Определение истинной плотности песка. Истинная плотность песка определяется в пикнометре объемом 100 мл с риской на шейке (рис

Рис. 2.1 Пикнометр

Истинная плотность песка определяется в пикнометре объемом 100 мл с риской на шейке (рис. 2.1). От средней пробы песка берут навеску 30-40 г и просеивают через сито с круглыми отверстиями диаметром 5 мм. Прошедший через сито песок переносят в бюкс или фарфоровую чашку и высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы при температуре 110±5 °С. Затем бюкс с песком охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе над концентрированной серной кислотой или над безводным хлористым кальцием. Из высушенного песка отвешивают две навески по 10 г каждая, всыпают их в два чистых, предварительно высушенных взвешенных пикнометра. Затем каждый пикнометр с песком взвешивают. После этого оба пикнометра с навесками заливают на 2/3 их объема дистиллированной водой, перемешивают содержимое и ставят каждый пикнометр в наклонном положении на песчаную или водяную баню. Содержимое пикнометра кипятят в течение 20 мин для удаления пузырьков воздуха. После удаления воздуха пикнометр обтирают, охлаждают до температуры помещения, доливают дистиллированной водой до метки и взвешивают. Затем пикнометр освобождают от содержимого, промывают, наполняют дистиллированной водой до метки и снова взвешивают.

Истинную плотность песка r_п вычисляют с точностью до 0,01 г/см³ по формуле:

r_п = [(m – m₁) r_в]/(m – m₁ + m₂ – m₃), (2.1)

где т – масса пикнометра с песком, г;

т₁ – то же, пустого, г;

т₂ – то же, с дистиллированной водой, г;

т₃ – то же, с песком и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г;

r_в – плотность воды, равная 1 г/см³.

Определение считают законченным, если расхождение между двумя результатами измерений не превысит 0,02 г/см³.

2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ ПЕСКА

Насыпную плотность песка необходимо знать для расчета состава бетона, определения пустотности песка, а также для расчетов, связанных с перевозкой песка, проектированием складов заполнителей и т. д.

Для определения насыпной плотности песка в сухом состоянии среднюю пробу песка массой около 5 кг высушивают в сушильном шкафу при температуре 110±5 °С до постоянной массы и просеивают через сито с круглыми отверстиями диаметром 5 мм. Затем охлажденный песок всыпают металлическим совком с высоты 10 см в предварительно взвешенный мерный цилиндр вместимостью 1 л. Когда цилиндр заполнится песком с некоторым избытком в виде конуса, избыток осторожно без толчков и встряхиваний удаляют деревянной или металлической линейкой. После этого цилиндр с песком взвешивают и вычисляют насыпную плотность:

r_н = (m₁ – m₂)/V, (2.2)

где m₁ - масса мерного цилиндра с песком, кг;

m₂ - то же, без песка, кг;

V - объем цилиндра, м³.

Определение повторяют два раза, при этом каждый раз берут новую порцию песка. Окончательный результат вычисляют как среднее арифметическое двух определений.

Плотность песка в состоянии естественной влажности определяют так же, как и сухого песка, только среднюю пробу предварительно не высушивают.

2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУСТОТНОСТИ ПЕСКА

Пустотность песка V_п, % (по объему) определяют с точностью до 0,1 % по предварительно найденным значениям истинной r_п и насыпной r_н плотностей (в сухом состоянии) по формуле.

V_п = (1 - r_н/r_п) 100. (2.3)

2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ПЕСКА

При определении влажности песка от средней пробы песка берут две навески массой не менее 500 г, взвешивают с точностью до 1 г и помещают каждую навеску в отдельный плоский сосуд, затем высушивают в сушильном шкафу при температуре 110±5 °С до постоянной массы. В процессе высушивания песок рекомендуется через каждые 30 мин перемешивать металлическим совком.

После достижения постоянной массы песок охлаждают и взвешивают.

Влажность песка W, % по массе, вычисляют по формуле:

W = [(m₁ – m₂)/m₂]100, (2.4)

где т₁ - масса пробы влажного песка, кг;

т₂ - масса пробы сухого песка, кг.

Влажность песка вычисляют как среднее арифметическое влажности трех проб.

2.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ В ПЕСКЕ ПЫЛЕВИДНЫХ ЧАСТИЦ

Пылевидные, илистые и глинистые частицы - вредные примеси в песке; они обволакивают зерна песка и препятствуют сцеплению их с цементным камнем. Кроме того, эти примеси повышают водопотребность бетонной смеси и приводят к понижению прочности и морозостойкости бетона.

Суммарное содержание в песке пылевидных, глинистых и илистых частиц (примесей) определяют методом отмучивания. Указанные частицы (размером менее 0,05 мм), будучи взмучены вместе с песком в воде, осаждаются значительно медленнее зерен песка и благодаря этому могут быть легко отделены от песка.

Для проведения испытания из пробы песка, высушенного до постоянной массы и просеянного сквозь сито с диаметром отверстий 5 мм, отвешивают 1000 г, высыпают в сосуд для отмучивания, показаны на рис. 2.2, и заливают водой с таким расчетом, чтобы высота слоя над песком была около 200 мм. Песок выдерживают в воде около 2 ч, периодически перемешивая его стеклянной палочкой. По истечении 2 ч содержимое сосуда энергично перемешивают и оставляют на 2 мин в покое, затем сливают мутную воду через два нижних сливных отверстия, оставляя над песком слой воды 30 мм. Взамен слитой воды доливают чистую воду до первоначального уровня, содержимое сосуда энергично перемешивают, оставляют в покое на 2 мин и вновь сливают воду, как описывалось ранее. Песок промывают до тех пор, пока сливаемая вода не станет прозрачной.

Рис. 2.2. Сосуд для отмучивания песка

Промытую пробу высушивают до постоянной массы и вычисляют суммарное содержание в песке пылевидных, глинистых и илистых частиц П_отм, %, с точностью до 0,1 % по формуле:

П_отм = [(т₁ - т₂)/т] 100, (2.5)

где т₁ - масса навески песка до отмучивания, кг;

т₂ - масса высушенной навески песка после отмучивания, кг.

Испытание проводят дважды и за окончательный результат принимают среднее арифметическое двух определений, который заносят в журнал для лабораторных и практических работ.

Суммарное содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать в песке, % по массе: для бетонов 3, для кладочных растворов 10, для штукатурных растворов 15.

2.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕРНОВОГО СОСТАВА ПЕСКА

Зерновой (гранулометрический) состав песка имеет большое значение для получения тяжелого бетона заданной прочности. В тяжелом бетоне песок служит для заполнения пустот между зернами крупного заполнителя. В то же время все пустоты между зернами песка должны быть заполнены цементным тестом. Кроме того, этим же тестом должны быть покрыты и поверхности всех частиц. Для уменьшения расхода цементного теста следует применять пески с малой пустотностью и наименьшей суммарной поверхностью частиц. Крупный песок имеет небольшую поверхность зерен, но значительную пустотность. Мелкий же, наоборот, обладает меньшей пустотностью, но очень большой суммарной поверхностью зерен. Поэтому для получения бетона плотной структуры при наименьшем расходе цемента целесообразно применять крупные пески, содержащие оптимальное количество средних и мелких частиц.

Зерновой состав песка характеризуется процентным содержанием в нем зерен различного размера. Для определения зернового состава песка применяют ситовой анализ. Среднюю пробу песка массой 2 кг высушивают, а затем просеивают сквозь сита с круглыми отверстиями диаметром 5 и 10 мм. Полученные на ситах остатки взвешивают и определяют с точностью до 0,1 % содержание в песке зерен крупностью 5-10 (Гр₅) и выше 10 мм (Гр₁₀) по формулам:

Гр₅ = (т₅/т) · 100; Гр₁₀ = (т₁₀/т) · 100, (2.6)

где Гр₅ и Гр₁₀ - содержание в песке зерен крупностью соответственно 5-10 мм и выше 10 мм, %;

т - масса пробы сухого песка, г;

т₅ и т_[0 - остатки на ситах, г, с круглыми отверстиями, равными соответственно 5 и 10 мм.

Из пробы песка, прошедшего через сито с отверстиями диаметром 5 мм, отбирают навеску 1000 г и просеивают ее ручным или механическим способом через комплект сит, последовательно расположенных по мере уменьшения размера отверстий в ситах (сита с круглыми отверстиями диаметром 2,5 мм, ниже - сита с сетками, имеющими квадратные отверстия размером 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14 мм). Просеивание считается законченным, если через сито на чистый лист бумаги за 1 мин проходит не более 0,1 % зерен песка от общей массы просеиваемой навески.

Остатки песка на каждом сите взвешивают и вычисляют частные остатки на каждом сите с точностью до 0,1 % по формуле:

a_i = (m_i/m)·100, (2.7)

где a_i - частный остаток, %;

m_i - масса остатка на i -ом сите, г;

m - масса просеиваемой навески, г.

Затем с точностью до 0,1 % определяют полные остатки на каждом сите. Полный остаток А_i, %, на i -ом сите определяют как сумму частных остатков на всех ситах с бóльшим размером отверстий плюс остаток на данном сите по формуле:

А_i = а _2,5 +...+ а_i, (2.8)

где а_2,5 +... + а_i - частные остатки, %, на ситах с бóльшим размером отверстий, чем у i -го сита, вплоть до сита с наибольшим размером отверстий – 2,5 мм;

аi - частный остаток на i -ом сите, %.

Для оценки зернового состава песка и его пригодности для приготовления бетона результаты просеивания (по полным остаткам А_i) наносят на график (рис. 2.3). На графике по оси абсцисс в определенном масштабе откладывают размеры отверстий на ситах с сеткой № 014, 0,315, 0,63; 1,25; 2,5 и 5, а по оси ординат - значения полных остатков на соответствующих ситах, %. Полученные точки соединяют ломаной линией. Если кривая, характеризующая зерновой состав испытуемого песка, располагается в заштрихованной части графика, то такой песок признают годным для приготовления бетона. Если кривая располагается выше заштрихованной части, то песок считается мелким, а если ниже - крупным. В песке для бетонов и растворов не допускается наличие зерен размером более 10 мм. Зерен размером от 5 до 10 мм не должно быть более 5 % по массе. Количество мелких частиц, прошедших через сито № 014, не должно превышать 10 %.

Рис. 2.3. График зернового состава песка

Зерновой состав песка характеризуется также модулем крупности М_к, отн. ед., который вычисляют с точностью до 0,1 по формуле:

М_к = (А_2,5 + А_1,25 + А_0,63 + А_0,315 + А_0,16)/100, (2.9)

где А_2,5, А_1,25, А_0,63, А_0,315, А₀₁₆ - полные остатки на ситах, %.

Пески для строительных работ (ГОСТ 8736-93) в зависимости от зернового состава подразделяют на следующие группы: крупные, средние, мелкие и очень мелкие. Каждая группа песка характеризуется значения М_к и полным остатком на сите с сеткой № 063 (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Классификация песков по зерновому составу

Если песок соответствует по модулю крупности одной группе, а по полному остатку на сите № 063 – другой, то группу песка определяют только по модулю крупности.

Таблица – Требования к зерновому составу цементного бетона

Песок в зависимости от значений нормируемых показателей качества (зернового состава, содержания пылевидных и глинистых частиц) подразделяют на два класса (таблица 2.2):

I класс - очень крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний и мелкий;

II класс - очень крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий.

Таблица 2.2. Классы песка

┌─────────────────────────────┬─────────────────────────────────────────┐

│ Класс и группа песка │ Содержание^* зерен крупностью │

│ ├─────────────┬─────────────┬─────────────┤

│ │ Св. 10 мм │ Св. 5 мм │Менее 0,16 мм│

├─────────────────────────────┼─────────────┼─────────────┼─────────────┤

│ I класс │ │ │ │

│ │ │ │ │

│Повышенной крупности, крупный│ 0,5 │ 5 │ 5 │

│и средний │ │ │ │

│ │ │ │ │

│Мелкий │ 0,5 │ 5 │ 10 │

├─────────────────────────────┼─────────────┼─────────────┼─────────────┤

│ II класс │ │ │ │

│ │ │ │ │

│Очень крупный и повышенной │ 5 │ 20 │ 10 │

│крупности │ │ │ │

││ │ │ │ │

│Крупный и средний │ 5 │ 15 │ 15 │

│ │ │ │ │

│Мелкий и очень мелкий │ 0,5 │ 10 │ 20 │

│ │ │ │ │

│Тонкий и очень тонкий │ Не допускается │ Не │

│ │ │ нормируется │

└─────────────────────────────┴───────────────────────────┴─────────────┘

* в процентах по массе, не более

Пример. После просеивания навески песка 1000 г масса частных остатков песка на каждом сите составила: m_2,5 = 120 г; m_1,25 = 180 г; т_0,63 = 220 г; т_0,315 = 320 г; т_0,14 = 140 г, прошло через сито с сеткой № 014 - 20 г.

Решение. 1) Вычисляем частные остатки на ситах:

a_2,5 = (m_2,5/m)100 = (120/1000)·100 = 12 %;

a_1,25 = (m_1,25/m)100 = (180/1000)·100 = 18 %;

a₀₆₃ = (m₀₆₃/m)100 = (220/1000)·100 = 22 %;

a₀₃₁₅ = (m₀₃₁₅/m)100= (320/1000)·100 = 32 %;

a₀₁₄ = (m₀₁₄/m100) = (140/1000)·100 = 14 %.

2) Вычисляем полные остатки на ситах по формуле:

А_2,5 = a_2,5 = 12 %;

А_1,25 = a_1,25 + a_2,5 = 12 + 18=30 %;

А₀₆₃ = a_1,25 + a_2,5 + a₀₆₃ = 12+ 18 +22 = 52 %;

А₀₃₁₅ = a_1,25 + a_2,5 + a₀₆₃ + a₀₃₁₅ = 12+ 18 +22 + 32 = 84 %;

А₀₁₄ = a_1,25 + a_2,5 + a₀₆₃ + a₀₃₁₅ + a₀₁₄ = 12+ 18 +22 + 32 +14 = 98 %.

Результаты определения частных и полных остатков на ситах приведены в таблице.