Песок является одним из самых добываемых полезных ископаемых в мире и самым распространенным материалом в строительстве. Песок находит свое применение в составе бетона и асфальтобетона, в засыпке траншей, в конструктивных элементах насыпей автомобильных и железных дорог.
Что такое гранулометрический состав песка
Одним из основных показателей песка, определяющим его свойства является гранулометрический состав. В соответствии с ГОСТ 12536-2014 «Грунты, гранулометрический состав» это — процентное содержание первичных (т.е. не связанных в агрегаты) частиц различной крупности по фракциям, выраженное по отношению к их общей массе. В составе песка, как правило, встречаются частицы различной размерности, зависящей от их диаметра. К гравийным относят частицы с диаметром> 2 мм, к песчаным от 2 мм до 0,25 мм, к пылеватым от 0,25 до 0,005 мм, а все частицы с диаметром> 0,005 мм относят к глинистым. Для каждых конкретных целей в строительстве необходимо использовать пески определенного гранулометрического, а в некоторых случаях и химического состава.
Например, песок для стекольной промышленности (фото 1), в соответствии с ГОСТ 22551-2019 «Песок кварцевый, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности», по своему химическому составу должен состоять из диоксида кремния (SiO2) не менее чем на 95%, при этом его гранулометрический состав должен составлять не более 5% остатка на сите с сеткой 0,8 мм и проход через сито с сеткой 0,1 мм не более 15%. В песке, применяемом в строительстве, в качестве заполнителя для бетона или применяемого для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог все немного проще, однако существует своя классификация, зависящая от модуля крупности применяемого песка.
Методы определения гранулометрического состава
Основным методом определения зернового состава и модуля крупности песка является ситовой метод (фото 2). Суть данного метода заключается в просеивании, предварительно высушенной до постоянной массы, пробы песка через набор сит разного диаметра и определение частных и полных остатков на каждом из сит. Под частным остатком подразумевают количество песка, остающееся на каждом отдельно взятом сите, а под полным остатком — сумму частных остатков на рассматриваемом сите и ситах с более крупным размером ячеек.
Для классификации строительного песка по гранулометрическому составу используют набор сит с круглыми отверстиями следующего диаметра: 10, 5, 2.5, 1.25, 0.63, 0.315 и 0.16 мм, все частицы, прошедшие через 0,16 сито, относят к пылеватым и глинистым частицам. При этом, частицы, диаметр которых больше 5 мм относятся к гравийным, а содержание пылевидных и глинистых частиц возможно определить несколькими способами:
- Метод мокрого просеивания
- Метод отмучивания
- Фотоэлектрический метод
- Пипеточный метод
- Ареометрический метод
Первые три метода позволяют узнать общее содержание пылевидных и глинистых частиц в пробе песка. Пипеточный и ареометрический методы позволяют определить содержание частиц, учитывая их размерность, что является более точными, но более трудоемкими методами.
Суть метода мокрого просеивания и отмучивания заключается в отстаивании пробы песка в воде и дальнейшей промывки через сита определенного диаметра. Пылеватые и глинистые частицы размокают в воде и вместе с водой проходят через сита. В дальнейшем навеска песка высушивается, а массу частиц, прошедших с водой через сита, относят к пылеватым и глинистым частицам.
Фотоэлектрический метод заключается в определении световой проницаемости суспензии, состоящей из воды и пылевидных, и глинистых частиц, полученной путем замачивания и периодического перемешивания пробы песка. Полученную суспензию, при помощи прибора (фотоколориметра) сравнивают с эталонной пробой воды. Прибор посылает световой луч через замутненную суспензию и фиксирует количество пройденного света (световую проницаемость), которая прямо пропорциональна величине содержания пылевидных и глинистых частиц.
Пипеточный и ареометрический методы основаны на скорости осаждения глинистых частиц в специально подготовленной жидкости. Известно, что частицы, в зависимости от своей размерности и массы имеют различную плотность, соответственно, чем меньше частицы, тем дольше будет протекать их процесс осаждения. Различия заключаются в методике определения количества частиц и оборудовании.
В пипеточном методе суспензию с пылеватыми и глинистыми частицами отбирают специальной пипеткой с различной глубины от поверхности суспензии, в течение определенного времени (Таблица 1). Затем, переносят получившуюся пробу в заранее отведенную тару и высушивают. Далее по формулам определяют содержание частиц различного диаметра: 0.05 – 0.01, 0.01 – 0.002, 0.002 – 0.001 и > 0.001 мм.
Таблица 1. Продолжительность наполнения пипетки суспензией при отборе проб
| Размер частиц, мм | Глубина взятия пробы, см | Продолжительность взятия пробы, с |
| Менее 0,05 | 25 | 10 |
| Менее 0,01 | 10 | 15 |
| Менее 0,005 | 10 | 20 |
| Менее 0,002 | 7 | 30 |
| Менее 0,001 | 7 | 30 |
В ареометрическом методе используется специальный прибор – ареометр (фото 3), работающий по принципу поплавка, чем больше плотность суспензии, тем меньше ареометр погружен в воду, чем меньше плотность, тем ареометр сильнее погружается в воду. Это связано с тем, что более крупные частицы, обладающие большей плотностью, оседают на дно, уменьшая общую плотность суспензии. В ГОСТ 12536-2014 «Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава» приведены временные промежутки, определенные для частиц в зависимости от их размерности, через которые необходимо проводить измерения по ареометру (таблица 2). Далее по формулам вычисляют количественное содержание частиц: 0.05 – 0.01, 0.01 – 0.002 и > 0.002 мм.
Таблица 2. Время взятия отсчета по ареометру
| Диаметр фракций зерен грунта, мм | Время от конца взбалтывания суспензии до замера ее плотности |
| Менее 0,05 | 1 мин |
| Менее 0,01 | 30 мин |
| Менее 0,002 | 11 ч |
Заключение
Методики, описанные выше, являются самым распространенным, ГОСТированным способом определения гранулометрического состава песка. Но, как известно, современный мир не стоит на месте, появляются новые приборы для определения гранулометрического состава песков, такие как лазерные анализаторы, разрабатываются новые, автоматизированные методы испытаний, на основе компьютерных технологий. Однако, в настоящий момент не существует единых ГОСТированных методик определения гранулометрического состава при помощи новых технологий, да и оборудование для подобных испытаний довольно дорогостоящее.
Автор: Максим Лашин, исследователь-материаловед
