Что такое пустотность песка

Пустотностью песка называют отношение объема межзернового пространства песка ко всему объему, занимаемому массой песка. Пустотность песка зависит от формы зерен, влажности, температуры, зернового состава, способа отсыпки и уплотнения.
Влияние формы зерен на пустотность песка можно проследить ниже.


Форма зерен                                      Пустотность сухого рыхлого песка, %

Примерно круглые.............................................................35,0
Угловатые.......................................................................... 38,5
Ломаные кубообразные.................................................. 42,0
Ломаные дискообразные.........................                        45,0

При смачивании сухого песка его объем по мере роста влажности сначала возрастает, а затем снова уменьшается, как это видно к рис.1, относящегося к песку средней крупности. Объем, занимаемый сухим песком, при увлажнении может возрасти для крупных песков на 20—30;%, для песков средней крупности — на 30—40% и для мелких песков — на 40—50%.

Причина увеличения пустотности песков, загружаемых в сосуд, по мере их увлажнения до известного предела была раскрыта Ф. Лебедевым. Он наполнял сосуд сухим песком с трамбованием, а затем вливал в него 5% воды по весу, что не изменяло объема песка в течение 3 суток. Затем влажный песок извлекали из сосуда и вновь загружали в него с таким же трамбованием; в этом случае объем, занятый песком, возрастал на 10%.

график
Рис. 1. Влияние влажности песка на занимаемый им объем

А. Ф. Лебедев объясняет это явление слипанием зерен песка, окруженных пленочной водой, и потерей подвижности зерен песка, в связи с чем при заполнении сосуда образуется более рыхлая структура. Дальнейшее увлажнение приводит к устранению слипания зерен песка в контактах, восстановлению их подвижности и образованию в ряде случаев, как это было отмечено выше, более плотной структуры.

Вода действует уже как смазка и процесс уплотнения был бы еще более полным, если бы не вступал в силу новый фактор — взвешивание зерен песка в воде, которое значительно уменьшает гравитационные силы. Песок, полностью залитый водой, занимает несколько меньший объем ( на 7—8%), чем рыхлонасыпанный сухой песок. Это объясняет более плотной упаковкой зерен песка, образующейся при пониженном взаимном трении зерен песка в водной среде. С повышением температуры песка пустотность несколько возрастает, а его насыпной объемный вес снижается, как это видно из рис. 2.

Зерновой состав песка существенно влияет на его пустотность. Чисто геометрически наименьшая пустотность может быть получена мри прерывистом зерновом составе. Смешивая 60% фракции 4— 2 мм (пустотность 38%) и 40% фракции 0,25—0,1 мм (пустотность 36%). В. Охотин снижал пустотность до 22%.
С уменьшением размеров зерен песка его пустотность растет за счет тонкого воздушного сольватного слоя, окружающего зерна песка, как это было показано опытами В. В. Охотина.

Статическая нагрузка на уплотненные пески величиной до 16 кг/см2 уменьшала пористость зерен кварца и полевого шпата ~на 1%, а слюды ~ до 7- 8%.
Добавка 35% мельчайших фракций 5—50 γ к фракции 0,5—0,25 мм уменьшала пористость с 33,7 до 22,5%, но существенно увеличивала коэффициент внутреннего трения песка.
Природные пески обычно имеют непрерывный зерновой состав, но содержание отдельных фракций может колебаться в широких пределах; в то же время пустотность рыхлонасыпанных природных песков колеблется в сравнительно небольших пределах—37—41%, лишь изредка уменьшаясь до 34%.

пустотность песка
Рис 2. Влияние температуры и влажности песка на его объемный насыпной вес:1 - сухой песок, 2 - песок влажность 4%.

По данным П. А. Александрова, при возведении железобетонных сооружений на острове Ява были использованы природные пески с пустотностью от 38 до 23%; резкое изменение пустотности не учитывалось при подборе состава бетона. В результате были получены бетоны, объемный вес которых колебался от 1,7 до 2,5 т/м3, причем в ряде случаев арматура подвергалась сильной коррозии. В этих данных, однако, нет количественного анализа, в частности колебания объемного веса в указанных пределах трудно объяснить только неучетом изменения пустотности песка, — большую роль могли играть также вид и содержание крупного заполнителя в бетоне.

Обогащением песков можно снизить их пустотность приблизительно до 30% .
По ГОСТу 2778—50 объемный насыпной вес песков определяется в рыхлом состоянии, получаемом при отсыпке сухого песка в сосуд емкостью 5 л с высоты 5 см. Пустотность может быть определена из приведенной выше зависимости между объемным насыпным весом песка и его удельным весом.

Различными способами уплотнения можно снизить пустотность песков. Простым постукиванием удается в ряде случаев уменьшить пустотность песка в небольших мерных сосудах на 10—20% и

Однако в этом случае начальная пустотность рыхлонасыпного песка может быть несколько увеличенной вследствие трения песка стенки сосуда и повышенного объема пор у его стенок.

И. И. Сорокер и С. И. Конторович уплотняли песок в литровом сосуде в течение 2 минут на виброплощадке ЦНИПСа. Это снижали пустотность песка на 25%.
Д. Ф. Лебедев исследовал воздействие увлажнения и трамбованиян песков на их пористость. В сухом мелкозернистом однофракционном песке трамбованием удавалось снизить пористость с 44 до 53 %; с уплотнением влажного песка пустотность его снижалась до 39% (вместо 36%: пустотности уплотненного сухого песка). Следовательно, увлажнение увеличивает пористость не уплотняемого песка в два раза сильнее, чем песка уплотняемого, что хорошо объясняется вышеприведенной гипотезой Ф. Лебедева.

Уплотнение и большое увлажнение сильнее всего понижают пустотность разнозернистого песка. Уплотнение позволило снизить иусготность песка с влажностью 2,1% с 38 до 28%, а с влажностью , 8,3% — с 35 до 21,4%.

Пустотность уплотняемого песка повышенной влажности снижалась с 37 до - 31,5% (влажность 10—13%) и с 28 до 21,4% (влажность 8,3%). Наиболее интересным в этих опытах является то, что один и тот же

Добавить комментарий