Насыпная плотность песка. Насыпная плотность - как ее определить? Определение насыпной плотности волокнистых материалов

Определение насыпной плотности говорит о количестве материала в одном кубометре сыпучего материала. Данную величину определяет, как количество пустот между отдельными элементами, так и размер имеющихся фракций. Нужно знать значение этого показателя для корректного произведения расчета при создании растворов и закупке материала. Единицы измерения - кг/м 3 .

Определение плотности

Известно, что в составе песка имеются зерна средней, крупной и мелкой фракции, влияющие на изменение объема насыпного материала с каждым разом. Условия, согласно которым изменяется показатель:

• степень пористости;
• структура отдельных песчинок;
• количество и тип разнообразных примесей;
• показатель процента влажности;
• уровень увлажненности песка.

Больше всего на изменение объема влияет количество влаги. Чем выше этот показатель, тем меньше у строительного песка показатель плотности, что существенно отличает куб сухого материала от сырого по габаритам.

По размеру различают крупно-, средне - и мелкозернистый материал. Чем больше размер песчинки, тем выше насыпная плотность. Это происходит из-за наличия более существенных пустот. Для меньших песчинок в единице объема за счет большего уплотнения помещается их большее количество. Устранение примесей производится в результате промывания добытого песка, однако это существенно увеличивает его стоимость.

Величина пористости указывает на характер и количество пустот между отдельными крупицами. Чем больше это значение, тем ниже показатель уплотнения. У рыхлого песка эта величина равняется 47%, для утрамбованного - 37%. Влага позволяет уменьшить количество пустот, поскольку вода их заполняет. Количество пустот также уменьшается и в результате транспортировки, поскольку из-за вибрации, которая возникает при движении, материал проседает. Более уплотненный песок для целей строительства следует использовать при создании железобетонных и бетонных изделий с максимальной точностью. Они способны выдерживать самые большие нагрузки с равномерным их распределением.

От чего зависит степень уплотнения

Назначение материала сильно зависит от показателя его плотности, для каких типов зданий и видов конструкций допустимо его применение. Согласно данному показателю производится расчет расхода того количества, которое требуется для определенных целей. Ведь важно знать количество смеси, которая получится с использованием конкретного типа исходных материалов. Часто требуется преобразовать массу в кубометры и наоборот.

Одни строительные базы продают песок в тоннах, а другие - в кубах.

Чтобы перевести данные в другие единицы измерительной системы, следует воспользоваться школьной формулой для объема и плотности:

Р = m / V, где:

• P - насыпная плотность или степень уплотнения;
• m - расчетная масса сыпучего материала;
• V - имеющийся объем.

Для примера рассчитаем плотность произвольного типа песка весом 3,2 т или 3200 кг, занимающий в объеме 2 м 3 . Количественное значение плотности согласно формуле находится как:

Р = 3200 / 2 = 1600 кг/м 3 .

Аналогично при наличии данных об объеме и известной степени плотности песка, можно найти его вес в сыром виде или в естественном состоянии влажности:

На показатель влияют следующие факторы:

1. Насыпанный обычным способом песок обладает значительно меньшей плотностью, чем уплотненный при укладке;
2. После слеживания материала определенного этапа песок различаться влажностью. Увеличение веса происходит в результате попадания в микропоры между песчинками воды;
3. На значение насыпной массы сыпучего материала влияет наличие органических добавок и грунтосодержащих примесей. Для большинства строительных растворов нужен согласно технологии приготовления мелкий наполнитель высокой степени очистки, что требует корректирования этого показателя с помощью просеивания или промывания;
4. В зависимости от породы происхождения, различают материал разной плотности, которая непосредственно влияет на вес;
5. Формы, а также фракции имеющихся зерен в большей степени определяют плотность песка. Чем более крупные фрагменты содержится в насыпи, тем большее потребуется расстояние между крупицами, заполненными воздушной прослойкой.

Расчет плотности

На стройплощадку доставляется разный тип песка. Использовать его можно как сразу после доставки, так и после определенной обработки. При хранении сыпучего материала без накрытия вне помещения постоянно меняется плотность песчинок.

На практике такие расчеты можно провести самостоятельно. Для этого берется емкость определенного объема. Например, это может быть ведро объемом 8 л. После засыпания материалов в ведро с помощью линейки выравнивается поверхность насыпной горки. Взвесив наполненное ведро, а также определив массу самой емкости, формула для расчета приобретает вид:

Р = (m 2 - m 1) / V , где:

• m 1 — вес используемой для измерения плотности образца емкости;
• m 2 — общая масса засыпанного песком ведра;
• V — объем тары, в нашем случае 8л.

Сначала необходимо преобразовать объем в кубометры, 8 л - это 0,008 м 3 . В килограммах это 0,45 кг, а наполненное ведро с песком весит 12,65 кг. Результирующая плотность определяется как:

Р = (12,65 - 0,45) /0,008 = 1525 кг/м 3 .

С помощью коэффициента уплотнения, не взвешивая песок перед использованием, можно определять его фактическую массу, которая постоянно изменяется для разных типов зернистости материала.

Для получения искомого результата необходимо умножить на коэффициент среднюю плотность стройматериала. В таблице взяты коэффициенты самых популярных типов песка. Однако данное значение высокую точность не гарантирует, обладая погрешностью от 5%. Взвешивание, которое неудобно и порой вовсе не представляется возможным, является единственным наиболее достоверным способом определения показателя плотности. На месте стройплощадки специалистам доступны к использованию любые из имеющихся методов.

При покупке материала следует тщательно рассчитывать степень влажности приобретаемого песка.

Плотность в зависимости от разновидности песка

Чаще всего в строительстве применяется карьерный, речной или строительный материал. Естественным путем образовывается речной песок, поскольку порода подвергается дроблению естественным путем, что обеспечивает песчинкам округлую форму. В этом материале минимальное количество примесей, что перед применением не требует дополнительной обработки. В зависимости от размеров зерен выделяет несколько групп:

• 2,9 - 5 - крупные;
• 2 - 2,8 - средние;
• до 2 - мелкие.

Среднее значение показателя насыпной плотности приблизительно 1650 кг/м 3 . Данный материал обладает главным преимуществом - экологичностью и безопасностью.

Стоимость такого типа песка очень высокая, поэтому согласно техническим нормам он легко может заменяться карьерным.

Этот вид материала содержит в составе различные породы - кварц, слюду, шпат. Название присваивается такое, какой именно элемент в нем преобладает. Главная область применения — это создание подсыпки, подушек для фундамента, прокладки автомобильных дорог.

Свойства песка

Различают также показатель истиной степени уплотнения. Данная величина определяется исключительно в лабораторных условиях. Для этого показателя пустоты и зазоры не учитывается.

Размер зерна влияет на количество вяжущего вещества для конкретного типа раствора. Чтобы конструкция получилась прочной, все пустоты должны закрываться цементом. Это повышает себестоимость бетонного или цементного состава. В карьерном песке нужно обратить внимание на степень радиоактивности. Для возведения жилых зданий необходимо пользоваться материалом этого типа только 1 класса качества.

Заключение

Показатель насыпной плотности - очень важный параметр песка, который влияет на качество и прочность будущих сооружений. Помимо этого его нужно знать для расчетов строительных смесей, требуемого количества материала. Именно поэтому данную величину игнорировать нельзя.

Предоставляем услуги перевозки ФАСОВАННЫХ сыпучих грузов по Украине и в международном сообщении: Европа, Азия, СНГ

На выбор метода перевозки и перегрузки сыпучих материалов влияют их характерные свойства: истинная плотность, размер частиц, насыпная плотность и влажность . Средний размер частиц сыпучих материалов составляет 0,1 - 10 мм, потому эти грузы легко распыляются. Чтобы избежать потери сыпучих материалов, в процессе перевозки, транспортные средства должны быть герметизированы.

Расчет тоннажа. Насыпная плотность строительных и сельскохозяйственных грузов.

Знать насыпную плотность необходимо, для оптимального выбора объема грузового отсека самосвала или зерновоза. Ниже в таблице приведена насыпная плотность строительных и сельскохозяйственных грузов, а с помощью калькулятора можно вычислить вес того или иного количества объема сыпучих материалов.

Калькулятор расчета тоннажа сыпучих грузов.

Истинная и насыпная плотности сыпучих материалов

Плотность является базовой характеристикой сыпучих материалов при транспортировке. Существует истинная и насыпная плотность , которая измеряется в кг/м 3 или т/м 3 .

Истинная плотность – это отношение массы к объему тела в сжатом состоянии, без учета зазоров и пор между частицами, и является постоянной физической величиной, которая не может быть изменена.

В своем естественном состоянии (неуплотненном) сыпучие материалы характеризуются насыпной плотностью. Насыпная плотность– это плотность в неуплотненном состоянии, учитывает не только объем частиц материала, но и пространство между ними, потому насыпная плотность гораздо меньше чем истинная. Например , истинная плотность каменной соли составляет 2,3 т/м 3 , а насыпная - 1,02 т/м 3 . Песок в мешке или 30 куб.м. соли в кузове самосвала – это грузы находящиеся в неуплотненном состоянии. При уплотнении сыпучего груза, его плотность возрастает и становиться истинной.

Таблица насыпной плотности сыпучих грузов

Насыпная плотность - масса единицы объема рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов (цемента, песка, гравия, щебня, гранулированной минеральной ваты и т.п.).

Определение насыпной плотности рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов производится путем взвешивания определенного объема материала (методом мерных цилиндров или сосудов).

Насыпная плотность (г/см 3 , кг/м 3) вычисляется по формуле

, (9)

где - масса мерного цилиндра с материалом; - масса мерного цилиндра; - объем цилиндра.

Порядок выполнения работы при песчаном грунте рыхлого сложения . Песок высушивают в сушильном шкафу при температуре (110±5)°С до постоянной массы и просеивают через сито с отверстиями размерами 5 мм. Высушенный с высоты не более 5 см песок насыпают в предварительно взвешенный мерный цилиндр по наклонному лотку (рис. 5), по желобу, согнутому из листа бумаги или совком до образования над верхом цилиндра конуса. Конус песка (избыток материала) снимают вровень с краями цилиндра металлической линейкой. Цилиндр с материалом взвешивают.

Порядок выполнения работы при песчаном грунте плотного сложения . Опыты производятся аналогично предыдущему. Подготовленный песок насыпают небольшими порциями в мерный цилиндр и уплотняют с помощью резинового молоточка путем постукивания о стенки или дно цилиндра. По мере усадки материала в цилиндре его досыпают до тех пор, пока цилиндр полностью не наполнится.

Результаты опытов заносят в таблицу 6.

Таблица 6

Результаты определения насыпной плотности

Определение насыпной плотности указанными способами производят три-пять раз, при этом каждый раз берут новую порцию материала. Насыпную плотность материала вычисляют как среднее арифметическое результатов всех определений.

Определение пористости

Пористость (общая) - степень заполнения материала порами:

где - объем пор в материале; - объем материала в естественном состоянии.

Открытая пористость определяется как отношение суммарного объема пор, насыщающихся водой, к объему материала , т.е.

. (11)

Закрытая пористость :

. (12)

Для определения общей пористости существует экспериментальный и экспериментально-расчетный способ. Экспериментальный (прямой) способ основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и требует сложной аппаратуры для испытаний.

Экспериментально-расчетный метод определения пористости использует найденные опытным путем значения истинной плотности материала и его средней плотности в сухом состоянии.

Пористость (%) вычисляют по формуле

. (13)

Открытую пористость (%) определяют по формуле

где - объемное водопоглощение материала, % (см. п. 1.6).

Результаты вычислений пористости материала заносят в табл. 7.

Таблица 7

Результаты вычислений пористости материала

Определение влажности

Влажность материала характеризуется тем количеством воды, которое содержится в порах и адсорбировано на поверхности образца.

Влажность образца (%)вычисляется по формуле

, (15)

где - масса влажного образца, г; - масса сухого образца, г.

Влажность бетона определяют по образцам или пробам, полученным дроблением образцов после их испытания на прочность. Размер кусков после дробления должен быть не больше 5 мм. Путем квартования отбирают пробу 100 г, которую сушат при температуре (105±5)°С до постоянной массы. Чтобы установить в процессе высушивания достижение пробой постоянной массы, производят взвешивания не менее чем через 4 часа. Массу считают постоянной, если разница между повторными взвешиваниями оказалась не более 0,1 %.

Результаты опытов заносят в табл. 8.

Песок – это сыпучий материал. Измерить его истиную плотность затруднительно – между песчинками удалить промежутки практически невозможно. По этой причине для песка более применимо понятие насыпная плотность песка. Это среднее значение веса материала на единицу объёма.

Понятие и значения

За определением насыпной плотности песка скрывается значение массы материала в сухом виде на единицу объема, измеряемого в кубометрах или кубических сантиметрах.

Существует множество видов песка по происхождению, фракции. Мелкие песчинки плотнее укладываются в объем, чем крупные, следовательно их масса значительно больше. И наоборот.

Так, песок, добытый из реки, обычно гладкий и отшлифованный, обладает плотной структурой. Его вес на куб в среднем составляет 1500-1600 кг/м 3 согласно ГОСТ 8736-93. Песчинки из карьера часто пористые с острыми углами и гранями, такие весят гораздо меньше – около 1300 кг/м 3 .

Факторы определения плотности

Насыпной вес песка зависит от нескольких факторов:

• Фракция и форма песчинок определяет плотность сыпучего материала в большей степени. Чем крупнее фрагменты, тем большее расстояние между ними остается и наоборот. Округлые и квадратные песчинки занимают большее пространство, чем плоские.
• Порода происхождения. Чем плотнее минерал, из которого образовался песок, тем больше масса.
• Остатки грунта и органических примесей также оказывают влияние на насыпную массу песка. Технология приготовления строительных растворов предполагает использование очищенного мелкого наполнителя, поэтому данный параметр может быть скорректирован промыванием или просеиванием насыпи.
• Влажность после мытья или добычи песка. Вода проникает в поры песчинок и увеличивает их вес. Насыпная плотность сухого песка до 30% меньше, чем мокрого. По мере высыхания масса снижается, а объем увеличивается.
• Песок, уплотненный при укладке, имеет гораздо более высокую плотность на единицу объема, чем насыпанный в обычном состоянии.

Значение массы на кубометр можно наглядно отследить в таблице насыпной плотности природного песка:

Расчет изменения объёма и массы

Песок доставляется на строительную площадку в разном виде: сухой или влажный, речной или карьерный. Использовать его могут не сразу: материал применяется по мере необходимости. Если насыпь хранится под открытым небом, песчинки постоянно меняют влажность в зависимости от погодных условий. Эти факторы приходится учитывать технологам перед приготовлением рабочих растворов и засыпке котлованов.

Поскольку насыпная плотность песка мелкого и крупного постоянно меняется, для определения фактической массы объёма без взвешивания используют коэффициенты уплотнения. Некоторые из них отражены в таблице:

На коэффициент умножают среднюю плотность материала, получается искомый результат. В таблице приведены наиболее востребованные значения k у.

Насыпной коэффициент уплотнения песка не гарантирует точного результата – погрешность может составлять 5 и более процентов. Единственным достоверным способом определить массу единицы объема материала остается взвешивание, что не всегда возможно и удобно. Специалисты могут использовать любой из доступных методов определения плотности на месте.

2.1. Оборудование и материалы

Порошок ПЖРВ. Волюометр Скотта (рисунок 3). Кювета (толщина 4 мм, глубина 40,4 мм, объем V=26,5 см 3), весы рычажные. Штангенциркуль ШЦЦ-1-125.00 ПС, ГОСТ 166-89, погрешность измерения 0,03; весы ВЛА-200г-М, №608, погрешность от неравноплечности коромысла ≤2 гр., весы рычажные. ГОСТ – 19440 49.

Рис.3. Волюмометр Скотта

2.2. Теоретические данные

Насыпная плотность (ρ насып, г/см 3), есть объемная характеристика порошка, и представляет собой массу единицы его объема при свободной насыпке. Ее величина зависит от плотности упаковки частиц порошка при свободном заполнении ими какого – либо объема. Она тем больше, чем крупнее и более правильной формы частицы. Наличие выступов и неровностей на поверхности частиц, а так же увеличение поверхности в связи с уменьшением размера частиц повышает межчастичное трение, что затрудняет их перемещение относительно друг - друга и приводит к снижению насыпной плотности.

Величину, обратную насыпной плотности, называют насыпным объемом (V насып, см 3 /г), который представляет собой объем, занимаемый единицей массы порошка, при его свободной насыпке. Насыпная плотность порошка влияет на объемное дозирование и сам процесс формирования, а также на величину усадки при спекании (чем меньше насыпная плотность тем больше усадка).

При воздействии на свободно насыпанный порошок механических виброколебаний происходит уменьшение объема на 20-50%. Отношение массы порошка к величине этого нового, уменьшенного объема, называют плотностью утряски. Максимальная плотность утряски достигается на порошках со сферической формой частиц при минимальной шероховатости их поверхности.

Сущность метода – измерение массы определенного количества порошка, который в свободно насыпанном состоянии полностью заполняет емкость известного объема. Свободно насыпанное состояние получается при заполнении емкости путем последовательного прохождения порошка через систему наклонных пластин волюмометра Скотта. Отношение массы к объему – насыпная плотность.

2.3. Описание метода определения насыпной плотности

Некоторый объем порошка ПЖРВ насыпаем в верхнюю воронку волюмометра. Порошок в свободно насыпанном состоянии сыплется вниз, последовательно проходит через систему наклонных пластин волюмометра, заполняя при этом кювету, находящуюся под нижней воронкой. Образовавшаяся горка на поверхности снимается – поверхность выравнивается. Далее получившаяся масса порошка взвешивается на весах. Опыт проделывается два раза (таблица 2). Для каждого раза высчитывается значение ρ насып и V насып.

2.4. Результаты

Таблица 2. Значения насыпной плотности и объема для ПЖРВ

Где m к - масса кюветы, V к - объем кюветы, m П – масса порошка.

Вывод : проведены измерения насыпной плотности для порошка ПЖРВ, получившиеся значения укладываются в интервал теоретических: 2,71-2,90 г/см 3 .

Прессуемость порошков

3.1. Оборудование и материалы

Порошок ПЖРВ. Ручной гидравлический пресс 10 ТНС «Karl Zeiss Jena». Цилиндрические пресс-формы. Весы рычажные.

3.2. Теоретические данные

Уплотняемость порошка показывает его способность изменять начальную плотность упаковки частиц в процессе прессования. Эта характеристика оценивается по плотности прессовок, изготовленных при различных давлениях прессования в цилиндрической пресс-форме.

Прессуемость порошка оценивается его способностью образовывать прессовку под воздействием на него давления. Эта характеристика дает качественную оценку свойств порошка, комплексно связанную с уплотняемостью и формуемостью.

Хорошая прессуемость облегчает и удешевляет процесс формирования порошка. Чем выше насыпная плотность порошка, тем лучше прессуемость.

3.3. Описание способа прессования

Цилиндрическую пресс-форму заполнить порошком определенной массы (m=8,5 г для всех последующих испытаний берется та же масса). Пресс-форма помещается на предметный столик, находящийся под пуансоном. Далее пуансон опускается на пресс-форму и крепко фиксируется рычагами сверху. Затем выбирается давление и выдерживается на пресс-форме около 5 секунд. После этого давление необходимо снять, отжав рычаг рядом с монометром. Поднять пуансон и достать пресс-форму. Снять с пресс-формы верхний клапан и поставить на его место цилиндр, для того чтобы прессовка не выпала из пресс-формы. Далее так же установить пресс-форму под пуансон и подавать давление до тех пор, пока прессовка (рисунок 4) не выйдет. После, измерить размеры прессовки (диаметр D и высоту H), записать в таблицу 3.

Измерения проводились 13 раз: 12 из них с повышением давления на шаг, равный 10, и один для определения порога прессования (при Р=8).

Рис.4. Форма прессовки

3.4. Результаты

Таблица 3. Размеры полученных прессовок

m (навески порошка ПЖРВ) = 8,5 г

Объем вычисляется по формуле

Рис.5. Зависимость размеров прессовок от давления

Рис.6. Зависимость объема прессовки от давления

Для характеристики поведения порошков при прессовании используют коэффициент уплотнения k , равный отношению плотности прессовки при данном давлении P к насыпной плотности:

k = γ пр / γ нас.

Таблица 4. Расчет коэффициента уплотнения

Рис.7. Зависимость коэффициента уплотнения от приложенного давления

Вывод : прессуемость порошков была проведена на гидравлическом прессе «Karl Zeiss Jena». После получения прессовок были замерены их размеры и вычислен объем. В соответствии с таблицей построен график зависимости объема прессовок от приложенного давления - с увеличением давления объем уменьшается.

Усадка прессовок

После проведения прессовки порошка, получившиеся прессовки подвергли спеканию на установке СНВЭ - 131 при температуре 1200 0 С, при Р=10 -2 Па, 1 час. Далее была вычислена усадка прессовок.

4.1. Оборудование и материалы

Прессовки порошка ПЖРВ (13 шт.). Штангенциркуль ШЦЦ-1-125.00 ПС, ГОСТ 166-89, погрешность измерения 0,03; весы ВЛА-200г-М, №608, погрешность от неравноплечности коромысла ≤2 гр.

4.2. Полученные результаты

Необходимо измерить размеры прессовок после спекания (таблица 5). Затем сравнить объемы до и после усадки (таблица 6), вычислив тем самым величину усадки.

Таблица 5. Размеры прессовок после спекания

Таблица 6. Объемная усадка

Таблица 7. Усадка за счет изменения высоты прессовок

Рис.8. Зависимость усадки по объему и по высоте

Вывод : после проведения спекания размеры образцов изменились - диаметр увеличился, а высота соответственно уменьшилась. Построен график зависимости усадки по объему и по высоте - величина усадки монотонно уменьшается.