Величина насыпной плотности строительного песка. Определение насыпной плотности (метод метод волюмометра Скотта) Факторы определения плотности

2.1. Оборудование и материалы

Порошок ПЖРВ. Волюометр Скотта (рисунок 3). Кювета (толщина 4 мм, глубина 40,4 мм, объем V=26,5 см 3), весы рычажные. Штангенциркуль ШЦЦ-1-125.00 ПС, ГОСТ 166-89, погрешность измерения 0,03; весы ВЛА-200г-М, №608, погрешность от неравноплечности коромысла ≤2 гр., весы рычажные. ГОСТ – 19440 49.

Рис.3. Волюмометр Скотта

2.2. Теоретические данные

Насыпная плотность (ρ насып, г/см 3), есть объемная характеристика порошка, и представляет собой массу единицы его объема при свободной насыпке. Ее величина зависит от плотности упаковки частиц порошка при свободном заполнении ими какого – либо объема. Она тем больше, чем крупнее и более правильной формы частицы. Наличие выступов и неровностей на поверхности частиц, а так же увеличение поверхности в связи с уменьшением размера частиц повышает межчастичное трение, что затрудняет их перемещение относительно друг - друга и приводит к снижению насыпной плотности.

Величину, обратную насыпной плотности, называют насыпным объемом (V насып, см 3 /г), который представляет собой объем, занимаемый единицей массы порошка, при его свободной насыпке. Насыпная плотность порошка влияет на объемное дозирование и сам процесс формирования, а также на величину усадки при спекании (чем меньше насыпная плотность тем больше усадка).

При воздействии на свободно насыпанный порошок механических виброколебаний происходит уменьшение объема на 20-50%. Отношение массы порошка к величине этого нового, уменьшенного объема, называют плотностью утряски. Максимальная плотность утряски достигается на порошках со сферической формой частиц при минимальной шероховатости их поверхности.

Сущность метода – измерение массы определенного количества порошка, который в свободно насыпанном состоянии полностью заполняет емкость известного объема. Свободно насыпанное состояние получается при заполнении емкости путем последовательного прохождения порошка через систему наклонных пластин волюмометра Скотта. Отношение массы к объему – насыпная плотность.

2.3. Описание метода определения насыпной плотности

Некоторый объем порошка ПЖРВ насыпаем в верхнюю воронку волюмометра. Порошок в свободно насыпанном состоянии сыплется вниз, последовательно проходит через систему наклонных пластин волюмометра, заполняя при этом кювету, находящуюся под нижней воронкой. Образовавшаяся горка на поверхности снимается – поверхность выравнивается. Далее получившаяся масса порошка взвешивается на весах. Опыт проделывается два раза (таблица 2). Для каждого раза высчитывается значение ρ насып и V насып.

2.4. Результаты

Таблица 2. Значения насыпной плотности и объема для ПЖРВ

	m к =153,7 г V к =26,5 см 3
ρ насып, г/см 3	V насып, см 3 /г
m П =72,42 г	2,733	0,3659
m П =77,3 г	2,917	0,3428
Ср.знач	2,825	0,3544

Где m к - масса кюветы, V к - объем кюветы, m П – масса порошка.

Вывод : проведены измерения насыпной плотности для порошка ПЖРВ, получившиеся значения укладываются в интервал теоретических: 2,71-2,90 г/см 3 .

Прессуемость порошков

3.1. Оборудование и материалы

Порошок ПЖРВ. Ручной гидравлический пресс 10 ТНС «Karl Zeiss Jena». Цилиндрические пресс-формы. Весы рычажные.

3.2. Теоретические данные

Уплотняемость порошка показывает его способность изменять начальную плотность упаковки частиц в процессе прессования. Эта характеристика оценивается по плотности прессовок, изготовленных при различных давлениях прессования в цилиндрической пресс-форме.

Прессуемость порошка оценивается его способностью образовывать прессовку под воздействием на него давления. Эта характеристика дает качественную оценку свойств порошка, комплексно связанную с уплотняемостью и формуемостью.

Хорошая прессуемость облегчает и удешевляет процесс формирования порошка. Чем выше насыпная плотность порошка, тем лучше прессуемость.

3.3. Описание способа прессования

Цилиндрическую пресс-форму заполнить порошком определенной массы (m=8,5 г для всех последующих испытаний берется та же масса). Пресс-форма помещается на предметный столик, находящийся под пуансоном. Далее пуансон опускается на пресс-форму и крепко фиксируется рычагами сверху. Затем выбирается давление и выдерживается на пресс-форме около 5 секунд. После этого давление необходимо снять, отжав рычаг рядом с монометром. Поднять пуансон и достать пресс-форму. Снять с пресс-формы верхний клапан и поставить на его место цилиндр, для того чтобы прессовка не выпала из пресс-формы. Далее так же установить пресс-форму под пуансон и подавать давление до тех пор, пока прессовка (рисунок 4) не выйдет. После, измерить размеры прессовки (диаметр D и высоту H), записать в таблицу 3.

Измерения проводились 13 раз: 12 из них с повышением давления на шаг, равный 10, и один для определения порога прессования (при Р=8).

Рис.4. Форма прессовки

3.4. Результаты

Таблица 3. Размеры полученных прессовок

№	Давление Р, дел.	Диаметр D,мм	Высота H, мм	Объем	F, кН	Pуд, МПа
			16,6	1876,46	5,45	0,047419
				1582,56	11,95	0,103975
		12,11	12,41	1428,66	18,45	0,16053
		11,56		1258,83	24,95	0,217085
		12,14	11,43	1322,37	31,45	0,27364
			11,35	1283,00	37,95	0,330196
		12,11	11,29	1299,73	44,45	0,386751
		12,18	10,35	1205,33	50,95	0,443306
		12,24	10,28	1209,00	57,45	0,499861
		12,16	10,05	1166,55	63,95	0,556417
		12,12	10,10	1164,65	70,45	0,612972
		12,15	10,22	1184,33	76,95	0,669527
	8 (порог)	12,10	16,14		4,15	0,036108

m (навески порошка ПЖРВ) = 8,5 г

Объем вычисляется по формуле

Рис.5. Зависимость размеров прессовок от давления

Рис.6. Зависимость объема прессовки от давления

Для характеристики поведения порошков при прессовании используют коэффициент уплотнения k , равный отношению плотности прессовки при данном давлении P к насыпной плотности:

k = γ пр / γ нас.

Таблица 4. Расчет коэффициента уплотнения

№	Давление Р, Па	Объем, см 3	ρ, г/см 3	коэффициент уплотнения k
1(порог)		1,855	4,58221	1,622021
		1,876	4,530917	1,603864
		1,582	5,372946	1,901928
		1,429	5,948216	2,105563
		1,259	6,75139	2,389873
		1,322	6,429652	2,275983
		1,283	6,625097	2,345167
		1,3	6,538462	2,3145
		1,205	7,053942	2,496971
		1,209	7,030604	2,488709
		1,167	7,283633	2,578277
		1,165	7,296137	2,582703
		1,184	7,179054	2,541258

Рис.7. Зависимость коэффициента уплотнения от приложенного давления

Вывод : прессуемость порошков была проведена на гидравлическом прессе «Karl Zeiss Jena». После получения прессовок были замерены их размеры и вычислен объем. В соответствии с таблицей построен график зависимости объема прессовок от приложенного давления - с увеличением давления объем уменьшается.

Усадка прессовок

После проведения прессовки порошка, получившиеся прессовки подвергли спеканию на установке СНВЭ - 131 при температуре 1200 0 С, при Р=10 -2 Па, 1 час. Далее была вычислена усадка прессовок.

4.1. Оборудование и материалы

Прессовки порошка ПЖРВ (13 шт.). Штангенциркуль ШЦЦ-1-125.00 ПС, ГОСТ 166-89, погрешность измерения 0,03; весы ВЛА-200г-М, №608, погрешность от неравноплечности коромысла ≤2 гр.

4.2. Полученные результаты

Необходимо измерить размеры прессовок после спекания (таблица 5). Затем сравнить объемы до и после усадки (таблица 6), вычислив тем самым величину усадки.

Таблица 5. Размеры прессовок после спекания

№	Диаметр D	Высота H	Объем
	12,08	16,48	1887,821
	12,10	14,05	1614,792
	12,10	12,42	1427,454
	12,13	11,81	1364,084
	12,15	11,26	1304,85
	12,14	11,2	1295,91
	12,11	11,17	1285,912
	12,12	10,41	1200,399
	12,16	10,18	1181,638
	12,19	10,10	1178,144
	12,14	10,01	1158,087
	12,13	10,07	1163,11
13 (Р=8)	12,10	16,10	1850,403

Таблица 6. Объемная усадка

№	Объем до спекания	Объем после спекания	Объемная усадка, %
	1876,464	1887,821	-0,605
	1582,56	1614,792	-2,037
	1428,663	1427,454	0,0846
	1258,829	1364,084	-2,361
	1322,371	1304,85	1,325
	1283,004	1295,91	-0,935
	1299,726	1285,912	1,0628
	1205,326	1200,399	0,4088
	1208,998	1181,638	2,263
	1166,549	1178,144	-0,994
	1164,652	1158,087	0,5637
	1184,331	1163,11	1,7918
		1850,403	0,2478

Таблица 7. Усадка за счет изменения высоты прессовок

№	Н до спекания	Н после спекания	Линейная усадка, %
	16,6	16,48	0,7229
		14,05	-0,357
	12,41	12,42	-0,081
		11,81	1,5833
	11,43	11,26	1,4873
	11,35	11,2	1,3216
	11,29	11,17	1,0629
	10,35	10,41	-0,58
	10,28	10,18	0,9728
	10,05	10,10	-0,498
	10,10	10,01	0,8911
	10,22	10,07	1,4677
	16,14	16,10	0,2478

Рис.8. Зависимость усадки по объему и по высоте

Вывод : после проведения спекания размеры образцов изменились - диаметр увеличился, а высота соответственно уменьшилась. Построен график зависимости усадки по объему и по высоте - величина усадки монотонно уменьшается.

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

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

Таблица коэффициентов перевода м3 в тонны для сыпучих материалов:

Наименование материала	Объём	Коэффициент	Вес
Песок речной модуль крупности 1,6-1,8 мм	1 м3	1,6	1,6 тн
Песок карьерный сухой фракция о,8-2 мм	1 м3	1,5	1,5 тн
Кварцевый песок (дроблёный) фракция 0,8-2 мм	1 м3	1,4	1,4 тн
Щебень гранитный фракция 5-20 мм	1 м3	1,36	1,36 тн
Крошка гранитная фракция 2-5 мм	1 м3	1,4	1,4 тн
Щебень гравийный фракция 5-20 мм	1 м3	1,34	1,34 тн
Щебень известняковый фракция 20-40 мм	1 м3	1,25	1,25 тн
Цемент ПЦ 500 Д0	1 м3	1,3	1,3 тн
Керамзит М 200	1 м3	0,2	0,2 тн
Керамзит М300	1 м3	0,3	0,3 тн
Керамзит М400	1 м3	0,4	0,4 тн
Соль техническая Тип С помол №3	1 м3	1,2	1,2 тн
Пескосолянная смесь 70/30	1 м3	1,48	1,48 тн

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

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

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

Насыпная плотность - масса единицы объема рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов (цемента, песка, гравия, щебня, гранулированной минеральной ваты и т.п.).

Определение насыпной плотности рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов производится путем взвешивания определенного объема материала (методом мерных цилиндров или сосудов).

Насыпная плотность (г/см 3 , кг/м 3) вычисляется по формуле

, (9)

где - масса мерного цилиндра с материалом; - масса мерного цилиндра; - объем цилиндра.

Порядок выполнения работы при песчаном грунте рыхлого сложения . Песок высушивают в сушильном шкафу при температуре (110±5)°С до постоянной массы и просеивают через сито с отверстиями размерами 5 мм. Высушенный с высоты не более 5 см песок насыпают в предварительно взвешенный мерный цилиндр по наклонному лотку (рис. 5), по желобу, согнутому из листа бумаги или совком до образования над верхом цилиндра конуса. Конус песка (избыток материала) снимают вровень с краями цилиндра металлической линейкой. Цилиндр с материалом взвешивают.

Порядок выполнения работы при песчаном грунте плотного сложения . Опыты производятся аналогично предыдущему. Подготовленный песок насыпают небольшими порциями в мерный цилиндр и уплотняют с помощью резинового молоточка путем постукивания о стенки или дно цилиндра. По мере усадки материала в цилиндре его досыпают до тех пор, пока цилиндр полностью не наполнится.

Результаты опытов заносят в таблицу 6.

Таблица 6

Результаты определения насыпной плотности

Определение насыпной плотности указанными способами производят три-пять раз, при этом каждый раз берут новую порцию материала. Насыпную плотность материала вычисляют как среднее арифметическое результатов всех определений.

Определение пористости

Пористость (общая) - степень заполнения материала порами:

где - объем пор в материале; - объем материала в естественном состоянии.

Открытая пористость определяется как отношение суммарного объема пор, насыщающихся водой, к объему материала , т.е.

. (11)

Закрытая пористость :

. (12)

Для определения общей пористости существует экспериментальный и экспериментально-расчетный способ. Экспериментальный (прямой) способ основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и требует сложной аппаратуры для испытаний.

Экспериментально-расчетный метод определения пористости использует найденные опытным путем значения истинной плотности материала и его средней плотности в сухом состоянии.

Пористость (%) вычисляют по формуле

. (13)

Открытую пористость (%) определяют по формуле

где - объемное водопоглощение материала, % (см. п. 1.6).

Результаты вычислений пористости материала заносят в табл. 7.

Таблица 7

Результаты вычислений пористости материала

Определение влажности

Влажность материала характеризуется тем количеством воды, которое содержится в порах и адсорбировано на поверхности образца.

Влажность образца (%)вычисляется по формуле

, (15)

где - масса влажного образца, г; - масса сухого образца, г.

Влажность бетона определяют по образцам или пробам, полученным дроблением образцов после их испытания на прочность. Размер кусков после дробления должен быть не больше 5 мм. Путем квартования отбирают пробу 100 г, которую сушат при температуре (105±5)°С до постоянной массы. Чтобы установить в процессе высушивания достижение пробой постоянной массы, производят взвешивания не менее чем через 4 часа. Массу считают постоянной, если разница между повторными взвешиваниями оказалась не более 0,1 %.

Результаты опытов заносят в табл. 8.

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

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

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

ρ н.р . = , [кг/л], (4.1)

где m 1 - масса цилиндра с материалом, кг;

m 2 - масса цилиндра, кг;

V - объем цилиндра, л.

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

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

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

К у =, (4.2)

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

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

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

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

5. Определение водопоглошения материала

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

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

Водопоглощение по массе вычисляют по формуле:

=
. 100 , [%], (5.1)