Ćwiczenie nr 4

Zakład Budownictwa Ogólnego
ĆWICZENIE NR 4
Kruszywa budowlane
- oznaczenie gęstości nasypowej
- oznaczenie składu ziarnowego
Instrukcja z laboratorium:
„Budownictwo ogólne i materiałoznawstwo”
Instrukcja do ćwiczenia nr 4
Strona 2
4.1. Oznaczanie gęstości nasypowej (wg PN-EN 1097-3)
Metoda badania polega na obliczeniu stosunku masy do objętości badanego kruszywa
w stanie luźnym.
Przyrządy do wykonania tego oznaczania są następujące:
• metalowy cylinder pomiarowy o objętości:
–
–
–
–
1 l dla górnego wymiaru kruszywa (D) do 4 mm;
5 l dla górnego wymiaru kruszywa (D) do 16 mm;
10 l dla górnego wymiaru kruszywa (D) do 31,5 mm;
20 l dla górnego wymiaru kruszywa (D) do 63 mm;
• waga o dokładności ważenia 0,1% masy próbki analitycznej;
• łopatka o podniesionych bokach;
• zgarniak stalowy o długości większej o 50 mm
od zewnętrznej średnicy pojemnika i wystarczająco sztywny aby nie deformować się
w czasie poziomowania;
• suszarka.
Przed przystąpieniem do oznaczania
należy
sprawdzić
pojemność
naczynia
pomiarowego. Czysty i suchy cylinder
pomiarowy należy zważyć z dokładnością do
50 g (m1). Następnie cylinder należy ustawić na
wadze, napełnić wodą do górnej krawędzi
i zważyć z tą samą dokładnością co poprzednio
(m3). Z różnicy uzyskanych wyników ważenia
należy obliczyć pojemność cylindra (V), m3
(zakładając, że gęstość wody jest równa
jedności).
Rys. 1. Zestaw do badania gęstości nasypowej w stanie luźnym.
Sprawdzenie pojemności cylindra należy przeprowadzać w razie użycia nowego cylindra
oraz gdy nastąpiły zmiany objętości przez uszkodzenie lub nawarstwienie.
Do badania należy przygotować 3 próbki wg PN-EN 932-2. Kruszywo wysuszyć
w temperaturze (110 ± 5)oC do stałej masy. Masa każdej próbki do badania powinna stanowić
120% do 150% masy potrzebnej do napełnienia pojemnika.
OZNACZANIE GĘSTOŚCI NASYPOWEJ W STANIE LUŹNYM przebiega następująco:
pusty i suchy cylinder należy zważyć (m1), a następnie napełnić go kruszywem. Podczas
napełniania pojemnika zminimalizować segregację ziaren poprzez oparcie czerpaka na górnej
krawędzi. W żadnym przypadku krawędź czerpaka nie powinna znaleźć się wyżej niż 50 mm od
brzegu pojemnika. Cylinder należy napełnić kruszywem ponad poziom jego krawędzi, a nadmiar
kruszywa ostrożnie usunąć liniałem. Całość waży się z dokładnością do 0,1% (m2).
Wynik Gęstość nasypową badanego kruszywa w stanie luźnym (ρb) należy obliczyć ze
wzoru (z dokładnością do 1 kg/m3):
ρb =
m2 − m1
V
gdzie: m1 - masa pustego pojemnika, kg;
m2 - masa pojemnika i próbki do badania, kg;
V - objętość cylindra pomiarowego, m3.
UWAGA: Cylinder pomiarowy posiada objętość 10,80 l.
(4.1)
Instrukcja do ćwiczenia nr 4
Strona 3
Za wynik końcowy oznaczania należy przyjąć średnią arytmetyczną wyników trzech równolegle
przeprowadzonych oznaczeń z zaokrągleniem:
- do drugiego miejsca po przecinku dla kruszyw zwykłych,
- do trzeciego miejsca po przecinku dla kruszyw lekkich.
Różnica pomiędzy skrajnymi wynikami nie powinna być większa od 3 kg/m3. W razie wystąpienia
większej różnicy, należy dodatkowo podać wynik każdego oznaczania.
Łącznie z uzyskanymi wynikami gęstości nasypowej należy podawać przynajmniej
orientacyjną wilgotność badanego kruszywa (stan suchy, powietrzno-suchy) lub dokładną wartość
wilgotności.
4.2. Oznaczanie składu ziarnowego (wg PN-EN 933-1)
Badanie to polega na rozdzieleniu materiału, za pomocą zestawu sit, na kilka frakcji
ziarnowych klasyfikowanych według zmniejszających się wymiarów. Zarówno liczbę sit, jak
i wymiary otworów dobiera się w zależności od rodzaju próbki i wymaganej dokładności.
Oznaczanie składu ziarnowego kruszyw mineralnych wykonuje się metodą przesiewania na sucho
lub mokro. Jeśli przemywanie może zmienić fizyczne właściwości kruszyw lekkich, należy
stosować wyłącznie przesiewanie na sucho.
Zasada obu metod polega na rozdzieleniu kruszywa na frakcje przez przesianie (na sucho,
na mokro) na zestawie sit kontrolnych o znormalizowanych wymiarach oczek kwadratowych,
a następnie ustaleniu procentowego udziału (masowego) poszczególnych frakcji w badanej próbce.
Zestaw przyrządów. Do oznaczenia składu ziarnowego są wymagane następujące
przyrządy:
• waga lub wagi o dokładności ± 0,1% masy próbki analitycznej;
• sita kontrolne z otworami według EN 933-2 i zgodne z wymaganiami ISO 3310-1 i ISO 3310-2;
• wstrząsarka do mechanicznego przesiewania (nieobowiązkowo);
• pojemnik dolny (denko) i pokrywa górna dopasowana do ramek sit lub pojemnik dolny z
możliwością odprowadzenia zawiesiny;
• suszarka z wentylacją i termostatem utrzymującym temperaturę (110 ± 5)oC lub inne urządzenie
do suszenia kruszyw, nie powodujące zmiany wymiarów ziaren.
Pobieranie średniej próbki laboratoryjnej należy wykonać zgodnie z normą
PN-EN 932-1. Masa i liczba pobranych próbek zależy od wielkości partii i rodzaju kruszywa
przeznaczonego do badań.
Masa każdej próbki analitycznej kruszyw o gęstości objętościowej pomiędzy 2,00 Mg/m3
i 3,00 Mg/m3 powinna być taka jak w tablicy 1. W przypadku innych wymiarów ziaren poniżej
63 mm minimalna masa próbki analitycznej może być interpolowana z mas podanych w tablicy 1.
Wysuszoną próbkę analityczną należy ostudzić do temperatury pokojowej, zważyć i zapisać
masę jako M1.
Próbkę analityczną kruszywa, badaną metodą na mokro, należy następnie umieścić
w pojemniku i zalać wodą na 24 h. W celu doprowadzenia do powstania zawiesiny przez
rozpuszczenie grudek gliny roztwór miesza się w regularnych odstępach czasu.
Tab.1. Minimalna wielkość próbek analitycznych kruszywa.
Wymiar ziarn kruszywa
D (max) mm
Masa próbki analitycznej
(min) kg
90
63
32
16
8
≤4
80
40
10
2,6
0,6
0,2
Instrukcja do ćwiczenia nr 4
Strona 4
WYKONANIE OZNACZENIA.
Przesiewanie. Przemyty i wysuszony materiał (lub bezpośrednio suchą próbkę) należy
wsypać na zestaw sit kontrolnych ustawiony na pojemniku dolnym (denku), kolejno od
najmniejszego do największego wymiaru oczka. Obudowy poszczególnych sit powinny zapewniać
szczelność całego zestawu. Jeżeli przesiewanie odbywa się w sposób mechaniczny, zamontowany
zestaw sit należy umieścić na wstrząsarce.
Często okazuje się, że przemywanie niedostatecznie usuwa wszystkie pyły, należy więc
włączyć sito o wymiarze 63 µm do zestawu sit badawczych.
Następnie można przystąpić do przesiewania kruszywa. Proces przesiewania może być
uznany za zakończony, gdy masa zatrzymywanego materiału nie zmienia się więcej niż o 1% po
1 min przesiewania.
Aby uniknąć przesypania sit, frakcja pozostająca na każdym sicie po zakończeniu
przesiewania (wyrażona w gramach) nie powinna przekraczać wartości obliczonej na podstawie
wzoru:
mi =
A d
200
(4.2)
gdzie: A - powierzchnia danego sita kontrolnego, mm2;
d - nominalny wymiar oczka kwadratowego danego sita kontrolnego, mm.
Jeśli jakaś frakcja przekracza wielkość określoną wzorem (4.2) należy podzielić frakcje na
mniejsze porcje niż wynosi maksimum i kolejno je przesiewać.
Po stwierdzeniu prawidłowości przesiewania (zgodnie z powyższym wzorem) należy frakcje
zatrzymane na poszczególnych sitach zważyć wagą techniczną lub analityczną i zapisać
poszczególne masy jako Ri. Materiał pozostający na denku także należy zważyć i oznaczyć tą masę
jako P. Jeżeli ziarna kruszywa zostały uwięzione w otworach sita, należy je usunąć, odwracając sito
do góry dnem, tak aby nie uszkodzić otworu. Ziarna takie dołącza się do danej frakcji.
Obliczanie wyników. Skład ziarnowy należy obliczyć w procentach (mi/m) z dokładnością
do pierwszego miejsca po przecinku, w sposób następujący:
a) obliczyć procentowy udział poszczególnych frakcji kruszywa (ai) w próbce analitycznej według
zależności:
ai =
mi
⋅ 100
m
gdzie: mi - całkowita
masa
frakcji
analitycznej, g;
m - masa próbki analitycznej, g.
wydzielonej
(4.3)
w
wyniku
przesiewania
z
próbki
b) obliczyć procentowy udział przesiewu przez poszczególne sita (bn) zestawu sit kontrolnych
według zależności:
bn = a1 + a2 + … + a(n−1)
gdzie: a1 + a2 + … + a(n−1) - suma procentowych udziałów w masie próbki analitycznej wszystkich frakcji
kruszywa o ziarnach mniejszych od wymiaru oczka sita kontrolnego n.
c) obliczyć procentową zawartość pyłów (f) przechodzących przez sito 63 µm według wzoru:
f =
(M 1 − M 2 ) + P
× 100
M1
W przypadku przesiewania na sucho powyższy wzór przyjmuje postać:
(4.4)
Instrukcja do ćwiczenia nr 4
Strona 5
P
× 100
(4.5)
M1
gdzie:
M1 – masa suchej próbki analitycznej, kg;
M2 – masa suchej pozostałości na sicie 63 µm, kg;
P – masa przesianego materiału znajdującego się na denku, kg.
Wynik oznaczania składu ziarnowego należy uznać za poprawny, jeżeli suma wszystkich
frakcji (a1 + a2 + … + a(n−1)) nie różni się od masy próbki analitycznej o więcej niż ±1%, tj. zawiera
się w granicach 99 ÷ 101%. Brakującą część kruszywa lub jego nadmiar należy dodać/odjąć od
frakcji mającej największy udział procentowy (suma wszystkich frakcji powinna wynosić dokładnie
100%). W razie wystąpienia większej różnicy niż 1% badanie należy powtórzyć.
Z wykonania oznaczania składu ziarnowego kruszyw należy sporządzić protokół badań.
Powinien on zawierać następujące dane:
f =
•
•
•
•
•
zestawienie tabelaryczne obliczonych wyników;
metodę wykonania analizy;
podanie sposobu przesiewania (ręczny, mechaniczny);
wymiary oczka sita kontrolnego;
datę wykonania oznaczania.
Dodatkowo zaleca się graficzne przedstawienie wyników przesiewu (tzw. krzywa
uziarnienia kruszywa lub krzywa stosu okruchowego).
PRZYKŁAD: Obliczyć skład ziarnowy kruszywa na podstawie wykonanego przesiewu próbki
laboratoryjnej o masie 13 040 g i naszkicować wykres krzywej uziarnienia.
Dane wyjściowe przyjąć wg tab.2.
Tab2. Normowe rozmiary sita i zważone pozostałości kruszywa.
Sito, mm
63
31,5
Pozostałość, g
0
0
16
8
4
2
1
0,5
0,25 0,125
3200 2870 2230 1300 1290 1010 660
0
420
60
Obliczenia wykonano w formie tabelarycznej i zamieszczono w tab.3, natomiast na rys.2
wynik przedstawiono graficznie.
Rys. 2. Krzywa uziarnienia kruszywa do omawianego przykładu.
100
Tab. 3. Tabelaryczny wynik badania.
Wymiar sita D Masa frakcji Mi Udział frakcji ai
mm
g
%
100
100
90
Przesiew bn
%
80
75,5
0
0
3200
2870
2230
1300
1290
1010
660
420
60
0,0
0,0
24,5
22,0
17,1
10,0
9,9
7,7
5,1
3,2
0,5
Suma :
100,0
100,0
100,0
75,5
53,5
36,4
26,4
16,5
8,8
3,7
0,5
0,0
70
60
Przesiew, %
63
31,5
16
8
4
2
1
0,5
0,25
0,125
0
53,5
50
40
36,4
30
26,4
20
16,5
10
8,8
0,5
3,7
0
0
0,125
0,25
0,5
1
2
4
Bo k o czk a sita, mm
8
16
31,5
63
Grupa LP-……/zespół ……
Data……………
1. …………………………
2. …………………………
3. …………………………
4. …………………………
Ćwiczenie 4
OZNACZANIE GĘSTOŚCI NASYPOWEJ I SKŁADU ZIARNOWEGO KRUSZYW
100
Metoda przesiewania:
Sito
mm
Całkowita sucha masa próbki
90
M1: …………… g
80
Pozostałość na sicie
g
Przesiew
%
70
%
63,0
60
Przesiew, %
31,5
16,0
8,0
50
40
4,0
2,0
30
1,0
20
0,5
0,25
10
0,125
0
0,063
0
0,063 0,125 0,25
0,5
1
2
4
8
16
31,5
0
Bok oczka sita, mm
Procent pyłów (f) przechodzących przez sito 63 µm:
f=
P
× 100 = …………….%
M1
Gęstość nasypowa w stanie luźnym
ρb =
m2 − m1
= .............................kg/m3
V
Dodatkowe uwagi: ……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………….…
……………………………………………………………………………………………………………….…
63