ТехЛиб СПБ УВТ

Природный песок — это осадочная горная порода, образующаяся в земной коре в результате выветривания первичных пород. Песок представляет собой рыхлый зернистый материал с размером зерен от 0,16 до 5,0 мм. В природе наиболее часто встречаются кварцевые пески. В строительстве природный песок применяется для разных целей. В частности, он используется в бетонах и строительных растворах.

Песок, используемый в качестве мелкого заполнителя, должен содержать зерна разных размеров. Выполнение этого условия обеспечивает плотную упаковку зерен песка, когда зерна мелких размеров заполняют пустоты между более крупными зернами. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению деформаций бетона или строительного раствора, повышению их долговечности, снижению расхода вяжущих веществ.

Для определения зернового состава пробу песка массой не менее 2000 г высушивают до постоянной массы. Затем пробу песка просеивают через сита с круглыми отверстиями диаметрами 10 и 5 мм. Остатки на ситах взвешивают и вычисляют содержание в песке фракций гравия с размером зерен от 5 до 10 мм и свыше 10 мм в процентах по массе.

Для определения пригодности песка для приготовления бетона и осуществления подбора состава бетона необходимо определить его среднюю и истинную плотность, пустотность, содержание вредных примесей, зерновой состав и модуль крупности.

Определение истинной плотности песка пикнометрическим методом

Истинную плотность песка определяют с помощью пикнометра емкостью 100 мл. Навеску песка (30 г) предварительно просеивают через сито с диаметром отверстий 5 мм и высушивают до постоянной массы. Отвешивают две навески по 10…15 г и высыпают в пикнометр. Затем в пикнометр наливают дистиллированную воду на 2/3 объема, перемешивают содержимое пикнометра, ставят на песчаную или водяную баню и кипятят в течение 15…20 минут для удаления пузырьков воздуха. Затем пикнометр обтирают, охлаждают до температуры помещения, доливают до метки дистиллированной водой и взвешивают. После этого пикнометр освобождают от содержимого, промывают, наполняют до метки дистиллированной водой и снова взвешивают. Истинную плотность ρ, г/см³, определяют по формуле:

ρ= ,

    где m – масса навески материала, г;

m₁ – масса пикнометра с дистиллированной водой, г;

m₂ – масса пикнометра с дистиллированной водой и навеской, г;

    Плотность вычисляют как среднее арифметическое результатов определения плотности обоих частей навески (расхождение между ними не должно превышать 0,02 г/см³).

Определение насыпной средней плотности и пустотности

Для определения средней насыпной плотности сыпучих материалов используют стандартную воронку емкостью 2-2,5 л, имеющую в нижней части затвор. Пробу песка (5кг) высушивают до постоянной массы, просеивают через сито 5 мм и наполняют воронку. Под воронку устанавливают заранее взвешенный сосуд емкостью 1 л. Открыв затвор воронки, мудленно заполняют сосуд с высоты 10 см до образования пирамидки над сосудом. Затем пирамидку срезают линейкой и взвешивают сосуд с материалом. Определяют среднюю плотность ρ_н, с точностью до 0,01 г/см³ по формуле:

ρ_н=,

     где m₁ – масса пустого сосуда в, г;

m₂ – масса сосуда с материалом, г;

V – объем сосуда.

    По результатам определения истинной плотности и средней насыпной плотность определяют пустотность песка, %, по формуле:

V_п = ,

Определение содержания органических примесей методом окрашивания (калориметрическая проба)

Производят путем сравнения интенсивности окраски жидкости после обработки песка 3% раствором едкого натра (NaOH) c эталоном. Если жидкость над песком светлее эталона, то песок пригоден для бетона.

Цилиндр емкостью 250 мл наполняют песком до уровня 130 мл и заливают 3%-ным раствором едкого натра до отметки 200 мл. Содержимое перемешивают и оставляют в покое на 24 часа, после чего сравнивают цвет жидкости на песком с эталоном. Органические примеси содержат гумусовые кислоты, которые при действии на них щелочью приобретают окраску от светло-желтой до темно-коричневой.

Эталон для определения органических примесей готовят следующим образом: приготавливают 2% -ный раствор таниана в 1% ном растворе этилового спирта. Пять миллилитров полученного раствора смешивают с 195 мл 3%-го раствора NaOH, взбалтывают и оставляют в покое на 24 часа.

Результаты сравнения жидкости над песком с эталоном:

• жидкость светлее цвета эталона – заполнитель пригоден для приготовления бетона;
  
• жидкость незначительно светлее цвета эталона – содержание цилиндра подогревают в течение 2-3 часов в водяной бане при температуре Т=60..70 ⁰С и вновь сравнивают с эталоном;
  
• жидкость темнее цвета эталона – производят испытания заполнителя в бетонах или растворах в специализированных лабораториях по коррозии бетона;
  

Определение зернового состава и модуля крупности песка

    Зерновой состав определяют, просеивая пробу песка через набор стандартных сит:10, 5, 2,5, 1,25, 0,63, 0,315, 0,14 мм.

    Пробу песка массой около 2 кг высушивают до постоянной массы, просеивают через сито с отверстиями 10 и 5 мм. остатки на ситах взвешивают и определяют содержание, %, в песке зерен гравия фракций 5-10 мм (Гр₅) и выше 10 мм (Гр₁₀):

Гр₁₀=,

Гр₅=,

где m₁₀ – остаток на сите 10 мм, г;

m₅ – остаток на сите 5 мм, г;

m – масса взятой пробы.

    Из пробы песка, пропущенной через сито с отверстиями 5 мм, отбирают навеску 1000 г и просеивают через стандартный набор сит. Остатки на каждом сите взвешивают с точностью до 0,1 г и вычисляют частные (а_i) и полные (А_i) остатки, %, на каждом сите:

а_i=,

где m_i – частный остаток, г;

m – навеска песка, г;

    Полный остаток вычисляют как сумму остатков на всех предыдущих верхних ситах, начиная с сита 2,5 мм, и частного остатка на данном сите:

А_i=а_2,5+…+а_i,

где а_2,5 – частный остаток на сите 2,5, %;

а_i – частный остаток на данном сите, %.

Результаты записывают в виде таблицы:

Модуль крупности определяют по формуле:

М_к = ∑А_{0,14 – 2,5}/100,

где А – полный остаток на ситах от 0,14 до 2,5.

    По величинам М_к и А_0,63 определяют вид песка по крупности.

По полным остаткам строят график зернового состава, сравнивают его с рекомендуемыми пределами согласно ГОСТ и делают вывод о пригодности песка для бетонов.

При несоответствии зернового состава природных песков требованиям графика следует применять:

• к мелким и очень мелким пескам укрупняющие добавки – песок из отсевов дробления или крупный песок;
  
• к крупному песку — добавку, понижающую модуль крупности, мелкий или очень мелкий песок.

Черкасов С В Материаловедение (лаб практикум) / Воронеж гос арх -строит ун-т — Воронеж 2009 — 88 с

выдержка из учебного пособия

ИСПЫТАНИЕ ПЕСКА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

6.1. Общие сведения

Песок применяется в качестве заполнителя для тяжелых, легких, мелкозернистых, ячеистых и силикатных бетонов, строительных растворов, для приготовления сухих смесей, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов.

Свойства бетонов и растворов в значительной степени обусловливаются качеством мелкого заполнителя – песка.

Песок, вместе с крупным заполнителем (щебнем или гравием) занимают до 80 % объема бетона, обусловливая снижение расхода вяжущего вещества при изготовлении изделий.

Заполнители создают в бетоне жесткий каменный скелет, воспринимающий усадочные напряжения и уменьшающий усадку обычного бетона примерно в 10 раз по сравнению с усадкой цементного камня. Жесткий скелет из высокопрочных заполнителей увеличивает прочность и модуль упругости бетона, уменьшает его ползучесть.

К песку относят заполнитель с размером зерен от 0,16 до 5 мм.

Песок для строительных работ подразделяется на следующие виды:

природный песок – материал, получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений;

дробленый песок – материал, получаемый дроблением скальных горных пород и гравия;

фракционированный песок – песок, искусственно разделенный на две или более фракций;

песок из отсевов дробления – материал, получаемый из отсевов дробления горных пород при производстве щебня.

По насыпной плотности в сухом состоянии разделяют тяжелые (ρ_н> 1200 кг/м³) и пористые (ρ_н < 1200 кг/м³) мелкие заполнители.

В зависимости от зернового состава песок подразделяют на 8 групп по крупности: очень крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий.

В зависимости от зернового состава и содержания пылевидных и глинистых частиц песок подразделяется на два класса:

I класс (включает в себя 5 групп крупности)– очень крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний и мелкий.

II класс (включает в себя 8 групп крупности)– очень крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий.

Качество песка оценивается по результатам лабораторных испытаний.

Песок, предназначенный для строительных работ, должен обязательно удовлетворять требованиям норм относительно зернового состава, содержания органических примесей, пылевидных и глинистых частиц, радиационно-гигиенической характеристике. При подборе состава бетона могут также определяться плотность зерен песка, пустотность, насыпная плотность и другие показатели.

6.2. Цель работы

Ознакомиться с техническими требованиями на песок для строительных работ, методами испытания песка, научиться давать оценку возможности использования песка для приготовления бетонов, растворов и для других строительных целей

6.3. Порядок выполнения работы

6.3.1. Определение истинной плотности зерен песка

Истинную плотность определяют путем измерения массы единицы объема высушенных зерен песка.Истинную плотность определяют с помощью мерного цилиндра, пикнометра или прибора Ле-Шателье (см. лабораторная работа № 1 п. 1.3.1.).

Результаты опытов заносятся в таблицу.

Мелкий заполнитель в плотном тяжелом бетоне должен иметь плотность зерен 2,0…2,8 г/см³.

6.3.2. Определение насыпной плотности песка

Насыпную плотность определяют в неуплотненном состоянии с помощью мерного сосуда вместимостью 1 л (см. лабораторная работа № 1 п. 1.3.3.).

Результаты опытов заносят в табл.25.

  Таблица 25

Результаты определения насыпной плотности песка

Номер пробы	Масса, кг		Объем (V), м3	Насыпная плотность, кг/м3
	m1	m2		Частные значения	Среднее значение

Для обычного тяжелого бетона применяется песок с насыпной плотностью более 1400 кг/м³.

6.3.3. Определение пустотности песка

Пустотность (содержание межзерновых пустот) песка в стандартном неуплотненном состоянии определяют расчетом на основании предварительно установленных значений истинной плотности и насыпной плотности песка.

Пустотность песка (V_м.п.) в % по объему вычисляют по формуле:

(47)

где ρ— истинная плотность песка, кг/м³;

ρ_н— насыпная плотность песка, кг/м³.

Пустотность – очень важная характеристика заполнителя. При изготовлении плотного конструкционного бетона, чем меньше пустотность заполнителя, тем меньше расход цементного теста и соответственно цемента.

6.3.4. Определение содержания пылевидных и глинистых частиц

Содержание в песке пылевидных, глинистых частиц (размер частиц ≤ 0,05 мм) определяется методом отмучивания. Для этого из средней пробы песка отвешивают 1000 г и высыпают в цилиндрический сосуд для отмучивания (диаметром 120 мм и высотой 320 мм); заливают водой выше уровня песка на 200 мм. Песок выдерживают в воде 2 ч, перемешивая его несколько раз и тщательно отмывая от приставших к зернам глинистых частиц. Затем содержимое сосуда энергично перемешивают и оставляют в покое на 2 мин. Через 2 мин покоя сливают мутную воду до уровня 30 мм над песком. Затем снова заливают чистую воду до первоначального уровня и повторяют опыт. Песок промывают до тех пор, пока сливаемая вода не станет прозрачной.

Содержание в песке пылевидных и глинистых частиц (П_отм) в % рассчитывают по формуле:

(48)

где m — масса высушенного песка до отмучивания, г;

m₁— масса высушенного песка, после отмучивания, г.

Содержание в песке пылевидных и глинистых частиц не должно превышать значений, указанных в табл. 26, с помощью которой устанавливается класс песка.

Таблица 26

Характеристики песка по содержанию пылевидных и глинистых частиц

Класс и группа песка	Содержание пылевидных и глинистых частиц, в % по массе
	В песке природном	В песке из отсевов дробления
I класс Очень крупный Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий	— 2 3	3 3 5
II класс Очень крупный Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий и очень мелкий Тонкий и очень тонкий	— 3 5 10	10 10 10 Не нормируется

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

6.3.5. Определение наличия органических примесей

Наличие органических примесей (гумусовых веществ) определяют сравнением окраски щелочного раствора над пробой песка с окраской эталона.

Для этого из средней пробы песка в состоянии естественной влажности берут навеску около 250 г. Наполняют песком мерный цилиндр вместимостью 250 мл до уровня 130 мл и заливают 3-процентным раствором гидроксида натрия до уровня 200 мл. Содержимое цилиндра перемешивают и оставляют на 24 ч, повторив перемешивание через 4 ч после первого перемешивания. Затем сравнивают окраску жидкости, отстоявшейся над пробой, с цветом эталонного раствора или стеклом, цвет которого идентичен цвету эталонного раствора.

Песок пригоден для использования в бетонах или растворах, если жидкость над пробой бесцветна или окрашена значительно слабее эталонного раствора.

При окраске жидкости незначительно светлее эталонного раствора цвета содержимое сосуда подогревают в течение 2…3 ч на водяной бане при 60…70 °С и вновь сравнивают цвет жидкости с цветом эталонного раствора.

Эталон приготовляют заранее. Он состоит из смеси 5 мл 2-процентного раствора танина в 1-процентном растворе этилового спирта и 195 мл 3-процентного водного раствора гидроксида натрия.

6.3.6. Определение зернового состава и модуля крупности песка

Зерновой состав песка определяют путем рассева песка на стандартном наборе сит (рис. 19).

Пробу высушенного песка массой 2 кг просеивают через сита с отверстиями диаметрами 5 и 10 мм с целью определения содержания в песке гравия.

Из части пробы песка прошедшего через сито 5 мм отбирают навеску в 1000 г, которую просеивают через стандартный набор сит с отверстиями 2,5 мм,1,25 мм, 0,63 мм, 0,315 мм и 0,16 мм. Рассев производят на лабораторном трясуне или вручную. По окончанию рассева взвешивают остатки на ситах и определяют частные остатки (a_i) в % на каждом сите (отношение массы остатка на данном сите к массе просеиваемой навески) по формуле:

(49)

где m_i — масса остатка на данном сите, г;

m — масса просеиваемой навески, г.

Полные остатки (A_i) в % на каждом сите (сумма частных остатков на всех ситах с большим размером отверстий плюс остаток на данном сите) в процентах вычисляют по формуле:

A_{i =} a_2,5 + a_1,25 +…+ a_i , (50)

где a_2,5;a_1,25;a_i — частные остатки на соответствующих ситах, %.

Модуль крупности песка вычисляют по формуле:

 , (51)

где A_2,5;A_1,25; A₀₆₃; A₀₃₁₅; A₀₁₆ — полные остатки на ситах, %.

Р езультаты определения зернового состава и расчета модуля крупности песка заносят в таблицу 27 и изображают графически в виде кривой рассева (рис. 20)

Таблица 27

Зерновой состав песка.

Н аименование остатка	Остатки на ситах,%					Проход через сито № 016, %	Мк
	2,5	1,25	0,63	0,315	0,16
Частные Полные	a 2,5 A 2,5	a 1,25 A 1,25	a063 A 063	a0315 A 0315	a016 A 016

1
– нижняя граница крупности песка (М_к = 1,5); 2 – нижняя граница крупности песка (М_к = 2,0)для бетонов класса В15 и выше; 3 – нижняя граница крупности песка (М_к = 2,5) для бетона класса В25 и выше; 4 – верхняя граница крупности песков (М_к = 3,25).

Рис. 20. График зернового состава песка

Местонахождение кривой просеивания относительно кривых 1,2,3,4 определяет применение песка в тяжелых и мелкозернистых бетонах.

При несоответствии зернового состава требованиям графика (выхода одной или нескольких точек кривой просеивания за пределы рекомендуемой зоны) следует применять укрупняющую добавку к мелким пескам – крупный песок, а к крупному песку – добавку, понижающую модуль крупности, — мелкий песок.

Группа зернового состава песка и область его применения устанавливается с помощью табл. 28.

Таблица 28

Группы песка и их применение

Группа песка	Модуль крупности	Полный остаток на сите № 063, %	Область применения
Очень крупный Повышенной крупности Крупный Средний Мелкий Очень мелкий Тонкий Очень тонкий	> 3,5 3,0…3,5 2,5…3,0 2,0…2,5 1,5…2,0 1,0…1,5 0,7…1,0 < 0,7	> 75 65…75 45…65 30…45 15…30 10…30 < 10 нет нормы	Для дорожных покрытий Для бетонов и дорожных покрытий Для бетонов, растворов, дорожных покрытий То же То же То же Для растворов —

С помощью табл. 29 устанавливается класс песка.

Содержание зерен крупностью свыше 5, 10 мм и менее 0,16 мм не должно превышать значений, указанных в табл.29.

Таблица 29

Характеристики классов песка по содержанию крупных и мелких зерен

Класс и группа песка	Содержание зерен крупностью, в % по массе
	Свыше 10 мм	Свыше 5 мм	Менее 0,16 мм
I класс Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий	0,5 0,5	5 5	5 10
II класс Очень крупный и повышенной крупности Крупный и средний Мелкий и очень мелкий Тонкий и очень тонкий	5 5 0,5 Не допускается	20 10 10 Не допускается	0 15 20 Не нормируется

В качестве мелкого заполнителя для бетонов, в основном, используются пески с М_к = 1,5…3,25. Для строительных растворов лучшими считают пески с М_к < 2,2 (для штукатурных растворов М_к = 1…2). В штукатурных растворах для обрызга и грунта следует применять песок с размером зерен не более 2,5 мм, а для отделочного слоя – не более 1,25 мм.

6.3.7. Определение влажности

Влажность определяется путем сравнения массы песка в состоянии естественной влажности и после высушивания.

Навеску массой 1000 г песка насыпают в противень и сразу же взвешивают, а затем высушивают до постоянной массы при температуре 105 ^оС.

Влажность песка (W) в % вычисляют по формуле:

, (52)

где m – масса навески в состоянии естественной влажности, г

m₁ – масса навески в сухом состоянии, г.

Приборы, инструменты, материалы:  весы по ГОСТ 23711-79 или ГОСТ 24104-80; набор сит по ГОСТ 6613-86; шкаф сушильный; цилиндр стеклянный на 250 мл; колориметрическая проба; пикнометр по ГОСТ 22524-77; мерная емкость размером 1 л; сито с круглыми отверстиями 5 мм; вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72; плакат с графиком рассева песка.

Литература

1. Испытание природного песка для тяжелого бетона: метод. указ. /сост.: П. Б. Кукса, Н. М. Платонова, Н. В. Орлова; СПбГАСУ. – СПб.,
   2011. – 12 с.
2. Черкасов С В Материаловедение (лаб практикум) / Воронеж гос арх -строит ун-т — Воронеж 2009 — 88 с

Правовые вопросы строительства, 2005, N 2