Расчет коэффициента фильтрации песка эксель
Коэффициент фильтрации обозначает скорость, с которой жидкость проходит через почву; он равен скорости прохождения жидкости при единичном напоре, а измеряется в метрах за сутки. Обычно при расчетах применяют пометку К10, то есть КФ жидкости при десяти градусах по Цельсию.
Чаще всего рассчитывают коэффициент фильтрации при работах в области дорожного и аэродромного строительства, при установке дренажа, ведь КФ должен составлять минимум один или два метра в сутки.
Итоговая величина покажет расстояние, которое жидкость пройдет сквозь определенный слой песка за день. Если показатель будет меньше единицы, значит, песок не очень качественный.
ГОСТ, регламентирующий расчет коэффициента фильтрации песка
Для определения коэффициента фильтрации применяют методы, описанные в ГОСТ 25584-2016. Думаю, об основных моментах проведения этой процедуры стоит рассказать подробнее.
От чего зависит показатель фильтрации
Коэффициент фильтрации песка является одним из решающих факторов при оценке его качества и проникающей способности. В зависимости от отрасли и цели выбирают вид песка, поэтому данный показатель очень важен.
Если он будет максимальным, значит, песок почти идеально чистый, то есть без примесей и глины: если песчинки будут большими, а в составе не будет примесей, то он будет не таким прочным, что, бесспорно, является значительным преимуществом. Если песок относится к такому типу, то жидкость будет проходить без каких-либо трудностей. Благодаря этому можно использовать цементный раствор при масштабной стройке.
Если этот коэффициент будет слишком низким, то есть материал содержит глину и большие песчинки, то водонепроницаемость повышается, и вода будет плохо проходить через глину. Такой песок является прочным, в связи с чем используется лишь в узких сферах. Это связано именно с водой, так как она применяется для создания всех растворов, а из-за глины и прочих частичек она плохо проходит.
Характеристики
Коэффициент проникновения воды за сутки у карьерного песка может колебаться в пределах от полуметра до семи метров за сутки, но этот коэффициент средний, в связи с чем подобный песок непригоден для крупного строительства.
Большую ценность представляет намытый песок, который очищают под напором воды. Таким нехитрым способом из него вымывают всю глину и примеси. Коэффициент фильтрации может колебаться в пределах от пяти до двадцати метров в сутки.
Размер песчинок обычно не превышает два с половиной миллиметра. Этот песок обычно используют в работе, когда наличие глины строго противопоказано.
Для ремонта и отделочных работ стоит выбирать песок размером до двух миллиметров. Он пропускает от одного до десяти метров за двадцать четыре часа.
Конечно же, эти факторы отражаются на цене песка.
Оборудование для определения коэффициента фильтрации песка в лаборатории
Стоит взять четыреста пятьдесят граммов песка, который просеяли через сито с пятимиллиметровыми отверстиями. Потом песок увлажняют и держат в эликсаторе как минимум два часа. Количество жидкости, которое нужно для увлажнения почвы до нормальной влажности, высчитывают по формуле:
После из пробы, которая была подготовлена для определения коэффициента фильтрации песка влажного грунта, необходимо отобрать навеску массой m1. Для величины навески так же необходимо использовать формулу:
Навеску необходимо разделить на три части и последовательно уложить в трубку фильтрационного прибора. Каждую часть необходимо тщательно уплотнить с помощью трамбовки. Для этого делают сорок ударов груза с высоты в тридцать сантиметров. При укладке новой порции старую необходимо разрыхлить ножом на пару сантиметров. Расстояние от верхнего края трубки до поверхности уплотненного грунта обычно измеряют линейкой как минимум в четырех точках.
Обычно расстояние составляет десять сантиметров плюс-минус один миллиметр. На поверхность грунта необходимо уложить слой гравия с границей до пяти миллиметров. Этот слой должен быть до десяти миллиметров. Трубку с грунтом нужно установить на подставку и поместить это все в стакан, который впоследствии необходимо доверху наполнить водой. Стакан помещают в емкость для воды, слой который должен быть выше гравия на полтора миллиметра. Как только вода в трубке появится над гравием, необходимо добить жидкость в верхнюю часть трубки приблизительно на треть. После этого стакан с трубкой необходимо достать и поставить на поддон. В подобной ситуации градиент напора воды будет равен одному.
Метод определения коэффициента фильтрации песка
В трубку необходимо налить воды на пять миллиметров выше нулевого деления. Когда вода будет вытекать сквозь перфорированное дно, необходимо зафиксировать уровень воды в пьезометре на отметке пятьдесят миллиметров. Повторить это действие необходимо как минимум четыре раза, постоянно доливая воду на пять миллиметров выше отметки нулевого падения. Также необходимо, используя секундомер, учитывать среднее время падения уровня жидкости. Если время падения будет превышать десять минут, то испытания можно проводить даже при начальном градиенте напора, который будет равен двум. При этом действии трубку с подставкой необходимо вынуть из стакана и поставить на поддон. Главное, чтобы во время испытания уровень воды в трубке не оказался ниже гравия.
Важно, чтобы разность между плотностью сухого грунта и максимальной плотностью не была выше 0,02 грамма на кубический сантиметр. В ином случае это испытание придется повторить.
Расчет коэффициента фильтрации песка
Песок в виде смесей - независимо от того, сухими они будут или мокрыми - используют в разных отраслях строительства. С его помощью возводят жилье, стратегические конструкции, используют в дорожном строительстве, делают фундаменты и прочее. При выборе обращают внимание на его фракцию, степень очистки, модуль крупности, глинистые примеси, объемную массу и коэффициент фильтрации. У каждого вида песка коэффициент фильтрации отличается.
Это позволит оценить его водопроницаемость. При этом скорость прохождения воды сквозь песок определяют благодаря гидравлическому градиенту со значением в 1. В результате изменений видно расстояние, которое жидкость прошла за сутки, то есть плотность песка.
КФ определяет не только проникающую способность песка, но и его качество. Минимальная пропускная способность коэффициента фильтрации равна нулю. По его значению определяют объем примесей глины и то, в каких отраслях можно использовать этот песок. Именно от качества песка будет зависеть прочность бетона или цементно-песчаной конструкции. Самый большой коэффициент у крупнозернистого, так как в нем много воздуха, и вода очень быстро, без каких-либо проблем проходит сквозь песок.
В карьерном песке много глины, пыли и прочих примесей, поэтому вода проходит максимум на семь метров за сутки. Так как примеси слишком сильно задерживают скорость прохождения жидкости, такой песок очень редко используют для приготовления цемента или растворов на основе цемента.
После очищения его с помощью воды коэффициент фильтрации значительно возрастает, а размер средних фракций составит полтора миллиметра. Такой уже определенно можно использовать для приготовления бетона и песчано-цементных смесей.
Совсем мелкий песок с пропускной способность до десяти метров в сутки подходит для создания сухих строительных смесей, вроде штукатурных. Если в мелкофракционном будут какие-либо примеси, то его КФ заметно снизится.
Достаточно высокий КФ у крупнозернистого песка. У него максимальная водопроницаемость, ведь между крупными песчинками очень много воздуха, и сквозь него вода протекает почти свободно.
Кф помогает определить основные параметры песка. Высокая водопроницаемость говорит о том, что песок чистый и его смело можно использовать в строительстве, ведь именно от качества песка зависит надежность всей будущей конструкции и срок эксплуатации объекта.
Для расчета КФ необходим секундомер или хронометр, электронные весы и прибор Кф-00М, в состав которого входит:
- стеклянный резервуар;
- муфта и стальные сетки для фильтрации жидкости;
- фильтрационная трубка более десяти сантиметров в высоту и диаметром минимум 5,65 см. Там обязательно должно быть дно с перфорационными отверстиями для жидкости.
Коэффициент фильтрации песка для дорожного строительства
Как было сказано ранее, коэффициент фильтрации — это показатель прохождения жидкости через его слой. Измеряют этот показатель в метрах в сутки. Если показатель будет меньше одного, то песок будет недостаточно хорошего качества, поэтому для строительства он непригоден, но вполне подойдет для дорожных работ и выполнения других задач.
Чаще всего используют речной или карьерный песок. Тем не менее свойства песка могут меняться в зависимости от условий, поэтому во время строительства дорог на подобные нюансы всегда обращают внимание.
Песок для частей дорог выбирают в зависимости от особенностей сооружения. Песок засыпают в песчано-гравийную подушку дорожного полотна, чтобы повысить амортизацию и дренаж. Нередко накладывают и дополнительный слой песка, чтобы компенсировать механические нагрузки при смене температур и отводить влагу в нижние слои. Часто его засыпают и в боковые дренажные каналы для отвода воды. Также его применяют для создания асфальто-бетонного основания.
Модуль крупности и чистота песка
Модуль крупности песка для дороги — очень важный показатель, так как именно от него будут зависеть основные свойства дренажа и подушки. Обычно используют речной песок с размером зерен до двух целых двух десятых миллиметров, его обычно относят к среднему классу. Мелкие фракции принято использовать для растворов с бетоном, а крупные — при отсыпке оснований. Песок второго класса идеально подходят для дорожного строительства.
Использование песка для фильтрации
Песок часто используют для фильтрации жидкостей, так как это один из самых лучших природных фильтров. В зависимости от ситуации, песок может очищать источник от нежелательных включений и улучшить их органолептические свойства или загрязнить жидкость примесями, которые находятся в пласте. На результат влияет множество факторов.
Для фильтрации используют много видов песка: кварцевые, стеклянные, синтетические, которые получают при обработке пемзы, и так далее. Песчаные засыпки используют не только для технических и питьевых целей. Благодаря песку очищаются стоки, нередко даже от нефтепродуктов.
Преимущества и недостатки фильтров на основе песка
Фильтры, в которых используют песчаную засыпку, предельно простые, совершенно неприхотливые и недорогие. Преимуществ у них довольно много. Грязеемкость на высшем уровне, а скорость фильтрации достаточно быстрая. Песок можно использовать снова после регенерации обратной промывки. Этот метод подходит для очистки большого количества воды. Использовать песчаную засыпку можно на протяжении 3-х лет. Фильтрация происходит равномерно, к тому же нет тоннельного эффекта. Материал для засыпания стоит очень мало.
Но не все так гладко, даже у этого метода есть свои недостатки. И вот основной из них: частая регенерация засыпки, в связи с чем увеличивается расход воды и время.
Чтобы эффективность работы была как можно выше, обычно используют песок разной зернистости. Если использовать легкие искусственные материалы, для взрыхления которых требуется меньшее давление, то регенерация будет происходить намного быстрее. У кварцевого плотность больше, чем у остальных видов, поэтому чаще всего его используют как подложку в насыпных фильтрах, чтобы более легкий фильтрующий материал не выносился.
Заключение
Чаще всего используют озерный или карьерный песок. При этом если он будет только с карьера, то область его применения будет не слишком широка, но после очистки она значительно возрастает, как и КФ.Песок используют фактически во всех отраслях строительства, хотя его применение будет зависеть от вида. Одни подходят для строительства, другие для бетонных конструкций, штукатурки и растворов.
Также различные виды песка используют в фильтрах и других очистных сооружениях.
Строительная лаборатория ООО “Бюро “Строительные исследования” занимается испытаниями конструкций и материалов в Санкт-Петербурге и Москве
Основная специализация лаборатории:
Бесплатно вызвать лаборанта на объект или задать вопрос эксперту можно:
1. Заполнив форму на нашем сайте 2. По телефонам:
3. Написать нам на почту
4. А также в комментариях к публикации.
Подписывайтесь на наши социальные сети и YouTube канал, там много интересной информации и лайфхаков.
Коэффициент фильтрации грунта Кф –это скорость прохождения воды через грунт. Коэффициент фильтрации песка Кф численно равен скорости прохождения воды через песок при единичном напоре и измеряется в метрах за сутки. В расчетах часто используют К10 – коэффициент фильтрации приведенный к температуре воды 10 °С.
На практике определение коэффициента фильтрации наиболее востребовано в дорожном и аэродромном строительстве при устройстве дренирующих слоев из песчаных грунтов, так как значение коэффициента фильтрации используемых грунтов должно находиться в пределах 1-2 м/сутки.
Для определения коэффициента фильтрации грунтов и, в частности, коэффициента фильтрации песка используют методы, изложенные в ГОСТ 25584-2016. Рассмотрим основные моменты проведения данного анализа.
В нашей лаборатории в основном работают с песками, используемыми для строительства дорог, поэтому дальнейшее изложение материала будет относиться к данной группе грунтов.
Определение коэффициента фильтрации начинается с определения еще двух характеристик песчаного грунта, а именно, максимальной плотности и оптимальной влажности в соответствии с ГОСТ 22733-2016. Для проведения испытания по определению данных характеристик используют прибор СОЮЗДОРНИИ, схематично изображенный ниже.
1 - поддон; 2 - разъемная форма; 3 - зажимное кольцо; 4 - насадка; 5 - наковальня; 6 - груз массой 2,5 кг; 7 - направляющая штанга; 8 - ограничительное кольцо; 9 - зажимные винты; 10 - образец грунта
Порядок проведения испытания
Отбирают пробу весом 2500г из предварительно просушенного и просеянного через сито 5мм песка.
Рассчитывают количество воды Q, г, для доувлажнения отобранной пробы до влажности первого испытания по формуле:
Где mp - масса отобранной пробы, г;
wg - влажность просеянного грунта в воздушно-сухом состоянии, %;
w1 - влажность грунта для первого испытания, для мелких и пылеватых песков принимается равной 6 %.
В отобранную пробу грунта вводят рассчитанное количество воды за несколько приемов, перемешивая грунт металлическим шпателем. Затем переносят пробу грунта из чашки в эксикатор или плотно закрываемый сосуд и выдерживают ее при комнатной температуре не менее 2 ч для песчаных несвязанныхгрунтов.
Далее переносят пробу из эксикатора в металлическую чашку и тщательно перемешивают;
- загружают в собранную форму из пробы слой грунта толщиной 50-60 мм и слегка уплотняют рукой его поверхность. Проводят уплотнение 40 ударами груза по наковальне с высоты 300 мм, зафиксированной на направляющей штанге. Аналогичную операцию проводят с каждым из трех слоев грунта, последовательно загружаемых в форму. Перед загрузкой второго и третьего слоев поверхность предыдущего уплотненного слоя взрыхляют ножом на глубину 1-2 мм. Перед укладкой третьего слоя на форму устанавливают насадку;
- после уплотнения третьего слоя снимают насадку и срезают выступающую часть грунта заподлицо с торцом формы. Толщина выступающего слоя срезаемого грунта должна быть не более 10 мм.
Образующиеся после зачистки поверхности образца углубления вследствие выпадения крупных частиц заполняют вручную грунтом из оставшейся части отобранной пробы и выравнивают ножом.
Взвешивают цилиндрическую часть формы с уплотненным грунтом mi и вычисляют плотность грунта ρi по формуле:
Где mc - масса цилиндрической части формы без грунта, г;
mi - масса цилиндрической части формы с уплотненным грунтом, г;
V – объем формы равный 400 см 3 .
Извлекают из цилиндрической части формы уплотненный образец грунта. При этом из верхней, средней и нижней частей образца отбирают пробы для определения влажности грунта wi
При каждом последующем испытании влажность грунта следует увеличивать на 1%-2%, при этом необходимое количество воды для доувлажнения рассчитывается по формуле (1), где wg , и w1 влажности при предыдущем и очередном испытаниях соответственно.
Испытание считают законченным, когда с повышением влажности пробы при последующих двух испытаниях происходит последовательное уменьшение значений массы и плотности уплотняемого образца грунта, а также когда при ударах грузом происходит отжатие воды или выделение разжиженного грунта через соединения формы.
По результатам испытания строят график ρ(w).
Ниже приведен пример графика для песчаных грунтов.
По построенному графику определяют максимальную плотность и оптимальную влажность. Зная эти характеристики, переходят к непосредственному определению коэффициента фильтрации.
Для проведения испытания используют прибор ПКФ, схема которого приведена ниже
а также трамбовку
Порядок проведения испытания
- песок и воду, предназначенные для определения коэффициента фильтрации, выдерживают в лаборатории до выравнивания их температуры с температурой воздуха;
- песок просушивают до воздушно-сухого состояния;
- просеивают через сито с отверстиями 5 мм и определяют его гигроскопическую влажность по ГОСТ 5180;
- отбирают в фарфоровую чашку пробу песка методом квартования массой не менее 450 г;
- увлажняют с помощью мерного цилиндра отобранную пробу до оптимальной влажности и выдерживают ее в эксикаторе с водой не менее 2 ч.
Из подготовленной пробы влажного грунта отбирают навеску массой m1 для помещения в фильтрационную трубку прибора и навеску для контрольного определения фактической влажности грунта по ГОСТ 5180.
Массу m1 вычисляют по формуле,
где ρmax – максимальная плотность песка, определенная ранее;
w0 – оптимальная влажность, определенная ранее;
V – объем грунта в трубке, для ПКФ = 200 см 3 .
Подготовку прибора к проведению испытания производят в следующем порядке:
- съемное перфорированное дно 6 с латунной сеткой 5, покрытой кружком высокопористого материала, смоченного водой, крепят к трубке 3 и ставят ее на жесткое массивное основание;
- навеску влажного грунта массой m1 делят на три порции и последовательно укладывают их в трубку, уплотняя каждую из них с помощью трамбовки, проводя по 40 ударов груза с высоты 300 мм; перед укладкой каждой порции поверхность предыдущей уплотненной порции взрыхляют ножом на глубину 1-2 мм;
- измеряют линейкой расстояние от верхнего края трубки до поверхности уплотненного грунта; измерения проводят не менее чем в трех точках; в расчет принимают среднее значение. (При высоте образца грунта 1 в трубке более 100 мм проводят дополнительное уплотнение, которое заканчивают при высоте образца (100±1) мм.)
- укладывают на поверхность грунта слой гравия (фракция 2-5 мм) толщиной 5-10 мм;
- устанавливают трубку с грунтом на подставку 7 и вместе с ней помещают в стакан 4, который постепенно наполняют водой до верха;
- помещают стакан с трубкой в емкость для воды и заполняют ее до уровня выше слоя гравия на 10-15 мм, после появления воды в трубке над слоем гравия доливают водой верхнюю часть трубки примерно на 1/3 ее высоты;
- извлекают стакан с трубкой из емкости и устанавливают его на поддон 8.
Испытание проводят в следующем порядке:
- доливают водой трубку не менее чем на 5 мм выше нулевого деления;
- дожидаются снижения уровня воды в пьезометре 2 до отметки "0" и включают секундомер;
- фиксируют время снижения уровня воды в пьезометре до отметок 10, 20, 30, 40 и 50 мм.
При времени падения уровня воды до отметки 50 мм более 10 мин допускается проводить испытание при большем значении начального градиента напора. В этом случае трубку с подставкой извлекают из стакана и ставят непосредственно на поддон. Начальную высоту уровня воды Н0 при этом принимают равным 20см.
По результатам испытания строят график , на котором на оси Y откладывают величину C*t, а по оси X величину ln(H0/(H0-S)), где
Н0 - начальная высота уровня воды в пьезометре, см; отсчитывается от уровня слива воды;
S - снижение уровня воды в пьезометре, см;
t - время, за которое произошло снижение уровня воды на значение S, сек;
С – постоянная прибора ПКФ (в нашем случае 0,1).
Ниже приведен пример графика.
Опытные точки на графике должны наложиться на прямую линию, выходящую из начала координат, что является показателем корректности проведения испытания.
По построенному графику определяют коэффициент фильтрации (см/сек) по формуле:
Коэффициент фильтрации приведенный к температуре воды 10 °С - К10 вычисляют по формуле.
где Тф – фактическая температура воды при испытаниях, °С;
К – рассчитанный коэффициент фильтрации, см/сек.
Показателем водопроницаемости служит коэффициент фильтрации пород (kф, м/сут, см/сек), являющийся скоростной величиной. Это важнейшая характеристика грунта, которая показывает способность его пропускать через себя воду, зависит от размеров пустот и трещин.
Вычисление коэффициента фильтрации по эмпирическим формулам основано на использовании данных гранулометрического состава песков, его пористости вязкости воды и других показателей, влияющих на его величину.
По результатам механического анализа грунта, представленным в таблице 3, строится график гранулометрического состава в полулогарифмическом масштабе (рисунок 8).Для того чтобы нанести на логарифмическую сетку результаты мехсостава, по оси абсцисс откладываем логарифмы диаметров частиц, а по оси ординат – процентные содержания фракций по их совокупности. Затем полученные точки соединяем кривой линией и получаем интегральную кривую.
По построенной кривой определяем диаметры частиц, соответствующие 10 и 60%-ому содержанию от суммы всех частиц, первый из них называется эффективным диаметром (d10 =dе) – диаметр, меньше которого в неоднородной породе содержится 10%.
Для нахожденияdе проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой гранулометрического состава. Затем опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и отмечаем значение эффективного диаметра. Аналогичным путем устанавливаем значение d60. Эти диаметры используются для определения коэффициента неоднородности, который рассчитывается по формуле:
Чем ближе Кнк единице, тем более однороден грунт по размеру слагающих его частиц. ПриКн< 5 – порода является однородной, если Кн> 5 – порода неоднородная.
По установленным параметрам песчаного грунта и пористости можно приближенно рассчитать коэффициент фильтрации для рыхлых не связных пород, пользуясь формулой Хазена, если dеот 0,1 до 3,0 мм иКн от 1 до 5.
kф = С ∙ dе 2 ∙ (0,7 + 0,03∙t), м/сут, (3)
где kф- коэффициент фильтрации, м/сут;
dе- эффективный диаметр песчаного грунта, определяется по графику гранулометрического состава, dе = d10, мм;
t – температура фильтрующейся воды;
(0,7+0,03∙t) – температурная поправка, учитывающая влияние температуры на вязкость воды и скорость ее фильтрации через грунт;
С – эмпирический коэффициент, изменяющийся от 400 (глинистый песок) до 1200 (чистый песок), вычисляется по формуле Ланге:
С = 400 + 40∙(п – пmin), (4)
где п - естественная пористость песка,%
пmin-теоретическая минимальная пористость песка, равна 26,2%.
Образец 1: Кн1= 0,95/0,25= 3,8 – песок однородный
С=400 + 40 (32,6-26,2)= 656
kф1=656×0,25 2 ×(0,7+ 0,03×17)= 49,61 м/сут
Образец 2: Кн1 =0,25/0,07= 3,57 – песок однородный
С=400 + 40 (31,2-26,2)= 600
kф2 =600×0,07 2 ×(0,7+ 0,03×12)= 3,12 м/сут
kфср=(49,61+ 3,12)/2=26,36 м/сут
6.1.2. Определение класса песчаного грунта
Класс грунта может быть определен на основании существующей классификации по ГОСТ 25100-95.
Для установления наименования грунта следует последовательно суммируем проценты содержания частиц от крупных к мелким, принимая наименование грунта по первому удовлетворяющему показателю (таблица 4).
Таблица 4 – Классификация песчаных грунтов по ГОСТ 25100-95
Разновидность грунтов | Размер зерен, частиц, d, мм | Содержание зерен, частиц, % по массе |
Пески: | ||
Гравелистый | >2 | > 25 |
Крупный | > 0,50 | > 50 |
Средней крупности | > 0,25 | > 50 |
Мелкий | > 0,10 | ≥ 75 |
Пылеватый | >0,10 | < 75 |
Образец 1 – песок крупный, образец 2 – песок средней крупности
По вычисленным значениям kф и классу грунта проверяем разновидность основных литологических разностей (таблица 5).
Химическая формула речного песка – SiO2 – 98%, остальное – AI2O3 (оксид алюминия) и Fe2O3 (оксид железа). Основной составляющей песка является диоксид кремния. Это формула кварцевого песка, и от нее всегда отталкиваются, делая расчеты при проведении строительно-ремонтных работ, направленные на составление пропорций цементно-песчаного или бетонного растворов. Кварцевый песок, особенно речной, имеет наиболее чистый состав.
Как рассчитать коэффициент фильтрации песка
Точное определение коэффициента фильтрации песка нужно для того, чтобы узнать его способность пропускать воду (водопроницаемость). Скорость прохождения воды через определенную толщу песка вычисляют посредством применения гидравлического градиента со значением 1, единица измерения – м/сут (метров в сутки). Результат измерений отображает расстояние, на которое просочилась вода через слой песка за 24 часа, то есть плотность песка.
Коэффициент фильтрации песка (КФ) определяет его проникающую способность и параметры качества. Самая маленькая пропускная способность песка имеет КФ = 0. По значениям КФ можно определить объемное присутствие примесей глины и по этому показателю применять песок для тех или иных растворов или смесей.
Чем ниже коэффициент фильтрации, тем меньше диапазон применения песка, так как его качество определяет прочность бетонной или цементно-песчаной конструкции. Наивысший КФ имеет крупнозернистый песок, так как между зернами материала остается больше воздуха и вода может свободно и быстро просачиваться через толстый слой песка.
Чтобы лабораторным путем узнать КФ песка и провести исследования, пользуются мерной пробиркой: в нее наливают воду уровнем выше отметки «0» на 0,5 см и более. При стекании воды через перфорированное дно с отверстиями хронометром замеряют время, за которое вода опустится в мерной пробирке ниже 5,0 см. Такие измерения проводят 4 раза подряд, и каждый раз воду в мерную пробирку доливают на 0,5 см. При десятиминутном снижении уровня воды измерения можно делать при значении начального градиента давления 2,0. Мерная пробирка и подставка вынимаются из стакана и устанавливаются на специальный поддон. При проведении замеров необходимо следить за тем, чтобы вода в мерной пробирке не опускалась ниже верхнего уровня стройматериала.
Плотность сухого сыпучего материала в резервуаре (ρdi, г/см 3 ) рассчитывают таким образом: ρdi = m1 / (Vi х (1+Wi)), где:
Vi – объем грунта в мерной пробирке, см 3 ;
Wi – влажность грунта в мерной пробирке.
КФ рассчитывают по формуле: K = h / t 0 x α (S / H0) x 864 / T, где:
h – высота песчаной насыпки для фильтрации в мерной пробирке (см);
S – визуальное уменьшение уровня от начального (см);
H0 – значение предельно минимального давления жидкости (см);
t 0 – время падения уровня (сек);
Т = (0,7 + 0,03 Тф) – коэффициент, применяемый для приведения КФ песка к приемлемым условиям фильтрации жидкости при температуре 10 0 С, где:
Тф – температура при проведении опытов, 0 С;
Т = (0,7 + 0,03 х 18) = 1,24.
КФ для разных типов песка
Разный по свойствам грунт обладает различными коэффициентами поглощения воды или другой жидкости (коэффициентом водопроницаемости). Точные данные приведены в ГОСТ 25584. Свойства жидкости в расчет не принимаются – основным параметром для расчетов служит размер фракций песка и включений в нем.
Коэффициент проницаемости жидкости для карьерного песка – 0,5-7 м/сут, так как в этом стройматериале много посторонних включений – глина, пыль, и т.д. Все эти ненужные компоненты задерживают жидкость, поэтому при приготовлении смесей и растворов на основе цемента этот песок применяют очень редко.
После того как карьерный песок очистили при помощи воды, КВ увеличивается, а качество песка становится лучше. КФ в карьерном намытом песке достигает 5-20 м/сут, а размер средних фракций песка остается на уровне 1,5 мм. Такой промытый карьерный песок уже разрешается применять при приготовлении бетонных и цементно-песчаных смесей.
Песок мелкой фракции с пропускной способностью 1-10 м/сут широко применяют при производстве сухих строительных смесей – штукатурных, кладочных, и т.д. При наличии любых посторонних примесей в мелкофракционном песке его КФ значительно уменьшается.
Очень высокий показатель КВ у песка крупной зернистости – это материал практически максимальной водопроницаемости, так как между крупными зернами всегда остается воздух, сквозь который вода или любая другая жидкость может свободно протекать.
Расчет КФ
Учитывая постоянный спрос на песок для организации любых строительных работ – как в промышленном, так и в индивидуальном строительстве и ремонте – характеристики этого стройматериала должны быть такими, чтобы обеспечить максимально возможные качественные, прочностные, фильтрационные (КФ) и другие параметры.
- Прибор КФ-00М, который состоит из следующих комплектующих:
- Фильтрационная пробирка (трубка) высотой более 100 мм, диаметром 5,65 см. Трубка имеет дно с перфорационными отверстиями для прохождения жидкости.
- Муфта со стальными сетками для фильтрации жидкости.
- Стеклянный резервуар.
Подробнее о проведении опыта по измерению КФ песка:
В пробирку прибора КФ-00М насыпают сухой песок, который необходимо исследовать, а сетка с отверстиями прикрепляется ко дну пробирки. Устройство ставят на горизонтальную поверхность, песок в пробирке следует плотно утрамбовать. Для этого его засыпают маленькими порциями, и каждая порция трамбуется отдельно. Всего порций делают три или больше.
По окончании исследований разница между показателем плотности сухого карьерного песка и предельной его плотностью не должна быть больше 0,02 г/см 3 . Для укладки дорожного полотна берут речной, морской или карьерный промытый песок, так как эти пески обладают улучшенными параметрами качества, а промытый стройматериал – и лучшую очистку. Благодаря качеству промывки асфальт на основе такого песка будет прочнее, а длительность его эксплуатации – выше. Песок, добытый со дна моря, в строительно-ремонтных работах используют не так часто, как речной, потому что его стоимость выше. Песок с примесями глины в строительстве применяют намного реже других сыпучих материалов, но если его очистить (промыть и высушить), то сферу его использования можно не ограничивать из-за маленького КФ.
Грязный песок, добытый в карьере, имеет низкий коэффициент фильтрации по ГОСТ – не выше 0,5-0,7 м/сут. При его промывке глина и другие посторонние примеси вымываются, а крупные посторонние зерна (камень, крошка гранита или щебня) остаются. Для получения более высокого качества такого песка его необходимо не только просушить, но и просеять, после чего можно смело использовать для получения высококачественных растворов или смесей. КФ для таких песков получается высоким – ≤ 20 м/сут, так как из него промывкой и просеиванием удаляются все сторонние фракции и примеси.
Таблица: коэффициент фильтрации грунтов по ГОСТ
Тип грунта Приблизительный КФ, м/сут Галька ≥ 200 Гравий 100-200 Крупнообломочный грунт с песчаным наполнителем 100-150 Гравелистые пески 50-100 Крупный песок 25-75 Среднекрупный песок 10-25 Мелкий песок 2-10 Пылеватый песок 0,1-2 Супесчаный грунт 0,1-0,7 Суглинистая почва 0,005-0,4 Глинистая почва ≤ 0,005 Слаборазложившийся торфяник 1-4 Среднеразложившийся торфяник 0,15-1 Сильноразложившийся торфяник 0,01-0,15 Выводы
Чтобы использовать песок, добытый в карьере, для промышленного строительства, его необходимо промывать. Такой намывной стройматериал можно применять при изготовлении кирпича или бетонных блоков, плит и других конструкций, укладывать бордюры из элементов, сделанных на его основе, использовать в дорожно-строительных работах.
Но если есть возможность работать с речным или морским песком, особенно при возведении многоэтажных зданий и укладке дорожного полотна, то ее нельзя упускать. Среднее значение КФ такого сыпучего стройматериала – 10-20 м/сут. Коэффициент сильно зависит от значения модуля крупности.
Фильтрацией называют способность грунтов пропускать через себя воду под воздействием гидростатического напора. Фильтрация в грунтах зависит от степени их уплотнения, для тугопластичных глин наличия градиента напора. В грунтах в большинстве случаев движение жидкости является ламинарным. Скорость фильтрации ( ) описывают при помощи закона Дарси:
где — коэффициент фильтрации, или — гидравлический градиент напора (падение напора на единицу длины), — разность напоров воды, за счет которой идет фильтрация, L — длина пути фильтрации.
Коэффициент фильтрации — физическая величина, являющаяся характеристикой водопропускной способности геологической породы, равная скорости фильтрации воды при градиенте напора равном единице:
Количественно коэффициент фильтрации для разных грунтов широко изменяется. Так, для торфа (м/сут) для глины (м/сут). Он является численной характеристикой степени водопроницаемости грунта. зависит от физико- химических свойств фильтрующейся жидкости и физических свойств грунта, размера пор грунта, ноне пористости.
Коэффициент фильтрации зависит от температуры жидкости, так как при изменении температуры изменяется ее вязкость. Если коэффициент фильтрации получен при температуре воды , то при 10 o C, получают, разделив его на поправку:
Величину коэффициента фильтрации при температуре 10 o C называют нормативной, если , если он рассчитан как среднее арифметическое n частных значений коэффициентов фильтрации при этой температуре:
Коэффициенты фильтрации и проницаемости ( ) связаны соотношением:
— коэффициент динамической вязкости, — удельный вес.
Единицы измерения коэффициента фильтрации
Основной единицей измерения коэффициента фильтрации в системе СИ является:
Однако так как коэффициент фильтрации является маленькой величиной, часто используют такие единицы измерения как
=м/сут или м/год
Примеры решения задач
Задание Укажите в чем отличие фильтрации в глинистых грунтах? Решение Фильтрация в глинистых грунтах начинается при наличии начального градиента фильтрации (рис.1). При этом закон Дарси записывают следующим образом: где — начальный градиент фильтрации. На рис. 1 приведена зависимость скорости фильтрации от градиента напора для двух видов грунта песка и глины (огрубленный график).
Зависимости скорости фильтрации от градиента напора эмпирически получают в виде кривой, которая состоит из трех участков: первый, когда скорость фильтрации практически равна нулю, второй — переходный (криволинейный), третий прямолинейный -установившийся (отражен на рис.1 (2)), когда скорость фильтрации пропорциональна градиенту.
И так, фильтрация воды в вязких глинистых грунтах начинается только тогда, когда градиент напора достигает некоторого начального значения, которое преодолевает внутреннее трение, которое оказывают движению водно — коллоидные пленки.
Задание Какова величина коэффициента фильтрации, если коэффициент проницаемости пористой среды равен , кинематический коэффициент вязкости фильтрующейся жидкости ? Фильтрация происходит по закону Дарси. Решение В качестве основы для решения задачи используем формулу, связывающую коэффициент фильтрации и коэффициент проницаемости: Динамическая вязкость связана с кинематической вязкостью соотношением:
удельный вес с плотностью:
где — ускорение свободного падения. Подставим выражения (2.2) и (2.3) в (2.1), имеем:
Читайте также: