Что такое физико-механические свойства песка и от чего они зависят?
Физико-механические свойства — это ряд показателей, которые характеризуют строительный материал под воздействием тех или иных факторов (высокой или низкой температуры, воды, нагрузки и пр.).
К числу наиболее значимых характеристик можно отнести:
- Влажность. От данного параметра зависит способность удерживать влагу, степень и возможность уплотнения, пористость. Слишком сухой, равно как и излишне влажный, материал имеет низкие показатели уплотнения и, как следствие, становится непригодным к использованию.
Модуль крупности. Данный показатель говорит о средней величине зерен и определяет сферу применения строительного материала. Чем больше цифра, тем крупнее песок.
Истинная плотность. По сути, это определение плотности грунта путем отбора монолитных образцов. Данная характеристика требуется при подготовке проектной документации на технически сложные конструкции.
Насыпная плотность. Рассчитывается как соотношение массы к объему. Этот показатель используется при определении количества материала, необходимого для строительства, а также при приобретении песка в массовых или объемных единицах.
Стандартное уплотнение. Характеристика показывает максимально возможную плотность при оптимальной влажности песка. Стандартное уплотнение — важный показатель, применяемый при расчетах различных строительных коэффициентов.
Гранулометрический состав. Данный показатель говорит о содержании в грунте частиц различной крупности и позволяет судить о строительных свойствах грунта.
Коэффициент фильтрации. Этот параметр «отвечает» за дренирующие характеристики уплотненного песчаного слоя.
Прочность и деформируемость грунта. Прочность грунта определяет его способность удерживать строение в вертикальном положении. От прочностных характеристик зависит, насколько глубоким должен быть фундамент и насколько высоким может быть строение.
От чего зависят физико-механические свойства? Прежде всего, от происхождения. Все грунты делятся на два больших класса — песчаные и глинистые. При этом песок — это общее название мелкообломочных пород, которые различаются по составу, размеру гранул и другим характеристикам. К примеру, речной песок более чистый, но имеет округлую форму зерен, которая ухудшает его сцепление с цементом, а карьерный содержит много глинистых частиц, что отрицательно сказывается на эксплуатационных качествах материала.
Как выполняются физико-механические испытания песка?
Условно все виды физико-механических испытаний можно разделить на две группы — полевые и лабораторные. Первые организуются на местности. Могут выполняться как самостоятельно, так и в составе изыскательских работ. Вторые, как это понятно из названия, проводятся в условиях специализированной грунтоведческой лаборатории, где образцы подвергаются различным исследованиям.
Виды и методики физико-механических испытаний:
- Определение влажности. Для того чтобы установить данный показатель, сравнивают массу высушенного материала и грунт естественной влажности.
Определение истинной плотности. Испытание проводится в лабораторных условиях с применением режущего кольца и обеспечивает достаточно высокую точность результата.
Определение максимальной плотности. Метод стандартного уплотнения заключается в установлении зависимости плотности сухого грунта от его влажности при уплотнении образцов.
Определение гранулометрического состава. Основной метод испытаний — рассев для песков. Работы выполняются с использованием стандартного комплекта сит. Определение зернового состава глинистых грунтов проводят ареометрическим методом путем измерения плотности суспензии ареометром в процессе ее отстаивания.
Определение коэффициента фильтрации. Суть метода заключается в измерении скорости пропуска воды сверху вниз через грунт, при определенном напорном градиенте. Одним из основных способов определения - Определение модуля деформации. Компрессионные испытания грунта производят в одометрах — приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой.
Определение угла внутреннего трения и удельного сцепления. Чтобы получить эти прочностные характеристики проводят испытание грунта методом одноплоскостного среза. Испытания проводят в специальных приборах, где грунт подвергается сдвиговым деформациям.
Важно! Порядок проведения физико-механических испытаний грунтов, а также используемые методы, строго регламентированы. В частности, их описывают: ГОСТ 5180-2015, ГОСТ 12248-2020, ГОСТ 20276-2012. - Определение гранулометрического состава
Гранулометрический состав грунта – это определенное содержание по весу разнофракционных частиц, выражающееся в их процентном отношении к массе сухих проб, взятых для анализа. Отборы конкретных образцов осуществляют согласно требований ГОСТ 12071-2000, где микроагрегатный состав определяется по весовому содержанию твердых водостойких составляющих частиц. Методы анализа гранулометрического состава изложены в межгосударственном стандарте ГОСТ 12536-2014.
Как определяют гранулометрический состав?
Для определения состава используется принцип расчленения грунтовой смеси на определенные группы, схожие по своему составу и специально отобранные для пробы. Размеры частиц определяется в миллиметрах, а вес – в граммах.
Существуют различные методики определения такого состава, главными из которых являются ситовой, ареометрический.
СитовойВ его основе – использование набора сит с отверстиями, размерами 0,25; 0,1; 1; 0,5; 5; 2; 10 мм, а также специальной машины для просеивания с поддоном.
Благодаря такому просеиванию удается определить и визуально увидеть состав грунта, а также процентное соотношение имеющихся в нем минералов и компонентов.
АреометрическийОснован на учете изменения плотности суспензии, которая замеряется по мере отстаивания с помощью специального прибора – ареометра.
Предварительно отбирается проба, где используется метод квартования, при котором смесь проходит дополнительно через сито, с диаметром отверстий до 1 мм. Масса средней пробы составляет: для супесей – 40 г; для глин – 20 г; для суглинков – 30 г.
После определения процентного содержания смесей грунта при помощи ареометра, вычисляют содержание каждой отдельной фракции. Здесь используют метод последовательного вычитания меньшей величины из большей. Пробу отбирают с учетом природной влажности.
- Определение природной плотности
Природной плотностью грунта называется вес единицы объема грунта в его естественном состоянии. Эта характеристика используется в фундаментостроении при определении - нормативного давления на основание, расчете напряжений от собственного веса грунта,
- давления на ограждающие конструкции, устойчивости откосов и т.д. По объемному весу можно судить о плотности грунта.
Порядок определения плотности:
Измеряют высоту и внутренний диаметр режущего кольца с точностью до 0,1 мм. Вычисляют внутренний объем кольца. Кольцо взвешивают с точностью до 0,01 г.
Кольцо ставят заостренной стороной на зачищенную поверхность монолита грунта.
Легким надавливанием на кольцо погружают его в грунт на 2-3 мм.
Кольцо извлекают из монолита.
Излишки грунта, выступающего из кольца, осторожно срезают от центра к краям вровень с уровнем кольца.
Кольцо с грунтом протирают снаружи и взвешивают.
Определение прочности и деформируемости
Почва или грунт — это материалы, у которых есть определённая прочность и стойкость к деформациям. Плотная почва (глина) хорошо держит нагрузку и не деформируется. Сыпучий грунт (песок) нагрузки не выдерживает, сдвигается и вызывает разрушение стен строения. Кроме того, способность не деформироваться под нагрузкой зависит от состояния грунта (насыщенности водой, промерзания). Какие нагрузки должен выдерживать грунт под фундаментом здания?
Здание испытывает воздействие вертикальных нагрузок (давление атмосферы, снега, дождя) и горизонтальных нагрузок (давление ветра). Поэтому испытание на лабораторных приборах определяет способность образцов грунта выдерживать вертикальные и горизонтальные нагрузки. В ходе испытаний также определяется критическое значение, при котором образец грунта разрушается (сдвигается, получает значительную деформацию или рассыпается).