Насыпная плотность - как ее определить? Контрактное производство От чего зависит плотность

Такой строительный материал, как песок, является одним из самых важных, так как без него почти ни одно сооружение не возводится. Наиболее важный показатель, который характеризует его качество – это насыпная .

Она определяется в не уплотненном состоянии материала, вследствие чего учитывается не только объем каждой частички песка, но и место, которое занимает воздушная прослойка между его фракциями.

Характеристика песка, как строительного материала

Песок – это строительный материал, который может быть, как осадочной природы происхождения, так и искусственно созданный.

В большинстве случаев он состоит из минералов кварца, хотя в его основе может лежать и другое вещество.

Способ хранения также играет важную роль в том, какими свойствами будет отличаться песок. Материал может иметь различный вид и форму. Если его происхождение связано с водоемами (реками и морями), то внешняя оболочка песчинок будет гладкой, круглой и окатанной.

Если же песок был изготовлен методом дробления пород или же в карьерах, то чаще всего его компоненты будут иметь неровные и острые края.

Цвет песка также может быть различный, что также косвенно зависит от его происхождения.

В водоемах вода из материала вымывает различные примеси, из-за чего такой песок наиболее чистый и однородный.

Материал из карьеров нередко имеет в своем составе частички глины, пыли, грунта и т.д. Используется песок для различных целей. Среди них следует выделить производство стекла, сооружение автомобильных дорог и возведение сооружений.

Именно в последней сфере песок и нашел массу различных применений – от отделочных работ до заливки .

С него приготавливают различные строительные смеси, и . Именно в таких ситуациях без значений насыпной плотности обойтись невозможно. На него стоит обращать внимание из-за того, что одинаковая масса материала может занимать совершенно различный .

Что такое насыпная плотность

Такая физическая величина, как насыпная плотность, представляет собой соотношение массы сыпучего материала к объему, который он занимает. Измеряется этот показатель в различных единицах, что чаще всего зависит от того, какое количество используется.

Стандартно насыпная плотность песка подается в кг/м3 (килограммах на метр кубический). В некоторых случаях производители указывают тонны на метр кубический или же граммы на сантиметр кубический.

Формовочный песок нормальной влажности по ГОСТу должен иметь насыпную влажность 1710 килограмм на один кубический метр.

Отклонение от нормы может повлиять на качество готовой продукции.

Факторы, влияющие на плотность

Далеко не всегда следует ориентироваться на определенный показатель насыпной плотности песка, так как он может со временем меняться в зависимости от нескольких достаточно важных факторов .

К ним материаловеды и строители относятся такие:

• степень уплотнения . Между любыми частичками песка существуют небольшие промежутки воздуха. Чем больше давление на материал, тем меньше эти прослойки. Соответственно это влияет и на уровень плотности. Связанно это с тем, что масса песка состоит именно из песчинок, а не из воздуха;
• насыпная плотность среднего песка по его уплотнению находится чаще всего в значения от 1400 до 1700 килограмм на кубический метр;
• способ добычи и происхождения материала. Чаще всего песок, который вымывают из воды, имеет большую насыпную плотность, чем тот, который добывают карьерным способом;
• отдельно можно сказать и об искусственно созданном виде материала, который посредством того, что процесс его изготовления происходит посредством механизмов, также обладает более высокими качественными характеристиками;
• пустотность. Чем больше различных промежутков между частицами песка, тем меньше будет его насыпная плотность. В большинстве случаев после транспортировки материала количество пустот уменьшается, так как песок немного утрамбовывается;
• величина фракций. Насыпная плотность песка средней крупности чаще всего выше аналогичного показателя, касающегося материала с крупными частицами, и ниже материала, состоящего из мелких песчинок;
• связанно это с тем, что чем меньше фракции, тем более плотно они прилегают друг к другу , что соответственно влияет и на уменьшение объема воздушных прослоек. В целом средняя плотность песка составляет около 1450-1550 килограмм на кубический метр;
• определить величину фракций зерен можно достаточно просто – для этого следует воспользоваться несколькими ситами с отверстиями различного диаметра;
• минеральный состав материала. Довольно часто на этот фактор многие не обращают внимания, хотя на самом деле песок может быть основан на совершенно различных веществах. К ним можно отнести кварц, слюду, полевошпат и т.д;
• все эти компоненты, хоть и в измельченном виде очень схожи, но немного отличаются друг от друга, в том числе и по весу. Сам же материал может быть мономинеральный и полиминеральный. Во втором случае в его основе лежат чаще всего два различных компоненты;
• влажность. Данный фактор где-то на 20 процентов может менять показатели насыпной плотности материала, поэтому очень важно обращать на него внимание при покупке песка. Чем больше влажность, тем больше уровень данной физической величины.

Все вышеперечисленные факторы, касающиеся песка, так или иначе в разной степени влияют на его насыпную плотность. Поэтому нужно обращать на них внимание. Из-за того, что некоторые из них могут меняться все время, проверять показатели уплотнения следует непосредственно перед осуществлением манипуляций с материалом.

Разновидности

Существует большое количество различных видов песка и песочных смесей. Некоторые из них можно применять лишь для осуществления определенных строительных задач. Другие же используются в качестве универсальных материалов.

В зависимости от того, где произошла добыча и образование песка, его разделяют на несколько видов.

Из-за того, что в этом водоеме все время происходит течение воды, материал получается наиболее чистый среди всех остальных. Величина частиц этого материала находится в пределах от 0,3 до 0,5 миллиметров, из-за чего его пустотность минимальная.

Определение насыпной плотности горного

Такой материал наименее качественный, так как в нем количества примесей находится на достаточно высоком уровне.

Именно поэтому для многих видов работ этот песок не используется, так как он не обладает соответствующими качествами.

Не менее популярным является также искусственный материал. Он чаще всего изготовляется способом дробления горных пород. К ним относится керамзит, кварц и шлак.

Отличается такой песок еще и тем, что он является одним из наиболее качественных, так как в нем нет каких-либо примесей.

Насыпная плотность песка из отсева дробления является достаточно высокой. Чаще всего она выше норм и может даже быт в некоторых случаев выше показателей, касающимся речного материала.

Расчет плотности в состоянии естественной влажности

Насыпная плотность песка строительного может определяться различными способами:

• с использованием условных коэффициентов перевода. Основным недостатком данного способам является то, что он дается погрешность в пределах 5 процентов. Она не является слишком большой, из-за чего ее допускают;
• провести замеры с помощью конкретной четко откалиброванной емкости. Недостаток этого способа определения насыпной плотности состоит в том, что это порою провести очень трудно. Для этого следует взять специально подготовленное ведро, емкость которого составляет 10 литров при высоте в 10 сантиметров;
• после этого его нужно наполнить песком, насыпая его и не утрамбовывая. Когда количество материала в емкости будет образовывать горку, ее нужно срезать по верхнему краю, стараясь не производить уплотнение. Остается лишь произвести взвешивание сосуда вместе с песком;
• в дальнейших расчетах нужно воспользоваться специальной формулой.

На самом деле определить насыпную плотность достаточно легко. Связанно это с тем, что для расчета известна многим еще со школьных лет – ее изучают в курсе физики:

Р=M/V, где М – это масса песка в емкости, а V – это объем, который занимает материал.

Вес непосредственно самой емкости, в которой измеряется песок, не стоит учитывать. То есть от массы материала с ведром необходимо отнять массу последнего.

Существует следующие показатели насыпной плотности, выраженные в таблице:

Стоит отметить также то, что в таблице указана насыпная плотность песка в состоянии в естественной влажности и в повышенной. На это очень важно обращать внимание при покупке материала.

Более подробно о насыпной плотности песка смотрите на видео:

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.

Насыпная плотность определяется для сыпучих материалов по той же формуле, что и средняя. Испытание проводят с помощью стандартной металлической воронки в виде усеченного конуса. Внизу воронки имеется задвижка. Под воронкой устанавливают мерный стакан. В воронку насыпают материал, открывают задвижку и заполняют мерный стакан до краев, срезают излишек с помощью линейки. Мерный стакан взвешивают пустым и наполненным. Опыт повторяют пять раз.

Насыпную плотность для каждого опыта определяют по формуле:

где m – масса образца, г

Vст – объем мерного стакана, см 3

Результаты вычислений записывают в табл.7

Таблица 7. Насыпная плотность ________________________________

(указать наименование материала)

Определение истинной плотности

Подготовка к испытанию

Из пробы песка берут навеску около 30 г, просеивают ее через сито с отверстиями диаметром 5 мм. Высушенный песок перемешивают и делят на две части.

Навеску всыпают в чистый высушенный и предварительно взвешенный пикнометр (прибор Ле Шателье) (рис.1), после чего взвешивают его вместе с песком. Затем наливают в пикнометр прокипяченную воду в таком количестве, чтобы пикнометр был заполнен примерно на 2 / 3 его объема, перемешивают содержимое и ставят его в слегка наклонном положении на водяную баню. Содержимое пикнометра кипятят в течение 15-20 мин для удаления пузырьков воздуха.

Истинную плотность песка в г/см 3 вычисляют по формуле:

где т - масса пикнометра с песком, г;

т 1 - масса пустого пикнометра, г;

т 2 - масса пикнометра с водой, г;

т 3 - масса пикнометра с песком и водой после удаления пузырьков воздуха, г;

r в - плотность воды, равная 1 г/см 3 .

Рис.1 Прибор Ле Шателье

Определение пористости и пустотности

Пористость твердых материалов и пустотность (объем межзерновых пустот в сыпучих материалах в неуплотненном состоянии) определяют на основании значений истинной плотности и средней или насыпной плотности материала, предварительно установленных.

Пористость (П) и пустотность (V м.п) в процентах по объему вычисляют по формуле

где - истинная плотность, г/см 3 ;

Средняя или насыпная плотность, кг/м 3 .

Определение влажности

Влажность определяют путем сравнения массы материала в состоянии естественной влажности и после высушивания.

Материал (изделие) взвешивают, помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при температуре 105 о С.

Влажность (W ) в процентах вычисляют по формуле

где т - масса навески в состоянии естественной влажности, г

т 1 - масса навески в сухом состоянии, г.

Результаты испытаний заносят в табл.8

Таблица 8. Пористость (пустотность) и влажность 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.

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.