Статья "Определение зернового сотава и модуля крупности песка"

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕРНОВОГО СОСТАВА И МОДУЛЯ КРУПНОСТИ ПЕСКА

Чечетенко Полина Александровна

студентка ГПОУ «Донецкий колледж

строительства и архитектуры»

Булатова Валентина Николаевна

научный руководитель

Аннотация.

В настоящее время в условиях реконструкции строительных объектов и жилищного фонда  увеличились объемы использования сырьевых материалов (вяжущих, заполнителей). Пески имеют широкую потенциальную область потребления и использования. Заполнители (кварцевые пески), на данный момент являются одним из самых широко используемых  строительных материалов, применяемых в строительстве  для производства строительных растворов и бетонов с повышенными  эксплуатационными характеристиками.

Ключевые слова: заполнители, кварцевый песок, гранулометрический состав, модуль крупности

Песок — это неорганическое вещество, имеющее естественное либо искусственное происхождение, подразделяющееся на частицы с размером <5 мм. Исследование химических, физических и механических свойств  кварцевых песков  позволяет применять их  в различных областях современной строительной индустрии. Например, в качестве мелких заполнителей для приготовления растворов и бетонов, а также в производстве стекла, керамики. Несмотря на достоинства материала, он обладает существенным недостатком, имеет разный модуль крупности. Исследование модуля крупности песка дает возможность правильно применять его в разных областях в строительстве и приготовлении растворов и бетонов. Кварцевый песок  имеет разный модуль крупности, что в дальнейшем определяет его применение. Например, в качестве мелких заполнителей для приготовления растворов и бетонов, а также в производстве стекла, керамики. Исследование модуля крупности песка дает возможность правильного и рационального  применения  его в разных областях в строительстве. Что означает модуль крупности песка? Модуль крупности позволяет подобрать материал, необходимый для получения требуемой стандартом подвижности растворной или бетонной смесей. Характеристики растворных и бетонных смесей зависят от его состава, а также технических особенностей. Для приготовления бетонов и растворов в качестве мелкого заполнителя используется песок. Использование песка в качестве заполнителя в растворных и бетонных смесях обязательно. От этого зависит подвижность растворной  и бетонной смесей с расходом цемента. Свойства бетонов  и строительных растворов в значительной степени зависят от качества мелкого заполнителя (песка), который вместе с крупным заполнителем (щебнем, гравием) образует каменный скелет, снижает усадку и расход вяжущего вещества при изготовлении строительных изделий. Согласно ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» к мелкому заполнителю (песку) следует относить заполнитель с крупностью зерен от 0,14 до 5 мм. По своему происхождению пески бывают природные и искусственные, по плотности  (r₀) в сухом неуплотненном состоянии - тяжелые (r₀ > 1200 кг/м³) и пористые (r₀ < 1200 кг/м³). Природный песок в зависимости от зернового состава бывает крупный, средний, мелкий и очень мелкий. Качество песка для бетонов и растворов зависит от различного физического состояния его, наличия посторонних примесей и оценивается по результатам лабораторных испытаний.

Целью работы является изучение и отработка  методики определения модуля крупности (гранулометрического состава) кварцевого песка, оценить качество мелкого заполнителя и сделать вывод о его пригодности в качестве заполнителя для растворов и  бетонов.

При помощи стандартного набора сит  путем рассеивания определяем  модуль крупности 2-х составов  кварцевых  песков различных месторождений. Состав №1 (г. Водиново), состав №2 (Краснолиманское месторождение).  По результатам проведенных испытаний установим   область применения данных песков в зависимости от их модуля крупности. Для проведения испытаний понадобится несложный набор оборудования и образцы песков.

Для проведения работы использую  лабораторное  оборудование:

весы технические, настольные, гиревые или ци­ферблатные, набор сит с сетками № 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 и с круглыми отверстиями диаметром 10,5 и 2,5 мм, сушильный шкаф.

Испытания провожу в строительной лаборатории, использую стандартный набор сит.

Подготовка пробы проводится согласно ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».

1.  Взвешиваю пробу песка (2 кг) на весах,  высушиваю  до постоянной массы и просеиваю  через  сита с отверстиями диаметром 10 и 5 мм. Остатки на ситах взвешиваю  и вычисляю  содержание в песке фракции гравия с размером зерен 5—10 мм и вы­ше 10 мм  в процентах по массе.

2. Просеиваю  песок  через сита размером 5 и 10 мм с целью определения содержания гравия в песке и отделения его от песка. Подготовленную пробу кварцевого песка  (1000 г)   рассеиваю  при помощи набора стандартных сит вручную.

3. Использую для исследований  два состава песков - №1 и №2. Гранулометрический (зерновой)  состав каждого из песков задается таблицей, приведенной ниже. Истинная плотность песка №1 равна 2,62 г/см³, насыпная – 1,43 г/см³, для песка №2 соответствующие показатели равны – 2,63 г/см³ и 1,54 г/см³.

Определяю частный остаток

Частный остаток – отношение остатка на данном сите к общей массе пробы.

где m_i — масса остатка на данном сите, г;

т — масса пробы, г.

Зерновой состав песков №1 и №2 в виде частных остатков, % запишем в таблицу № 1

                                                                                                                Таблица №1

Номер состава песка	Размеры отверстий сит, мм
	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,14
1	‑	2,4	3,6	9,9	34,1	31
2	‑	6,5	19,5	34,5	30	5

Пустотность песков рассчитаю  по следующей формуле:

η = (1 – ρ_нс/ρ_ис)·100.

Для песка №1 мы получим значение – 54,6%, и для песка №2 – 58,6%.

Определяю  полный остаток на сите

Полный остаток – алгебраическая сумма частных остатков на данном сите и всех ситах с большими размерами отверстий.

А_i = ∑а_i (3)

А₅ = а₅ ;

А_2,5 = а₅ + а_2,5 = А₅+ а_2,5;

А_1,25 = а₅ + а_2,5 + а_1,25=А_2,5+ а_1,25 ;

А_0,63 = а₅ + а_2,5 + а_1,25 + а_0,63 = А_1,25+ а_0,63;

А_0,315= а₅ + а_2,5 + а_1,25 + а_0,63 + а_0,315 = А_0,63+ а_0,315;

А_0,14 = а₅ + а_2,5 + а_1,25 + а_0,63 + а_0,315 + а_0,14 = А_0,315+ а_0,14;

А_<0,14 = а₅+ а_2,5 + а_1,25 + а_0,63 + а_{0,31 5}+ а_0,14+ а_<0,14 = А_0,14+ а_<0,14.

Полный остаток A_i на каждом сите рассчитаем как сумму частных остатков на всех ситах с большим размером отверстий для просеивания зерен, и прибавим к этому остаток на данном сите. Формула для расчета следующая:

A_i = a_2,5 + a_1,25 + ··· +a_i.

Согласно этой формуле вычислим полные остатки на ситах 2,5; 1,15; 0,53; 0,315 и 0,14 и представим данные в виде таблицы:

Зерновой состав песков №1 и №2 в виде полных остатков, % запишем в таблицу №2

                                                                                                                Таблица №2

Номер состава песка	Размеры отверстий сит, мм
	5	2,5	1,25	0,63	0,315	0,14
1	‑	2,1	5,7	16	48	80
2	‑	4,6	19	46	61,5	72,2

Для характеристики песка используют интегральное понятие – модуль крупности М_к, который определяют как частное от деления на 100 суммы полных остатков на всех ситах: от 2,5 до 0,14 мм:

М_к = (A_2,5 + A_1,25 + A_0,63 + A_0,315 + A_0,14)/100.

Соответственно, для песка №1 получим, что модуль крупности М_к  равен 1,51, а для песка №2 модуль крупности М_к  равен 2,03.

Окончательные характеристики исследуемых  песков приведены в следующей таблице № 2:

                                                                                                                Таблица №2

Свойства	Состав № 1	Состав № 2
Насыпная плотность,г/см3	1,43	1,54
Истинная плотность, г/см3	2,62	2,63
Пустотность, %	54,6	58,6
Модуль крупности	1,51	2,03
Полный остаток на сите № 063 % ,по массе	16	46
Остаток на сите № 014, по массе, %	80	72,2
Характеристика по ГОСТ	Очень мелкий	Крупный

В заключение приведем график зернового состава песков №1 и №2, а также предельные кривые согласно ГОСТ 10268‑72.

Рисунок 1. График зернового состава песков

На рисунке заштрихованной областью обозначены значения допустимых характеристик песков и зеленые кривые – это предельные кривые для песков. Из исследуемых мною составов  песков, песок №2 полностью удовлетворяет  требованиям по ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия», песок №1 – выходит за границы и должен быть признан для использования в растворах, производстве стекла и керамики, однако при добавке в него крупнозернистого песка (поскольку по графику мы видим недостаток крупных зерен: от 0,63 до 1,25 мм) его можно вполне использовать в бетонных работах.

Итоги исследования: 

1.     Данные полученных измерений позволяют построить кривую рассеивания, которая характеризует гранулометрический состав песка и дает возможность понять, для каких целей его  можно  рационально и экономически обоснованно использовать в строительстве.

2.     Анализ песка по размеру зерен  (модулю крупности) имеет важное значение в строительстве, так как его характеристики позволяют установить марку материала и пригодность использования в строительстве.

3.     Качество песка очень важно. Применение несоответствующего по качеству песка (вне соответствия с проектными требованиями) приводит к снижению качества.

Список используемых источников

1. ДСТУ Б В.2.7-32-95. Песок плотный природный для строительных материалов, изделий, конструкций и работ. Технические условия.– К.: Будстандарт, 1997 – 44с.

2.  Микульский В.Г. и др. Строительные материалы: Учебное издание – М.: Издательство ассоциации строительных вузов, 2004. – 536 с.

3.  Комар А.Г. и др. Строительные материалы и изделия: Учеб. для вузов– М.: Высшая школа, 1988. – 527 с.

4.  ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».

5.  ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия»