бетонных смесях, применяют фрак­ционирование, т.е. добавление в песок в необходимых количе­ствах крупных фракций.

Определение гранулометрического состава песка.Для работы необходимы стандартный набор сит (с круглыми отверстиями диаметром 10; 5; 2,5 мм и с квадратными отверстия­ми со стороной 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14 мм) с крышкой и под­доном; технические весы с разновесами; сушильный шкаф или ла­бораторная сушилка; совок; проба песка массой 1,5-2 кг; ткань для очистки приборов и оборудования.

Пробу песка высушивают при температуре 105-110 °С до по­стоянной массы, после чего песок просеивают через сита с от­верстиями 10 и 5 мм. Частные остатки на этих ситах рассматри­вают как отдельные фракции гравия. Из пробы песка, прошедшего через сито с отверстиями 5 мм, отвешивают 1 кг песка и про­сеивают через сита с размерами отверстий 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14 мм. Остатки на каждом из сит (частные остатки) и ту часть пробы, которая прошла через сито 0,14 мм, взвеши­вают. Результаты взвешивания заносят в первую строку табл.2.

Частным остатком на том или ином сите называют выражен­ное в процентах отношение массы остатка песка на этом сите ко всей просеиваемой массе песка (вторая строка табл.2).

Расчет ведут по формуле:

,

где a2,5 – частный остаток на сите размером 2,5 мм, %; О2,5 - масса песка, оставшегося на этом сите, г; Р - масса всей про­сеиваемой навески, г.

Аналогично вычисляют частные остатки сит размером 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14 мм.

 

Таблица 2

Гранулометрический состав песка

 

Остатки Размер отверстий сит, мм Прошло через сито 0,14
2,5 1,25 0,63 0,315 0,14
Частные ос­татки, г            
Частные ос­татки, %                        
Полные ос­татки, %                        

 

По частным остаткам вычисляют полные остатки на каждом сите, суммируя все предыдущие частные остатки (третья строка табл.2).

Таким образом, полный остаток на каком-либо сите пред­ставляет собой сумму частного остатка на данном сите и всех частных остатков на предыдущих (более крупных) ситах:

A2,5 = a2,5

A1,25 = a2,5 + a1,25

A0,14 = a2,5 + a1,25 + a0,63 + a0,315 + a0,14.

Частные и полные остатки определяют с точностью до 0,1 %. По полным остаткам строят кривую просеивания песка и сравни­вают ее со стандартной областью допустимого колебания гранулометрического состава, заштрихованной на рисунке.

Крупность песка характеризуется модулем крупности

 
 

Mк = (A2,5 + A1,25 + A0,63 + A0,315 + A0,14 )/100.

Если построенная по результатам исследований кривая про­сеивания располагается в заштрихованной части графика, то пе­сок годен для приготовления растворных и бетонных смесей.

Определение объемной насыпной массы песка.Песок насыпают с высоты 10 см в предварительно взвешен­ный сосуд емкостью 1 л до образования над его краями конуса из песка, который затем снимают ребром линейки. После этого сосуд с песком взвешивают и вычисляют насыпную массу песка

gн.п. = (M-M1)/V,

где M1-масса сосуда, кг; M- масса сосуда с песком, кг; V - объем сосуда, м3.

Определение плотности песка.Для определения плотности, на весах взвешивают 0,1 кг песка. В прибор Ле-Шателье, заполненный до нижней риски во­дой, насыпают небольшими порциями песок. Чтобы удалить вовлекаемый в прибор с песком воздух, необходимо периодически про­изводить легкое встряхивание прибора. Песок насыпают до тех пор, пока уровень воды не поднимется до верхнего деления гра­дуированной части прибора. Это будет означать, что песок вы­теснил 20 см3 воды. Остаток песка взвешивают и вычисляют плотность:

r = (M-M1)/V,

где М и М1 - соответственно масса песка, равная 0,1 кг, и масса остатка песка, кг; V - объем вытесненной воды, м3.

Определение содержания глинистых и пылевидных примесей. Глинистые и пылевидные частицы, находящиеся на поверх­ности зерен песка, препятствуют прочному сцеплению зерен с цементным камнем, снижая прочность бетона.

Для определения содержания глины и пыли, 0,5 кг сухого песка по­мещают в металлическую чашу, которую наполняют водой так, чтобы высота слоя воды над песком была не менее 5 см. Затем песок в чаше взбалтывают деревянной лопаткой и оставляют в покое на 2 мин. для оседания частиц песка, после чего мутную воду сливают, чашу снова наполняют водой, производят переме­шивание, отстаивание и слив воды.

Последняя операция должна производиться аккуратно во избежание уноса зерен песка. Промывку песка производят до тех пор, когда вода над песком после перемешивания будет прозрач­ной. Промытый песок высушивают до постоянной массы. Содержа­ние глины и пыли Г определяют с точностью до 0,1%:

Г = (М-М1)*100/М,

где М и М1 - масса песка соответственно до и после отмучивания и сушки, кг.

Проведенные эксперименты позволяют сделать заключение о соответствии песка требованиям ГОСТа и его пригодности для практического применения.

Кроме указанных параметров, качественными пробами могут быть установлены содержание органических примесей и наличие в песке сернокислых солей, растворимых в воде.

Исследование зернового состава и основных свойств крупного заполнителя (щебня, гравия)

Гравием называется рыхлый материал, образованный в результате естественного разрушения (выветривания) горных пород. Он состоит из более или менее окатанных зерен размером 5-70 мм (ГОСТ 8268-93. Гравий для строительных работ. Технические условия).

В зависимости от происхождения, различают гравий овражный (горный), речной и морской. Зерна речного и морского гравия имеют более окатанную форму, что несколько снижает прочность сцепления с цементным раствором, а, следовательно, и прочность бетона.

Для массивных сооружений (плотины) и при редкой расстановке арматуры ж/б конструкций можно использовать гравий с крупностью зерен до 120-150 мм.

Для приготовления бетонов желательно использовать гравий оптимального зернового состава. Пустотность в гравии не должна превышать 45%. Лещадная или пластинчатая и игловатая формы гравия хуже, чем кубовидная или тетраэдальная.

Прочность гравия на 20-50% должна быть больше прочности проектируемой марки бетона.

В гравии допускается не более 1% (по массе) глинистых и пылеватых примесей, количество которых определяют отмучиванием.

Щебнем называется рыхлый материал, получаемый в результате дробления камней горных пород с пределом прочности на сжатие от 20 до 120 Мпа (ГОСТ 8267-93. Щебень из природного камня для строительных работ. Технические условия). Куски щебня имеют остроугольную форму и размеры от 5 до 70 мм.

Куски, близкие по форме к кубу или тетраэдру, лучше для применения, чем куски плоской и игольчатой формы, т.к. они легко ломаются.

Щебень готовят из изверженных пород: гранит, диабаз, сиенит и др., а также из плотных осадочных пород: песчаники, известняки, доломиты.

Предельное содержание глинистых и пылеватых примесей:

- для бетонов марки 300 и выше – 1% и 2% соответственно для изверженных и осадочных пород (по массе);

- для бетонов более низких марок соответственно 2% и 3%.

Rщ > 2 Rб для бетона марки 300 и выше;

Rщ > 1,5 Rб для бетонов более низких марок;

где Rщ – прочность исходной породы на одноосное сжатие.

Некоторые преимущества гравия перед щебнем:

1) встречается в природе в раздробленном состоянии и дробить необходимо только крупные куски;

2) бетонные смеси имеют несколько большую подвижность, чем приготовленные на щебне, вследствие лучшей окатанности зерен;

3) имеет меньший объем пустот из-за окатанных зерен, благодаря чему получается больший выход бетона.

Недостатки гравия:

1) меньшее сцепление с цементным раствором, снижающее прочность бетона;

2) большая загрязненность глинистыми и другими примесями требует промывки гравия.

Выбор крупного заполнителя определяется экономической целесообразностью. Для высокопрочных бетонов лучше применять щебень.

 

Лабораторная работа предусматривает определение:

1) зернового состава щебня;

2) объемной массы (насыпной плотности) зерен щебня;

3) средней плотности зерен щебня;

4) межзерновой пустотности щебня;

5) содержание пластинчатых и игловатых зерен щебня;

6) содержание пылеватых и глинистых частиц.

По полученным результатам испытаний дается заключение о соответствии щебня требованиям ГОСТ.

Необходимые приборы и инструменты: стандартный набор сит, технические весы с разновесками, мерные сосуды (1 л и 5 л ), пробу испытуемого материала, сушильный шкаф.

Определение объемной насыпной массы.Определение этого показателя производят путем взвешивания сухого щебня в мерном цилиндре емкостью 5 л (0,005 м3). Объемная насыпная масса может определяться как в рыхлом, так и в уплотненном (вибрировать не более 40 сек.) состоянии.

Для бетонных смесей, уплотняемых вибрированием, объемную массу щебня следует определять также с уплотнением вибрированием.

g= кг/м3,

где m2 – масса цилиндра со щебнем; m1 – масса цилиндра; V – объем цилиндра.

Определение средней плотности зерен щебня. В стеклянный мерный цилиндр емкостью 1 л наливают 500 см3 воды и взвешивают 0,5 кг щебня. В цилиндр, находящийся в наклонном положении, осторожно опускают зерна щебня. Затем отмечают новый уровень воды в цилиндре и вычисляют среднюю плотность зерен щебня по формуле:

, кг/м3

m – масса щебня, 0.5 кг;

V1 – первоначальный объем воды в цилиндре, м3;

V2 – объем воды в цилиндре после всыпания щебня, м3.

, кг/м3

3. Определение межзерновой пустотности щебня

Пустотность щебня данной фракции вычисляется по формуле:

rщ – средняя плотность зерен щебня, кг/м3;

gщ – объемная насыпная масса щебня, кг/м3;

,

которая не должна превышать 45%.

Если gщ определена в уплотненном состоянии, то полученная пустотность соответствует уплотненному состоянию щебня.

4. Определение содержания игловатых и пластинчатых зерен

Игловатыми называют такие зерна, длина которых в 3 и более раз превышает любой наибольший другой размер зерна. Пластинчатыми (лещадными) считают такие зерна, толщина которых в 3 и более раза меньше любого наименьшего размера зерна.

Наличие в щебне значительного количества игловатых и пластинчатых зерен отрицательно сказывается на качестве бетона, т.к. такие зерна ухудшают удобоукладываемость бетонной смеси и, обладая низкой прочностью на изгиб, снижают прочность бетона. Для определения содержания игловатых и пластинчатых частиц взвешивают пробу щебня 0.5 кг, рассыпают зерна на листе белой бумаги и визуально отбирают зерна, относящиеся к категории игловатых и пластинчатых. Затем эти зерна (вместе) взвешивают и вычисляют процентное содержание с точностью до 1% по формуле:

М1 – масса игловатых и пластинчатых зерен, кг;

М – масса пробы щебня, кг.

Содержание игловатых и пластинчатых зерен не должно превышать 15% по массе.

5. Определение содержания глинистых и пылеватых частиц

Глина и пыль, находящиеся на поверхности зерен щебня (гравия), препятствуют сцеплению цементного камня с заполнителем, что отрицательно сказывается на прочности бетона. Содержание этих частиц определяется методом отмучивания, которое состоит в следующем.

Взвешивают 1 кг высушенного щебня и помещают в сосуд для отмучивания, наполняемый водой так, чтобы слой воды превышал уровень щебня на 5 см. Затем щебень взбалтывают в воде деревянной лопаткой и оставляют в покое на 2 мин., чтобы осели крупные частицы. После этого воду сливают, сосуд вновь наполняют водой. Промывку щебня в указанной последовательности повторяют до тех пор, пока вода, после перемешивания со щебнем (гравием) не будет оставаться прозрачной. Сливание вести осторожно, во избежание уноса зерен мелких фракций щебня.

После окончания отмучивания промытую пробу высушивают до постоянной массы и взвешивают. Содержание отмучиваемых пылеватых и глинистых частиц определяется с точностью до 0.1 % по формуле:

,

где М – масса щебня до отмучивания, кг; М1 - масса щебня после отмучивания и высушивания, кг;

В гравии должно быть не более 1% этих частиц. В щебне – 1% и 2% соответственно для изверженных и осадочных пород, при марке бетона М300 и более; 2 и 3 % соответственно для изверженных и осадочных пород при марке бетона менее М300.

Куски щебня имеют остроугольную форму. Щебень дробят из гранита, диабаза и других изверженных пород, а также из плотных осадочных пород – известняка, доломита и измененных пород – кварцита.

Щебень чище гравия, обычно он не содержит органических примесей. Предельное содержание глинистых и пылеватых примесей: для бетонов марки М300 и выше - до 1% в щебне из изверженных пород и до 2% в щебне из карбонатных пород; для бетонов более низких марок соответственно до 2% и до 3% (по массе).

Для обычного бетона применяют щебень из пород, прочность которых выше заданной марки бетона. Необходимая прочность породы (в насыщенном водой состоянии)

Rщ > 2 Rб для бетона марки М300 и выше;

Rщ > 1,5 Rб для бетона марок менее М300.

Гравий имеет перед щебнем то преимущество, что встречается в природе в раздробленном состоянии и дробить приходится только его крупные куски. Другое преимущество гравия – несколько большая подвижность бетонной смеси из-за меньшего, чем у щебня, трения между поверхностью гравия и раствором. Гравий имеет меньший объем пустот из-за окатанности зерен и меньшего трения при укладке, благодаря чему получается больший выход бетона.

К недостаткам гравия относятся более слабое сцепление его с цементным раствором при затвердении, снижающее прочность бетона, а также загрязненности глинистными и другими примесями, вследствие чего требуется его промывка.

При выборе между щебнем и гравием исходят из стоимости и других экономических соображений. Для высокопрочных бетонов лучше применять щебень.

6. Определение зернового состава щебня (гравия)

Зерновой состав заполнителя (щебня или гравия) в значительной мере влияет на качество приготовленного на нем бетона. При выборе зернового состава крупного заполнителя для бетона необходимо исходить из основного требования: получить наименьший объем пустот в крупном заполнителе, и, следовательно, наименьший расход цемента при заданной марке бетона.

По результатам испытаний зернового состава крупного заполнителя можно дать оценку его качества на пригодность для приготовления бетона.

Для определения зернового состава крупного заполнителя необходимы следующие приборы, инструменты и материалы: набор сит с размерами круглых отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм; сушильный шкаф, весы с набором гирь, испытуемый заполнитель (щебень, гравий).

Зерновой состав определяют в следующей последовательности.

Пробы щебня (гравия) объемом не менее 50 кг предварительно высушивают до постоянной массы и берут для испытаний 5, 10, 20, 30 и 50 кг при наибольшей крупности заполнителя соответственно 10, 20, 40, 70 и свыше 70 мм. Проволочными кольцами – калибрами отбирают зерна крупнее 100 мм.

Затем от предварительно высушенной пробы (зерна крупнее 100 мм удалены) щебня или гравия отбирают навеску, которую просеивают через набор сит, установленных в колонку (70, 40, 20, 10 и 5) мм. Остатки щебня (гравия) на каждом сите взвешивают, определяя тем самым частные весовые остатки (г) на всех ситах. Далее вычисляют частные остатки ai на каждом сите, выражая их в % по отношению к общему весу испытуемой пробы (G).

,

где gi – вес остатка на данном сите, г.

По известным величинам частных остатков рассчитывают полные остатки Ai (%) на каждом сите как сумму частных остатков (%) на всех предыдущих ситах с более крупными размерами отверстий, плюс остаток (%) на данном сите.

Ai = a70 + a40 + ... + ai

Затем устанавливают наибольшую Dнаиб и наименьшую Dнаим крупности зерен щебня (гравия). За наибольшую крупность зерен (Dнаиб) принимают размер отверстия того верхнего сита, на котором полный остаток составляет менее 5%, а за наименьшую крупность (Dнаим) – размер отверстия нижнего сита, полный остаток на котором составляет не менее 95%. Кроме того, вычисляют значения 0,5(Dнаиб+ Dнаим) и 1,25 Dнаиб. Зерновой состав каждой фракции или смеси фракций должен находиться в пределах, указанных в табл.1.

Таблица 1

Зерновой состав крупного заполнителя

 

Размер контрольных сит, мм Наименьший размер зерен, Dнаим 0,5(Dнаиб+ Dнаим) Dнаиб 1,25 Dнаиб
Полный остаток на ситах по массе, % 90-100 40-70 0-10

 

Качество зернового состава щебня (гравия) оценивают значением полных остатков в % на ситах с контрольными отверстиями Dнаим; 0,5(Dнаиб+ Dнаим); Dнаиб; 1,25 Dнаиб.

Откладывая на графике (рис.1) по оси ординат эти значения, получают 4 точки, которые соединяют ломаной линией. Щебень (гравий) признается годным по зерновому составу для приготовления бетона, если кривая его состава располагается в заштрихованной части графика.

Рис.1. График зернового состава щебня (гравия)

 

Пример: при просеивании навески G = 20 кг щебня наибольшей крупности 40 мм частные остатки на каждом сите составили:

m40 = 0,8 кг; m20 = 10,4 кг; m10 = 7,6 кг; m5=1 кг; m<5 = 0,2 кг

Эти значения занесем в таблицу; сюда же заносим частные остатки ai (%), вычисленные по формуле , где G - масса взятой пробы, т.е. 20 кг. Затем вычисляем полные остатки Ai (%) и заносим их в табл. 2.

Таблица 2

Зерновой состав щебня (масса 20 кг)

 

Остаток Размеры отверстий сит, мм
Прошло через сито №5
Частный, кг Частный, % Полный, % - - - 0,8 10,4 7,6 0,2

 

По значению полных остатков устанавливаем:

Dнаим = 5мм; Dнаиб = 40мм; 0,5(Dнаиб+ Dнаим) = 0.5(5+40)=20 мм; 1,25 Dнаиб = 1.25*40 = 50 мм. После этого на график наносят значения соответствующих полных остатков:

A5 = 99%; A20 = 56%; A40 = 4%; A50 (в данном примере A70) = 0%.

Соединяя полученные точки ломаной линией, находим, что кривая зернового состава щебня располагается в заштрихованной зоне графика, что свидетельствует о пригодности щебня для приготовления бетона.

 



Дата добавления: 2022-05-27; просмотров: 493;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.049 сек.