Различные физические воздействия могут вызвать изменения в плотности сыпучих строительных материалов и грунтов, приводя к их разрыхлению или уплотнению. Эти изменения могут привести к колебаниям плотности на значительном интервале, достигая даже нескольких десятков процентов.

Характеристики плотности строительных материалов

Если в карьере горные породы находятся в плотном монолитном состоянии, то при добыче они разрыхляются, становятся более пористыми. Сырье проходит множество манипуляций — выемку, промывку, просеивание с распределением на фракции, хранение. При отгрузке материалы опять рыхлятся, а при перевозке трамбуются. На завершающей стадии они укладываются в конструкцию и еще раз уплотняются. На протяжении всего процесса изменяется влажность, что неизбежно отражается на плотности.

Сыпучие материалы — щебень, песок, песчано-гравийная смесь ПГС и т.д. — состоят из отдельных зерен, между которыми есть пустоты. При разработке, погрузке и выгрузке твердый скелет разрыхляется, объем пор и пустот увеличивается.

Рыхлонасыпанное состояние материала характеризуется насыпной плотностью, то есть соотношением массы и объема, ей занимаемого:

ρн=m/Vн

Измеряется она путем взвешивания стандартного мерного сосуда объемом 5-50 дм³ без предварительного уплотнения. Размер тары выбирается исходя из наибольшей крупности частиц. В процессе испытаний сразу можно найти пустотность как отношение объема пустот ко всему объему материала. Она определяется в %. Так, насыпная плотность песка составляет 1600 кг/м³, щебня 1310-1400 кг/м³, ПГС — 1340-1500 кг/м³ (в зависимости от размера фракций). В рыхлом состоянии между частицами сохраняется некоторый объем воздуха. Пустотность песка, щебня и ПГС соответственно 30-45%, 20-50% и 30-50%.

Если убрать все поры из материала, то получится сплошной монолит. Его плотность называется истинной. Она намного больше насыпной: у песка это 2500-3000 кг/м³, щебня — 2700-3100 кг/м³, ПГС 2500-3100 кг/м³. Это величина неизменная, она необходима для вычисления пористости материала.

Истинная плотность определяется опытным путем. Сырье измельчается в порошок, затем находится его масса и объем (по объему вытесненной из сосуда воды). По формуле ρ=m/V рассчитывается удельный вес материала без пор и пустот.

Технология уплотнения грунта катком или виброплитой при помощи щебня

Преимущественно щебень используется для уплотнения верхнего слоя грунта. Предварительно проводится исследование почвы, бурят отверстие на 50-70 см вглубь, затем определяется наличие грунтовых вод, состава, типа грунта.

После прохождения тестов, в случае нормального состояния поверхности, можно использовать засыпку при помощи щебня.

Технология уплотнения грунта щебнем в промышленных условиях включает в себя использование крупногабаритной техники: бульдозеров, тракторов, экскаваторов, в небольших, домашних условиях, может применяться и обычная лопата. Также необходимо определить водянистость почвы, возможно ее придется увлажнить или наоборот подсушить.

После формирования котлована, засыпают щебнем и при помощи виброплиты или катка уплотняют его. Следует учитывать, что слой станет меньше после трамбовки. Рекомендуется делать углубление на 50 см, засыпая поверхность щебнем, но может потребоваться и другая глубина.

Трамбовка продолжается до тех пор, пока почва не перестает оседать, иначе фундамент обречен на крошение. Проверка уплотнения щебня может проводиться при помощи того же оборудования, определяя, есть ли движение в верхнем слое.

Уплотнение грунта щебнем нормируется документами СНИП, которые указывают количество и плотность насыпи. При этом важную роль играет уплотнение грунта, а затем уже совместно со щебнем.

Преимущественно процедура трамбовки сначала производится в вырытом котловане до засыпания материала, чтобы предотвратить продавливание грунта. Подробно об уплотнении грунта щебнем смотрите в видео.

Цемент действительно можно назвать главной составляющей частью большинства зданий и сооружений. Перейдя по ссылке узнаете, как правильно развести цемент.

Сегодня плиточный клей широко применяется во время ремонта, с его помощью можно клеить самые разнообразные материалы. Тут все о его составе.

Для отделки фасада и стен домов и самых разных сооружений стали часто использовать декоративную штукатурку Короед. Здесь все о технологии ее нанесения.

Расценка на процедуру уплотнения может сильно колебаться в зависимости от компании подрядчика, качества и типа щебня, но особенно сильно зависит от удаленности участка стройки, а также сложности условий.

В некоторых случаях требуется повышенная плотность насыпи, когда окружающие условия склонны к разрушению фундамента, например, болотистые места, повышенная влажность, риск оползней и т.д.

Для чего используется коэффициент уплотнения

Эта безразмерная величина позволяет определить, насколько фактическая плотность отличается от насыпной или максимальной:

• при перевозке коэффициент согласовывается между заказчиком и поставщиком, отгружающим сырье из карьера, со склада или завода;
• при устройстве основания под какое-либо сооружение Ку задается проектом как отношение к максимальной плотности грунта.

Это 2 разных сценария, соответственно, расчет ведется совершенно по-разному.

Коэффициент уплотнения транспортировки Кут

При перевозке за счет вибрации более мелкие частицы перемещаются вниз, заполняют пустоты между крупными зернами. Соответственно, объем груза уменьшается, а плотность увеличивается.

Приемка нерудных материалов, как правило, производится по объему или массе. Чтобы избежать неприятных сюрпризов при получении груза, нужно учитывать неизбежную усадку при транспортировке.

Если материалы принимаются по объему, проводится обмер поставки, то есть размер наполненной части ж/д вагона или автомобиля. Затем полученное значение умножается на коэффициент Кут.

Поведение материала во время транспортировки и складской переработки зависит от гранулометрического состава, влажности, способности слеживаться при хранении, абразивности частиц, а также вида транспорта и климатической зоны. Согласно ГОСТ 9757-90 коэффициент уплотнения песка и других нерудных материалов должен быть согласован с изготовителем, но принимается не более 1,15, т.е. потеря объема не должна быть выше 15%. Кут всегда больше единицы, поскольку рассчитывается как отношение первоначального объема материала к его к объему после перевозки.

Если приемка проводилась по массе, весовые единицы пересчитываются в насыпной объем делением на насыпную плотность по формуле:

V=m/ ρн

Пример.

Поставщиком отгружено 6 м³ песка в кузов грузового автомобиля. После доставки объем естественно уменьшился. При измерении установлено, что он равен 4,8 м³. Требуется определить, была ли недопоставка.

Умножаем 4,8 на Кут=1,15. Получаем V=4,8х1,15=5,52 м³. Налицо недогруз 0,8 м³.

Если приемка ведется по массе, после взвешивания автомобиль с песком масса материала объемом 6 м³ (при стандартной насыпной плотности 1600 кг/м³) должна составлять m=6х1600=9600 кг.

Нормативными считаются технологические потери при перевозке железнодорожным, автомобильным или водным транспортом без перегрузок, по массе не более:

• щебня, гравия, шлака — 1,15-1,24% ;
• песка, ПГС, отсева, керамзита — 1,2-1,34%.

С перегрузками из одного транспорта в другой для всех материалов норма потерь — 1,50-1,54%. Если не хватает больше, поставщик допустил недогруз, что является уже поводом для предъявления претензии заказчиком.

Как измерить коэффициент уплотнения щебня Ку?

Это можно сделать, изготовив широкую ёмкость, например, размерами 1000х1000х400. Если заполнить её до краёв щебнем, уплотнить его ручной трамбовкой или виброплитой, а затем разделить 400 л (объём насыпного щебня в полном ящике) на измеренный объём материала после трамбовки, то получится коэффициент уплотнения щебня.

На практике пользуются специальной установкой, представляющей цилиндрический контейнер ёмкостью 50 л, оснащённый крышкой с вибропоршнем и установленный на вибростол. Частное от деления двух объёмов исследуемого материала — до и после вибрационного воздействия — даст искомый коэффициент.

При отсутствии данных можно воспользоваться значениями коэффициента уплотнения щебня фракций 40-70 и 70-120, указанные в СНиП 3.06.03-85. Там приводятся величины Ку для щебня прочностью не менее М800 (1,25-1,3) и прочностью М300-М600 (1,3-1,5). Менее прочный щебень трамбуется более плотно, что является следствием его частичного разрушения при больших механо-вибрационных нагрузках.

Особенности уплотнения щебня

Известно, что реальный коэффициент уплотнения щебня может составлять от 1,05 до 1,52. Кроме уже названных, существует ещё несколько факторов, от которых зависит эта величина:

• степень прочности зёрен — гранит и известняк уплотняются по-разному;
• наличие в партии зёрен мелкой фракции в большей концентрации, чем допускает норматив — мелкий щебень расклинивает крупный, Ку увеличивается;
• высота, с какой выполняется засыпка или загрузка;
• неправильная трамбовка, если её выполняют только по верхнему, а не по всем слоям, включая лежащие ниже;
• лещадность щебня — кубовидный щебень уплотняется лучше, чем лещадный.

Контроль коэффициента уплотнения щебня — один из эффективных способов технологичного управления стройкой.

Щебень сегодня является самым практичным, дешевым, эффективным, а соответственно и распространенным материалов. Его добывают при помощи измельчения горной породы, чаще всего сырье получают при помощи взрывных работ в карьерах. При этом порода разрушается на различные по размеру куски, а от фракции сильно зависит и коэффициент уплотнения щебня.

Как рассчитать потребность в материалах с учетом коэффициента уплотнения

Для любых строительных работ необходимо как можно точнее определить расход материалов. Например, проводится устройство щебеночной подготовки толщиной 20 см на площади 100 кв.м.

Находим объем подушки:

0,2*100=20 м³

С учетом при укладке коэффициента уплотнения щебня 0,98 и при транспортировке 1,15 находим необходимый объем материала, который должен отпустить поставщик из карьера:

20/0,98*1,15=23,5 м³.

Учитывая стандартный объем кузова КамАЗа 6 м³ нам нужно заказать 4 машины.

Коэффициент уплотнения грунта

При устройстве оснований и фундаментов важной характеристикой является плотность грунта. Она определяет его несущую способность, поведение под нагрузкой, склонность к просадкам.

Плотность грунта зависит от минералогического состава, пористости и влажности. Самые плотные сложены из гранитных, базальтовых или кремниевых пород. Их удельный вес свыше 3000 кг/м³. Наименьшая плотность у торфяников и насыпных грунтов — не более 700-900 кг/м³.

Коэффициент уплотнения — это безразмерная величина, равная отношению фактической плотности грунта к его максимальной плотности:

Ку=ρ/ρmax

Физический смысл Ку легко понять, если представить сначала монолитную глыбу, а затем ее в уже в измельченном, но уплотненном виде. Соотношение плотностей одного и того же вещества, но в разном состоянии, и есть коэффициент уплотнения. В отличие от Кут, который всегда больше единицы, Ку не может быть больше 1, поскольку в числителе стоит фактическая плотность материала с порами, а в знаменателе — без воздушных пустот.

Какой коэффициент уплотнения у щебня?

Степень уплотнения при транспортировке зависит от дорожных условий — интенсивности вибрации кузова или вагона, а также длительности перевозки. Поскольку щебень продают не тоннами, а кубическими метрами, действующий ГОСТ устанавливает для перевозок предельный коэффициент уплотнения щебня, составляющий величину 1,1. Её обычно прописывают в договоре между поставщиком и покупателем.

Как правило, чтобы не было рекламаций, поставщики отгружают насыпной щебень в большем объёме, чем его требуется с учётом уплотнения в дороге с коэффициентом 1,1. Песок в СПб уплотняется лучше, чем щебень, его предельный Ку равен 1,15.

Покупатель, принимая щебень по объёму, может легко проверить, если ли недостача товара. Перемножив объём доставленного и уплотнённого в пути материала на коэффициент 1,1, он вычислит кубатуру отправленного насыпного щебня и сравнит её с оплаченной. Используя описываемый коэффициент и документацию на строительство, владелец строения сможет проконтролировать заказ щебня в объёме, исключающем напрасно оплачиваемые излишки.

Максимальная плотность грунта: способ определения по ГОСТ 22733-2016

Испытания проводятся в лабораторных условиях с помощью специальной трамбующей установки. Суть их состоит в следующем:

1. На строительной площадке отбирается грунт естественной влажности. В образце должно быть не более 25% твердых частиц крупнее 2 мм, отсутствовать промерзание и переувлажнение.
2. В форму помещаются порции грунта, которые затем трамбуются на установке за 3 приема по 40 ударов.
3. Измеряется вес 1 л утрамбованной массы, определяется плотность.
4. Затем влажность увеличивается ступенями по 2%, проводится аналогичный цикл испытаний.
5. По результатам строится график зависимости плотности от влажности. В точке перегиба фиксируется максимальное значение ρmax при оптимальной влажности.

Определение наибольшей плотности грунта позволяет понять, при каком значении ρ усадка под фундаментом будет наименьшей. В условиях стройплощадки максимальное значение плотности достигнуть вряд ли удастся. Поэтому вводится коэффициент, который помогает установить, насколько фактическая плотность основания приближена к максимально возможной.

Ку задается проектом. Он рассчитывается в зависимости от нагрузки и обычно составляет 0,96-0,98. Это означает, что при уплотнении грунта или песчаной подушки плотность будет чуть меньше максимальной с небольшим отклонением 2-4%.

Зачем знать коэффициент уплотнения по ГОСТу

Коэффициент уплотнения регулируется СНИП, а также ГОСТ, где указывается соответствующие, рекомендуемые параметры плотности.

Благодаря значениям можно определить насколько можно уплотнить щебень, то есть уменьшить физический объем материала.

При этом трамбовка происходит намеренно (например, виброплитой) и ненамеренно (при перевозке). Преимущественно значение колеблется в пределах 1,05-1,52.

Нормативные документы указывают коэффициент уплотнения песка, щебня по ГОСТу:

• смесь песка и гравия – 1,2;
• песок – 1,15;
• керамзит – 1,15;
• щебень из гравия – 1,1;
• грунт – 1,1 (1,4).

На практике существует несколько причин для определения коэффициента:

• используется для расчета необходимого количества закупаемых материалов. Благодаря такому подходу исключаются дополнительные расходы на приобретение лишнего щебня или партийную закупку;
• также цифра используется, чтобы, когда произойдет уплотнение щебня виброплитой, узнать на сколько сядет уровень.

Формула определения необходимого количества материала имеет следующий вид:

Объем предназначенной к заполнению формы (м3) * удельную массу (кг/м3) * коэффициент уплотнения

Подставив числа можно достоверно определить количество задействованного материала, но нужно учесть некоторые нежелательные воздействия: остатки шлака на месте рассыпания, возможно немного меньший вес довезенного материала. Поэтому следует рассчитывать с небольшим зазором.

Есть специальные таблицы с усредненной информацией по весу гравия в зависимости от фракции. Для примера 0-5 мм щебня в 1 м3 приблизительно 1,5 т, а рассчитать коэффициент уплотнения щебня 40 70 можно, учитывая приблизительную массу в 1,47 т/м3.

Определение Ку в лабораториях или полевых условиях

Имея на руках проект с заданным коэффициентом уплотнения ПГС, песка или грунта, необходимо установить, соответствует ли фактическая плотность основания нужному значению. Для этого используются различные методики.

С помощью отбора проб

Этот способ наиболее точный, но не очень скоростной. Требуется участие лаборатории, поскольку на стройплощадках сложно организовать благоприятные условия для измерений.

Для опытов используются режущие кольца известного объема. Без нарушения структуры материала производится отбор проб и дальнейшее их взвешивание.

Отобранный в нескольких точках участка грунт упаковывается в герметичную тару и отправляется на исследование. После получения результатов взвешивания определяется зависимость плотности грунта от влажности и рассчитывается фактический коэффициент уплотнения в каждой точке отбора. После оценки степени подготовки грунта выносится решение о продолжении или прекращении работ по трамбовке грунта.

Динамическим плотномером (пенетромером)

Измерения применяются в качестве экспресс-метода, позволяющего оценить степень уплотнения основания в полевых условиях. Динамический плотномер представляет собой заостренный стальной стержень с ручкой и ударной площадкой. На нем подвижно закреплен груз определенной массы.

Плотномер устанавливается вертикально на основание. Затем груз поднимается и сбрасывается на ударную площадку. При этом стержень постепенно погружается в грунт. Количество ударов подсчитывается.

После того как наконечник полностью опустится ниже поверхности, по специальной таблице определяется коэффициент уплотнения. Если он меньше требуемого проектом, производится дополнительная трамбовка. Если Ку соответствует нужному значению, основание готово к дальнейшим работам.

Для уплотнения используются виброплиты, ручные и автоматические трамбовки. Чем ближе коэффициент Ку к единице, тем меньше в грунте пустот, соответственно выше плотность.

Электромагнитный метод

При таком способе плотность грунта на стройплощадке сравнивается с ранее установленной в лабораторных условиях. Измерения проводятся специальным прибором, инициирующий электрическое поле. Он передает электромагнитный импульс, который проходит через грунт и фиксируется датчиком, а по изменению значения определяется плотность.

Для испытаний на участке выбирается не менее 5 точек, расположенных по принципу клеверного листа. Большую погрешность дают влажность, крупные твердые включения, неоднородность почвы. Измерения проводятся относительно долго по сравнению с другими вариантами, где результат можно получить за один сеанс.

Метод штампа

При этом способе определяется динамический модуль упругости грунта, который находится в прямой зависимости от его плотности. Прибор состоит из нагрузочной плиты, тензодатчика усилий, штанги с грузом и упругим элементом, акселерометра и электронного блока.

При сбрасывании груза на площадку он, благодаря силе упругости, возвращается в исходное положение. Параметры взаимодействия считываются и обрабатываются электронным блоком. По результатам испытаний определяется модуль упругости, деформации и нагрузка. Информация представляется в графическом или численном виде на дисплее. Плотномер может архивировать и отправлять данные в ПК, что создает предпосылки для более детальной обработки и планирования строительства.

Прямой метод замещения объема

Согласно стандарту ГОСТ 28514-90 плотность грунта может измеряться с помощью пескозагрузочного аппарата или цилиндра с резиновым баллоном. Перед испытаниями в лабораторных условиях определяется плотность песка, в опытах она будет образцом для сравнения.

Для проведения испытаний на уплотненном основании выбирается лунка диаметром 100 мм. В нее из установленного сверху пескобака засыпается песок. Объем загрузки вычисляется по шкале на баке. Далее измеряется вес вынутого грунта. При известных параметрах среды (в данном случае песка) плотность грунта рассчитывается по формуле:

ρ=m*ρ0/m0, где ρ0 и m0 — плотность и масса песка, наполняющего лунку.

В методике с резиновым баллоном в качестве среды используется вода, которая заливается внутрь аппарата. Баллон помещается в вырытую лунку, заполняется водой. По количеству потраченной воды определяется объем грунта. Далее, измерив вес пробы, можно найти искомую плотность и коэффициент уплотнения.

Этот метод можно использовать, если количество твердых крупных частиц превышает 25%. Это щебеночные и гравийные основания, а также подушки из смесей ЩПС или ПГС.

ЩПС в дорожных работах

Щебеночно-песчаные смеси активно применяются и в строительстве дорог, в этой сфере востребованы ЩПС С3-С6. Смеси с крупным щебнем в составе группы С5, С6 используются при создании нижнего слоя дорожных оснований, они обеспечивают устойчивость дорожного полотна под влиянием нагрузок, препятствуют появлению трещин на его поверхности. С3 и С4 применяются в асфальтовых и покрытиях . С 6 используется при сооружении массивных бетонных конструкций, площадок для тяжелого автотранспорта, создании взлетных полос аэродромов.

К качественным характеристикам ЩПС можно отнести неограниченный срок хранения, смеси можно складировать даже под открытым небом в непосредственной близости от места проведения работ, с течением времени они не потеряют своих качеств, это полностью готовый к применению материал, не требующий использования смесительных установок в процессе создания дорожных оснований. Приобретение щебеночно-песчаной смеси более выгодно, чем покупка двух компонентов смеси и самостоятельное их смешивание в нужных пропорциях.

Способы увеличения плотности грунта

Характеристики грунта зависят от его состава и влажности. Если его плотность очень низкая, налицо склонность к деформациям и просадкам. Это сильносжимаемые торф, ил, сапропели, пластичные глины и т.д. В большинстве случаев они не используются в качестве оснований для строительства. Требуется повышение их прочностных свойств, которое решается различными методами:

• инъектированием закрепляющих растворов;
• термической обработкой (обжигом);
• электрохимическим способом;
• армированием;
• установкой шпунтовых ограждений;
• фильтрующей пригрузкой;
• механическими методами.

При недостаточной поверхностной плотности грунта проводится уплотнение верхнего слоя трамбовками, катками, площадочными вибраторами. Глубинное уплотнение производится с помощью устройства свай, вибрации, замачивания, направленных взрывов. При большой влажности сначала понижается уровень грунтовых вод, затем проводится предварительное обжатие.

ЩПС в строительстве

Щебеночно-песчаные смеси имеют самое широкое применение практически во всех областях строительства, их активно используют в дорожно-ремонтных работах, при прокладывании автомобильных и железнодорожных трасс, трамвайных путей. Конкретная сфера использования зависит от фракции щебня в составе смеси. По этим показателям ЩПС делят на несколько групп: С2, С3, С4, С5.

ЩПС групп С2, С3 со щебнем мелких фракций применяются главным образом в фундаментных работах. Гранитный щебень обладает высокими показателями по прочности и морозостойкости, поэтому применение ЩПС в составе строительных растворов позволяет увеличить прочность создаваемых конструкций их долговечность и устойчивость к нагрузкам. В производстве бетонных панелей и плит используются ЩПС групп С3, С4 со щебнем более крупных фракций 20-40 мм. Они же используются при укладе балластного слоя для железнодорожных и трамвайных рельсов, отсыпке дорожных обочин.

Определение качества

Замеры для каждой фракции проводятся непосредственно на стройплощадке. Полученные результаты фиксируются и сравниваются со стандартами ГОСТа. Выбор подходящего материала для изготовления бетонных растворов, укладки подушек под асфальтовые дороги и создания дренажных систем обусловлен его техническими характеристиками. Испытание по вычеслению коэффициента уплотнения включают погрузку плотнометра в смесь щебня.

Строительный материал делится на виды не только по фракциям, но и по исходной горной породе, из которой получают щебень. Марка морозостойкости определяет количество циклов заморозки и оттаивания. Дробимость щебня помогает определить его прочность. Если повлиять на некоторые параметры, то можно получить универсальный материал для каждого вида строительных работ.

Насыпная плотность и лещадность — это важные характеристики, определяющие сферу применения материала. Щебень в идеале не должен содержать зерна игловатой и пластинчатой формы больше установленных норм. По типу сырья выделяют такие виды щебня:

• известняковый;
• гранитный;
• гравийный;
• вторичный (б/у щебень).

Как проверить качество уплотнения щебеночных оснований?

Качество уплотнения щебеночного основания можно проверить с помощью нескольких методов:

1. Визуальный осмотр: при осмотре щебеночного основания внимательно проверьте наличие трещин, просадок, гребней, углублений и других дефектов, которые могут свидетельствовать о неправильном уплотнении. Правильно уплотненное основание должно быть ровным и гладким.

2. Использование виброплиты: виброплита – это специальное оборудование, которое используется для уплотнения щебеночного основания. Процесс уплотнения проводится путем проезда виброплиты по поверхности основания. При этом, уплотнение происходит за счет вибрации, которая помогает плотно уплотнить частицы щебня. Качество уплотнения можно оценить по показателям плотности и прочности основания.

3. Использование динамического конуса: динамический конус – это специальное оборудование, которое используется для оценки плотности щебеночного основания. Конус опускается на поверхность основания, затем измеряется глубина проникновения конуса. Чем глубже проникновение, тем ниже плотность щебня. Необходимо провести несколько замеров на разных участках основания.

4. Использование плотнометра: плотнометр – это специальное оборудование, которое используется для оценки плотности щебеночного основания. Он заключается в том, чтобы взвесить определенный объем щебня, который был ранее уложен на основание. Плотность рассчитывается по формуле: плотность = масса / объем.

Важно отметить, что качество уплотнения щебеночного основания зависит от многих факторов, включая тип и размер частиц щебня, тип грунта, условия окружающей среды и т.д. Поэтому, для более точной оценки качества уплотнения рекомендуется обратиться к специалистам в этой области.

Видео. УШП .Проверка плотности грунта пенетрометром БелдорНИИ Д-51/BeldorNII D-51