Плотность песка кг м3: сухого и влажного, истинная и насыпная, ГОСТ по определению
Песок — это сыпучее вещество, состоящее из зёрен каменных или минеральных пород. Отечественные нормативы определяют размер гранул строительного песка от 0,16 мм до 5,0 мм. Всё, что крупнее 5 мм — это гравий или щебень.
Частицы мельче 0,16 мм практически не используются в строительном деле, поскольку при соединении с водой превращаются в грязь. Гранулы этого размера не используются и в системах фильтрации и дренажа, поскольку перестают пропускать воду.
Песок получают двумя путями:
- Добычей из природных карьеров и со дна водоёмов — рек и морей.
- Размалыванием и рассеиванием скальных горных пород, кварца и других минералов.
Поскольку основной объём песка используется в строительстве, плотность становится одной из наиболее важных характеристик этого материала. Она зависит от влажности, процентного содержания глинистых и пылевидных частиц, мощности уплотняющего воздействия водой или вибрационных механизмов, времени вылёживания и состояния разрыхлённости.
Плотность песка, в отличие от щебня, может, в зависимости от влажности, изменяться в достаточно широких пределах. При насыщении сухого песка влагой плотность его сначала снижается — вода увеличивает зазоры между песчинками. Начиная с 10-процентного показателя влажности плотность песка начинает возрастать, поскольку вода в чистом виде заполняет все пустоты и масса единицы объёма вещества увеличивается. Из практики всем известно, что ведро с мокрым песком весит больше, чем с сухим — плотность влажного песка больше.
Глинистые частицы и комки глины увеличивают плотность песка, что является одним из признаков засорения его этими загрязнителями. Так, насыпная плотность песка с глиной может достигать 1800 кг/м³, в то время как очищенный от неё материал имеет показатель 1500 кг/м³.
Важными для хозяйственной деятельности являются показатели истинной и насыпной плотности песка.
Насыпная плотность песка
Насыпная — это та плотность, которой обладает песок сразу после отсыпки без какого-либо механического или влажностного уплотнения. Определить её можно и в домашних условиях. Для этого нужно взять сухой мерный сосуд, объём которого точно выверен, взвесить его, насыпать в него доверху песок с горкой, снять горку плоским предметом без уплотнения, и снова взвесить сосуд. Если полученную массу песка (за вычетом массы сосуда) в килограммах разделить на объём в литрах, получите насыпную плотность песка в кг/дм³, которую легко перевести в кг/т умножением числа на 1000. Пример. 2 кг/дм³ — это 2000кг/м³ (или 2т/м³).
В лабораторных условиях насыпную плотность определяют аналогично, но используют мерную посуду и измерительный прибор той точности, которую регламентирует ГОСТ.
Знание насыпной плотности нужно при заказе песка на выполнение работ с дозированным расходом материала, при покупке его в объёмных или массовых единицах. Обман покупателей нечестными продавцами песка часто строится на махинациях со значениями объёма и веса этого материала.
Истинная плотность песка
Понятие этого термина существенно отличается от предыдущего.
Истинная плотность песка — это плотность того монолита, который со временем рассыпался в песок, или который раздробили в песчинки на дробильной установке.
Иногда истинной называют плотность без учёта воздушных зазоров между песчинками.
Истинная плотность всегда выше насыпной. Если средней величиной насыпной плотности песка считают 1500-1600 кг/м³, то истинная плотность этого материала будет в пределах между 2000 кг/м³ и 3000 кг/м³. Средним значением в отрасли условно считают показатель истинной плотности песка в 2500 кг/м³.
Значения истинной плотности песка используются при проектировании ответственных гидротехнических сооружений, небоскрёбов и других сложных бетонных конструкций. От неё во многих случаях зависят функциональные характеристики прочности, теплопроводности, звукоизоляции, деформативности строений.
Определение плотности песка — насыпной и истинной — производят лабораторными методами по ГОСТ 8735. На объектах для этих целей используют баллонные плотномеры.
Плотность песка — важная техническая характеристика материала, которую нужно хорошо понимать, чтобы умело использовать.
Плотность сухого песка в г/см3 и кг/м3, от чего зависит
Знание плотности песка необходимо при приготовлении любых строительных растворов, эта характеристика показывает, какой вес занимает вещество в определенном объеме и напрямую влияет на пропорции других компонентов. Она зависит от многих факторов: способа добычи, формы, размеров и пустотности зерен, степени влажности, доли и вида примесей. Для исключения ошибок песок в смеси вводят в сухом и максимально очищенном состоянии, ориентируясь при подборе соотношений на значение насыпной плотности, указанное производителем или взятое из таблицы.
Песок представляет собой сухой сыпучий материл природного или искусственного происхождения с размером частиц в пределах 0,05-5 мм. Его качество зависит от процентного содержания пыле-глинистых и органических примесей, густоты и прочности самих зерен. Важнейшей характеристикой является плотность песка в состоянии естественной влажности: чем она выше, тем тверже его фракции и тем дольше прослужит бетонируемая конструкция или поверхность. Она измеряется в г/см3 при лабораторных испытаниях, или в кг/м3 при перерасчете объема или тоннажа. Также к ней низменно обращаются при оценке качества зернового состава.
Виды плотности
Выделяют три параметра, величина которых измеряется опытным путем и может быть как неизменной, так и зависящей от степени уплотнения, влажности и других факторов:
- Истинная плотность – постоянная величина, характеризующая массу предельно сжатого материала в единице занимаемого объема. Измеряется в кг/м3 и определяется исключительно в лабораторных условиях. Для песка она составляет не менее 2500 кг/м3, так как он является продуктом измельчения твердых и высокопрочных пород. Согласно ГОСТ 8736-93 истинное значение перепроверяют раз в год (опыт с вытеснением воды).
- Насыпная плотность – основной параметр сыпучих смесей и стройматериалов, показывающий их удельный вес во взвешенном и сухом состоянии. Определяется путем заполнения колбы с известной емкостью песком, засыпаемым с 10 см высоты, без уплотнения. Среднее значение – 1,5 г/см3 (1500 кг/м3), минимум наблюдается у сухих мелкозернистых речных разновидностей, максимум – у строительного песка и составов на основе тяжелых пород. Насыпной удельный вес учитывает объем зазоров между отдельными частицами, но не внутреннюю пустотность.
- Среднюю плотность – характеристику, учитывающую влияние объема пор и степени насыщения влагой. Эта величина отражает реальную массу материала в занимаемом объеме в его естественном состоянии, как следствие, она выше насыпной, но меньше истинной. Минимум наблюдается при влажности песка в пределах 5-7 %, высокое значение показателя в таких условиях (≥1550 кг/м3) свидетельствует о хорошей прочности и морозостойкости зерен. Для получения более точного результата величину средней плотности находят несколько раз.
Из внешних факторов на величину показателя влияет прежде всего влажность песка. Коэффициент изменяется не линейно: при росте степени водонасыщения до 10 % плотность материала уменьшается за счет слипания и комкования зерен, далее воздух вытесняется водой и удельный вес начинает возрастать. На практике сыпучие смеси никогда не просыхают до конца, плотность строительного песка в естественном состоянии будет отличаться от лабораторной насыпной, чаще всего – в большую сторону.
Для определения уровня влажности в домашних условиях высчитывают разницу в массе отмеренной доли до и после просушки на горячем листе металла.
Значения насыпной плотности для песка разных видов
| Вид песка | Способ добычи, описание | Плотность сухого песка (насыпная) | |
| г/см3 | кг/м3 | ||
| Речной песок | Добытый со дна реки, сухой | 1,5-1,52 | 1500-1520 |
| То же с размером зерен 1,6-1,8 | 1,5 | 1500 | |
| То же, уплотненный | Мытый, без глинистых фракций | 1,59 | 1590 |
| Речной намывной | Добытый со дна реки намывным способом | 1,65 | 1650 |
| Карьерный песок | Из карьеров, намывной | 1,5 | 1500 |
| То же, мелкозернистый | Сеяный сухой | 1,7-1,8 | 1700-1800 |
| Строительный | Соответствует ГОСТ 8736-93, получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений, плотность песка считается оптимальной для приготовления бетонов, включая тяжелые | 1,68 | 1680 |
| Рыхлый | 1,44 | 1440 | |
| Кварцевый | Получаемый путем дробления и просеивания молочно-белого кварца | 1,4-1,9 | 1400-1900, среднее значение 1650 |
| Морской | Со дна моря | 1,62 | 1,62 |
| Овражный | Добываемый открытым способом, содержит большую долю нежелательных примесей | 1,4 | 1400 |
| Гравелистый | С примесью частиц мелкого гравия | 1,7-1,9 | 1700-1900 |
| Перлитовый | На основе вспученных горных вулканических пород | 0,075-0,4 | 75-400 |
| Шлаковый | Продукты дробления и сухого просева отходов металлургии | 0,7-1,2 | 700-1200 |
Общие технические условия строительных песков регламентирует ГОСТ 8736-93, формовочных (применяемых для изготовления литых изделий) – 2138-91. Основная классификация связана с местом и способом добычи. К наиболее востребованным разновидностям относят:
1. Речной песок – продукт дробления твердых пород в устьях и руслах рек. Гранулы этих марок имеют круглую форму, размер фракций варьируется от 0,3 до 0,5 мм. Сфера применения включает приготовление растворов для стяжки, отделочных работ, пескоструйной обработки, бетонов, дренирующие системы. К характерным особенностям речного песка относят быстрое оседание в процессе замеса, смеси на его основе нуждаются в периодическом перемешивании.
2. Кварцевый, характеризующийся высоким качество зерен и однородностью состава. Этот вид относится прежде всего к формовочным, он используется для изготовления расплавов стекла, растворов фаянса и фарфора. Кварцевый песок со средним размером зерен применяется в фильтрующих установках.
3. Добываемый в карьерах: путем промывки или сухого просеивания. Первая разновидность карьерного песка практически не имеет пыли и глинистых частиц в составе, вторая просто очищается от камней. Сеянные сухие сорта рекомендуются для замеса кладочных, штукатурных и асфальтобетонных смесей. Промытый карьерный песок ценится за высокую чистоту и однородность.
Плотность сухого песка: таблица и расчет
Строительные или ремонтные работы нередко производятся с использованием различных песчано-цементных растворов, приготовленных самостоятельно. Качество любой смеси зависит от состояния ее компонентов. Если для цемента все параметры известны, то с песком ситуация сложнее. Плотность сухого песка — важный параметр, во многом определяющий качество и консистенцию раствора. Умение рассчитать это значение так же необходимо строителю, как способность вычислить количество материалов.
Для чего необходимо определение плотности сухого песка
Виды песка
Песок — это сухой сыпучий материал, представляющий собой мелко раздробленные горные породы. Величина фракции колеблется от 0,05 до 5 мм, что создает проблемы при расчетах. Состав строительных смесей требует достаточно аккуратного соблюдения пропорций, иначе прочность материалов не будет соответствовать требованиям СНиП.
Определение плотности песка на практике — весьма сложная задача. Промежутки между отдельными песчинками практически не поддаются измерению, поскольку форма песчинок, полученная при различных условиях дробления горных пород, имеет сложную и неправильную конфигурацию. Между углами и гранями отдельных частиц могут быть промежутки, значительно превышающие размером зазоры между естественными песчинками, чья форма ближе к сферической.
Сухой песок природного происхождения (речной) обладает более плотной структурой, поэтому использование одного и того же объема материала разного происхождения или размера фракции даст смеси, отличающиеся друг от друга своими параметрами. Поэтому очень важно иметь наиболее корректное знание всех параметров компонентов смеси, массы материала, его плотности и прочих показателей.
Классификация песка по гранулометрическому составу
Основные виды и параметры песка
Сложность в определении вынудила ввести понятие насыпной плотности песка, определяющее величину массы на единицу объема. Существует три вида плотности:
Таблица удельного веса песка
- Истинная. Это показатель предельно сжатого песка, не имеющего пустот между зернами.
- Насыпная. Значение во взвешенном и сухом виде.
- Средняя. Это значение, учитывающее наличие влаги и пористую структуру зерна. Средняя плотность выше насыпной, но меньше истинной.
Влажность — один из важнейших факторов, постоянно меняющих состояние и насыпной вес. Песок хранится, как правило, под открытым небом, вследствие этого степень влажности начинает зависеть от погодных условий. Составы всех строительных растворов предполагают наличие сухого материала, а песок в смеси обладает другими, отличными от идеальных, параметрами. Изменение плотности вынуждает использовать коэффициенты уплотнения, корректирующие значение, которое имеет сухой песок.
Наиболее распространенные варианты поправочных коэффициентов указаны в таблице:
| Состояние песчаной насыпи | Коэффициент уплотнения |
| Рыхлая, сухая | 1,05–1,15 |
| Влажная | 1,1–1,25 |
| Обратная засыпка котлованов | 0,95 |
| Обратная засыпка | 0,98 |
| Засыпка пазух | 0,98 |
| Обустройство инженерных сетей возле железных и автомобильных дорог | 0,98–1,0 |
Средняя плотность песка умножается на коэффициент уплотнения, и в результате находится значение, приближенное к реальному. Однако необходимо учитывать наличие погрешности (около 5%), возникающей из-за невозможности с абсолютной точностью установить значение поправки для каждого конкретного случая. Более точный результат дает метод взвешивания, но в условиях строительной площадки он недоступен, поэтому чаще всего используются расчетные показатели.
Расчет плотности песка
Самостоятельное вычисление показателей можно выполнить методом взвешивания. Для этого понадобятся весы или безмен на 20–25 кг, сухая емкость (можно обычное ведро). Порядок действий таков:
Вычисление плотности песка
- Взвешивается пустая емкость (тара), результат записывается отдельно.
- Емкость полностью засыпается песком. Оптимальный вариант — засыпать с горкой, затем ровной планкой аккуратно убрать излишек и оставить вровень с краями.
- Взвешивается полная емкость.
- Из полученного значения вычитается вес тары.
- Полученное значение делится на объем тары, результат переводится в стандартные единицы — кг/м3.
Более точные показатели можно получить, произведя взвешивание несколько раз, набирая материал из разных участков. Необходимо помнить, что строительный песок хранится в условиях, не позволяющих сохранять одну и ту же степень влажности, поэтому следует как можно быстрее использовать его, или периодически выполнять повторные измерения и корректировать расчеты.
Значения насыпной плотности для песка разных видов
Песок, добытый в разных местах, имеет различную структуру, состав и размер фракции. Чтобы правильно рассчитывать количество компонентов в разных смесях или бетоне, надо учитывать значение насыпной плотности песка того или иного вида.
| Вид | Способ добычи | Плотность сухого материала (насыпная) | |
| г/см3 | кг/м3 | ||
| Речной | Добытый со дна реки | 1,5–1,52 | 1500–1520 |
| Речной с размером зерен 1,6–1,8 | 1,5 | 1500 | |
| Речной уплотненный | Мытый, без глинистых фракций | 1,59 | 1590 |
| Речной намывной | Добытый со дна реки намывным методом | 1,65 | 1650 |
| Карьерный | Из карьеров, намывной | 1,50 | 1500 |
| Карьерный, мелкозернистый | Сеяный, сухой | 1,7–1,8 | 1700–1800 |
| Строительный | Соответствует ГОСТ 8736-93. Добытый при разработке месторождений | 1,68 | 1680 |
| Рыхлый | 1,44 | 1440 | |
| Кварцевый | Получаемый в следствии дробления белого кварца | 1,4–1,9 | 1400–1900 |
| Морской | Добытый со дна моря | 1,62 | 1,62 |
| Овражный | Добытый открытым способом, может содержать много примесей | 1,4 | 1400 |
| Гравелистый | С примесью гравия | 1,7–1,9 | 1700–1900 |
| Перлитовый | Полученный на основе вспученных горных пород | 0,075–0,4 | 75–400 |
| Шлаковый | Полученный в результате дробления просева металлургических отходов | 0,7–1,2 | 700–1200 |
Указанные значения действительны для сухого сырья, поэтому при расчетах понадобится учитывать реальное состояние и использовать коэффициенты уплотнения. Если ими пренебречь, то возникнет излишний расход, а состав раствора или бетона будет изменен, что способно снизить прочность заливки или соединения строительных конструкций.
Влажность песка при плотности частиц песка
Видео по теме: Почему песка всегда не хватает
истинная, насыпная и средняя, как рассчитывается
Горные породы разрушаются со временем под влиянием атмосферных явлений и образуют сыпучую смесь фрагментов диаметром до 5 мм. Во всех ремонтных работах используется строительный песок, который бывает в разных категориях, в зависимости от примесей. В рыхлом виде ячеистость составляет от 45 %, а в плотном – 35 %. Первый показатель может измениться в сторону второго при некоторых факторах. Удельная масса, содержащаяся в единице объема (г/см3 или кг/м3), напрямую связанная с пористостью – это средняя, истинная или насыпная плотность песка. Значение зависит от влажности, структуры и формы крупинок, наличия примесей.
Основной параметр, определяющий сферу использования и влияющий на характеристики зданий – это прочность. Чтобы рассчитать количество смесей, участвующих в строительстве, необходимо точное вычисление этой величины для получения заданного объема. Все растворы должны создаваться в определенной пропорции с другими составляющими. Показатель плотности сухого песка вычисляют, исходя из разновидностей материала. Бывают пылеобразные, крупнозернистые и глинистые типы. Практически каждое применение проходит предварительное просеивание или промывание. В сельскохозяйственной промышленности и огородничестве используют сухой речной песок, который измеряют ведрами. Объем в 10 литров включает до 14 килограмм песочной смеси.
Основные виды
Существует три показателя плотности, которые обусловлены разными факторами:
1. Твердая нерудная порода обладает параметром в 2500 кг/м3. Это приблизительная цифра, но существует точная формула, помогающая высчитывать истинную плотность с помощью специального прибора. В лабораторных условиях 100 г гранул взвешивают, затем сушат до определенного веса при температуре 105°С. Охлаждают над парами концентрированной серной кислоты. Далее пикнометр наполняют водой , а зерна высыпают равными порциями до риски 20 на колбе, что будет означать вытеснение объема жидкости в 20 см. Емкость несколько раз проворачивают, избавляясь от воздушных пузырьков, осадок взвешивают. Истинное значение вычисляют по формуле: p=(m-m1)/V, где m и m1 – это начальная и остаточная масса, а V – величина вытесненной воды в г/см³.
2. Насыпную плотность определяют, сбрасывая сухой материал с высоты в 10 см в сосуд емкостью один литр до конусного образования на поверхности. Затем снимают верхний слой и взвешивают оставшиеся крупинки в банке. Формула: ph=(m1-m)/V, где m1 и m – вес пустой и полной колбы соответственно, V– ее объем. Насыпная плотность характеризует сыпучие смеси в их взвешенном состоянии. Так как в этом случае рассчитывается не только параметр гранул, но и пустоты между ними, это значение всегда имеет меньший показатель, чем истинный. Средняя насыпная степень составляет около 1300-1500 кг/м3. При повышении влажности происходит снижение коэффициента, что обусловлено слипанием фракций до 10 %, далее наблюдается увеличение жидкости, и норматив снова поднимается. Эту особенность необходимо учитывать, когда распределяется объем гранул.
3. На среднюю плотность строительного песка влияет показатель пустот и влажности. Чтобы вычислить обе величины, применяют формулу для первого: Vmp=(1-(ph/(px1000))x100, где ph и p – насыпной и истинный параметр. Для второго – W=((m-m1)/m1)х100%, где m и m1 – это масса сухой и влажной навески.
Плотность песка
1. Речной песок образуется в результате дробления пород в устьях рек, отличается очищенным состоянием от всевозможных вкраплений. Зерна имеют округлую форму, благодаря воздействию воды. Отталкиваясь от размеров, различают мелкие, средние и крупные гранулы. Применяется в отделочных работах, ландшафтном дизайне. Плотность составляет около 1650 кг/м3 при фильтрации 5-7 метров в сутки. Существует таблица с указанием коэффициента, которая показывает отличия разных видов с учетом уровня влажности и примесей. Подробнее о выборе песка для пескоструйных работ в этом материале.
2. Кварцевый характеризуется отсутствием примесей, однородностью, прочностью и устойчивостью к различным средам. Из мелкой фракции изготавливают отделочные материалы, средняя подходит для фильтрующих установок, крупный применяют для производства фарфора, фаянса и стекла. Параметр плотности кварцевого песка – 1500 – 1700 кг/м3.
3. В состав строительного входят природные компоненты: слюда, кварц, полевой шпат, известняк, глина. Такие примеси дают определение названиям. Используют для укладки подушек, при производстве бетона, в различных растворах. Если строительный песок является сухим, то показатель составит 1400 кг/м3. Из-за глинистых вкраплений коэффициент увеличивается до 1800 кг/м3. Для приготовления высококачественных бетонных растворов такой вид не рекомендуется.
4. Карьерный делится на два типа. Сеяный сухой получают после переработки через несколько специальных сит с удалением камней и крупных составляющих. Намывной промывают с помощью гидротехнического оборудования. Такой способ очистки позволяет добиться высоких значений химического состава. Плотность сухого карьерного песка равна его удельному весу: 1500-1800 кг/м3 в зависимости от размера фракций.
С помощью таблицы можно определить показатели различных видов сухого песка:
| Классификация | Тип | Плотность кг/м |
| Строительный | истинная | 1400-1500 |
| насыпная | 1700-1800 | |
| Речной | истинная | 1300-1500 |
| насыпная | 1600-1800 | |
| Кварцевый | истинная | 1500-1700 |
| насыпная | 1800-2100 | |
| Карьерный | истинная | 1500-1700 |
| насыпная | 1600-1800 |
Средняя плотность песка в состоянии естественной влажности и сухих фракций различается, так как расчет показателя зависит от разнообразных включений и пространства между ними. Если насыпной материал подвергается усадке, то определяют уже средний коэффициент. Так при транспортировке можно выделить два параметра: во время погрузки и после доставки, когда он осядет и утрамбуется в кузове. Важную роль также играет влажность, в зависимости от этого значения меняется плотность.
Плотность песка, таблица и расчет кг/м3
Средняя плотность песка – важный показатель, от которого напрямую зависят эксплуатационные свойства вещества и будущие параметры бетонной строительной смеси, прочность и устойчивость зданий, а также возможный расход сырья. Она показывает, какая масса песка содержится в одной единице измерения объема, за которую принят кубический метр (1 м3).
Количество вещества, которое умещается в 1м3, сильно зависит от вида песка – так, мелкий строительный отличается большей уплотненностью, нежели песок средней крупности, так как в первом случае зазоры между отдельными частицами стройматериала значительно меньше, и в один кубометр вмещается большая масса.
Этот параметр тесно связан с такими показателями материала, как пустотность и влажность, степень утрамбованности и пористость. Особенности и правильность измерения параметров также могут вносить в конечный результат определенную погрешность. Между указанными факторами существует следующая зависимость: чем больше пустота между частицами и влажность вещества, тем меньше насыпная характеристика и тем меньше чистого песка вмещается в кубометр. Данное правило идентично и для влажности, но с обратным знаком – за счет слипания фракций строительный мокрый материал уплотняется.
Также плотность зависит от структуры зерен, с уменьшением размера которых вырастает данная характеристика, и еще от содержания глины и других примесей. По указанным выше причинам плотность речного песка как правило выше (средний коэффициент 1,5), чем очищенного (у строительного значение соотношения 1,4).
Какие встречаются разновидности?
Плотность в кг/м3 – неоднозначная характеристика, которая имеет две главные разновидности, отличающиеся определением, некоторыми особенностями и способами измерения:
- Истинная. Представляет собой отношение массы тела (в данном случае сухой песок) к его объему и измеряется в кг/м3. При этом не учитываются свободные пустоты между отдельными частицами, то есть речь идет про плотность материала в сжатом состоянии. Истинная плотность (как и любого другого вещества) является постоянной величиной.
- Насыпная плотность. Показатель, который учитывает не только сам объем вещества, как в предыдущем случае, но и все имеющиеся зазоры между частицами. Насыпная всегда меньше, чем истинная и средняя плотность, измеряется в кг/м3.
Также есть и среднее значение, о котором уже было указано выше.
О том, как выбрать песок для пескоструйного аппарата, можно узнать здесь.Параметры различных видов материала
Как уже говорилось ранее, плотность сильно варьируется в зависимости от свойств сырья. Помочь проследить данный факт призвана следующая таблица:
| Название | Насыпная плотность, кг/м3 |
| Сухой песок | 1200 — 1700 |
| Сухой уплотненный | 1 680 |
| Сухой рыхлый | 1 440 |
| Кварцевый | 1 400 |
| Речной | 1 600 |
| Мокрый | 1 920 |
| Мокрый уплотненный | 2 080 |
Таким образом, один кубический метр сухого песка будет иметь массу от 1200 до 1700 килограмм, а куб мокрого – 1920.
Таблица отражает не все виды – более расширенный список с коэффициентами, необходимыми для расчета плотности сырья, можно найти в справочных источниках.
Для того, чтобы измерить плотность, на месте используют такие способы:
- Применение коэффициентов перевода, которые отличаются для каждого вида материала. Данный метод не совсем точен, так как погрешность при измерениях может достигать 5 %. При больших количествах сырья потери составляют не один кубический метр!
- Взвешивание насыпного сырья (например, речной) вместе с полностью заполненным им сосудом, после чего расчет путем деления массы песка на объем сосуда.
Определение насыпной плотности играет важную роль в строительстве, так как именно от ее значения во многом зависит количество кубов сырья, необходимого для проведения работ. Особенно это важно в случаях, когда на счету каждый кубометр.
| Алевролиты | |
|---|---|
| Слабые, низкой прочности | 1500 |
| Крепкие, малопрочные | 2200 |
| Аргилиты | |
| Крепкие, плитчатые, малопрочные | 2000 |
| Массивные, средней прочности | 2200 |
| Вечномерзлые и мерзлые сезонно-протающие грунты | |
| Растительный слой, торф, заторфованные грунты | 1150 |
| Пески, супеси, суглинки и глины без примесей | 1750 |
| Пески, супеси, суглинки и глины с примесью гравия, гальки, дресвы, щебня в количестве до 20% и валунов до 10% | 1950 |
| Пески, супеси, суглинки и глины с примесью гравия, гальки, дресвы, щебня в количестве более 20% и валунов более 10%, а также гравийно-галечные и щебенисто-дресвяные грунты | 2100 |
| Глина | |
| Мягко- и тугопластичная с примесью щебня, гальки, гравия или строительного мусора до 10% | 1750 |
| Мягко- и тугопластичная без примесей | 1800 |
| Мягко- и тугопластичная с примесью более 10% | 1900 |
| Мягкая карбонная | 1950 |
| Твердая карбонная, тяжелая ломовая сланцевая | 1950…2150 |
| Гравийно-галечные грунты (кроме моренных) | |
| Грунт при размере частиц до 80 мм | 1750 |
| Цементированная смесь гальки, гравия, мелкозернистого песка и лёссовидной супеси | 1900…2200 |
| Грунт при размере частиц более 80 мм | 1950 |
| Грунт при размере частиц более 80 мм, с содержанием валунов до 10% | 1950 |
| Грунт при размере частиц более 80 мм, с содержанием валунов до 30% | 2000 |
| Грунт при размере частиц более 80 мм, с содержанием валунов до 70% | 2300 |
| Грунт при размере частиц более 80 мм, с содержанием валунов более 70% | 2600 |
| Грунты ледникового происхождения (моренные) | |
| Пески, супеси и суглинки при коэффициенте пористости или показателе консистенции более 0,5 и содержании частиц крупнее 2 мм до 10% | 1600 |
| Пески, супеси и суглинки при коэффициенте пористости или показателе консистенции до 0,5, а также глины при показателе консистенции более 0,5 и содержании частиц крупнее 2 мм до 10% | 1800 |
| Глины при показателе консистенции до 0,5 и содержании частиц крупнее 2 мм до 10% | 1850 |
| Пески, супеси, суглинки и глины при коэффициенте пористости или показателе консистенции более 0,5 и содержании частиц крупнее 2 мм до 35% | 1800 |
| То же, до 65% | 1900 |
| То же, более 65% | 1950 |
| Пески, супеси, суглинки и глины при коэффициенте пористости или показателе консистенции до 0,5 и содержании частиц крупнее 2 мм до 35 % | 2000 |
| То же, до 65% | 2100 |
| То же, более 65% | 2300 |
| Валунный грунт (содержание частиц крупнее 200 мм более 50%) при любых показателей пористости и консистенции | 2500 |
| Грунт растительного слоя | |
| Без корней кустарника и деревьев | 1200 |
| С корнями кустарника и деревьев | 1200 |
| С примесью щебня, гравия или строительного мусора | 1400 |
| Диабазы | |
| Сильно выветрившиеся, малопрочные | 2600 |
| Слабо выветрившиеся, прочные | 2700 |
| Незатронутые выветриванием, крепкие, очень прочные | 2800 |
| Незатронутые выветриванием, особо крепкие, очень прочные | 2900 |
| Доломиты | |
| Мягкие, пористые, выветрившиеся, средней прочности | 2700 |
| Плотные, прочные | 2800 |
| Крепкие, очень прочные | 2900 |
| Змеевик (серпентин) | |
| Выветрившийся малопрочный | 2400 |
| Средней крепости и прочности | 2500 |
| Крепкий, прочный | 2600 |
| Известняки | |
| Мягкие, пористые, выветрившиеся, малопрочные | 1200 |
| Мергелистые слабые, средней прочности | 2300 |
| Мергелистые плотные, прочные | 2700 |
| Крепкие, доломитизированные, прочные | 2900 |
| Плотные окварцованные, очень прочные | 3100 |
| Кварциты | |
| Сланцевые, сильно выветрившиеся, средней прочности | 2500 |
| Сланцевые, средне выветрившиеся, прочные | 2600 |
| Слабо выветрившиеся, очень прочные | 2700 |
| Не выветрившиеся, очень прочные | 2800 |
| Не выветрившиеся, мелкозернистые, очень прочные | 3000 |
| Конгломераты и брекчии | |
| Слабосцементированные, а также из осадочных пород на глинистом цементе, малопрочные | 1900…2100 |
| Из осадочных пород на известковом цементе, средней прочности | 2300 |
| Из осадочных пород на кремнистом цементе, прочные | 2600 |
| С галькой из изверженных пород на известковом и кремнистом цементе, очень прочные | 2900 |
| Коренные глубинные породы (граниты, гнейсы, диориты, сиениты, габбро и др.) | |
| Крупнозернистые, выветрившиеся и дресвяные, малопрочные | 2500 |
| Среднезернистые, выветрившиеся, средней прочности | 2600 |
| Мелкозернистые, выветрившиеся, прочные | 2700 |
| Крупнозернистые, не затронутые выветриванием, прочные | 2800 |
| Среднезернистые, не затронутые выветриванием, очень прочные | 2900 |
| Мелкозернистые, не затронутые выветриванием, очень прочные | 3100 |
| Микрозернистые, порфировые, не затронутые выветриванием, очень прочные | 3300 |
| Коренные излившиеся породы (андезиты, базальты, порфириты, трахтиты и др.) | |
| Сильно выветрившиеся, средней прочности | 2600 |
| Слабо выветрившиеся, прочные | 2700 |
| Со следами выветривания, очень прочные | 2800 |
| Без следов выветривания, очень прочные | 3100 |
| Не затронутые выветриванием, микроструктурные, очень прочные | 3300 |
| Лёсс | |
| Мягкопластичный | 1600 |
| Тугопластичный с примесью гравия или гальки | 1800 |
| Твердый | 1800 |
| Мел | |
| Мягкий, низкой прочности | 1550 |
| Плотный, малопрочный | 1800 |
| Мергель | |
| Мягкий, рыхлый, низкой прочности | 1900 |
| Средний, малопрочный | 2300 |
| Плотный средней прочности | 2500 |
| Мусор строительный | |
| Рыхлый и слежавшийся | 1800 |
| Сцементированный | 1900 |
| Песок | |
| Без примесей | 1600 |
| Барханный и дюнный | 1600 |
| С примесью щебня, гальки, гравия или строительного мусора до 10% | 1600 |
| То же, с примесью более 10% | 1700 |
| Песчаник | |
| Выветрившийся, малопрочный | 2200 |
| На глинистом цементе средней прочности | 2300 |
| На известковом цементе, прочный | 2500 |
| Плотный, на известковом или железистом цементе, прочный | 2600 |
| Кремнистый, очень прочный | 2700 |
| На кварцевом цементе, очень прочный | 2700 |
| Ракушечники | |
| Слабо цементированные, низкой прочности | 1200 |
| Сцементированные, малопрочные | 1800 |
| Сланцы | |
| Выветрившиеся, низкой прочности | 2000 |
| Окварцованные, прочные | 2300 |
| Песчаные, прочные | 2500 |
| Кремнистые, очень прочные | 2600 |
| Окремнелые, очень прочные | 2600 |
| Слабо выветрившиеся и глинистые | 2600 |
| Средней прочности | 2800 |
| Солончаки и солонцы | |
| Мягкие, пластичные | 1600 |
| Твердые | 1800 |
| Суглинки | |
| Легкие и лёссовидные, мягкопластичные без примесей | 1700 |
| То же, с примесью гальки, щебня, гравия или строительного мусора до 10% и тугопластичные без примесей | 1700 |
| Легкие и лёссовидные, мягкопластичные с примесью гальки, щебня, гравия, или строительного мусора более 10%, тугопластичные с примесью до 10%, а также тяжелые, полутвердые и твердые без примесей и с примесью до 10% | 1750 |
| Тяжелые, полутвердые и твердые с примесью щебня, гальки, гравия или строительного мусора более 10% | 1950 |
| Супеси | |
| Легкие, пластичные без примесей | 1650 |
| Твердые без примесей, а также пластичные и твердые с примесью щебня, гальки, гравия или строительного мусора до 10% | 1650 |
| То же, с примесью до 30% | 1800 |
| То же, с примесью более 30% | 1850 |
| Торф | |
| Без древесных корней | 800…1000 |
| С древесными корнями толщиной до 30 мм | 850…1050 |
| То же, более 30 мм | 900…1200 |
| Трепел | |
| Слабый, низкой прочности | 1500 |
| Плотный, малопрочный | 1770 |
| Чернозёмы и каштановые грунты | |
| Твердые | 1200 |
| Мягкие, пластичные | 1300 |
| То же, с корнями кустарника и деревьев | 1300 |
| Щебень | |
| При размере частиц до 40 мм | 1750 |
| При размере частиц до 150 мм | 1950 |
| Шлаки | |
| Котельные, рыхлые | 700 |
| Котельные, слежавшиеся | 700 |
| Металлургические невыветрившиеся | 1500 |
| Прочие грунты | |
| Пемза | 1100 |
| Туф | 1100 |
| Дресвяной грунт | 1800 |
| Опока | 1900 |
| Дресва в коренном залегании (элювий) | 2000 |
| Гипс | 2200 |
| Бокситы плотные, средней прочности | 2600 |
| Мрамор прочный | 2700 |
| Ангидриты | 2900 |
| Кремень очень прочный | 3300 |
Плотность сухого (скелета) грунта – описание свойства и формула
Главная > Часто задаваемые вопросы > Свойства грунтов > Физические свойства грунтов > Плотность грунта > Плотность сухого (скелета) грунтаСкелетом грунта называют его твердую фазу, то есть все твердые минеральные частицы, входящие в его состав. Иначе его еще называют сухим состоянием материала.
Плотность скелета – это отношение между весом полностью высушенного грунта при температуре 105°С к его объему в природном, ненарушенном сложении. При определении этой характеристики не учитывается влага, поэтому показатель изменяется в узких пределах. Он также всегда ниже общей плотности.
Плотность скелета зависит от:
- Минерального состава грунта
- Сложения грунта (числа и качества пор)
Другие характеристики на показатель не влияют.
Плотность скелета высокая у скалы с низкой степенью выветривания. У этого материала она практически равна показателю твердой фазы. У глинистых грунтов характеристика бывает выше общей плотности, так как при высушивании объем материала резко уменьшается.
Определение плотности сухого грунта
Обозначается плотность скелета ρd. Измеряется она, как и другие виды плотности, в г/см3 или кг/м3.
В соответствии с ГОСТом 5180-2015 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик», показатель определяют прежде всего расчетным способом. Перед этим обязательно высчитывают влажность грунта и общую плотность при этой влажности. Затем полученные результаты подставляют в следующую формулу:
Показатель плотности скелета для грунтов природного сложения в естественном состоянии находится в пределах 1,3-1,6 г/см3. Меньшее значение соответствует грунтам с большой пористостью.
Для тех материалов, у которых не всегда можно определить плотность скелета при ненарушенной структуре, показатель высчитывают на воздушно-сухих образцах с нарушенным сложением при предельно-рыхлом или плотном состояниях. В первую очередь это касается песчаных грунтов.
Практическое значение плотности сухого грунта
Знание плотности сухого грунта дает представление, насколько сильно будет давать усадку грунт в высушенном состоянии. Характеристику важно определять, прежде всего, для глинистых материалов, чтобы понимать, как сильно они будут уплотняться в насыпных сооружениях. Показатель также помогает вычислить пористость материала, узнать об особенностях его сложения. Кроме того, по нему определяют коэффициенты уплотнения и пористости.
Обратим еще раз ваше внимание на тот факт, что плотность скелета грунта – стабильный показатель. Он почти не изменяется, так как не зависит от влажности. Благодаря тому, что на свойство оказывают влияние минеральный состав материала и его сложение, показатель дает представление о качестве грунта.
О других видах плотности грунтов вы можете прочитать в наших статьях:
Также рекомендуем к прочтению нашу статью о плотности грунтов в целом.
Плотность частиц — обзор
1,5 Секундное квантование для учета электронов
Электронные устройства в наномасштабе состоят из достаточно большого количества электронов, которые взаимодействуют, вызывая корреляционные эффекты на перенос электронов, которыми нельзя пренебречь, и эти эффекты нельзя скрыть под простое макроскопическое проявление (например, проводимость и подвижность). Любой надежный формализм для их описания должен охватывать рассмотрение многих тел, что обычно делается с помощью «вторичного квантования».По сути, он включает в себя операторы создания электронов ( c i † ) и операторы аннигиляции ( c i ), которые отслеживают количество электронов в состоянии системы. .
В этом разделе мы выбираем узлы решетки в качестве базисных состояний. Например, определим | a , b , c 〉 как состояние с a частиц на пространственном участке 1, b частиц на участке 2 и c частиц на участке 3.Здесь a , b и c равны 0 или 1 из-за принципа исключения Паули.
[1.45] c2 † abc = a, b + 1, c; c2 † a0c = a1c
означает, что c 2 † — это оператор создания, который добавляет один электрон к узлу 2, и:
[1.46] c1abc = a, −1, b, c; c11bc = 0bc
с c 1 — оператор аннигиляции, который вычитает один электрон из узла 1. Знаменитый принцип исключения Паули гласит, что нет двух электронов ( в общем фермионы) могут находиться в одном и том же состоянии.Это связано с тем, что фермионные состояния антисимметричны по отношению к обмену частицами. В нашем контексте это означает, что у нас не может быть двух или более электронов в одном узле. Следовательно, на любом сайте i :
[1,47] ci † ci † = 0; cici = 0
Фактически этот факт можно обобщить до
ci † cj † = ci † cj † + cj † ci † = 0
, что означает, что добавление двух электронов в противоположном порядке (что равносильно их замене местами) дает состояние с противоположным знаком. Аналогично, { c i , c j } = 0.Оператор c i † c i , однако, имеет особое значение: он означает количество электронов на сайте i . Рассмотрим влияние c 3 † c 3 на пространственной позиции 3. Если на позиции 3 нет электронов, c 3 † c 3 | a , b , 0〉 = c 3 † ( c 3 | a , b , 0〉) = 0, поскольку на участке 3 нечего уничтожать .Но c 3 † ( c 3 | a , b , 1〉) = c 3 † | a , b , 0〉 = + | а , б , 1〉. Таким образом, мы видим, что c 3 † c 3 — это оператор состояния системы с собственными значениями +1 или 0, в зависимости от того, присутствует ли электрон. В общем, оператор:
[1,48] N = ∑ici † ci
известен как числовой оператор, который считает общее количество электронов в системе.Вышеупомянутый метод, который отслеживает электроны в дискретных пространственных точках, особенно подходит для наноразмерных электронных систем, которые содержат дискретные части (например, полубесконечные контактные резервуары и центральную область конечного размера).
Мы покажем его связь с непрерывным пространственным формализмом, обычно используемым в физике многих тел конденсированных сред. Квантовое поле, связанное с электроном, равно:
[1,49] ψx = ∑kckϕkx; ψ † x = ∑kck † ϕk ∗ x
, где k — индекс импульса.В собственных состояниях импульса вместо состояний, помеченных сайтами, индекс i будет заменен переменными импульса k , q или p. Общее количество электронов в системе:
[1.50] ∫ψ † xψxdx = ∫∑kk′ck ′ † ϕk ′ ∗ xckϕkxdx = ∑kk′ck ′ † = ∑knk
Вышеупомянутая сумма всех электронов по их импульсным состояниям, что даст общее количество частиц N в системе. Это приводит к выводу, что:
[1.51] ψ † xψx = ρx
, который является оператором плотности частиц.В таблице 1.6 показаны тождества, связанные с использованием этих электронных операторов.
Таблица 1.6. Ниже приведен список полезных тождеств для вторично квантованных фермионных операторов
| Полезные тождества | |
|---|---|
| 1 | [ c j , n 5] j |
| 2 | c † jnj = −c † j |
| 3 | { c i , c 902 900 |
| 4 | c † ic † j = 0 |
| 5 | cic † j = δij |
| 6 | Все коммутации между электронными или числовыми операторами, обозначенными i , j , равны нулю. , д.g [ a i , b j ] = 0 |
Exercise 1.11
Нам часто необходимо оценивать коммутации операторов с участием более чем одного оператора создания / уничтожения.
- (1)
Подтвердите идентичность [ AB , C] = A [ B , C ] + [ A , C ] B .
- (2)
Получите аналогичную идентичность, включающую [A, BC ].
- (3)
Докажите идентичность Якоби [ A , [ B , C ]] + [ B , [ C , A ]] + [ C , [ A , B ]] = 0.
Обратите внимание, что [A, B] = AB — BA .
Упражнение 1.12
Показать [ n j n k , c j ] = — n 5 k c , где n j = c j † c j .
Решение
[ n j , n k , c j ] = n j c j — c j n j n k = — c06 j n k = — n k c j n j
00 4 — n k c j n j = n k c j 900 06 c j † c j = — n k (1 — c j 7 j ) = — n k c j
Оглядываясь назад, можно сказать, что физика многих тел началась с волновой функции многих тел, которая дает амплитуду вероятности нахождения N числа частицы в системе.Но найти явное решение для волновой функции многих тел — огромная задача. Это неудивительно, поскольку волновая функция — это амплитуда вероятности местонахождения всех частиц! Таким образом, функцию Грина, которая означает вероятность обнаружения частицы в месте r ′ в момент времени t ′ при условии, что она была обнаружена в точке r в момент времени t , вероятно, легче найти. Фактически функция Грина для частицы, даже при наличии взаимодействия из-за многих других частиц, удобнее и полезнее, чем волновая функция, особенно в отношении динамики электронов.Это основная мотивация тщательного использования функции Грина для понимания распространения и рассеяния электронов в наноразмерных устройствах. В теоретико-полевой физике конденсированного состояния функция Грина использовалась для изучения влияния взаимодействий на энергию, перенос электронов и т. Д. Таким образом, функция Грина также является естественным инструментом для включения физики многих тел в наноэлектронику. Особенно полезно учесть эффекты электрон-электронного и электрон-фононного рассеяния.В более поздних разработках, где изучаются дополнительные степени свободы (например, спинтроника, графеновая электроника), функция Грина обеспечивает платформу для включения спин-орбитальной связи и спин-спинового взаимодействия.
В наноэлектронике можно описывать динамику электронов только в зоне проводимости. Этот момент будет очевиден в многотельном описании, где:
[1.52] ψck † ckψ
действительно зависит от того, что такое вектор состояния многих тел. В наноэлектронике имеет смысл ограничить анализ одной полосой; например, | ψ = C 〉 относится только к зоне проводимости.Однако в более общем контексте | ψ = G 〉 — это основное состояние, которое представляет все заполненные состояния ниже уровня Ферми и все незанятые состояния над ним при нулевой температуре. Кроме того, оператор c k трансформирует электрон, находящийся выше уровня Ферми, в дырку, находящийся ниже уровня Ферми. Таким образом, 〈 G | c k † c k | G 〉 = 〈 G | n k | G 〉 всегда равен нулю, потому что в состоянии | G 〉 не будет ни электрона выше уровня Ферми, ни дырки ниже уровня Ферми:
[1.53] Gck † ckG = GnkeGθk − kF + GnkhGθkF − k
Поскольку | G 〉 — заполненное море Ферми при нулевой температуре:
[1.54] Gck † ckG = fT = 0θk − kF + 1 − fT = 0θkF − k = 0
В отличие от наноэлектроники, c k — оператор для электрона. Таким образом:
[1,55] Cck † ckC = CnkeC
Поскольку | G 〉 относится к состояниям выше уровня Ферми при конечной температуре:
[1,56] Cckck † C = fT ≠ 0θk − kF = θk − kF1 + expE − EFkT <1
Второквантованное представление измеримой величины в системе (например,грамм. импульс, спин, энергия) важны, когда нужно вывести функцию Грина для описания движения электрона в этой системе. Например, спиновый угловой момент во вторично квантованном виде равен:
[1,57] Sz2 = ∑kk′σσ′kσSzk′σ′ckσ † ck′σ ′
, где k — это импульс, а σ — импульс. спиновое квантовое число. Легко показать, что приведенное выше приводит к:
[1,58] Sz2 = ∑kckσ ↑ † ck ↑ −ck ↓ † ck ↓
Также важно отметить следующее соотношение для общей измеримой величины при вторичном квантовании:
[1.59] O2 = ∑kk′σσ′kσOνk′σ′ckσ † ck′σ ′ = ∫ψ † xOfψxdx
Прогнозирование плотности частиц почвы на основе содержания глины и органического вещества почвы
https://doi.org/10.1016/j. geoderma.2016.10.020Получить права и контентОсновные
- •
Содержание глины и ПОВ в данных калибровки повлияло на плотность частиц (P <0,0001).
- •
Частицы глины и песка + ила имеют плотность ~ 2,86 и ~ 2,65 Мг м — 3 соответственно.
- •
Плотность частиц почвы можно точно предсказать по содержанию глины и ПОВ.
Abstract
Плотность частиц почвы (Dp) является важным свойством почвы для расчета выражений пористости почвы. Однако многие исследования предполагают постоянное значение, обычно 2,65 Мг / м — 3 для пахотных минеральных почв. Существует несколько моделей для прогнозирования Dp по содержанию органического вещества (ПОВ) почвы. Мы предположили, что более точные прогнозы можно получить, включив содержание глины в почве в уравнения прогноза методом наименьших квадратов.Набор калибровочных данных с 79 образцами почвы из 16 мест в Дании, включающих как верхний, так и подпочвенный горизонты, был выбран из литературы. Простая линейная регрессия показала, что Dp частиц глины составляет приблизительно 2,86 Mg m — 3 , в то время как Dp частиц песка + ила может быть оценено как ~ 2,65 Mg m — 3 . Множественная линейная регрессия показала, что комбинация содержания глины и ПОВ может объяснить почти 92% вариации измеренного Dp. Уравнение прогноза глины и SOM было проверено на объединенном наборе данных с 227 образцами почвы, представляющими горизонты A, B и C из умеренных зон Северной Америки и Европы.Новое уравнение прогноза работает лучше, чем две литературные модели на основе SOM. Проверка новой модели глины и ПОВ с использованием 227 образцов почвы дала среднеквадратичную ошибку и среднюю ошибку 0,041 и + 0,013 Мг м — 3 , соответственно. Прогнозы были точными для всех уровней содержимого SOM в наборе данных проверки. Модель давала очень точные прогнозы для почв с содержанием глины ниже 0,3 кг кг — 1 , в то время как умеренное завышение прогноза наблюдалось для почв с очень высоким содержанием глины.Наконец, мы разработали криволинейную модель с улучшенной текстурой, которая будет полезна для прогнозирования Dp почв с высоким содержанием глины и, в частности, SOM.
Ключевые слова
Плотность частиц почвы
Органическое вещество почвы
Глина
Педотрансферная функция
Регрессия
Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)
Полный текст© 2016 Elsevier B.V. Все права защищены.
Рекомендуемые товары
Ссылки на статьи
Насыпная плотность | Почвы — Часть 2: Физические свойства почвы и грунтовых вод
Для нашей идеальной почвы половина ее составляет твердые частицы, а половина — поровое пространство.Используя наш пример объема 1 см 3 , идеальная почва будет иметь 0,5 см 3 порового пространства и 0,5 см 3 твердых частиц. Поровое пространство, заполненное воздухом, весит 0 г. Органические вещества составляют очень небольшую часть твердых веществ, поэтому обычно не учитываются в этих расчетах. Масса твердых минеральных веществ в сухом состоянии составляет 1,33 г, и определяется путем умножения плотности частиц на объем твердых веществ:
2,66 г / см 3 x 0,5 см 3 = 1,33 г
Таким образом, объемная плотность — это сухой вес почвы, деленный на ее объем:
1.33 г / 1 см 3 = 1,33 г / см 3
Для практики рассмотрим ящик с нетронутой почвой с поля. Коробка имеет размеры 2,5 см на 10 см на 10 см. Объем коробки можно определить, умножив высоту коробки на ее ширину и глубину. Влажный грунт в ящике весил 450 г. Сухая почва весила 375 г. Теперь рассчитайте насыпную плотность. Ваш ответ должен быть 1,5 г / см 3 . В этом расчете вам не нужно было использовать плотность частиц, потому что вес почвы в ящике был уже известен.
Наименьшая объемная плотность поверхностного слоя почвы весной сразу после оттаивания почвы и до начала полевых работ. При каждой полевой операции почва уплотняется под шинами. Если почвы более влажные, чем поля, объемная плотность может увеличиться. Однако, если почвы сухие, насыпная плотность не сильно пострадает. Рост корней, как правило, начинает ограничиваться, когда объемная плотность достигает 1,55–1,6 г / см 3 и запрещается при уровне около 1,8 г / см 3 . Обработка почвы может увеличить объемную плотность, если она разрушает агрегаты и позволяет почве плотнее уплотняться.Добавление органического материала снижает объемную плотность, поскольку органический материал имеет более низкую объемную плотность. Однако добавки обычно настолько малы по отношению к весу почвы, что не оказывают заметного влияния на объемную плотность, за исключением границы раздела почва-атмосфера. Насыпная плотность также важна, потому что она говорит нам о пористости почвы.
Плотность горных пород и грунтов
Термины тяжелый и легкий обычно используются двумя разными способами. Мы говорим о весе, когда говорим, что взрослый тяжелее ребенка.С другой стороны, когда мы говорим, что камень тяжелее почвы, имеется в виду еще кое-что. Небольшой камень, очевидно, будет весить меньше, чем целая комната земли, но камень тяжелее в том смысле, что камень определенного размера весит больше, чем образец почвы такого же размера. Фактически мы сравниваем массы на единицу объема , то есть плотность . Чтобы определить эти плотности, мы можем взвесить кубический сантиметр каждого образца. Если образец породы весил 2,71 г и грунт 1.20 г, мы могли бы описать плотность породы как 2,71 г / см –3 , а плотность почвы как 1,20 г / см –3 . Несмотря на то, что песок состоит из фрагментов породы, его плотность меньше, поскольку пористость песка снижает его объемную плотность (как показано ниже). (Обратите внимание, что отрицательный показатель степени в кубических сантиметрах указывает на обратную величину. Таким образом, 1 см –3 = 1 / см 3 , а единицы измерения плотности могут быть записаны как г / см 3 или г / см –3 .В каждом случае единицы читаются как граммы на кубический сантиметр, на указывают деление.) Мы часто сокращаем «см 3 » как «куб.см», а 1 см 3 = 1 мл по определению.
| Тип почвы | Плотность / г / см 3 |
|---|---|
| песок | 1,52 |
| супесь | 1.44 |
| суглинок | 1,36 |
| суглинок илистый | 1,28 |
| суглинок | 1,28 |
| глина | 1,20 |
| амфиболит | 2,79–3,14 |
| доломит | 2,72–2,84 |
| гнейс | 2,59–2,84 |
| известняк | 1.55–2.75 |
| мрамор | 2,67–2,75 |
| сланец | 2,73–3,19 |
| сланец | 2,06–2,67 |
| шифер | 2,72–2,84 |
| пирит | 5,0 |
| золото | 19,3 |
| Легко определить плотности многих других материалов. |
Таблицы плотности почвы и горных пород показывают, что плотность классических осадочных пород варьируется, потому что она увеличивается (под давлением покрывающих пород) по мере того, как породы постепенно погружаются.Процесс, называемый цементацией, при котором растворенные минералы заполняют пустоты, также снижает пористость и увеличивает плотность.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Частицы показаны черным, пустоты — синим. [1]Объемные плотности даны как для осадочных пород, так и для грунтов, поскольку осадочные породы обычно имеют переменные пористость. Объемная плотность включает как зерна, так и межузельные пространства. Плотность зерна — это фактическая плотность частиц, которые могут быть минералом.Насыпная плотность меньше плотности зерна составляющего минерала (или минеральной ассоциации), в зависимости от пористости. Например, песчаник (обычно кварцевый) имеет типичную насыпную плотность в сухом состоянии 2,0–2,6 г / см 3 с пористостью, которая может варьироваться от низкой до более 30 процентов. Плотность самого кварца 2,65 г / см 3 . Если бы пористость была равна нулю, насыпная плотность была бы равна плотности зерна.
Насыпную плотность образца почвы определяют путем взвешивания известного объема почвы, который обычно сушат путем нагревания.Среднюю плотность зерна почвы можно определить, наливая взвешенную пробу почвы в мерный цилиндр, содержащий достаточно воды, чтобы покрыть почву, и отмечая увеличение объема воды. Это объем зерен [2] . Пористость легко рассчитать по объемной плотности и плотности зерен [3] .
Как правило, нет необходимости взвешивать ровно 1 см. 3 материала, чтобы определить его плотность. Насыпная плотность — это мера веса почвы на единицу объема (г / куб.см), [4] обычно указывается в сушильном шкафу (110 ° C) (рисунок 1).Мы просто измеряем массу и объем и делим объем на массу:
\ [\ text {Density} = \ dfrac {\ text {mass}} {\ text {volume}} \]
или
\ [\ rho = \ dfrac {\ text {m}} {\ text {V}} \]
где ρ = плотность m = масса V = объем
Пример \ (\ PageIndex {1} \): расчет плотности
Рассчитайте плотность (а) куска породы массой 37,42 г, который при погружении увеличивает уровень воды в градуированном цилиндре на 13,9 мл; (б) образец керна горной породы, представляющий собой цилиндр массой 25.3} \]
Обратите внимание, что, в отличие от массы или объема, плотность вещества не зависит от размера образца. Таким образом, плотность — это свойство, по которому одно вещество можно отличить от другого. Образец породы в примере можно обрезать до любого желаемого объема или отрегулировать, чтобы получить любую выбранную нами массу, но его плотность всегда будет 2,70 г / см 3 при 20 ° C.
Таблицы и графики предназначены для предоставления максимального количества информации на минимальном пространстве. Когда речь идет о физической величине (число × единицы), повторять одни и те же единицы расточительно.{-3}} = 2,70 \]
Следовательно, столбец в таблице или ось графика удобно помечать в следующей форме:
\ [\ dfrac {\ text {Количество}} {\ text {units}} \]
Указывает единицы, которые необходимо разделить на количество, чтобы получить чистое число в таблице или на оси. Это было сделано во втором столбце таблиц плотности почвы и горных пород.
Преобразование плотностейВ нашем исследовании плотности обратите внимание, что химики могут выражать плотности по-разному в зависимости от предмета.Плотность чистых веществ может быть выражена в кг / м. 3 в некоторых журналах, которые настаивают на строгом соблюдении единиц СИ; плотность почвы может быть выражена в фунтах / фут 3 в некоторых сельскохозяйственных или геологических таблицах; плотность клетки может быть выражена в мг / мкл; и другие единицы широко используются. Легко преобразовать плотности из одного набора единиц в другой, умножив исходное количество на один или несколько коэффициентов единицы :
Пример \ (\ PageIndex {2} \): преобразование плотности
Преобразование плотности воды, 1 г / см 3 в (a) фунт / см 3 и (b) фунт / фут 3
а.3} \)
Примечание
Важно отметить, что мы использовали коэффициенты преобразования для преобразования одной единицы в другую для того же параметра .
Из ChemPRIME: 1.8: Плотность
Авторы и авторство
(PDF) Прогнозирование плотности частиц почвы на основе содержания глины и органических веществ в почве
0,45 кг кг
−1
, ME составляет 0,043 Mg m
−3
, что следует сравнить с заниженными прогнозами
в диапазон 0.073 до 0,096 Мг м
−3
для двух существующих моделей
(Таблица 3). Наблюдаемая МЭ для высокого содержания глины prob-
правильно отражает тот факт, что набор калибровочных данных не включал почвы с высоким содержанием глины
(Таблица 1). Мы предлагаем провести дальнейшие исследования
на основе других наборов данных, которые включают богатые глиной почвы, чтобы уточнить прогнозы
при высоком содержании глины.
The Rühlmann et al. (2006) нелинейная модель (ур.(1)) было разработано
на основе 170 почв из разных мест по всему миру. Кроме того, почвы
имели широкий диапазон содержания ПОВ. Рис. 3band4bs показывает недооценку
, которая увеличивается с увеличением содержания глины. Также
модель, описанная McBride et al. (2011) занижает прогноз Dp для большинства почв
. Здесь МЭ был особенно заметен для почв с высоким содержанием ПОВ
. Это ясно из Ур. (1) и (2), что две модели проверки
не смогут предоставить прогнозы выше, чем их интер-
cept членов, которые равны 2.684 и 2,646 Mg m
−3
для Rühlmann et al.
al. (2006) и McBride et al. (2011) соответственно. Это пример
равнины их плохие характеристики для почв с высоким содержанием глины, потому что глинистые минералы min-
обычно показывают высокие значения Dp.
Модели, учитывающие криволинейный характер Dp-SOM re-
lation, задокументированные Rühlmann et al. (2006) для почв с высоким содержанием SOM
могла бы работать лучше, чем линейная модель, установленная в этом исследовании
(уравнение.(10)). Можно учесть влияние содержания глины
в почве (уравнение (8)) в криволинейную модель (уравнение (1)):
Dp ¼SOMR
aþbSOMR
ðÞ
þ1þSOMR
ðÞ
cþdClayðÞ
−1
ð11Þ
где c и d — константы, 2,648 и 0,209 (уравнение (8)), соответственно. Мы
повторяем из уравнения. (1) что SOM
R
дан в кг кг
−1
почвы (т.е.е. SOM плюс
минералов почвы), а глина — в кг кг
−1
минералов почвы. Эта усовершенствованная модель tex-
Rühlmann работает явно лучше, чем модель
, включая только SOM (уравнение (1)). RMSE составляет 0,048 Mg m
-3
,
, что лишь немного выше, чем у линейной модели глины-SOM (уравнение
(10)). МЭ составляет -0,029 М г м
-3
, что означает, что все еще существует небольшое недооценка
(рис.3d). Интересно, что RMSE почти постоянна для содержания глины
(Таблица 3 и Рис. 4d). Кроме того, занижение прогноза уменьшает
с увеличением содержания глины (Таблица 3). Модель уха curvilin-
с усиленной текстурой (уравнение (11)) может, таким образом, работать лучше, чем линейная модель глины-SOM
(уравнение (10)) для почв с очень высоким содержанием глины и, в частности,
улар СОМ. С другой стороны, линейная модель глинистого ПОВ смогла достаточно хорошо предсказать
для почв с содержанием ПОВ до
~ 0.23 кг кг
−1
. Модель глина-SOM выигрывает от одновременного добавления
вклада от увеличения содержания глины и вычитания
уменьшения Dp, происходящего от увеличения содержания SOM. Отметим, что
с формулой. (10), на Dp примерно одинаково (~ 0,022 —
~ 0,024 Mg m
-3
) влияет изменение содержания глины на 10% и изменение содержания SOM на 1%
.
4. Выводы
Было высказано предположение, что модель прогнозирования для Dp будет работать
лучше, если будет включать содержание глины в почве в дополнение к содержанию ПОВ.Результаты этого исследования подтверждают эту гипотезу. Разработанный ПТФ
позволяет прогнозировать Dp для широкого диапазона почв с точностью около
или ± 0,04 мг · м
−3
. Для содержания глины в почве b0,3 кг кг
−1
, ME в прогнозе
близко к нулю, а RMSE составляет около 0,03 Mg m
−3
. Мы предлагаем
вариант криволинейной модели Rühlmann et al. С улучшенной текстурой.Модель
(2006) для прогнозирования Dp почв с высоким содержанием глины и
, в частности, SOM.
Ссылки
Болл, Британская Колумбия, Кэмпбелл Д.Дж., Хантер Е.А., 2000. Уплотняемость почвы в зависимости от физических и
органических свойств на 156 участках в Великобритании. Обработка почвы Res. 57, 83–91.
Билдерс, К.Л., Де Бакер, Л.В., Дельво, Б., 1990. Плотность частиц вулканических почв, измеренная с помощью газового пикнометра. Почвоведение. Soc. Являюсь. Дж.54, 822–826.
Блейк, Г. Р., Хартдж, К. Х., 1986. Плотность частиц. В кн .: Клютэ А. (Ред.) Методы анализа почв.
Часть 1. Физико-минералогические методы, 2-е изд. SSSA Book Ser. 5. ASA и SSSA,
Мэдисон, Висконсин, стр. 377–382.
Blanco-Canqui, H., Lal, R., Post, W.M., Izaurralde, R.C., Shipitalo, M.J., 2006. Органический углерод
влияет на плотность частиц почвы и реологические свойства. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 70,
1407–1414.
Хансен, Л., 1976. Типы почв на Датских государственных экспериментальных станциях (на датском языке с аннотацией En-
glish). Tidsskrift Planteavl 80, 742–758.
Якобсен, О.Х., 1989. Ненасыщенная гидропроводность для некоторых датских почв (на датском языке
с резюме на английском языке). Отчет № S2030 Датского института растений и почвоведения
, Копенгаген. http: //web.agr sci.dk/pub/S _beretning_2030_1989.pdf (62
стр.).
Джоосс, П.Дж., Макбрайд, Р.А., 2003.Оценка физического качества пластичных грунтов с различной минералогией
и пред-напряженной историей с использованием механических параметров: I. Испытания на сжатие насыщенных соединений
. Жестяная банка. J. Почвоведение. 83, 45–63.
Keller, T., Håkansson, I., 2010. Оценка исходной объемной плотности на основе размера частиц почвы
распределения и содержания органических веществ в почве. Геодермия 154, 398–406.
Keller, T., Lamandé, M., Schjønning, P., Dexter, A.R., 2011. Анализ сжатия грунта.
кривые, полученные при испытаниях на одноосное сжатие в замкнутом пространстве.Геодермия 163, 13–23.
Knott, J.F., Nuttle, W.K., Hemond, H.F., 1987. Гидрологические параметры солончакового торфа.
Hydrol. Процесс. 1, 211–220.
Катнер, М.Х., Нахтсхайм, К., Нетер, Дж., 2004. Прикладные модели линейной регрессии. McGraw-
Hill, Нью-Йорк.
McBride, R.A., Slessor, R.L., Joosse, P.J., 2011. Оценка плотности частиц по данным инвентаризации почвы в низинах озера Эри. Горизонты исследования почвы 52, 94–98.
Макбрайд, Р.A., Slessor, R.L., Joosse, P.J., 2012. Оценка плотности частиц глинистых почв
с различной минералогией. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 76, 569–574.
Menard, S.W., 1995. Прикладной логистический регрессионный анализ. 438. Публикации Sage.
Мёберг, Дж. П., Петерсен, Л., Расмуссен, К., 1988. Составляющие некоторых широко распространенных
почв в Дании. Геодерма 42, 295–316.
Роджерсон П.А., 2001. Статистические методы для географии. Издательство Sage.
Рюльманн, Дж., Коршенс, М., Грефе, Дж., 2006. Новый подход к расчету плотности частиц почвы с учетом свойств органического вещества почвы и минеральной матрицы.
Geoderma 130, 272–283.
Schjønning, P., Lamandé, M., Berisso, FE, Simojoki, A., Alakukku, L., Andreasen, RR, 2013.
Распространение газа, воздухопроницаемость не по Дарси и изображения компьютерной томографии
глинистый грунт, подвергнутый уплотнению. Почвоведение. Soc. Являюсь. J. 77, 1977–1990.
Таблица 3
Средняя ошибка (ME) и среднеквадратичная ошибка (RMSE) (Mg m
−3
) для прогнозов Dp, предоставленных для почв с различным содержанием глины с помощью новой модели глины и SOM (уравнение. (10)), модель
Rühlmann et al. (2006) модель (уравнение (1)) theMcBride et al. (2011) (уравнение (2)) и модель Рюльмана с усиленной текстурой (уравнение (11)).
Содержание глины (кг кг
−1
) n ME RMSE
Ур. (10) Ур. (1) Ур. (2) Ур. (11) Ур.(10) Ур. (1) Ур. (2) Ур. (11)
b0.15 58 −0,008 −0,022 −0,048 −0,038 0,029 0,036 0,055 0,047
0,15–0,30 77 + 0,002 −0,052 −0,075 −0,041 0,037 0,066 0,086 0,059
0,30–0,45 53 + 0,029 −0,052 — 0,077 -0,016 0,045 0,062 0,089 0,038
N0,45 39 + 0,043 -0,073 -0,096 -0,007 0,055 0,081 0,102 0,040
Все данные 227 +0,013 -0,048 -0,072 -0,029 0,041 0,062 0,083 0,048
87P. Schjønning et al. / Geoderma 286 (2017) 83–87
Влияние формы и размера частиц на минимальный коэффициент пустотности песка
Минимальный коэффициент пустотности является важным параметром для оценки свойств почвы.Это тесно связано с характеристиками сжатия, проницаемостью и прочностью почвы на сдвиг, а также зависит от распределения частиц по размеру и формы частиц. Однако существующие исследования в основном сосредоточены на моделировании минимального коэффициента пустотности с учетом гранулометрического состава, игнорируя влияние формы частиц на минимальное соотношение пустот. В этой статье анализируется влияние гранулометрического состава и формы частиц на минимальный коэффициент пустотности с использованием четырех типов песка и альтернативных материалов.Эксперименты показали, что минимальный коэффициент пустотности сначала уменьшался, а затем увеличивался с увеличением содержания мелких частиц. Минимальный коэффициент пустотности достиг минимального значения, когда доля содержания мелких частиц составляла приблизительно 40%. Чем более неправильной формы частицы, тем сложнее контакт между частицами, тем больше пустот между частицами и тем больше минимальный коэффициент пустот. На основе экспериментальных данных была получена реляционная модель между минимальным значением минимального коэффициента пустотности и соотношением размеров частиц с бинарными смесями частиц различных размеров и форм.Эта предложенная модель требовала только одного параметра T , который был тесно связан со сферичностью частиц, чтобы предсказать минимальное значение минимального коэффициента пустотности при различном содержании мелочи. Результаты эксперимента показали, что прогнозируемое значение было очень близко к фактическому измеренному значению.
1. Введение
Гранулированный грунт представляет собой смесь частиц разного размера, и гранулометрический состав контролирует структурную форму почвы, которая влияет на механические свойства почвы (например,г., [1–5]). Распределение частиц по размерам широко используется в промышленных производствах, таких как бетонные смеси [6], обработка керамики [7] и порошковая металлургия [8]. В качестве важного параметра, отражающего гранулометрический состав грунта в инженерно-геологических изысканиях, минимальный коэффициент пустот ( e мин ) тесно связан с характеристиками сжатия, проницаемостью и прочностью грунта на сдвиг.
Принято считать, что содержание мелких частиц является основным фактором, влияющим на e min [9–14].Кезди [15] предложил аналитический метод оценки e min смеси частиц двух размеров, но этот метод подходит только для наполнителей с очень маленькими частицами.
Кубриновски и Исихара [16] предложили набор эмпирических уравнений для влияния содержания мелких частиц на e min путем анализа большого количества данных испытаний для ила. Chang et al. [17–19] создали модель только с двумя параметрами для прогнозирования e min песчано-иловых смесей с преобладающей сетчатой структурой частиц.Эта модель отражает тесную корреляцию между размером частиц и e min . Модель Фурнаса [20] подходит только для оценки плотности упаковки бинарных порошковых компактов, и она еще не исследовалась для использования с плотностью упаковки песчано-иловых смесей с различными размерами частиц.
Принято считать, что еще одним важным фактором является форма частиц, которая влияет на коэффициент e мин и, таким образом, влияет на сопротивление сдвигу гранулированных грунтов.Используя испытание на трехосное сжатие распыленного порошка нержавеющей стали, Shinohara et al. [21] обнаружили, что угол внутреннего трения увеличивается с увеличением угла кромки зерна и начальной компактности. Ashmawy et al. [22] проанализировали влияние формы частиц на разжижение с помощью недренированного испытания с возвратно-поступательной нагрузкой. Саллам и Ашмави [23] использовали метод дискретных элементов для моделирования зависимости напряжения от деформации узлов плоских и узких элементов различной формы, и они указали, что угол дилатансии также в значительной степени ограничен формой частиц.Различные формы частиц могут значительно изменить целостность и сопротивление сдвигу зернистых грунтов [24–28]. Cho et al. [10] и Cherif Taiba et al. [29] уже предположили, что увеличение неоднородности частиц вызывает уменьшение жесткости, но повышенную чувствительность к состоянию напряжения.
Ученые в основном изучали влияние гранулометрического состава на e min почв и предложили соответствующие аналитические методы для прогнозирования e min для почвенных смесей.Однако проведено очень мало исследований влияния формы частиц на e min . Чтобы лучше изучить закон распределения e min , были выбраны четыре типа песка разного происхождения, а в качестве альтернативных материалов были введены стальные шарики [11] и частицы стальных цилиндров для дальнейшего анализа влияния формы частиц и гранулометрический состав на e min .
2. Методика и условия эксперимента
2.1. Песок, использованный для экспериментальных испытаний
Песок, использованный в эксперименте, был четырех разных источников: песок реки Нанкин (сокращенно NS), песок озера Дунтин (DS), горный песок Ичжэн (YS) и стандартный песок Фуцзянь (FS). ). Свойства этих типов песка представлены в таблице 1. Градационные кривые для четырех типов исходного песка до и после испытания на уплотнение показаны на рисунке 1. Размеры зерен варьировались от 0,075 мм до 5 мм.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Примечание . C u =, C C = и G s : удельный вес твердых частиц. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.2. Параметры формы четырех типов исходного песка
Чтобы принять во внимание влияние формы частиц, большое количество типичных частиц четырех типов исходного песка было сфотографировано с помощью микроскопа Dino-Lite, а затем двумерным изображения были преобразованы в двоичную форму с помощью Photoshop.Бинаризованные изображения были проанализированы с помощью Image-ProPlus для получения основных параметров формы частиц, таких как длина L и ширина B . Вторичные параметры формы, такие как плоскостность, сферичность и угловатость, были рассчитаны с использованием первичных параметров [30, 31]. Математические выражения и физические значения параметров вторичной формы перечислены в таблице 2.
| |||||||||||||||||||||
Двумерное микроскопическое изображение DS группы зерен 0,5–1 мм показано на рисунке 2 (a), а изображение после бинаризации показано на рисунке 2 (b ). Вторичные параметры формы четырех типов экспериментального песка приведены в Таблице 3.