Все о плотности 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.

Ссылка на основную публикацию