Влажность песка – важный параметр для бетона

Несмотря на кажущуюся простоту, взаимодействие воды с пористыми веществами – это очень сложный физический процесс, в котором большую роль играют многие параметры жидкой фазы: ее кислотность, содержание примесей, температура и другие. В основе взаимодействия воды с твердыми веществами лежит явление смачиваемости – сила притяжения молекул воды к поверхности твердого тела больше силы взаимодействия между молекулами воды, что в результате приводит к «прилипанию» воды к поверхности твердого тела. При малых размерах тел и близком расположении их друг с другом возникает также явление капиллярности, связанное с поверхностным натяжением воды. В этом случае вода распространяется вдоль капилляров на весьма приличные расстояния.

При попадании воды в песок, она начинает обволакивать зерна песка и каждое зерно, таким образом, приобретает некоторую «шубу», два зерна, одетые в такую шубу, находясь на близком друг к другу расстоянии, начинают притягиваться за счет межмолекулярных сил (между молекулами воды). Это приводит к тому, что объем песка начинает резко изменяться – песок уже не представляет собой прежнюю смесь зерен горной породы мелкой фракции. Вода начинает играть роль связывающего вещества. Далее при увеличении количества воды, она начинает заполнять пустоты между зернами и происходит выравнивание сил взаимодействия одетых в «шубы» зерен – постепенно смесь превращается в «песок в воде».

В данной статье мы представим графики зависимости насыпной плотности песка от его влажности, а также зависимости изменения объема песка от его влажности. За основу возьмем экспериментально полученные данные, представленные в таблице:

Влажность и насыпная плотность песка

Характеристика

Показатели

Влажность песка, %

0

2

5

10

15

18

20

20

Насыпная плотность песка, кг/м3

1500

1180

1150

1220

1500

1770

1890

2160

 

Рассчитаем приращение объема песка при увлажнении следующим образом. Для сухого песка плотность и, соответственно, масса 1 м3 определяется значением 1500 кг/м3, а масса этого песка после увлажнения:

mвл = mсх (1 + w/100).

Объем влажного песка можно вычислить тогда по формуле:

Vвл = mвлнп,

и, значит, изменение объема ΔV = Vвл – Vсх.

Например, при влажности в 2%, мы получаем массу влажного песка:

mвл = 1500 (1 + 2/100) = 1530 кг,

а объем влажного песка Vвл = 1530/1180 = 1,3 м3. Тогда изменение объема:

ΔV = Vвл – Vсх = 1,3 – 1 = 0,3 м3 (30%).

Аналогично проделав вычисления и для других значений влажности, получим следующую таблицу:

Характеристика

Показатели влажности песка, %

0

2

5

10

15

18

20

30

Насыпная плотность песка, кг/м3

1500

1180

1150

1220

1500

1770

1890

2160

Изменение насыпной плотности, %

0

-22

-23

-18

0

+18

+26

+44

Изменение объема, %

0

30

37

35

15

0

-5

-10

На рисунках ниже представлены графики, полученных значений в зависимости от влажности. Зависимость слева это насыпная плотность от влажности, а справа – зависимость изменения объема от влажности.

зависимость от влажности

Зависимость плотности (слева) и объема песка (справа) от влажности

Анализируя полученные данные, мы наблюдаем сильно нелинейные зависимости. Объем вначале резко растет, а затем постепенно падает, в то время, как плотность, естественно, ведет себя наоборот (поскольку обратнопропорциональная зависимость). Такие зависимости существенно осложняют многие производственные процессы, поскольку даже приемка песка по объему уже сопровождается с дополнительными сложностями. Мы разрабатываем онлайн-сервис по определению влажности песками методами вычислительной физики. Отдельно мы посвятим этому несколько постов в данном блоге.

Комментарии закрыты.