Насыпная плотность - как ее определить? Как определить среднюю насыпную плотность сыпучих материалов

Насыпную плотность определяют для сыпучих строительных материалов: цемента, песка, щебня, гравия и др. Насыпная плотность таких материалов может быть определена в рыхлонасыпном, уплотненном и естественном состоянии.

Насыпной плотностью сыпучих материалов называют массу единицы объема материала в насыпном состоянии, т.е. с порами и пустотами, данный параметр можно определять в соответствии с методиками, приведенными в ГОСТ 8735-88 и ГОСТ 8269.0-97.

Насыпную плотность определяют с помощью прибора (рис. 4.1), который состоит из стандартной воронки в виде усеченного конуса и мерного цилиндра объемом 1 л или 10 л. Для испытаний под трубкой воронки устанавливают заранее взвешенный мерный цилиндр. Расстояние между верхним обрезом цилиндра и задвижкой должно быть 50 мм. В воронку насыпают сухой материал, затем открывают задвижку, наполняют цилиндр с избытком, закрывают задвижку и металлической линейкой срезают от середины в обе стороны излишек материала вровень с краями цилиндра. При этом не допускается уплотнение материала. Затем цилиндр о материалом взвешивается с точностью до 1 г. Расчет насыпной плотности материала в рыхлонасыпном состоянии ведут по формуле:

ρ н.р . = , [кг/л], (4.1)

где m 1 - масса цилиндра с материалом, кг;

m 2 - масса цилиндра, кг;

V - объем цилиндра, л.

Испытание повторяют не менее трех раз и вычисляют конечный результат как среднее арифметическое трех измерений.

При транспортировании и хранении сыпучие материалы уплотняются, при этом значение их насыпной плотности может оказаться на 15-30% выше, чем в рыхлонасыпном состоянии. Определить насыпную плотность в уплотненном состоянии можно по приведенной выше методике, однако после заполнения цилиндра материалом его следует уплотнить вибрацией в течение 30-60 сек на виброплощадке путем легкого постукивания цилиндра о стол 30 раз. В процессе уплотнения материал досыпают, поддерживая некоторый избыток его в цилиндре. Далее избыток срезают, определяют массу материала в цилиндре и вычисляют насыпную плотность в уплотненном состоянии.

На основе полученных результатов можно определить уплотняемость материала, которую принято характеризовать коэффициентом уплотнения

К у =, (4.2)

где: ρ н.у. - насыпная плотность материала в уплотненном состоянии, кг/л;

ρ н.р. - насыпная плотность материала в рыхлонасыпном состоянии, кг/л;

Рис. 4.1. Схема прибора для определения насыпной плотности материала в рыхлонасыпном состоянии:

1 - стандартная воронка; 2 - задвижка; 3 - мерный цилиндр

5. Определение водопоглошения материала

При определении водопоглощения материалов из горных пород следует руководствоваться ГОСТ 30629-99. Водопоглощение определяют на пяти образцах кубической формы с ребром 40 - 50 мм или цилиндрах диаметром и высотой 40 - 50 мм. Каждый образец очищают щеткой от рыхлых частиц, пыли, высушивают до постоянной массы. Взвешивание образцов и обмер производят после их полного остывания на воздухе. Далее испытание проводят в следующей последовательности. Образцы горной породы укладывают в сосуд с водой комнатной температуры 15 - 20 0 С в один ряд так, чтобы уровень воды в сосуде был выше верха образцов на 20 мм. Образцы выдерживают 48 ч, после чего их вынимают из сосуда, удаляют влагу с поверхности влажной мягкой тканью и каждый образец взвешивают. Массу воды, вытекающей из пор образца на чашку весов, включают в массу насыщенного водой образца.

Водопоглощение материала по массе или по объему равно отношению массы воды, поглощенной образцом материала при насыщении, соответственно к массе или объему образца.

Водопоглощение по массе вычисляют по формуле:

=
. 100 , [%], (5.1)

где m 1

m 2 - масса образца в насыщенном водой состоянии, кг.

Водопоглощение по объему вычисляют по формуле:

=
. 100 , [%], (5.2)

где m 1 - масса образца в сухом состоянии, кг;

m 2 - масса образца в насыщенном водой состоянии, кг;

V - объем образца, см 3 .

За окончательный результат принимается среднее арифметическое пяти определений водопоглощения.

Величина водопоглощения по массе может составлять более 100%.

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.

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.

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.

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 .