Плотность песка сухого: истинная, насыпная и средняя, как рассчитывается

истинная, насыпная и средняя, как рассчитывается

Горные породы разрушаются со временем под влиянием атмосферных явлений и образуют сыпучую смесь фрагментов диаметром до 5 мм. Во всех ремонтных работах используется строительный песок, который бывает в разных категориях, в зависимости от примесей. В рыхлом виде ячеистость составляет от 45 %, а в плотном – 35 %. Первый показатель может измениться в сторону второго при некоторых факторах. Удельная масса, содержащаяся в единице объема (г/см3 или кг/м3), напрямую связанная с пористостью – это средняя, истинная или насыпная плотность песка. Значение зависит от влажности, структуры и формы крупинок, наличия примесей.

Основной параметр, определяющий сферу использования и влияющий на характеристики зданий – это прочность. Чтобы рассчитать количество смесей, участвующих в строительстве, необходимо точное вычисление этой величины для получения заданного объема. Все растворы должны создаваться в определенной пропорции с другими составляющими. Показатель плотности сухого песка вычисляют, исходя из разновидностей материала. Бывают пылеобразные, крупнозернистые и глинистые типы. Практически каждое применение проходит предварительное просеивание или промывание. В сельскохозяйственной промышленности и огородничестве используют сухой речной песок, который измеряют ведрами. Объем в 10 литров включает до 14 килограмм песочной смеси.

Основные виды

Существует три показателя плотности, которые обусловлены разными факторами:

1. Твердая нерудная порода обладает параметром в 2500 кг/м3. Это приблизительная цифра, но существует точная формула, помогающая высчитывать истинную плотность с помощью специального прибора. В лабораторных условиях 100 г гранул взвешивают, затем сушат до определенного веса при температуре 105°С. Охлаждают над парами концентрированной серной кислоты. Далее пикнометр наполняют водой , а зерна высыпают равными порциями до риски 20 на колбе, что будет означать вытеснение объема жидкости в 20 см. Емкость несколько раз проворачивают, избавляясь от воздушных пузырьков, осадок взвешивают.

Истинное значение вычисляют по формуле: p=(m-m1)/V, где m и m1 – это начальная и остаточная масса, а V – величина вытесненной воды в г/см³.

2. Насыпную плотность определяют, сбрасывая сухой материал с высоты в 10 см в сосуд емкостью один литр до конусного образования на поверхности. Затем снимают верхний слой и взвешивают оставшиеся крупинки в банке. Формула: ph=(m1-m)/V, где m1 и m – вес пустой и полной колбы соответственно, V– ее объем. Насыпная плотность характеризует сыпучие смеси в их взвешенном состоянии. Так как в этом случае рассчитывается не только параметр гранул, но и пустоты между ними, это значение всегда имеет меньший показатель, чем истинный. Средняя насыпная степень составляет около 1300-1500 кг/м3. При повышении влажности происходит снижение коэффициента, что обусловлено слипанием фракций до 10 %, далее наблюдается увеличение жидкости, и норматив снова поднимается. Эту особенность необходимо учитывать, когда распределяется объем гранул.

3. На среднюю плотность строительного песка влияет показатель пустот и влажности. Чтобы вычислить обе величины, применяют формулу для первого: Vmp=(1-(ph/(px1000))x100, где ph и p – насыпной и истинный параметр. Для второго – W=((m-m1)/m1)х100%, где m и m1 – это масса сухой и влажной навески.

Плотность песка

1. Речной песок образуется в результате дробления пород в устьях рек, отличается очищенным состоянием от всевозможных вкраплений. Зерна имеют округлую форму, благодаря воздействию воды. Отталкиваясь от размеров, различают мелкие, средние и крупные гранулы. Применяется в отделочных работах, ландшафтном дизайне. Плотность составляет около 1650 кг/м3 при фильтрации 5-7 метров в сутки. Существует таблица с указанием коэффициента, которая показывает отличия разных видов с учетом уровня влажности и примесей. Подробнее о выборе песка для пескоструйных работ в этом материале.

2. Кварцевый характеризуется отсутствием примесей, однородностью, прочностью и устойчивостью к различным средам. Из мелкой фракции изготавливают отделочные материалы, средняя подходит для фильтрующих установок, крупный применяют для производства фарфора, фаянса и стекла. Параметр плотности кварцевого песка – 1500 – 1700 кг/м3.

3. В состав строительного входят природные компоненты: слюда, кварц, полевой шпат, известняк, глина. Такие примеси дают определение названиям. Используют для укладки подушек, при производстве бетона, в различных растворах. Если строительный песок является сухим, то показатель составит 1400 кг/м3. Из-за глинистых вкраплений коэффициент увеличивается до 1800 кг/м3. Для приготовления высококачественных бетонных растворов такой вид не рекомендуется.

4. Карьерный делится на два типа. Сеяный сухой получают после переработки через несколько специальных сит с удалением камней и крупных составляющих. Намывной промывают с помощью гидротехнического оборудования. Такой способ очистки позволяет добиться высоких значений химического состава. Плотность сухого карьерного песка равна его удельному весу: 1500-1800 кг/м3 в зависимости от размера фракций.

С помощью таблицы можно определить показатели различных видов сухого песка:

КлассификацияТипПлотность кг/м
Строительныйистинная1400-1500
насыпная1700-1800
Речнойистинная1300-1500
насыпная1600-1800
Кварцевыйистинная1500-1700
насыпная1800-2100
Карьерныйистинная1500-1700
насыпная1600-1800

Средняя плотность песка в состоянии естественной влажности и сухих фракций различается, так как расчет показателя зависит от разнообразных включений и пространства между ними. Если насыпной материал подвергается усадке, то определяют уже средний коэффициент. Так при транспортировке можно выделить два параметра: во время погрузки и после доставки, когда он осядет и утрамбуется в кузове. Важную роль также играет влажность, в зависимости от этого значения меняется плотность.

Плотность песка кг м3: сухого и влажного, истинная и насыпная, ГОСТ по определению

Песок — это сыпучее вещество, состоящее из зёрен каменных или минеральных пород. Отечественные нормативы определяют размер гранул строительного песка от 0,16 мм до 5,0 мм. Всё, что крупнее 5 мм — это гравий или щебень. 

Частицы мельче 0,16 мм практически не используются в строительном деле, поскольку при соединении с водой превращаются в грязь. Гранулы этого размера не используются и в системах фильтрации и дренажа, поскольку перестают пропускать воду.

Песок получают двумя путями:

  1. Добычей из природных карьеров и со дна водоёмов — рек и морей.
  2. Размалыванием и рассеиванием скальных горных пород, кварца и других минералов.

Поскольку основной объём песка используется в строительстве, плотность становится одной из наиболее важных характеристик этого материала. Она зависит от влажности, процентного содержания глинистых и пылевидных частиц, мощности уплотняющего воздействия водой или вибрационных механизмов, времени вылёживания и состояния разрыхлённости.

Плотность песка, в отличие от щебня, может, в зависимости от влажности, изменяться в достаточно широких пределах. При насыщении сухого песка влагой плотность его сначала снижается — вода увеличивает зазоры между песчинками. Начиная с 10-процентного показателя влажности плотность песка начинает возрастать, поскольку вода в чистом виде заполняет все пустоты и масса единицы объёма вещества увеличивается. Из практики всем известно, что ведро с мокрым песком весит больше, чем с сухим — плотность влажного песка больше.

Глинистые частицы и комки глины увеличивают плотность песка, что является одним из признаков засорения его этими загрязнителями. Так, насыпная плотность песка с глиной может достигать 1800 кг/м³, в то время как очищенный от неё материал имеет показатель 1500 кг/м³.

Важными для хозяйственной деятельности являются показатели истинной и насыпной плотности песка.

Насыпная плотность песка

Насыпная — это та плотность, которой обладает песок сразу после отсыпки без какого-либо механического или влажностного уплотнения. Определить её можно и в домашних условиях. Для этого нужно взять сухой мерный сосуд, объём которого точно выверен, взвесить его, насыпать в него доверху песок с горкой, снять горку плоским предметом без уплотнения, и снова взвесить сосуд. Если полученную массу песка (за вычетом массы сосуда) в килограммах разделить на объём в литрах, получите насыпную плотность песка в кг/дм³, которую легко перевести в кг/т умножением числа на 1000. Пример. 2 кг/дм³ — это 2000кг/м³ (или 2т/м³).

В лабораторных условиях насыпную плотность определяют аналогично, но используют мерную посуду и измерительный прибор той точности, которую регламентирует ГОСТ.

Знание насыпной плотности нужно при заказе песка на выполнение работ с дозированным расходом материала, при покупке его в объёмных или массовых единицах. Обман покупателей нечестными продавцами песка часто строится на махинациях со значениями объёма и веса этого материала.

Истинная плотность песка

Понятие этого термина существенно отличается от предыдущего.

Истинная плотность песка — это плотность того монолита, который со временем рассыпался в песок, или который раздробили в песчинки на дробильной установке.
Иногда истинной называют плотность без учёта воздушных зазоров между песчинками.

Истинная плотность всегда выше насыпной. Если средней величиной насыпной плотности песка считают 1500-1600 кг/м³, то истинная плотность этого материала будет в пределах между 2000 кг/м³ и 3000 кг/м³. Средним значением в отрасли условно считают показатель истинной плотности песка в 2500 кг/м³.

Значения истинной плотности песка используются при проектировании ответственных гидротехнических сооружений, небоскрёбов и других сложных бетонных конструкций. От неё во многих случаях зависят функциональные характеристики прочности, теплопроводности, звукоизоляции, деформативности строений.

Определение плотности песка — насыпной и истинной — производят лабораторными методами по ГОСТ 8735. На объектах для этих целей используют баллонные плотномеры.

Плотность песка — важная техническая характеристика материала, которую нужно хорошо понимать, чтобы умело использовать.

Плотность сухого песка: таблица и расчет


Строительные или ремонтные работы нередко производятся с использованием различных песчано-цементных растворов, приготовленных самостоятельно. Качество любой смеси зависит от состояния ее компонентов. Если для цемента все параметры известны, то с песком ситуация сложнее. Плотность сухого песка — важный параметр, во многом определяющий качество и консистенцию раствора. Умение рассчитать это значение так же необходимо строителю, как способность вычислить количество материалов.

Для чего необходимо определение плотности сухого песка

Виды песка

Песок — это сухой сыпучий материал, представляющий собой мелко раздробленные горные породы. Величина фракции колеблется от 0,05 до 5 мм, что создает проблемы при расчетах. Состав строительных смесей требует достаточно аккуратного соблюдения пропорций, иначе прочность материалов не будет соответствовать требованиям СНиП.

Определение плотности песка на практике — весьма сложная задача. Промежутки между отдельными песчинками практически не поддаются измерению, поскольку форма песчинок, полученная при различных условиях дробления горных пород, имеет сложную и неправильную конфигурацию. Между углами и гранями отдельных частиц могут быть промежутки, значительно превышающие размером зазоры между естественными песчинками, чья форма ближе к сферической.

Сухой песок природного происхождения (речной) обладает более плотной структурой, поэтому использование одного и того же объема материала разного происхождения или размера фракции даст смеси, отличающиеся друг от друга своими параметрами. Поэтому очень важно иметь наиболее корректное знание всех параметров компонентов смеси, массы материала, его плотности и прочих показателей.

Классификация песка по гранулометрическому составу

Основные виды и параметры песка

Сложность в определении вынудила ввести понятие насыпной плотности песка, определяющее величину массы на единицу объема. Существует три вида плотности:

Таблица удельного веса песка

  • Истинная. Это показатель предельно сжатого песка, не имеющего пустот между зернами.
  • Насыпная. Значение во взвешенном и сухом виде.
  • Средняя. Это значение, учитывающее наличие влаги и пористую структуру зерна. Средняя плотность выше насыпной, но меньше истинной.

Влажность — один из важнейших факторов, постоянно меняющих состояние и насыпной вес. Песок хранится, как правило, под открытым небом, вследствие этого степень влажности начинает зависеть от погодных условий. Составы всех строительных растворов предполагают наличие сухого материала, а песок в смеси обладает другими, отличными от идеальных, параметрами. Изменение плотности вынуждает использовать коэффициенты уплотнения, корректирующие значение, которое имеет сухой песок.

Наиболее распространенные варианты поправочных коэффициентов указаны в таблице:

Состояние песчаной насыпи Коэффициент уплотнения
Рыхлая, сухая 1,05–1,15
Влажная 1,1–1,25
Обратная засыпка котлованов 0,95
Обратная засыпка 0,98
Засыпка пазух 0,98
Обустройство инженерных сетей возле железных и автомобильных дорог 0,98–1,0

Средняя плотность песка умножается на коэффициент уплотнения, и в результате находится значение, приближенное к реальному. Однако необходимо учитывать наличие погрешности (около 5%), возникающей из-за невозможности с абсолютной точностью установить значение поправки для каждого конкретного случая. Более точный результат дает метод взвешивания, но в условиях строительной площадки он недоступен, поэтому чаще всего используются расчетные показатели.

Расчет плотности песка

Самостоятельное вычисление показателей можно выполнить методом взвешивания. Для этого понадобятся весы или безмен на 20–25 кг, сухая емкость (можно обычное ведро). Порядок действий таков:

Вычисление плотности песка

  • Взвешивается пустая емкость (тара), результат записывается отдельно.
  • Емкость полностью засыпается песком. Оптимальный вариант — засыпать с горкой, затем ровной планкой аккуратно убрать излишек и оставить вровень с краями.
  • Взвешивается полная емкость.
  • Из полученного значения вычитается вес тары.
  • Полученное значение делится на объем тары, результат переводится в стандартные единицы — кг/м3.

Более точные показатели можно получить, произведя взвешивание несколько раз, набирая материал из разных участков. Необходимо помнить, что строительный песок хранится в условиях, не позволяющих сохранять одну и ту же степень влажности, поэтому следует как можно быстрее использовать его, или периодически выполнять повторные измерения и корректировать расчеты.

Значения насыпной плотности для песка разных видов

Песок, добытый в разных местах, имеет различную структуру, состав и размер фракции. Чтобы правильно рассчитывать количество компонентов в разных смесях или бетоне, надо учитывать значение насыпной плотности песка того или иного вида.

Вид Способ добычи Плотность сухого материала (насыпная)
г/см3 кг/м3
Речной Добытый со дна реки 1,5–1,52 1500–1520
Речной с размером зерен 1,6–1,8 1,5 1500
Речной уплотненный Мытый, без глинистых фракций 1,59 1590
Речной намывной Добытый со дна реки намывным методом 1,65 1650
Карьерный Из карьеров, намывной 1,50 1500
Карьерный, мелкозернистый Сеяный, сухой 1,7–1,8 1700–1800
Строительный Соответствует ГОСТ 8736-93. Добытый при разработке месторождений 1,68 1680
Рыхлый 1,44 1440
Кварцевый Получаемый в следствии дробления белого кварца 1,4–1,9 1400–1900
Морской Добытый со дна моря 1,62 1,62
Овражный Добытый открытым способом, может содержать много примесей 1,4 1400
Гравелистый С примесью гравия 1,7–1,9 1700–1900
Перлитовый Полученный на основе вспученных горных пород 0,075–0,4 75–400
Шлаковый Полученный в результате дробления просева металлургических отходов 0,7–1,2 700–1200

Указанные значения действительны для сухого сырья, поэтому при расчетах понадобится учитывать реальное состояние и использовать коэффициенты уплотнения. Если ими пренебречь, то возникнет излишний расход, а состав раствора или бетона будет изменен, что способно снизить прочность заливки или соединения строительных конструкций.

Влажность песка при плотности частиц песка

Видео по теме: Почему песка всегда не хватает


Определение плотности песка и таблица показателя ρ

Оглавление:
  • Определение уровня плотности
  • Виды показателя ρ
  • Расчет насыпного уровня ρ
  • Альтернативный вариант определения показателя ρ

Плотность представлена физической величиной, характеризующейся определенным количеством вещества, выраженным в граммах или килограммах, в единице объема. Этот показатель, свойственный сыпучим веществам, среди которых и песок, не может быть определен однозначно. Это обусловлено тем, что объем, в котором способно уместиться одно и то же его количество, может оказаться разным. На показатель плотности песка влияют некоторые факторы, среди них:

  • степень трамбовки,
  • процент влажности,
  • структура фракций,
  • пористость,
  • наличие всевозможных включений.

Определение уровня плотности

Таблица характеристик песка по крупности.

Плотность песка выступает в качестве главного параметра, уровень которого определяет область его применения и конечную прочность зданий и сооружений. Описываемая характеристика требуется для осуществления расчета расхода песка, когда необходимо получить определенный объем строительной смеси.

Кроме того, в ряде случаев возникает необходимость перевести массу песка в объем или наоборот. Если необходимо определить массу 1 м3 песка или рассчитать объем тонны упомянутого материала, то нужно произвести следующие действия.

Плотность песка или любого другого материала можно определить методом деления массы (M) на объем (V), который был им занят. Так, ρ=М/V. Массу материала, который занимает какой-то объем, можно определить, воспользовавшись следующей формулой: M=ρ*V. А вот объем можно рассчитать, если известен показатель ρ и масса. Так, объем определяется по формуле: V=М/ρ.

Средние цены на различные виды песка в России.

При приготовлении растворов, смесей и при строительстве конструкций, в основе которых присутствует бетон, следует использовать песок в заданной пропорции по отношению к остальным компонентам. Для того чтобы верно определить долю песка в данных смесях или конструкциях, будет необходимо точно знать, чему равен его показатель плотности.

Если произвести расчеты с ошибкой, то количество песка в общем объеме окажется недостаточным или избыточным. Если восполнять недостаток песка, то, скорее всего, придется делать это за счет более дорогостоящих компонентов, что повлечет неоправданное удорожание всей смеси. Тогда как если количества песка оказалось больше в объеме смеси, то это станет причиной понижения качества изделий или раствора. За счет этого пострадает морозостойкость, устойчивость к истиранию и водостойкость, в итоге мастер получит изделия или конструкции, характеристики которых будут отличаться от тех, что предусмотрены стандартом.

Виды показателя ρ

Песок характеризуется некоторыми видами плотности, среди них: истинная, насыпная и средняя.

Рисунок 1. Таблица характеристик плотности песка.

На рис. 1 представлена таблица, в которой можно увидеть насыпную плотность песка в разных состояниях.Если рассматривать этот материал, то он представлен твердой породой нерудного происхождения. Это объясняет то, что он имеет показатель, примерно равный 2500 кг/м3. Данный показатель это истинная плотность. При необходимости произвести расчеты для использования на практике следует применять иной показатель насыпной. Он характеризует стройматериалы в неутрамбованном виде и вычисляется с учетом объема зерен и полого пространства, которое остается между ними. Это приводит к тому, что уровень насыпной плотности во всех случаях меньше истинной. Но при осуществлении трамбовки материала, который находится в сыпучем состоянии, можно повысить уровень его ρ. Так, если материал находится в кузове машины, то он имеет естественное, неутрамбованное состояние и ему свойственен насыпной уровень. Если известна данная величина, то есть возможность определить объем и массу материала. Это важно, ведь цена транспортировки стройматериала может быть рассчитана не только по весу, но и за 1 м3 объема.

Плотность песка, который находится в насыпном состоянии, равна 1300-1500 кг/м3. Уровень влажности внешнего воздуха способен влиять на объем материала, это влечет вариации уровня насыпной плотности. Если влажность становится больше, то это влечет снижение уровня ρ материала. Это объясняется слипанием зерен. Снижение данного уровня может длиться до тех пор, пока влажность не достигнет показателя в 10%. После этого частицы влажности влекут увеличение объема жидкости в стройматериале, уровень ρ при этом начинает повышаться. Данную особенность изменения рассматриваемого показателя следует брать во внимание, если дозировка производится по объему.

Расчет насыпного уровня ρ

Характеристики сухого кварцевого песка.

Для того чтобы рассчитать, какова плотность зерен в насыпном состоянии, материал заблаговременно предстоит просеять, применив сито с размером ячеек в пределах 5 мм. После этого его необходимо поместить в мерный сосуд в 1 л. При этом его нужно свободно засыпать с высоты, равной 10 см, образовывая над сосудом конус, который нужно срезать, применяя линейку. Необходимо знать, сколько весит сосуд в пустом и наполненном состоянии. Произвести расчет насыпного уровня допустимо по формуле: ρн=(m2-m1)/V. В ней m1 и m2 это массы сосуда в пустом и наполненном состоянии, тогда как V это его объем. Таблица может и не понадобиться, так как все расчеты можно произвести самостоятельно.

На уровень среднего показателя ρ оказывают влияние пустоты и влажность. Существует зависимость: при меньшем количестве пор этот показатель выше. Можно предположить, что ρ характеризует фракционный состав.

Средний его уровень различается для определенных видов песка. Сухой материал на основе кварца в естественном состоянии обладает показателем плотности в пределах 1500-1550 кг/м3, тогда как при утрамбованном состоянии этот уровень равен 1600-1700 кг/м3. Это указывает на то, что показатель средней плотности определяется структурой фракционного состава.

Если вам необходимо изготовить бетон, который будет обладать качествами высокой прочности и устойчивости к морозам, то следует использовать материал, который имеет увеличенную среднюю плотность.

Рисунок 2. Таблица определения плотности сыпучего песка.

При строительстве можно использовать данные таблиц, однако следует знать о том, что в рыхлом состоянии кварцевый материал имеет ρ в пределах 1500 кг/м3, но уровень может достигать отметки в 1700 кг/м3.

Для того чтобы определить насыпную плотность, можно воспользоваться не только методом замеров, который был описан выше. Кстати, в качестве сосуда можно использовать и обычное строительное ведро. Эти расчеты позволят получить наиболее приближенный к истинному результат. Если использовать ведро, то для насыпания материала можно применить совок.

Альтернативный вариант определения показателя ρ

Еще один способ предполагает использование условных коэффициентов перевода, которые можно увидеть ниже. Однако при этом мастер должен учитывать, что такой подход позволит получить только лишь примерный результат, погрешность при котором составит от 0,1 до 5%.С помощью таблицы, которая представлена на рис. 2, можно произвести перевод м3 в тонны сыпучего материала посредством предложенного коэффициента.

Не во всех случаях ρ определяет возможность использовать материал при проведении какого-либо рода работ в строительстве. Так, прежде чем начинать расчеты плотности материала, нужно определить, не слишком ли большое количество глины содержится в его составе. При подтверждении этого обстоятельства песок недопустимо будет применять для изготовления штукатурных смесей, высококачественного бетона и строительных растворов, это объясняется тем, что наличие глины в составе способствует значительному снижению прочностных и морозостойких характеристик.

кг на м3, таблица истинной плотности и испытание, средняя плотность сухого и мокрого песка

Песчано-цементный раствор является незаменимым компонентом при проведении строительных работ. От того, какие компоненты использовались в таком растворе, зависит качество конструкции.

Если параметры цемента хорошо известны, то с песком всё обстоит не так просто. Его плотность играет важную роль при изготовлении цементных растворов, поэтому важно уметь рассчитывать её верно.

Что это такое?

Если говорить о песке как о строительном материале, то это особо мелко раздробленная порода. Размер частиц может варьироваться в диапазоне 0,05-5 мм. Вот почему возникают проблемы при расчёте плотности.

На практике не так просто определить описываемый показатель. Измерить промежутки между отдельно лежащими частицами практически невозможно.

Так происходит потому, что сам процесс дробления позволяет создавать частицы неправильной формы. Между их углами расстояние разнится.

Также стоит принимать во внимание, сухой или влажный песок используется, а так же его вид. Если взять для примера речной, то у него более плотная структура, поэтому в цементный раствор не может идти та же часть, что и искусственно созданного.

Поскольку возникают сложности при подсчёте плотности описываемого материала, появилась необходимость ввести такое понятие как насыпная плотность. Именно она призвана определять массу на единицу объёма.

В данном случае мы говорим о трёх показателях:

  • истинная;
  • насыпная;
  • средняя.

Если имеет место предельно сжатый песок, у которого нет промежутков между частицами, тогда речь идёт об истиной плотности. Насыпная определяет величину в сухом виде и взвешенном.

Средняя плотность учитывает не только количество влаги, содержащейся в материале, но и пористую структуру частичек.

Термин «плотность» может использоваться для обозначения количества частиц на единицу объёма. Во фразе «плотность песка» это будет означать, сколько гранул песка на единицу объёма приходится. При обсуждении этого вопроса масса или вес гранул не имеют никакого отношения к значению плотности. Большие тяжёлые гранулы занимали бы больше места, и поэтому их было бы меньше на единицу объёма, поэтому песок имел бы меньшую плотность, чем если бы использовались мелкие частицы.

Если частицы имеют одинаковый размер и массу, но плотность песка ниже, то фактическая плотность массы на единицу объёма также ниже.

Можно использовать термин плотности для обозначения количества частиц на единицу площади.

Влияющие факторы

Насыпная сухая плотность песка зависит от нескольких факторов: влажности и степени уплотнения наряду с размером и угловатостью частиц.

Насыпной вес и состояние постоянно меняются от влажности. Именно она является важнейшим фактором. Поскольку материал часто хранят под открытым небом, то и влажность меняется в зависимости от того, какие погодные условия на улице.

В раствор по стандарту должен добавляться сухой песок, но на практике это не всегда возможно, поэтому материал обладает неидеальными параметрами. Именно потому, что из-за влажности меняется и плотность, необходимо учитывать коэффициент уплотнения.

Есть и другие факторы, которые оказывают своё влияние на рассматриваемый параметр:

  • степень уплотнения;
  • способ добычи;
  • происхождение материала;
  • размер частиц;
  • минеральный состав.

Между частицами имеется свободное пространство, оно чаще заполнено воздухом. Чем большее давление оказывается, тем меньше этот объём. Это и влияет на плотность, поскольку она представляет собой не воздух, а количество песчинок.

Если сравнивать материал, что был добыт из речки или пруда и тот, что получают на карьере, то их показатели также будут разниться.

При этом искусственно созданный песок обладает лучшими характеристиками, поскольку в нём отсутствует грязь и другие примеси.

Если песок перевозится, то в процессе транспортировки может меняться и его показатель. Происходит это потому, что уменьшается количество пустот, а сам материал утрамбовывается.

В то же время, чем меньше песчинки по размеру, тем больше рассматриваемый показатель. Это неудивительно, поскольку в этом случае они могут более плотно прилегать друг к другу, соответственно, снижается количество воздуха между фракциями.

Если говорить о среднем значении, то оно составляет 1450-1550 килограммов на кубический метр.

Неправильно упускать из внимания такой фактор, как минеральный состав. Песок может быть изготовлен не только из кварца, но и включать другие компоненты, к примеру слюду, плевошпат. Хоть внешне все они и схожи, но обладают различным весом и иными характеристиками.

Характеристики разных видов песка

У песка важен размер частиц, а не материал, из которого он изготавливается. Хотя большинство смесей содержит кварц, плотность которого составляет 2,65 г/см3, либо раковины морских животных, есть и такой, в составе которого арагонит. Плотность последнего – 2,9 г/см3.

Реже всего можно встретить материал из оливина с показателем 3,2 г/см3. Помните, что эти значения плотности относятся к объёмным, твёрдым, компактным минералам, а не к песку, сделанному из них.

Показатель у уплотнённого, гравелистого, утрамбованного, природного, сырого и вулканического песка будет отличаться.

Уплотнение означает, что уменьшено пространство между зёрнами. Оно позволяет уменьшить общий объём песка, но это мало влияет на вес, поэтому снижается пористость и увеличивается плотность.

Угловатость или округлость зёрен также влияют на уплотнение, причём частицы с углами обычно легче уплотнять, чем округлые. Песчаные смеси, изготовленные из раковин, не только сделаны из более плотного минерала, но и из обычно более угловатых фрагментов, поэтому такой материал будет несколько плотнее, чем кварцевый.

Цементация и матрица также изменяют плотность и включают другие материалы, такие как грязь, глина или химические осадки, которые занимают пространство между зёрнами, увеличивая массу, но мало влияя на объём. Как и уплотнение, это уменьшает пористость и увеличивает плотность.

Таким же образом влажный песок содержит воду в порах вместо воздуха, что также увеличивает плотность сродни матрице и цементу.

В конечном итоге типичный сухой неуплотнённый пляжный песок имеет значение 1,6 г/см3, в то время как аналогичные песчаные смеси с различной степенью уплотнения, цементации, матрицы и количества воды колеблются от 1,5 г/см3 до 1,8 г/см3.

Имейте в виду, что это только общие значения для кварцевого/арагонитового песка, чёрные пески из россыпных минералов обычно могут иметь показатель 3 г/см3 или более.

Существует ГОСТ, в котором указаны параметры каждого из видов песка, в том числе и 1 класса. Он идёт под номером 8736-93. Удельный вес материала по нему должен составлять 15 килограммов на кубический метр.

В таблице строительный материал представлен несколькими формами:

  • рыхлый;
  • утрамбованный;
  • мокрый.

Для каждого удельный вес будет отличаться. В первом случае это 1440 кг на м3, во втором – 1680 кг на м3, а в третьем – 1920.

Под отдельным ГОСТом идёт формовочный материал, у него показатель составляет 1710 кг на м3.

Нередко используется речной песок, но он также имеет три вида:

  • простой;
  • мытый;
  • утрамбованный.

Для них параметры выглядят следующим образом: 1630 кг на м3, 1550 и 1590 соответственно.

То же самое касается и кварцевого песка. Обычный имеет удельный вес 1650, сухой – 1500 и утрамбованный 1650 кг на м3.

Есть ещё карьерный, овражный, горный, морской и водонасыщенный. Все они имеют свой показатель. Максимальный у последнего, он составляет 3100 кг на м3.

Расчёт

Определение необходимого показателя может производиться различными способами.

Нередко применяют коэффициент перевода, но у рассматриваемого метода есть существенный недостаток – погрешность, которая составляет 5%.

Можно произвести замеры, используя заранее откалиброванную тару. Но применение данного метода не всегда возможно. Потребуется ведро объёмом 10 литров с высотой 10 сантиметров. Его полностью заполняют песком, но не трамбуют. Сосуд взвешивают.

Далее, используют следующую формулу:

P = (m2 – m1) /V, где:

m1 – масса ёмкости;

m2 – общий вес ведра с песком;

V – объём ёмкости (например, 10 л).

Объём из литров переводится в кубические метры, и только тогда данный показатель вставляют в формулу.

Иногда на предприятиях используют так называемый метод режущего кольца. Он относится к лабораторным способам испытания. Его суть заключается в отборе проб, производимом с помощью специального прибора для измерения – кольца-пробоотборника с заранее известной массой. Кольцо подбирается в зависимости от типа и состояния почвогрунта. Образец взвешивают вместе с кольцом, а потом вычисляют массу грунта. Его плотность, в свою очередь, определяется как отношение массы грунта к внутреннему объёму кольца.

Как определить истинную плотность песка, смотрите далее.

Какая бывает плотность песка? Методы определения плотности

  • Показатель истинной или идеальной плотности — отображает соотношение массы идеально сухого песка к объему размером в 1 куб. м, его   измеряют в кг/м3. Объем пустот не учтен и показывает массу песка в сжатом виде. Значение показателя истинной плотности для различного сыпучего сырья обычно остается неизменным.
  • Уровень насыпной плотности — более полно характеризует состояние сыпучего материала, поскольку соотношение веса к объему в данном случае учитывает присутствие воздуха. Насыпная плотность обычно отличается от показателей истинной или средней, особенно если песок очень влажный. Но в период перегрузки и транспортировки материала потребителю, является очень важной характеристикой.
  • Средняя плотность — наиболее полно отображает потребительские свойства материала, влияющие на объем будущих строительных смесей и реальный расход сырья. Данная плотность отображает вес 1 кубического метра песка с учетом влажности и пористой структуры его зерна. Мелкие и влажные фракции сыпучего материала имеют повышенный показатель плотности, а крупные и сухие — более низкую среднюю плотность. Кроме того, при исчислении данного показателя, учитывают, насколько материал утрамбован. В целях уменьшения уровня погрешности, данную плотность чаще измеряют лабораторным путем непосредственно в месте хранения материала.

В зависимости от условий добычи, обработки, хранения, транспортировки, изменяются физические свойства песчаной массы, в том числе и ее плотность. Охарактеризуем основные факторы, свойственные именно песочной массе:

  1. Величина зерен (модуль крупности) — поскольку песок образуется путем разрушения горных пород, то его частицы значительно колеблются в своих размерах, составляющих в среднем от 0,14 до 5 мм. Чем мельче крупинки, меньше примесей, тем плотнее его масса. В строительстве широко используются все фракции материала — от цементных растворов и смесей различного назначения до тяжелых бетонных смесей с наполнителями.  
  2. Уровень пористости песчинок и степень уплотнения — отображают наличие пустот в песчаной насыпи и в самом материале. Рыхлое состояние песка характеризуется показателем пористости до 47%, а более уплотненное — в пределах 37%. По мере высыхания и учащения вибрации при перемещении, значительно снижается рыхлость и повышается удельный вес. Обычно используемый коэффициент пористости для мелкозернистого песка составляет 0,75, а для крупнозернистого и фракций среднего размера — 0,55. Хорошо уплотненный песок, применяемый для подсыпки и выравнивания, способен выдерживать высокие нагрузки и распределять напряжение, приходящееся на фундамент.
  3. Степень увлажненности песка значительно влияет на его массу в 1 куб. метре.  Все приводимые в справочниках уровни плотности, рассчитываются, исходя из идеального уровня влажности примерно на уровне 3-5%. С возрастанием уровня влажности более 10%, промежутки между песчинками активно заполняются водой, вытесняющей воздух, что в конечном счете приводит к увеличению веса и искажению параметров материала.
  4. Присутствие значительного объема посторонних примесей может значительно повлиять не только на качество сырья для бетона и раствора, но и увеличить плотность и массу песка. Это приводит к необоснованному удорожанию неочищенного материала и к непроизводственным затратам по его доведению до кондиции непосредственно на строительной площадке.
  Карьерный и речной песок

Имея ведро емкостью 10 л, можно легко и быстро определить плотность партии песка. Достаточно с большой высоты, порядка 10 метров, насыпать в него порцию песка с горкой. Затем верхнюю часть убираем до ровного края и взвешиваем оставшийся материал брутто. Отняв массу ведра, получаем чистый вес песка. Теперь достаточно разделить его на объем ведра — 0,01 куб. м и получить показатель плотности нашего песка в кг/м3. Но это всего лишь запасной вариант, а в идеале наши сотрудники предоставят вам исчерпывающий перечень характеристик любого сыпучего сырья. Оставьте заявку, и специалист рассчитает:

  • необходимый вам объем строительных материалов;
  • стоимость транспорта для перевозки;
  • количество материала, необходимого для приготовления бетона для будущей бетонной конструкции.

Позвоните нашему менеджеру и уточните детали отпуска и доставки нерудного сырья в любую точку Санкт-Петербурга и области.

удельный вес, виды, характеристики, цены, доставка по Москве и МО

ООО «СтройКомплекс НВ»

уверенный лидер торговой отрасли строительных материалов

Предлагаем нашим клиентам ПЕСОК

Это сыпучий нерудный материал, который используется практически при любых строительных работах.

Удельный вес – это то количество материала, которое помещается в единице объема, в определенной мере – это плотность материала.

Для строительного песка различаю два вида удельного веса или удельной плотности – насыпая и истинная. При загрузке сыпучих веществ между его частицами пустот больше, чем у очень долго пролежавшего массива пород. Таким образом:

  •  у нетронутого песка истинная плотность около 2500 кг/м3;
  •  у пересыпаемого насыпая плотность в два раза меньше – 1300…1500 кг/м3.

Истинная плотность в большей мере теоретическая, на практике встретиться с ее значениями удается крайне редко. Зависит это от способа «соединения» или «укладки» мельчайших частичек песка в емкости. Чем плотнее «лежит» песок, чем меньше расстояния между его мельчайшими частичками-зернами, тем выше его плотность и удельный вес. Истинная удельная плотность рассчитывается в лабораторных условиях, а для требуемых иногда расчетов проще воспользоваться специальной таблицей.

На практике же всегда приходится сталкиваться исключительно с насыпной удельной плотностью или насыпным весом. В наглядном представлении это то количество песка, которое можно насыпать в емкость размером 1х1х1 метр.

Однако не все так просто. Удельный вес напрямую зависит от модуля крупности, то есть более мелкий речной песок будет иметь большую насыпную плотность, чем крупнозернистый строительный.

Помимо этого, на удельный вес оказывает влияние влажность песка. Песок изменяет свой объем и соответственно насыпную плотность при изменении влажности в пределах от 0 до 20%. При влажности 3…10% плотность песка резко снижается по сравнению с плотностью сухого песка, потому что каждая песчинка покрывается тонким слоем воды, и общий объем песка возрастает. При дальнейшем увеличении влажности вода входит в межзерновые пустоты песка, вытесняя воздух, и насыпная плотность песка снова увеличивается.

Значения удельного веса или насыпной удельной плотности для речного песка составляют от 1200 кг/м.куб до 1700 кг/м.куб. Конечные значения зависят от фракции, влажности и минерального состава песка.

Какая плотность песка? его формула и 3 фактора

Плотность песка

Утилита «Плотность песка» возвращает плотность песка в зависимости от его состояния, например, влажный, уплотненный или сухой рыхлый, или плотность песка зависит от того, уплотнен он или рыхлый, сухой или влажный.

Зерна песка сжимаются в более плотную формацию, и больше вещества находится в объеме, когда он упакован, и вода находится в песке, также влияя на общее количество вещества в объеме, когда песок влажный.

Как мы знаем, масса на единицу объема / среднее количество частиц на единицу объема известна как плотность, а плотность песка зависит от нескольких факторов и его условий.

Формула плотности песка:

Отношение массы песка к объему калибровочной емкости дает плотность песка.

Плотность = Масса песка / Объем песка

Допустим, 0,015 м 3 — это объем песка, а 24 кг — масса песка, тогда

24 /.015 = 1600 кг / м 3

Существуют следующие средние плотности песка в различных условиях:

Рыхлый песок:

Рыхлый песок — это сухой песок, который перемещали или иным образом перемешивали для ослабления естественной укладки, и его плотность составляет 1442 кг / м. 3 .

Сухой песок:

Сухой песок — это песок в его естественной ненарушенной форме, где он был частично утрамбован дождем и силой тяжести с течением времени, но теперь стал сухим, а его плотность составляет 1602 кг / м. 3 .

Упакованный песок:

Насыпной песок упакован вручную или механически, его плотность составляет 1682 кг / м. 3 .

Мокрый песок :

Влажный песок, стоявший в естественной обстановке и естественно сжатый, теперь стал влажным, и его плотность составляет 1922 кг / м. 3 .

Мокрый насыпанный песок:

Этот песок почти насыщен водой и представляет собой уплотненный песок, его плотность составляет 2082 кг / м. 3 .

Факторы плотности песка:

Плотность песка зависит от следующих факторов, как указано ниже;

Во-первых, важно знать, какова плотность минералов, из которых состоит песок. Большинство песков состоит из кварца или ракушек морских животных из арагонита. Кварц имеет плотность 2,65 г / см³, а арагонит имеет плотность 2,9 г / см³ и помнит, что эти значения плотности относятся к объемным, твердым и компактным минералам.

Во-вторых, это вопрос того, насколько плотный песок, и уплотнение означает, что вес уменьшает промежутки между зернами, делая их более тесными в закрытой упаковке, и уменьшает общий объем песка. Но это уменьшает пористость и увеличивает плотность, потому что это мало влияет на вес, как показано на изображении;

Цементация и матрица также изменяют плотность и включают более мелкие материалы, такие как грязь и глина, или химические осадки, такие как цемент, который занимает промежутки между зернами и, хотя и незначительно влияет на его объем, увеличивает массу песка.Уплотнение уменьшает пористость и увеличивает плотность, как показано на изображении;

пожаловаться на это объявление

Dry Density — обзор

1.

Сухая плотность песчаной смеси составляет 1725 кг / м 3 . Рассчитайте пористость песчаной смеси и влажную плотность смеси ( и дают единицы).

2.

Рассматривая естественный поток, расход воды составляет 6,4 м 2 / с, а наблюдаемая глубина потока равна 4.2 мес. Какой тип кровати с подвижной кроватью наиболее вероятен?

3.

Учитывая осаждение частиц осадка размером 1,2 мм в воде при 20 ° C, рассчитайте скорость осаждения.

4.

Учитывая поток с глубиной потока 3,2 м и уклоном слоя sin θ = 0,0002, средний размер зерен русла составляет 2,5 мм. Рассчитайте свойства потока и спрогнозируйте возникновение движения наносов. (Предположим, что эквивалентная высота шероховатости ложа канала равна среднему размеру зерна и что достигаются равномерные условия потока.)

5.

Учитывая поток с глубиной потока 1,8 м и уклоном слоя sin θ = 0,0015, средний размер зерен русла составляет 0,85 мм. Спрогнозируйте возникновение движения нагрузки основания и подвешивания. (Предположим, что эквивалентная высота шероховатости ложа канала равна среднему размеру зерна.)

6.

Поток несет расход 58 м 3 / с. Ширина русла 33 м, продольный уклон русла 9 м / км. Слой состоит из смеси мелкого песка ( d 50 = 1.1 мм). Предположим, что достигнуты условия равномерного равномерного потока. Рассчитайте свойства потока, возникновение движения наносов и скорость переноса наносов.

7.

Канал шириной 20 м имеет наклон дна 0,0011. Слой состоит из смеси легких частиц (ρ s = 2350 кг / м 3 ) со средним размером частиц d 50 = 1,32 мм. Расход 6,4 м 3 / с. Рассчитайте скорость переноса нагрузки в слое при условиях равномерного потока.(Предположим, что эквивалентная высота шероховатости русла канала равна среднему размеру зерна.) Предскажите скорость переноса взвешенных наносов.

8.

С учетом досягаемости аллювиального русла 2000 м (шириной 55 м) средний размер зерна подвижного слоя составляет 0,8 мм, а продольный уклон слоя равен sin θ = 0,000 33. Наблюдаемая глубина потока. составляет 1,41 м, а средняя концентрация наносов в притоке составляет 1,8%. Рассчитайте общую пропускную способность наносов и скорость эрозии (или нарастания).(Предположим, что условия равновесного потока равны. Примите во внимание форму слоя и используйте расчетную диаграмму Энгелунда и Хансена (1967), чтобы спрогнозировать его тип. Предположим, что k s = 3 d 50 .)

Максимальная плотность смеси песка и каолина в сухом состоянии, прогнозируемая с использованием тонкодисперсного содержания и удельного веса

Уплотнение — это механизм изменения положения частиц для достижения более высокой плотности путем определения максимальной плотности в сухом состоянии (MDD) и оптимальной влажности контент (OMC) [1].Процесс уплотнения практически имеет первостепенное значение в проектах, связанных с дорогами, плотинами, земляными работами и т. Д. однако выполнение лабораторного уплотнения — это трудоемкий и трудоемкий процесс. Поэтому было проведено несколько исследований, направленных на сокращение времени и усилий, необходимых для обеспечения желаемого MDD и OMC в сравнении с прогнозированием MDD и OMC с использованием эмпирических корреляционных уравнений. Несколько исследований коррелировали MDD с многочисленными индексными свойствами почвы и параметрами уплотнения.Например, MDD коррелировал с: (1) комбинацией шести параметров в Gunaydın [2] с использованием предела жидкости, предела пластичности, удельного веса, мелкодисперсного содержания, содержания гравия и содержания песка; (2) Группа из пяти параметров в Бера и Гош [3], использующая энергию уплотнения, удельный вес, предел жидкости, предел пластичности и размер зерна; (3) Комбинация четырех параметров в Karimpour-Fard et al. [4] с использованием оптимального содержания влаги, степени насыщения, удельного веса и удельного веса воды также в Di Matteo et al.[5] с использованием оптимального содержания влаги, предела пластичности, предела жидкости и удельного веса; (4) Группа из трех параметров в Omar et al. [6] с использованием удельного веса, содержания мелких частиц и предела жидкости, Farooq et al. [7] с использованием предела жидкости, индекса пластичности и усилия уплотнения; (5) сочетание двух параметров в Халиде [8] с использованием пределов пластичности и жидкости; (6) В качестве единого параметра в Sivrikaya [9] и Emmanuel [10] используются индивидуальные корреляции оптимального содержания влаги, предела пластичности и предела жидкости.

Как правило, использование одного параметра в эмпирическом уравнении значительно сокращает стоимость и время прогнозирования MDD, но неопределенность возрастает. Эммануэль [10] создал уравнение для прогнозирования MDD с использованием одного параметра; однако уравнение показало разброс значений MDD (т.е. MDD в диапазоне от 1,56 до 1,22 Mg / m 3 ) для почти того же значения OMC (OMC ≈ 22%). То же самое было обнаружено в исследовании Sivrikaya [9], где одно и то же значение предела жидкости (LL = 67) давало аналогичный диапазон значений MDD от 11.От 5 до 16,5 кН / м 3 . С другой стороны, объединение большего количества параметров уменьшит неопределенность эмпирических уравнений, как показано в Omar et al. [6], где диапазон ошибок между измеренным и предполагаемым MDD был в пределах 5%. По данным Омара и др. [6], среди трех параметров (удельный вес, содержание мелких частиц и предел жидкости), которые использовались в корреляции, удельный вес имеет большее влияние на MDD. Значительный эффект удельного веса был подтвержден в исследовании, проведенном Di Matteo et al.[5], Каримпур-Фард и др. [4], а также Бера и Гош [3], используя 4, 4 и 5 параметров почвы, соответственно, для прогнозов MDD.

Более того, использование комбинации только двух простых параметров индекса, таких как содержание мелких частиц и удельный вес, без учета пределов Аттерберга для прогнозирования MDD, привело к меньшим усилиям, как показано в предыдущих исследованиях. Таким образом, в представленном исследовании изучалась реализация эмпирической корреляции между MDD, содержанием мелких частиц и удельным весом.Использование простых индексных свойств, таких как мелкодисперсный состав и удельный вес, при прогнозировании максимальной плотности в сухом состоянии может минимизировать требуемые усилия и время, необходимые для проведения лабораторных исследований уплотнения по сравнению с использованием других свойств грунта.

Насыпная плотность — Измерение | Информационные бюллетени


Ключевые точки



  • Насыпная плотность — это вес почвы в заданном объеме.

  • Грунты с насыпной плотностью более 1.6 г / см3 ограничивают рост корней.

  • Насыпная плотность увеличивается с уплотнением и имеет тенденцию к увеличению с глубиной.

  • Песчаные почвы более склонны к высокой насыпной плотности.

  • Насыпную плотность можно использовать для расчета свойств почвы на единицу площади (например, кг / га).


Фон

Насыпная плотность почвы (BD), также известная как насыпная плотность в сухом состоянии, представляет собой вес сухой почвы (M твердых веществ ), деленный на общий объем почвы (V почва ).Общий объем почвы — это совокупный объем твердых частиц и пор, которые могут содержать воздух (V воздух ) или воду (V вода ) или и то, и другое (рисунок 1). Средние значения содержания воздуха, воды и твердых веществ в почве легко измерить и являются полезным показателем физического состояния почвы.

Почва BD и пористость (количество поровых пространств) отражают размер, форму и расположение частиц и пустот (структуру почвы). И BD, и пористость (V поры ) дают хорошее представление о пригодности для роста корней и проницаемости почвы и жизненно важны для системы почва-растение-атмосфера (Cresswell and Hamilton, 2002; McKenzie et al., 2004). Обычно желательно иметь почву с низким BD (<1,5 г / см 3 ) (Hunt and Gilkes, 1992) для оптимального движения воздуха и воды через почву.

Рисунок 1: Структурный состав почвы, содержащий фракцию почвы (твердые вещества V ) и поровое пространство для воздуха (V воздух ) и воды (V вода ).


Измерение насыпной плотности

Измерение насыпной плотности может быть выполнено, если вы подозреваете, что ваша почва уплотнена, или как часть планов управления удобрениями или орошением (см. Информационный бюллетень «Насыпная плотность — использование на ферме»).Чтобы учесть изменчивость, полезно провести несколько измерений в одном и том же месте с течением времени и на разной глубине в почве, например на глубине 10, 30 и 50 см, чтобы посмотреть как на поверхность почвы, так и на подпочву. Также полезно измерить объемную плотность при сравнении методов управления (например, возделываемых и не возделываемых), поскольку физические свойства почвы часто меняются (Hunt and Gilkes, 1992).

Наиболее распространенный метод измерения BD почвы — это сбор известного объема почвы с помощью металлического кольца, вдавленного в почву (неповрежденная сердцевина), и определение веса после высыхания (McKenzie et al., 2004).


Отбор проб почвы

Этот метод лучше всего подходит для влажных почв без гравия. При отборе проб летом можно увлажнить почву вручную, чтобы не повредить сердцевину насыпной плотности. Для этого поставьте бездонную бочку на почву и залейте водой, дав ей естественное увлажнение в течение 24 часов.

Используя соответствующие инструменты (см. Информационную рамку), подготовьте ровную горизонтальную поверхность в почве с помощью лопаты на глубине, на которой вы хотите взять пробы.Вдавите или аккуратно вбейте стальное кольцо в почву. Для защиты кольца можно использовать брусок. Не толкайте кольцо слишком далеко, иначе почва уплотняется. Выкопайте вокруг кольца, не нарушая и не разрыхляя почву, которую оно содержит, и осторожно удалите его, оставив почву неповрежденной (рис. 2). Удалите излишки почвы с внешней стороны кольца и срежьте ножницами все растения или корни на поверхности почвы). Насыпьте почву в полиэтиленовый пакет и закройте его, отметив дату и место взятия пробы.Распространенными источниками ошибок при измерении BD являются разрушение почвы при отборе проб, неточная обрезка и неточное измерение объема кольца. Гравий может затруднить обрезку керна и дать неточные значения, поэтому лучше брать больше образцов, чтобы уменьшить ошибку таким образом.

Рис. 2: Кольцо насыпной плотности с неповрежденной сердцевиной почвы внутри.


Расчеты


Объем грунта

Объем почвы = объем кольца

Для расчета объема кольца:

i.Измерьте высоту кольца линейкой в ​​см с точностью до миллиметра.

ii. Измерьте диаметр кольца и уменьшите это значение вдвое, чтобы получить радиус®.

iii. Объем кольца (см 3 ) = 3,14 x r 2 x высота кольца.

Если диаметр кольца = 7 см и высота кольца = 10 см Объем кольца = 3,14 x 3,5 x 3,5 x 10 = 384,65 см 3


Масса сухого грунта

Для расчета сухой массы почвы:

i.Взвесьте жаростойкий контейнер в граммах (W 1 ).

ii. Осторожно удалите всю почву из мешка в контейнер. Просушите почву в течение 10 минут в микроволновой печи или 2 часа в обычной духовке при 105ºC.

iii. Когда почва высохнет, взвесьте образец на весах (W 2 ).

iv. Вес сухой почвы (г) = W 2 — W 1


Насыпная плотность

Насыпная плотность (г / см 3 ) = Вес сухой почвы (г) / Объем почвы (см 3 )

Насыпная плотность обычно выражается в мегаграммах на кубический метр (Мг / м 3 ), но также используются численные эквивалентные единицы г / см 3 и т / м 3 (1 Мг / м 3 = 1 г / см 3 = 1 т / м 3 ) (Cresswell, Hamilton, 2002).


Критические значения уплотнения

Критическое значение объемной плотности для ограничения роста корней зависит от типа почвы (Hunt and Gilkes, 1992), но в целом объемная плотность выше 1,6 г / см 3 имеет тенденцию ограничивать рост корней (McKenzie et al. , 2004) ). Песчаные почвы обычно имеют более высокую насыпную плотность (1,3–1,7 г / см 3 ), чем мелкие илы и глины (1,1–1,6 г / см 3 ), потому что они имеют более крупное, но меньшее по размеру поровое пространство.В глинистых почвах с хорошей структурой почвы имеется большее количество порового пространства, потому что частицы очень маленькие, и между ними помещается множество мелких поровых пространств. Почвы, богатые органическим веществом (например, торфяные почвы), могут иметь плотность менее 0,5 г / см 3 .

Насыпная плотность увеличивается с уплотнением (см. Информационный бюллетень о уплотнении недр) на глубине, и очень плотные грунты или сильно уплотненные горизонты могут превышать 2,0 г / см. 3 (NLWRA, 2001; Cresswell and Hamilton, 2002).


Грунты с крупными обломками

Фракция почвы, которая проходит через сито 2 мм, является фракцией мелкозема. Остающийся на сите материал (частицы> 2 мм) представляет собой крупные фрагменты и гравий. Наличие гравия существенно влияет на механические и гидравлические свойства почвы. Общее поровое пространство уменьшается в почве с обильным гравием, и растения более восприимчивы к эффектам засухи и заболачивания. Если в почве> 10% гравия или камни имеют размер> 2 см, обычные показания насыпной плотности будут неточными, так как большинство крупных фрагментов имеют насыпную плотность 2.2–3,0 г / см 3 (McKenzie et al., 2002). Это важно понимать при использовании измерений объемной плотности для расчета уровней питательных веществ на основе площади, поскольку это приведет к завышению оценки.

Метод выемки грунта или замены воды полезен для почв, которые слишком рыхлые, чтобы собрать неповрежденный керн или комок, или для почв, содержащих гравий. Как неповрежденный комок, так и методы раскопок подробно описаны Cresswell and Hamilton (2002).

Пожалуйста, обратитесь к информационному бюллетеню «Насыпная плотность — использование на ферме» для получения информации об интерпретации результатов насыпной плотности и их использовании в расчетах общего содержания питательных веществ и углерода.


Дополнительная литература и ссылки

Cresswell HP and Hamilton (2002) Анализ размера частиц. В: Физические измерения и интерпретация почвы для оценки земель . (Редакторы NJ McKenzie, HP Cresswell и KJ Coughlan) Издательство CSIRO: Коллингвуд, Виктория. pp 224-239.

Хант Н. и Гилкс Р. (1992) Справочник по мониторингу фермерских хозяйств . Университет Западной Австралии: Недлендс, Вашингтон.

McKenzie N, Coughlan K и Cresswell H (2002) Физические измерения и интерпретация почвы для оценки земель .Издательство CSIRO: Коллингвуд, Виктория.

McKenzie NJ, Jacquier DJ, Isbell RF, Brown KL (2004) Австралийские почвы и ландшафты Иллюстрированный сборник . Издательство CSIRO: Коллингвуд, Виктория.

NLWRA (2001) Оценка сельского хозяйства Австралии 2001. Национальный аудит земельных и водных ресурсов.

Авторы: Кэтрин Браун, (Университет Западной Австралии) и Эндрю Верретт, (Министерство сельского хозяйства и продовольствия, Западная Австралия).

Этот информационный бюллетень gradient.org.au был профинансирован программой «Здоровые почвы для устойчивых ферм», инициативой Фонда природного наследия правительства Австралии в партнерстве с GRDC, а также регионами WA NRM Совета водозабора Avon и NRM Южного побережья. через инвестиции в Национальный план действий по солености и качеству воды и Национальную программу ухода за землями правительства Западной Австралии и Австралии.

Главный исполнительный директор Министерства сельского хозяйства и продовольствия штата Западная Австралия и Университета Западной Австралии не несут никакой ответственности по причине халатности или иным образом, возникшей в результате использования или разглашения этой информации или любой ее части.

Влияние скорости деформации и начальной плотности на динамическое механическое поведение сухого известкового песка

Динамическое сжимающее поведение сухого известкового песка при жестком ограничении было охарактеризовано с помощью стержня давления с разделением по Гопкинсона (SHPB). Образцы песка были заключены в гильзу из закаленной нержавеющей стали и закрыты парой алюминиевых цилиндрических стержней. Эта сборка была подвергнута многократному динамическому уплотнению для достижения точной объемной плотности. Затем он был зажат между падающими и передающими стержнями SHPB для динамических испытаний на сжатие.Образцы песка с тремя начальными плотностями массы, а именно: 1,26 г / см 3 , 1,35 г / см 3 и 1,42 г / см 3 , нагружались падающими импульсами с приложением напряжения 35 МПа, 71 МПа. и 143 МПа соответственно. Экспериментальные результаты показывают, что в диапазоне скоростей деформации от 335 с -1 до 1253 с -1 динамические механические свойства сухих известняковых песков не показали значительного влияния скорости деформации. Модель Лундборга и модель Мурнагана могут быть использованы для описания девиаторного и объемного поведения известкового песка с различной начальной плотностью соответственно.

1. Введение

Известковый песок обычно рассматривается как океанический осадок, который содержит значительное количество (> 30%) CaCO 3 , что приводит к определенным механическим свойствам по сравнению с континентальными отложениями, такими как кварцевый песок [1, 2] . Обычно он происходит из переработанных фрагментов раковин и остатков скелета морских организмов и широко распространен на коралловых рифах и побережьях по всему миру, например в Южно-Китайском море, Красном море, западной континентальной платформе Австралии и Бассовом проливе [3, 4 ].С быстрым развитием морского строительства механическая реакция известкового песка привлекла внимание инженеров. Как правило, обнаружено, что известковый песок содержит большое количество дробимых частиц неправильной формы, что приводит к более высокой сжимаемости и более значительному дроблению зерна при повышенных напряжениях, чем в континентальных отложениях [5–8]; однако, по сравнению с обширными исследованиями в квазистатических условиях, немногие исследования рассматривают динамическое сжатие известкового песка, которое важно в некоторых специальных инженерных задачах, таких как динамическое уплотнение и ситуации взрыва шахты, а также в бомбоубежищах.

Фарр использовал устройство одноосной деформации (WES 0,1 мс) для изучения влияния скорости нагружения на одномерную сжимаемость плотного частично насыщенного известкового песка Enewetak [9]. Результаты испытаний показывают, что при увеличении скорости деформации образца известкового песка с 10 −3 с −1 до 300 с −1 , ограниченный модуль упругости может быть увеличен на 120%. В последние годы бар давления сплит-Хопкинсона (SHPB) широко используется для изучения динамического механического поведения песка [10–12].Брагов вычислил компонент поперечного напряжения образца на основе измерений окружной деформации, которые, вместе с получением продольных напряжений в образце с использованием метода SHPB, позволяют найти девиаторное напряжение и гидростатическое давление поровой воды в образце; однако в большинстве исследований с использованием этого метода исследуемый грунт представляет собой кварцевый песок [13–18]. Никаких экспериментальных исследований, направленных на изучение девиаторного и объемного поведения известкового песка, пока не проводилось.Lv et al. изучили одномерное динамическое поведение при сжатии сухого известкового песка и сухого кварцевого песка с одинаковой относительной плотностью и аналогичной скоростью деформации, используя метод SHPB [19], и экспериментальные результаты показывают, что кажущийся модуль упругости известкового песка при динамическом нагружении составляет приблизительно 10% кварцевого песка; однако влияние скорости деформации и начальной плотности образца на динамическое механическое поведение сухого известкового песка в условиях жесткого удержания не исследовалось в их исследованиях.Эти эффекты будут изучены с использованием метода SHPB в настоящем исследовании, а отклоняющееся и объемное поведение будет проанализировано на основе результатов экспериментов.

2. Экспериментальная работа
2.1. Образцы песка

Белый известковый песок, использованный в данном исследовании, поступает из Южно-Китайского моря. Микрофотографии известковых песков, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа Hitachi S-4800, показаны на рисунке 1, который показывает, что частицы песка в основном имеют угловую форму с множеством межчастичных пустот в частицах известкового песка, что приводит к его сложной микроструктуре и низкой прочности. частиц.

Все образцы песка, использованные в этом исследовании, были сначала высушены в печи. Кривая гранулометрического состава образца показана на рисунке 2, который был определен с помощью прибора для лазерной дифрактометрии Mastersizer 3000E. Согласно результатам, средний размер частиц и коэффициент однородности известкового песка составляют 0,348 мм и 8,84 соответственно. Плотность песчинки составила 2,81 г / см 3 . Минимальная и максимальная плотность песка в сухом состоянии — 1.12 г / см 3 и 1,47 г / см 3 ; эти свойства были проверены на основе методов ASTM [19–22].


Для изучения влияния начальной массовой плотности образца на динамическое механическое поведение известкового песка три типа образцов с начальной сухой плотностью 1,42 г / см 3 , 1,35 г / см 3 , и 1,26 г / см 3 . Относительные плотности этих образцов составляют 89%, 72% и 47% соответственно.

2.2. Экспериментальная установка

Динамические эксперименты проводятся с использованием стандартного устройства для измерения давления по Гопкинсону (рис. 3), включая набор сплошных стержней и систему сбора данных о деформации.Ударник, падающая планка и передаточная планка изготовлены из алюминиевого сплава диаметром 37 мм и длиной 600 мм, 2000 мм и 2000 мм соответственно. Плотность, модуль Юнга, коэффициент Пуассона и скорость волны стержня используемого алюминиевого материала составляют 2,8 г / см 3 , 73 ГПа, 0,324 и 5107 м / с, соответственно. Поскольку его импеданс ниже, чем у стали, алюминиевый материал подходит для испытаний SHPB, связанных с грунтом с низким импедансом. Образцы песка нагружались ударником и падающим стержнем, и их динамическая деформация и напряжение во время нагружения были получены путем расчета скорости волны напряжения в падающем стержне и передаточном стержне на основе теории упругих волн [23].


Для изучения влияния скорости деформации на динамическое механическое поведение известкового песка образцы песка нагружались ударником с тремя номинальными скоростями, а именно 5 м / с, 10 м / с и 20 м / с. Согласно теории упругих волн [24], соответствующие номинальные напряжения, приложенные через падающий импульс, составляют 35 МПа, 71 МПа и 143 МПа соответственно. Фактическая скорость ударника измерялась с помощью лазерного измерителя скорости с разрешением 0,1 м / с.

Контейнер для образца состоит из гильзы, пары уплотнительных стержней и пары установочных стержней.Гильза была изготовлена ​​из нержавеющей стали и была спроектирована таким образом, чтобы обеспечить жесткое удержание образцов. Внутренний диаметр, внешний диаметр и высота гильзы составляют 37,05 мм, 47,05 мм и 90 мм соответственно. Уплотнительные стержни вместе с установочными стержнями использовались для определения местоположения и контроля начальной высоты и плотности образца. Они были изготовлены из того же алюминиевого сплава, что и прижимная штанга диаметром 37 мм и длиной 20 мм. Уплотнительный стержень имеет уплотнительную канавку шириной 4 штуки.2 мм и глубиной 5 мм для установки Glyd Ring, которое использовалось для фиксации уплотнительного стержня в втулке во время подготовки образца и предотвращения потери частиц песка во время нагружения.

На рисунке 4 схематично показана высота образца и его положение в контейнере. Как показано, начальная высота образца песка составляет 10 мм, поэтому начальный объем образца составляет 10,75 см 3 . Масса образца, необходимая для заполнения контейнера, может быть рассчитана путем умножения его начальной плотности на объем.Чтобы приготовить образец заданной плотности, сначала в вертикально расположенную гильзу помещали фиксирующий стержень и уплотняющий стержень. Затем образец с соответствующей массой выливали в контейнер, а в контейнер помещали еще один уплотнительный стержень и фиксирующий стержень. Молоток весом 1,25 кг непрерывно падал с высоты 300 мм, ударяя по верхней поверхности фиксирующего стержня, пока он не смылся с верхней поверхностью гильзы. Наконец, из контейнера были извлечены два фиксирующих стержня и в отверстие в верхнем уплотнительном стержне был вкручен болт, чтобы предотвратить потерю частиц песка под нагрузкой.Контейнер вместе с образцом песка может быть зажат между падающей штангой и передаточной штангой (рис. 3).


Датчик деформации был прикреплен к внешней поверхности втулки для измерения окружной деформации втулки, и деформация будет использоваться для расчета поперечного напряжения на образце на основе упругой механики [25].

Для тестируемых здесь песков диаметр образца такой же, как диаметр стержня; когда образец находится в состоянии равномерного напряжения, истории деформации и напряжения образца могут быть рассчитаны как [14] где ε i ( t ), ε r ( t ) , и ε t ( t ) — истории падающих, отраженных и прошедших деформаций, измеренные с использованием датчиков осевой деформации на сплошных стержнях, соответственно; E 0 и C 0 — модуль Юнга и скорость упругой волны материала стержня, соответственно; L s — начальная длина образца.Следовательно, после измерения падающего, отраженного и прошедшего сигналов данные осевой деформации и напряжения для исследуемого песка могут быть получены путем исключения временной переменной истории деформации и напряжений образца.

3. Результаты экспериментов
3.1. Взаимосвязь осевого напряжения и деформации сухого известкового песка

В этом исследовании были выполнены три независимых повтора для каждой тестовой группы с различной плотностью образцов и скоростями ударника, и соответствующие основные результаты суммированы в таблице 1.

905 905 9055 9055 905 5,1 9046 12,5 905 905 905 905 9055 905 905

Номер опытной группы Начальная плотность образца (г / см 3 ) Средняя скорость ударника (м / с) Средняя скорость деформации образца (с −1 ) Средняя пиковая деформация образца Среднее пиковое напряжение образца (МПа)

CS1 1,26 5,3 385 0,104 6.4
CS2 10,5 748 0,192 18,5
CS3 19,2 1253 0,314 412 0,097 10,2
CS5 9,6 693 0,177 24,7
CS6 19.9 1189 0,293 77,1

CS7 1,42 4,0 335 0,080
17,8
CS9 21,4 1128 0,273 90,8

CS9 в группе результатов испытаний на известковую деформацию.Было обнаружено, что время нарастания падающего импульса очень мало, поэтому дисперсионные эффекты импульсов должны быть скорректированы. В данном исследовании для коррекции дисперсионных эффектов использовались методы коррекции Бюссака и Тьяса [26–28]. После корректировки записи деформации можно использовать для расчета истории деформации и напряжений образца на основе уравнения (1).


Равновесие динамических напряжений проверялось методом «2-волновой», «1-волновой», который использовал Сонг [14] (рис. 6).История напряжений переднего конца образца была рассчитана путем добавления падающей волны напряжения к отраженной волне напряжения, в то время как история напряжений заднего конца образца равна прошедшей волне напряжения. Из рисунка видно, что истории напряжений на обоих концах образца почти перекрывались, за исключением начальной стадии нагружения, что указывает на то, что напряжение в образце было однородным при большинстве условий нагружения.


После того, как в образце достигнуто равновесие динамических напряжений, кривая напряжения-деформации эксперимента, рассчитанная по уравнению (1), является действительной.Следуя аналогичной процедуре, строятся средние кривые с планками ошибок для образцов той же начальной плотности (Рисунки 7 (a) –7 (c)). На кривых растяжения при малых деформациях наблюдаются колебания. Путем сравнения напряжения на кривых «напряжение-деформация» и соответствующих историй напряжений на обоих концах образца (рис. 6) был сделан вывод, что колебания были вызваны неравновесными напряжениями в образце песка. Несмотря на неравновесность напряжений на начальной стадии деформации, результаты не показали значительных различий в перекрывающихся диапазонах напряжений с разными скоростями деформации, что указывает на то, что в диапазоне скоростей деформации от 335 с -1 до 1253 с -1 динамический Характеристики сжатия сухого известкового песка не показали значительного влияния скорости.

Отбросив неравновесную стадию экспериментального результата, можно было получить кривые осевой деформации-напряжения образца с различной начальной плотностью (рис. 8 (а)). Кривые растяжения сдвигаются вверх с увеличением начальной плотности массы. Кривая разгрузки показывает начальное резкое снижение напряжения без восстановления деформации, за которым следует дальнейшее снижение напряжения с небольшим восстановлением деформации.

Испытание на жесткое ограниченное сжатие является одометрическим, и кривая e -lop σ обычно используется для описания деформации образца, где e — коэффициент пустотности образца, а σ — осевое нагрузка на образец.В испытании на одномерное сжатие поперечная деформация приблизительно равна нулю по сравнению с осевой деформацией, поэтому коэффициент пустотности определяется формулой: где ρ и ρ 0 — текущая и начальная плотности образца, соответственно; G s — плотность частицы почвы; и ε z — осевая деформация.

Согласно уравнению (2) экспериментальные результаты осевой деформации-деформации, показанные на рисунке 8 (а), можно преобразовать в кривые e -log σ (рисунок 8 (b)).Поскольку частицы песка измельчаются, исходный каркас известкового песка нестабилен при высоких напряжениях. С увеличением напряжения исходная каркасная структура известкового песка постепенно разрушалась и формировалась устойчивая структура. Таким образом, при определенном напряжении кривая e -log σ не зависит от исходных свойств скелета образца и начальной плотности образца. Таким образом, все кривые нагружения известковых песков с разной начальной плотностью на Рисунке 8 (b) сливаются в одну прямую линию при осевом напряжении около 40 МПа.Наклон линии является показателем сжатия и составляет 0,239 для этого известкового песка при динамическом сжатии. Луо и др. изучили динамическое сжатие кварцевого песка, и индекс сжатия составляет от 0,281 до 0,312 [15], что указывает на то, что известковый песок «мягче», чем кварцевый песок.

3.2. Девиаторное и объемное поведение песка

Для образца песка, ограниченного муфтой в пределах диапазона упругости, поперечное напряжение σ r определяется как где r o и r i представляют собой и внутренние радиусы рукава; E s — модуль Юнга гильзы; ε θ — окружная деформация втулки; и κ — поправочный коэффициент для эффекта меньшей длины образца по сравнению с длиной гильзы, который может быть получен численным методом [29, 30].

Здесь поправочный коэффициент определяется уравнением (4), полученным путем численного анализа [30], где l — текущая толщина образца:

На рисунке 9 показаны истории осевого и поперечного напряжения известковый песок в опытной группе CS9. Коэффициент бокового напряжения k 0 определяется как где σ r — поперечное напряжение, а σ z — максимальное осевое напряжение.Чтобы повысить точность k 0 , он может быть рассчитан с использованием уравнения (5) с использованием максимальных значений напряжений. Средние экспериментальные результаты k 0 в различных испытательных группах и соответствующие планки погрешностей суммированы на фиг.10. Результаты показывают, что коэффициент бокового напряжения увеличивается с увеличением осевого напряжения.



В ограниченном эксперименте SHPB составляющая гидростатического давления (изотропного напряжения) p и эквивалентное напряжение Мизеса σ Y даются по формуле [15]

На основе уравнения (5) Вышеупомянутые уравнения можно преобразовать, чтобы получить

Функция текучести Друкера – Прагера обычно используется для описания девиаторного поведения грунтов при низком давлении, в котором напряжение фон Мизеса линейно зависит от гидростатического давления.На основе этой функции текучести показано, что коэффициент бокового напряжения является постоянной величиной в соответствии с уравнением (7), что не согласуется с экспериментальными результатами испытаний на известковом песке. Чтобы объяснить, почему k 0 увеличивается с увеличением осевого напряжения, модель Лундборга используется для описания девиаторного поведения известкового песка, функция текучести которого выражается как [31], где μ и σ Y max — константы материала.Подставляя уравнение (7) в вышеприведенное уравнение, соотношение между коэффициентом бокового напряжения и осевым напряжением определяется как

. Константы материала μ и σ Y max могут быть получены путем аппроксимации экспериментальных результатов из уравнения (9), и соответствующие результаты равны μ = 1,21 и σ Y max = 363 МПа. Подгоночная кривая показана на рисунке 10, а функция доходности — на рисунке 11.


На основании экспериментальных результатов осевой деформации и напряжения (рисунок 8 (а)), объемное поведение сухого известкового песка в виде зависимости плотности от давления может быть получено с помощью уравнений (2), (7), и (9), а результаты показаны на рисунке 12. Чтобы описать, как наклон кривых увеличивается с увеличением давления, уравнение Мурнагана [32, 33] использовалось для моделирования объемного поведения сухого известкового песка: где k и n k — материальные константы, которые могут быть получены путем аппроксимации уравнения экспериментальными данными.


Экспериментальные результаты, показанные на рисунке 12, показывают, что кривые зависимости плотности от давления для образцов с разной начальной плотностью можно разделить на два сегмента в точке, где плотность составляет 1,75 г / см 3 . На первом участке кривые зависят от начальной плотности образца, тогда как на втором участке кривые не зависят от начальной плотности образца; поэтому кривые следует подбирать отдельно.

Для первого сегмента отношения между константами материала с использованием данных, подогнанных к уравнению (10) с начальной плотностью образца, суммированы на рисунках 13 (a) и 13 (b).Результаты показывают, что константы материала связаны с начальной плотностью образца квазилинейным образом следующим образом:

Второй сегмент кривой плотность-давление не зависит от начальной плотности образца, поэтому ρ 0 дюйм уравнение (10) можно выбрать равным 1,42 г / см 3 . Соответствующие результаты подбора параметров материала: n k = 5,46 и k = 50,1.

Таким образом, зависимость плотности от давления сухого известкового песка с любой начальной плотностью ρ 0 может быть резюмирована как где материальные константы k и n k могут быть рассчитаны с использованием уравнения ( 11), а сравнение экспериментальных результатов с результатами, полученными при использовании уравнения (12), показано на рисунке 14.Сравнивая результаты расчета и результаты испытаний, показанные на рисунке, можно увидеть, что уравнение (12) может хорошо описывать динамическое объемное поведение сухого известкового песка.

4. Выводы

Динамическое механическое поведение сухого известкового песка при жестком ограничении, обеспечиваемом толстостенной гильзой из нержавеющей стали, было исследовано с использованием разрезной планки давления Гопкинсона (SHPB) при высоких скоростях деформации (335 с −1 to 1253 с −1 ). Был разработан новый узел образца песка с использованием кольца Glyd Ring, который основан на многократном динамическом уплотнении для подготовки образцов песка с точной начальной плотностью массы.Образцы песка с тремя начальными плотностями массы (1,26 г / см 3 , 1,35 г / см 3 и 1,42 г / см 3 ) были сжаты при трех номинальных скоростях ударника (5 м / с, 10 м / с , и 20 м / с). Датчик деформации был прикреплен к внешней поверхности рукава для измерения окружной деформации в нем, и, следовательно, можно было определить девиаторное и объемное поведение известкового песка.

Экспериментальные результаты показывают, что в диапазоне скоростей деформации от 335 с -1 до 1253 с -1 характеристики динамического сжатия сухого известкового песка не показали значительного влияния скорости.Кривые e -log σ образцов с разной начальной плотностью сливаются в одну прямую с наклоном 0,239 при осевом напряжении 40 МПа. Индекс динамического сжатия сухого известкового песка намного меньше, чем у кварцевого песка, что указывает на то, что сухой известковый песок намного «мягче». Коэффициент бокового напряжения известкового песка увеличивается с осевым напряжением, поэтому модель Лундборга может быть использована для описания его девиаторного поведения. Кривые плотности и давления сухого известкового песка можно разделить на два сегмента, когда плотность равна 1.75 г / см 3 ; в первом сегменте кривая зависит от начальной плотности, а во втором сегменте не зависит от нее. На обоих участках кривая описывалась уравнением Мурнагана.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Финансовая поддержка была предоставлена ​​Национальным естественным фондом молодых ученых Китая (грант № 51409257).

Проверка плотности почвы: 3 метода испытаний, на которые можно положиться

Уплотнение грунта — это операция, обычная для большинства строительных проектов, которая увеличивает прочность и устойчивость грунта для поддержки земляных работ, конструкций и тротуаров. Методы достижения максимальной плотности почвы хорошо известны, а результаты можно проверить и количественно оценить с помощью стандартных методов.Почвенный материал укладывается слоями или поднимается на глубину от нескольких дюймов до фута или более, а уплотнительное оборудование катится, месит, вибрирует или иногда использует собственный вес для уплотнения почвы.

Правильный вид испытания на уплотнение

Спецификации на уплотнение грунта устанавливаются на этапе проектирования проекта и зависят как от ожидаемых общих нагрузок, так и от того, будут ли эти нагрузки статическими или динамическими. Оценки адекватности усилий по уплотнению с использованием качественных измерений, таких как сопротивление проникновению или наблюдение за движением колес, недостаточно для определения соответствия техническим условиям.Стандартные спецификации Проктора (ASTM D698 / AASHTO T 99) хорошо подходят для контроля операций уплотнения для таких сооружений, как земляные насыпи и строительные площадки. Модифицированные спецификации Проктора (ASTM D1557 / AASHTO T 180) лучше подходят для контроля уплотнения почвы на таких участках, как тротуары и взлетно-посадочные полосы аэродромов, где большие нагрузки на колеса создают динамические силы. Типичные требования к уплотнению для проекта могут варьироваться от 90% до 95% стандартного Проктора для неструктурных участков до 98% или более модифицированного Проктора для сильно нагруженных тротуаров.

Лабораторные испытания задают эталон

Тесты Проктора — это тесты на соотношение влажности почвы и плотности, которые устанавливают максимальную сухую плотность (удельный вес почвы за вычетом веса воды) и оптимальное содержание воды в образцах почвы. Для каждого типа почвы значения сухой плотности и оптимального содержания воды различаются. Воду добавляют к четырем-шести порциям высушенного образца почвы в возрастающих количествах. Каждую подготовленную порцию уплотняют в форму для уплотнения (проктора) с помощью молотка Проктора или механического уплотнителя грунта, а затем взвешивают и корректируют на содержание влаги.Плотность в сухом состоянии увеличивается по мере того, как добавленная влага смазывает частицы почвы и обеспечивает большее уплотнение при той же приложенной энергии. При превышении оптимального содержания влаги вода начинает вытеснять почву в заданном объеме, и плотность в сухом состоянии уменьшается. Графический график зависимости плотности от влажности создает четкую кривую, которая показывает влияние влажности на почву во время уплотнения. Для более глубокого изучения взаимосвязи влажности и плотности почвы и теста Проктора см. Нашу запись в блоге «Тест на уплотнение Проктора: базовое руководство».

AASHTO T 272, государственные транспортные департаменты или другие региональные органы власти предлагают метод «одноточечных» полевых испытаний для проверки того, что почва на месте совпадает с лабораторным образцом. Это испытание на уплотнение на месте выполняется с использованием того же типа формы, уплотняющего молотка и количества ударов, что и оригинальный лабораторный метод. Влагосодержание определяется с помощью измерителя влажности под давлением газа или простых методов сушки в полевых условиях. Результаты плотности и влажности наносятся на график против исходной лабораторной кривой для подтверждения совпадения.

В ситуациях, когда лабораторная информация недоступна, результаты в полевых точках можно сравнить с семейством кривых, составленных из местных или региональных данных о почве, чтобы выбрать лучшую максимальную плотность и оптимальную кривую влажности. В некоторых случаях две или три точки поля могут быть уплотнены при разном содержании влаги и сравниваться с кривыми.

Какой метод определения плотности почвы использовать?

При испытании на уплотнение почвы используется один из нескольких методов измерения плотности и влажности почвы в сухом состоянии.Здесь обсуждаются три наиболее распространенных. Результаты этих полевых испытаний сравниваются с результатами испытаний Проктора для того же грунта, установленными в лаборатории, и соотношение выражается как процент уплотнения. Поскольку результаты тестов Проктора сильно различаются в зависимости от типа почвы, наилучшие результаты достигаются при использовании лабораторных образцов из того же источника, который использовался для полевого проекта.

Тест песчаного конуса

Плотность песчаного конуса — это точный и надежный метод тестирования, который уже давно используется для измерения плотности грунта на месте.Процедура описана в ASTM D1556 / AASHTO T 191. Плоская опорная плита с круглым отверстием 6,5 дюйма (165,1 мм) помещается на испытательном участке и используется в качестве шаблона для выемки необходимого количества уплотненного грунта. Общий удаляемый объем определяется максимальным размером частиц почвы и может составлять до 0,1 фут3 (2 830 г / см3). Во время раскопок используются аксессуары для проверки плотности, такие как молотки, совки, долота и мешки для образцов. Весь выкопанный материал аккуратно собирается и хранится в герметичном контейнере.

Предварительно взвешенный прибор для определения плотности песчаного конуса переворачивается на опорную плиту, а металлический конус вставляется в отверстие опорной плиты. Поворотный клапан открывается, и сыпучий тестовый песок известной плотности просачивается в выкопанную тестовую скважину.

После этого частично заполненный прибор снова взвешивают и рассчитывают объем контрольной скважины путем деления массы песка, заполняющего отверстие, на объемную плотность песка. Влажный вес извлеченного извлеченного грунта делится на объем испытательной скважины для определения плотности во влажном состоянии.Плотность в сухом состоянии рассчитывается путем деления веса влажной почвы на содержание в ней воды в процентах. Процент уплотнения для теста полевой плотности рассчитывается путем деления сухой плотности почвы на максимальную сухую плотность, полученную в результате теста Проктора.

Метод определения плотности песчаного конуса для испытаний на уплотнение


Плюсы и минусы
Плюсы Минусы
Точность и надежность; долгая история допустимого использования Для завершения испытаний может потребоваться 30 минут или более
Стандартный метод испытаний ASTM Тяжелому оборудованию, находящемуся поблизости, может потребоваться кратковременная приостановка работы
Не требует обширного обучения Альтернатива тесты должны использоваться там, где заметное количество +1.Имеется материал размером 5 дюймов (38 мм)
Для использования не требуется лицензирование или разрешение Не следует использовать для испытания насыщенных высокопластичных грунтов
Оборудование и материалы не опасны Все выкопанные материалы должны быть тщательно обработаны восстановлено
Оборудование рентабельно

Испытание на резиновый шар

Плотность резинового шара имеет некоторые сходства с методом песчаного конуса.Подобно методу песчаного конуса, выкапывается пробная яма, почва аккуратно собирается и откладывается. Над отверстием помещается баллонный прибор для измерения плотности, и вместо того, чтобы использовать песок для измерения объема, откалиброванный сосуд с водой находится под давлением, заставляя резиновую мембрану проникать в котлован. Деления на сосуде считываются, чтобы определить количество вытесненной воды, чтобы можно было рассчитать весь объем. Метод испытания описан в ASTM D2167 / AASHTO T 205 (отозван). Испытания выполнить немного проще, чем песчаный конус, и их можно быстро повторить, поскольку вода остается в сосуде.

Метод резинового шара


Плюсы и минусы
Плюсы Минусы
Точность и надежность; долгая история допустимого использования Для завершения тестов может потребоваться 15-20 минут или более
Стандартный метод тестирования ASTM Баллонные мембраны могут проколоть во время тестирования
Не требует обширного обучения Предназначен для точного- зернистые или гранулированные почвы без заметных количеств крупнозернистого материала
Для использования не требуется лицензирование или разрешение Не следует использовать для испытания мягких насыщенных высокопластичных грунтов
Множественные испытания можно проводить без изменения плотности среды Весь выкопанный материал должен быть тщательно удален. испытания песчаного конуса или резинового шара для завершения расчетов грунта уплотнение.Эти испытания легко провести в лаборатории, но часто они выполняются на месте, чтобы быстро предоставить важные данные об уплотнении подрядчикам земляных работ и другим заинтересованным сторонам. В приведенной ниже таблице показано несколько различных методов, которые можно использовать для определения влажности, и существует множество весов и весов, которые можно использовать для взвешивания образцов почвы в лабораторных или полевых условиях.

Тесты влажности почвы ASTM

Тест ядерной плотности

Датчики ядерной плотности определяют плотность почвы путем измерения пропускания гамма-излучения между зондом, содержащим радиоактивный источник цезия-137 (или другой), и датчиками Гейгера-Мюллера в основании измерять.Плотные почвы позволяют обнаруживать меньше гамма-частиц за определенный период времени. В то же время влажность почвы измеряется с использованием отдельного источника америция 241.

Стальной стержень вбивается в почву на испытательном участке, образуя пилотное отверстие. Зонд, содержащий радиоактивный источник, опускается на глубину до 12 дюймов (305 мм) в пилотную скважину, и пропускание излучения измеряется в течение одной минуты. Это известно как тест «прямой передачи». Показания также можно снимать в режиме «обратного рассеяния», когда зонд не выдвигается из основания устройства.Для этого метода не требуется пилотное отверстие, но результаты считаются менее надежными. Значения представлены в единицах веса влажного и сухого грунта, содержания влаги в почве и процента уплотнения по сравнению с лабораторными или полевыми испытаниями плотности влаги Проктором.

Ядерные плотномеры эффективны в крупных проектах, требующих быстрых результатов и многократных испытаний, но они подчиняются многим нормативным требованиям и требуют повышения квалификации и контроля доз радиации персонала. Методы испытаний описаны в ASTM D6938 / AASHTO T 310.

Ядерный манометр для испытаний на плотность и влажность почвы


Плюсы и минусы метод
Плюсы Минусы
Испытания плотности / влажности завершаются за несколько минут Тестовое оборудование дорогое
Нормативные требования регулируют хранение, использование, транспортировку и обращение с ним
Точность и повторяемость приемлемы для полевых операций Из соображений безопасности требуется контроль персонала с помощью значков дозиметра
Электроника может включать регистрацию данных и отчеты о местоположении функции Операторам требуется повышенное обучение и сертификация по технике безопасности
Оптимальный метод для крупных проектов, требующих большого количества тестов в день Электроника может быть чувствительна к суровым условиям
Может использоваться с широким диапазоном типов почв Показания чувствительны к чрезмерным пустотам.

За пределами результатов испытаний

Каждый из этих различных методов выполнения испытаний на плотность уплотнения грунта имеет свои преимущества и недостатки.Абсолютная точность любого метода не является решенным вопросом, но все они дают надежные результаты и могут быть приняты проектными группами и регулирующими органами при правильном применении. Наиболее важным фактором для правильного выполнения земляных работ является опыт квалифицированного персонала, будь то техники, операторы оборудования или руководители проектов. Испытание на уплотнение показывает, что одна небольшая площадь соответствует требованиям спецификаций. Только обученный и опытный глаз может подтвердить, что тест является репрезентативным для общих условий на объекте.

Мы надеемся, что это сообщение в блоге помогло вам разобраться в методах и оборудовании, используемом для проверки уплотнения грунта при строительных работах. Если вам нужна помощь с вашим приложением, свяжитесь со специалистами Gilson по тестированию, чтобы обсудить оборудование для испытаний на уплотнение.

Wisconsin Geological & Natural History Survey »Пористость и плотность

Что такое пористость?

Пористость — это процент пустот в породе.

Пористость — это процент пустот в породе.Он определяется как отношение объема пустот или порового пространства к общему объему. Он записывается как десятичная дробь от 0 до 1 или как процент. Для большинства пород пористость колеблется от менее 1% до 40%.

Пористость породы зависит от многих факторов, включая тип породы и расположение зерен в ней. Например, кристаллическая порода, такая как гранит, имеет очень низкую пористость (<1%), поскольку единственные поровые пространства - это крошечные, длинные и тонкие трещины между отдельными минеральными зернами.Песчаники, как правило, имеют гораздо более высокую пористость (10–35%), потому что отдельные песчинки или минеральные зерна не подходят друг к другу близко друг к другу, что приводит к увеличению порового пространства.

Визуализация порового пространства (поры показаны синим цветом)

ПЕСЧИК

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ПОРОД

Измерения пористости горных пород штата Висконсин

Пористость измеренных пород колеблется от 2% до более 30%. Во многом это изменение связано с литологией (типом породы).В таблице данных перечислены пористости испытанных образцов, а на рисунке справа показан диапазон и распределение пористости по литологии. Доломиты имеют самую низкую пористость (2–6%), сланцы имеют самый широкий диапазон пористости (8–29%, хотя большинство из них менее 15%), а песчаники имеют самую высокую пористость (11–32%).

Рис. 1. Распределение пористости доломита, сланца и песчаника.

Измерение плотности горных пород штата Висконсин

Плотность породы является функцией плотности
• отдельных зерен,
• пористости и
• жидкости, заполняющей поры.

Плотность определяется как масса на объем. В горных породах это функция плотности отдельных зерен, пористости и жидкости, заполняющей поры. В горных породах есть три типа плотности: сухая плотность, влажная плотность, и зернистость .

В таблице данных перечислены сухая, влажная и зернистая плотность образцов. Дополнительные влажные плотности пород Висконсина могут быть найдены в статье «Плотность и магнитная восприимчивость породы Висконсин» С.И.Датч, R.C. Бойл, С. Джонс-Хоффбек, С. Ванденбуш ( Geoscience Wisconsin , Vol. 15, p. 53–70).

Просмотр данных

Измерения и распределения плотности

Плотность в сухом состоянии

Рис. 2. Распределение сухой плотности доломита, сланца и песчаника.

Плотность в сухом состоянии измеряется на породах без воды или жидкости в порах.

См. Рис. 2, где показано распределение сухой плотности доломита, сланца и песчаника.

Плотность во влажном состоянии

Рис. 3. Распределение плотности во влажном состоянии для доломита, сланца и песчаника.

Плотность во влажном состоянии измеряется на полностью насыщенных сердечниках.

На рис. 3 показано распределение плотности во влажном состоянии для доломита, сланца и песчаника.

Плотность зерна

Рисунок 4. Распределение плотности зерен доломита, сланца и песчаника.

Плотность зерен описывает плотность твердых или минеральных зерен породы.

Плотность зерна может дать представление о минералогии породы:

  • Доломит, ρ = 2,8–3,1 г / см 3
  • Сланцы, ρ = 2,65–2,8 г / см 3
    Сланцы состоят из нескольких минералов, которые имеют разную плотность в разных относительных количествах. Минералы могут включать такие глины, как иллит (ρ = 2,6–2,9 г / см 3 ) и каолинит (ρ = 2,6 г / см 3 ), смешанные, например, с доломитом (ρ = 2.8–3,1 г / см 3 ) и кальцита (ρ = 2,71 г / см 3 ).
  • Песчаники, ρ = 2,65–2,80 г / см 3
    Почти половина песчаников имеет плотность зерна, близкую к 2,65 г / см 3 , плотность кварца, что позволяет предположить, что эти песчаники состоят из зерен кварца и цемент. Остальные песчаники имеют немного большую плотность зерен, скорее всего, из-за смешения кварца с более плотными минералами, такими как кальцит (ρ = 2,71 г / см 3 ) или доломит (ρ = 2.8–3,1 г / см 3 ).

Распределение плотности зерен доломита, сланца и песчаника показано на рисунке 4.

Методы измерения

Измерение пористости

Пористость определялась путем измерения общего объема и объема порового пространства образцов. Мы подготовили правильные цилиндрические стержни с помощью сверлильного станка, перфоратора и плоскошлифовального станка.

Измерение объема образца: Рассчитывается путем измерения длины и диаметра цилиндров с помощью штангенциркуля.Большинство образцов имели номинальный диаметр 2 дюйма и длину от 1 до 3 дюймов.

Сушка образцов: Образцы сушили в печи при 70 ° C (158 ° F) в течение не менее 24 часов перед испытанием.

Измерение объема порового пространства: Объем порового пространства определяли с помощью гелиевого пикнометра. Гелиевый пикнометр использует закон Бойля (P 1 V 1 = P 2 V 2 ) и газообразный гелий, который быстро проникает в мелкие поры и является инертным, для определения твердой части образца.Керн помещается в камеру для образцов известного объема. Контрольная камера, также известного объема, находится под давлением. Затем две камеры соединяются, позволяя газу гелию течь из контрольной камеры в камеру для пробы. Соотношение начального и конечного давлений используется для определения объема твердого вещества образца. Объем пор — это разница между общим объемом и твердым объемом, определенная гелиевым пикнометром. Этот метод можно использовать только для измерения пор, которые соединены между собой.Гелий и вода не проникают в изолированные поры, поэтому эти поры не учитываются при измерении пористости.

Измерение плотности

Плотность в сухом состоянии определяли путем взвешивания образцов после сушки и деления массы на общий объем образца.

Плотность во влажном состоянии затем рассчитывалась, предполагая, что пористость образца была заполнена водой, добавляя эту массу к измеренной сухой массе и деля полученную сумму на общий объем образца.

Плотность зерен рассчитывалась путем вычитания объема порового пространства из общего объема образца и последующего деления разницы на сухую массу.

Просмотр данных

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *