Определение насыпной плотности (метод метод волюмометра Скотта). Определение средней и насыпной плотности Методика определения насыпной плотности материала

Для сыпучих материалов (цемент, песок, щебень, гравий и др.) определяют насыпную плотность. В объеме таких материалов имеются не только поры в самом материале, но и пустоты между зернами или кусками материала. Это определение выполняют с помощью прибора (рис 1.5), который представляет собой стандартную воронку в виде усеченного конуса. Внизу конус переходит в трубку диаметром 20 мм с задвижкой. Под трубкой устанавливают заранее взвешенный мерный цилиндр объемом 1 литр (1000 см 3). Расстояние между верхним обрезом цилиндра и задвижкой должно быть не более 50 мм.

В воронку насыпают сухой исследуемый материал , затем открывают задвижку и заполняют цилиндр с избытком, закрывают задвижку и металлической или деревянной линейкой срезают от середины в обе стороны излишек материала вровень с краями цилиндра. При этом линейку держат наклонно, плотно прижимая к краям цилиндра. Необходимо, чтобы цилиндр был неподвижным, так как при толчках сыпучий материал может уплотниться, что увеличит его среднюю плотность. Затем цилиндр взвешивают с точностью до 1 г. Испытание повторяют пять раз и среднюю плотность материала в рыхлонасыпанном состоянии r н , кг/м 3 , вычисляют как среднее арифметическое пяти определений по формуле:

ρ н = (m 1 - m 2)/V, (1.9)

где: m 1 - масса цилиндра с материалом, кг; m 2 - масса цилиндра без материала, кг; V - объем цилиндра, м 3 .

Рис. 1.5. Стандартная воронка

1 - корпус; 2 - трубка; 3 - задвижка; 4 - мерный цилиндр

При транспортировании и хранении сыпучие материалы уплотняются, при этом значение их насыпной плотности оказывается на 15-30% выше, чем в рыхлонасыпном состоянии. Определяют насыпную плотность материала в уплотненном состоянии по приведенной выше методике, однако после заполнения цилиндра его уплотняют путем вибрации в течение 30-60 с на виброплощадке или путем легкого постукивания цилиндра с материалом о стол 30 раз. В процессе уплотнения материал досыпают, поддерживая некоторый избыток его в цилиндре. Затем избыток срезают и определяют массу материала в цилиндре, после чего вычисляют насыпную плотность в уплотненном состоянии.

Для влажного материала насыпная плотность вычисляется по формуле

ρ w н = ρ н (W + 1), (1.10)

где: W - влажность материала, отн.ед.

Вопрос: Всегда ли верна эта формула?

Да, если увлажнение не приводит к изменению объема материала (это учитывается при выводе формулы (1.10)). Но для тонкодисперсного материала (к нему не относится песок, т.к. его мелкая фракция должна быть не менее 0,14 мм) при увлажнении вначале это условие будет выполняться, а затем объем будет увеличиваться вследствие раздвижки зерен адсорбированной водой. При этом будет происходить уменьшение ρ w н с ростом W (т.к. плотность воды меньше песка).

Вывод формулы (1.10).

1. Влажность материала: W = (m вл. – m)/m , где: m вл. – масса влажного материала, г; m – масса сухого материала, г.

Отсюда находим m вл. = m (1 + W) .

По определению ρ w н = m вл. /V , где V – объем влажного сыпучего материала (здесь негласно принимается, что объемы сухого и влажного сыпучего материала равны!).

После подстановки имеем: ρ w н = m вл. /V = m(1 + W)/V = ρ н (1 + W).

Насыпная плотность показывает, какое количество сыпучего материала находится в одном кубе. Ее величина зависит не только от фракции, но и от размеров пустот. Показатель необходим для определения объема закупаемого песка и приготовления растворов. Измеряется в кг/м3, знать это число следует каждому строителю, так как пропорции компонентов влияют на качество всей конструкции или изделия.

Объем, который занимает песок средней крупности и других фракций, каждый раз будет разным. Показатель меняется, исходя из следующих условий:

• процент влажности;
• количество различных примесей;
• структура песчинок;
• пористость.

Вода изменяет объем: чем выше влажность, тем ниже становится плотность строительного песка. Вес одного куба сырого стройматериала значительно отличается от сухого.

По размеру бывает мелким, средним и крупным. Чем больше песчинка, тем меньше насыпная степень плотности. Происходит это из-за того, что между ними получаются более обширные пустоты. И наоборот, чем мельче фракция, тем больше получится их количество в одном кубометре, так как они сильнее уплотняются. Мелкий применяется при производстве сухих строительных смесей для оштукатуривания, затирок и других. Крупно- и среднефракционный – для изготовления различных растворов, в том числе бетонного и цементного.

В зависимости от места добычи он может содержать глину, известь, гипс и другие вещества. Показатель чистого песка составляет приблизительно 1300 кг/м3, загрязненного – 1800 кг/м3. Чтобы очистить от грязи, необходимо промыть, но из-за этого увеличивается его стоимость.

Пористость показывает число пустот между зернами. Чем она больше, тем меньше степень уплотненности. У рыхлого ее величина равна 47%, у утрамбованного – 37%. Количество пустот уменьшается с насыщением влагой, так как они заполняются водой. Также снижается она после транспортировки, так как материал проседает из-за вибрации, возникающей при движении. Если необходимо достичь максимальной прочности бетонных или железобетонных изделий, то следует использовать уплотненный строительный песок. Он способен выдерживать наибольшую нагрузку и равномерно ее распределять.

Определение степени уплотнения

От плотности стройматериала зависит его назначение, для каких конструкций и зданий он может применяться. По ее показателю делают расчет расхода, чтобы узнать, какое количество смеси получится после замешивания или сколько его требуется. Нередко нужно перевести кубические метры в массу, и наоборот. К тому же некоторые точки реализации продают в кубах, а где-то на вес – в тоннах.

Для перевода в другие единицы измерений существует специальная формула: Р=M/V, где: Р – степень уплотнения, М – масса, V – объем. Например, в кузове находится 3 куба сыпучего материала общим весом 4,8 т или 4800 кг. Плотность тогда будет равна: 4800/3=1600 кг/м3. И наоборот, зная степень уплотнения и количество кубометров в емкости, можно определить вес песка в состоянии естественной влажности или сырого: М=Р/V.

Провести расчеты возможно и своими руками. Сыпучий материал насыпают в ведро объемом 10 л с высоты 10 см до образования возвышающейся горки. Поверхность выравнивают линейкой, не уплотняя его при этом. Расчет средней плотности делают по следующей формуле: Р=(М 2 -М 1)/V, где: М 2 – общий вес, М 1 – вес емкости, V – объем ведра, то есть 10 л. Объем емкости нужно перевести в кубические метры – 0,01. Например, тара весит 620 г или 0,62 кг, песок вместе с ней составляет 15,87 кг. Его плотность равна: Р=(15,87-0,62)/0,01=1525 кг/м3.

Таблица с показателями насыпной плотности песка разных видов:

Виды сыпучего материала

Чаще всего используется строительный, речной и карьерный пески. Речной образуется естественным путем в результате дробления водами горных пород, имеет округлую форму. Так как он постоянно омывается, в нем почти нет примесей, благодаря чему не требует дополнительного очищения перед применением. Делится на несколько групп по размерам. Зерна до 2 мм называют мелкими, 2-2,8 – средние, 2,9-5 – крупные.

Насыпная средняя плотность составляет 1650 кг/м3. Главное преимущество – является экологически чистым и безопасным материалом как для окружающей среды, так и для человека. Применяется для замешивания кладочных и штукатурных растворов, изготовления бетонных изделий, сухих смесей, а также благоустройства территорий. Речной песок имеет высокую стоимость, поэтому если по техническим нормам его можно заменить, то лучше выбрать карьерный.

Применяется при прокладке автомобильных дорог, созданию подушек для фундаментов, подсыпок. При изготовлении бетона и различных растворов используется в качестве наполнителя. Состоит из множества разных элементов – шпат, слюда, кварц и так далее. В зависимости от того, какой компонент в нем составляет наибольшую часть, ему присваивается название, например, если это известняк, то называют известняковым.

Помимо средней степени уплотнения существует истинная. Ее величина неизменяемая и всегда постоянная. Найти ее можно только в лабораторных условиях опытным путем. В отличие от определения насыпной плотности, в этой не учитываются пустоты и зазоры.

При выборе следует учитывать: чем крупнее зерна, тем больше потребуется вяжущего порошка для замешивания растворов. Цемент должен закрыть все пустоты, иначе конструкция получится непрочной. Из-за этого возрастает себестоимость цементного или бетонного состава. Также необходимо обращать внимание на степень радиоактивности, особенно если это карьерный песок. Для возведения дома используется материал только первого класса.

Для снижения расходов можно купить немытый песок и очистить его самостоятельно. Но делать так рекомендуется, если требуется маленький объем, иначе это потребует чересчур много времени и больших трудовых затрат. Приобрести стройматериал можно как навалом, так и в мешках.

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.

Насыпную плотность определяют взвешиванием массы высушенной пробы заполнителя в мерном сосуде.

10.1.1 Порядок проведения испытания

Определение средней насыпной плотности пористого гравия, щебня или песка производят в соответствии с работой № 2 .

Размер мерного сосуда и объем пробы для испытания в зависимости от крупности заполнителя принимают по таблице 28.

Насыпную плотность заполнителя вычисляют как среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений, при проведении которых каждый раз используют новую порцию заполнителя.

Таблица 32 - Размеры мерных сосудов и объем пробы

10.1.2 Обработка результатов

Насыпную плотность заполнителя (r н ) в кг/м 3 вычисляют с точностью до 10 кг/м 3 (песка марок по насыпной плотности 250 и менее – до 1 кг/м 3) по формуле:

где m 1 – масса мерного сосуда с заполнителем, кг;

m 2 – масса мерного сосуда, кг;

V – объем мерного сосуда, м 3 .

В зависимости от насыпной плотности гравий, щебень и песок подразделяют на марки, приведенные в таблице 33.

Таблица 33 - Марка по насыпной плотности неорганических пористых заполнителей

Предельные значения марок по насыпной плотности для различных видов пористых: гравия, щебня и песка – должны соответствовать требованиям ГОСТ 9757–90, приведенным в таблице34. При этом фактическая марка по насыпной плотности не должна превышать максимального значения, а минимальные значения приведены в качестве справочных.

Таблица 34 - Предельные значения марок по насыпной плотности

Примечание. По согласованию изготовителя с потребителем для приготовления конструкционных легких бетонов классов В20 и выше допускается изготовление керамзитового гравия и щебня марок 700 и 800.

Определение средней плотности зерен крупногозаполнителя

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя определяют гидростатическим методом по разности массы контейнера с навеской до и после насыщения ее водой при взвешивании в воде и на воздухе.

10.2.1. Порядок проведения испытания

Из высушенной до постоянной массы пробы заполнителя объемом 3 л отсеивают частицы менее 5 мм на сите с отверстиями диаметром 5 мм. Затем сухой контейнер с крышкой предварительно взвешивают на воздухе и в воде на весах с приспособлением для гидростатического взвешивания. После чего в контейнер засыпают пробу заполнителя объемом 1 л, закрывают его крышкой и взвешивают. Затем контейнер с заполнителем постепенно погружают в сосуд с водой и встряхивают в воде для удаления пузырьков воздуха. Сосуд с заполнителем должен находиться в воде 1 ч, причем уровень воды должен быть выше крышки контейнера не менее чем на 20 мм. Контейнер с насыщенным водой заполнителем взвешивают на весах с приспособлением для гидростатического взвешивания. Далее контейнер с заполнителем вынимают из сосуда с водой, излишку воды в течение 10 мин дают стечь и взвешивают на воздухе.

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя каждой фракции вычисляют как среднее арифметическое значение результатов двух параллельных определений, каждое из которых производят на новой порции заполнителя.

10.2.2 Обработка результатов

Среднюю плотность зерен крупного заполнителя (r к ) в г/см 3 вычисляют по формуле

(58)

где m 1 – масса пробы сухого заполнителя, найденная по разности массы контейнера с высушенной пробой и массы контейнера при взвешивании на воздухе, г;

m 2 – масса пробы заполнителя, насыщенного водой, найденная по разности массы контейнера с насыщенной пробой заполнителя и без него при взвешивании на воздухе, г;

т 3 – масса заполнителя в воде, найденная по разности массы контейнера с насыщенной пробой заполнителя и без него при взвешивании в воде, г;r в – плотность воды, равная 1 г/см 3 .

Очень часто наших клиентов мучает вопрос как перевести кубические метры в тонны и наоборот. На данной странице мы попытались расмотреть два способа как это сделать.

Коэффициент перевода сыпучих материалов из м3 в тонны: данные коэфициенты являются примерными т.к. для точного перевода необходимо знать влажность материала. Для более точного определения коэффициента перевода можно провести простейший эксперимент. В 10 литровое ведро (его объем составлятет 0,01 м3) засыпьте необходимый вам материал и произведите взвешивание. Причём предварительно необходимо взвешать пустое ведро. По формуле Рн=(М2-М1)/V где Рн - коэффициент насыпной плотности, М2 - масса мерного сосуда вместе с материалом, М1 - масса пустого мерного сосуда, V - объём мерного сосуда.

Таблица коэффициентов перевода м3 в тонны для сыпучих материалов:

Насыпная плотность сыпучего строительного материала – это его плотность в неуплотненном состоянии. Она учитывает не только объем самих частиц материала (песчинок или отдельных камней гравия), но и пространство между ними, так что насыпная плотность меньше, чем плотность обычная. При уплотнении сыпучего материала, его плотность становится больше и перестает быть насыпной. Цемент в мешке, отвал щебня, или шесть кубов песка в кузове грузовика – все они находятся в неуплотненном состоянии и имеют свою насыпную плотность. Знать ее необходимо для того, чтобы связывать объем и массу таких материалов, ведь цены за их поставку могут быть в рублях, как за тонну, так и за кубометр. Точно так же количество этих материалов, например, их пропорции для приготовления бетона, могут понадобиться и в тоннах, и в кубометрах.

Плотность песка, пустотность и влажность – это взаимосвязанные характеристики песка, которые имеют важное значение при подборе материалов для приготовления бетона. Плотность песка бывает: истинная – это плотность высушенного песка и насыпная – плотность поставляемого песка. Такой показатель, как насыпная плотность изменяется в зависимости от влажности песка. При уменьшении плотности – возрастает пустотность, что приводит к повышенному расходу вяжущих, а следственно к увеличению расходов.
Плотность песка, при росте влажности до примерно 10% очень резко снижается, что объясняется тем, что влага, обволакивая каждую песчинку, заставляет их слипаться в комки и это приводит к увеличению общего объема. После того, как влажность достигнет десяти процентов, дальнейший ее рост приводит, наоборот, к увеличению плотности, поскольку вода начинает заполнять пространство между зернами песка, вытесняя воздух. Таким образом, если производится дозировка составляющих бетона по объему – этот фактор следует учитывать в обязательном порядке. Влажность песка можно определить, измерив разницу в массе песка до и после высушивания и разделив, полученный результат на первоначальную массу навески песка (обычно 1 кг.) Сушат песок на металлическом противне до полного высушивания (когда прекратится уменьшаться масса пробы).
Для того, чтобы определить, каков объем поставки песка, на месте приемки определяют его насыпную плотность, что позволит перевести массу поставки в кубометры.
Вычисляют насыпную плотность песка следующим образом: песок, без всякой предварительной обработки (высушивание, уплотнение), насыпают совком в мерный цилиндр, вместимостью 10 литров (ведро), с высоты 10 сантиметров, до тех пор пока цилиндр не заполнится «с горкой». Эту «горку» срезают вровень с краем мерного цилиндра, стараясь, опять же не уплотнять песок. После этого производится взвешивание пробы песка. Плотность песка будет частым от деления массы песка на объем, в нашем случае 10 литров, т.е. 0,01 кубов песка. Естественно массу песка измеряют без учета массы сосуда. Измерения проводят два раза, а окончательным значением будет сумма замеров, деленная на 2.

Как перевести вес в кубы и наоброт - существует два способа. Первый воспользоваться условными коэффициентами перевода. Но в этом случае вы должны понимать что результат полученный таким образом будет примерным. Второй способ провести замеры с помощью 10 литрового ведра именного того материала который вы используете в данный момент это гораздо хлопотное мероприятие, но оно принесёт вам более точный результат.