Лабораторные испытания щебня. Определение механических свойств.
В данной статье рассмотрена одна из основных механических характеристик щебня (гравия) – прочность, которая, во многом, определяет эксплуатационные свойства и долговечность конструкций, создаваемых из щебёночных материалов.
Прочность щебня и гравия, используемого в промышленном, гражданском и транспортном строительстве характеризуют маркой по дробимости при сжатии (раздавливании) в цилиндре, и маркой по истираемости, определяемой испытанием в полочном барабане. Данные показатели определяются для щебня и гравия, которые предназначены для строительства автомобильных дорог, а также щебня для балластного слоя железнодорожного пути.
1.Подготовка к испытаниям
Для проведения испытаний по определению прочности, лабораторную пробу щебня рассеивают на стандартные фракции: 5-10 мм, 10-20 мм и 20-40 мм с помощью лабораторных сит. Щебень крупнее 40 мм предварительно дробят до получения фракции 20-40 мм или 10-20 мм.
Дробление щебня проводится в лабораторной щёковой дробилке, например, марки ЩД 10.
Затем из каждой фракции щебня отбираются аналитические пробы для проведения соответствующих испытаний.
2.Проведение испытания
2.1 Дробимость
Для определения марки по дробимости из каждой фракции щебня отбираются две аналитические пробы массой не менее 4 кг каждая при испытании в цилиндре диаметром 150 мм и не менее 0,5 кг при испытании в цилиндре диаметром 75 мм.
Испытание щебня допускается проводить как в сухом, так и в насыщенном водой состоянии. Аналитические пробы для испытания в сухом состоянии высушивают до постоянной массы, а для испытания в насыщенном водой состоянии погружают в воду на 2 ч.
После насыщения водой с поверхности зёрен щебня удаляют влагу влажной тканью.
Каждая аналитическая проба щебня насыпается в цилиндр для определения дробимости
и испытывается сжатием на гидравлическом прессе. Предельная сила нажатия пресса при испытании щебня в цилиндре диаметром 150 мм – 200 кН, в цилиндре диаметром 75 мм – 50 кН.
После сжатия испытываемую пробу высыпают из цилиндра, взвешивают
и просеивают в зависимости от размера испытываемой фракции через сито с отверстиями размером:
1,25 мм - для щебня (гравия) размером фракции от 5 до 10 мм;
2,5 мм - то же св. 10 до 20 мм;
5,0 мм - » св. 20 до 40 мм.
При испытании в насыщенном водой состоянии навеску на сите тщательно промывают водой и удаляют поверхностную влагу с зерен щебня мягкой влажной тканью.
Остаток на сите после просеивания взвешивают.
Дробимость щебня Др, %, определяют с точностью до 1% по формуле
,
где:
- m - масса испытываемой пробы щебня (гравия), г;
- m1 - масса остатка на контрольном сите после просеивания раздробленной в цилиндре пробы, г.
За результат принимают среднеарифметическое значение двух параллельных испытаний.
Результаты испытаний заносят в таблицу. Ниже приведен пример записи результатов определения марки по дробимости:
Таблица 1
Фракция щебня | Диаметр цилиндра, мм | Сила нажатия пресса, кН | Масса, г | Потеря массы при испытании (дробимость), % | Средне-взвешенное значение дробимости | ||
пробы | остатка на контрольном сите | каждой пробы | среднее значение | ||||
20-40 | 150 | 200 | 3278 | 2394 | 27,0 | 25,5 | 25,4 |
2981 | 2266 | 24,0 | |||||
10-20 | 150 | 200 | 3001 | 2331 | 22,3 | 23,2 | |
2780 | 2110 | 24,1 |
В данном случае полученное в ходе испытаний средневзвешенное значение дробимости составило 25,4 %.
При определении марки щебня по дробимости необходимо знать петрографический состав пород, из которых изготовлен щебень.
Для щебня из осадочных пород полученный результат соответствует марке по дробимости М400 (ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия», таблица 3).
2.2. Истираемость.
Для определения марки по истираемости из полученных при рассеве фракций щебня отбираются по две аналитические пробы массой по 10 кг для фракции 20-40 мм и по 5 кг для фракций с предельной крупностью зерен до 20 мм.
Испытание щебня допускается проводить в состоянии естественной влажности. Испытываемый щебень не должен содержать пылевидных и глинистых частиц более 1% по массе. В противном случае щебень предварительно промывают и высушивают.
Подготовленную пробу загружают в полочный барабан вместе с чугунными или стальными шарами, закрепляют крышку барабана и приводят его во вращение со скоростью 30-33 об/мин.
Для испытания одной пробы фракции 20-40 мм необходимо 1000 оборотов полочного барабана и 12 шаров.
Для фракций с размером зерен до 20 мм – 500 оборотов и, в зависимости от размера испытываемой фракции:
8 шаров - для щебня (гравия) размером фракции от 5 до 10 мм;
9 шаров - то же св. 5 до 15 мм;
11 шаров - » св. 10 до 20 мм.
По окончании испытания содержимое барабана просеивают через сита с отверстиями размером 5 и 1,25 мм, а объединенный остаток на ситах взвешивают.
Истираемость щебня И, %, определяют с точностью до 1% по формуле
,
где:
- m - масса испытываемой пробы щебня (гравия), г;
- m1 - суммарная масса остатков на сите с отверстиями диаметром 5 мм и контрольном сите 1,25 мм, г.
За результат испытания принимают среднеарифметическое значение двух параллельных испытаний.
Результаты испытаний заносят в таблицу, например:
Таблица 2
Фракция щебня, мм | Масса, г | Потеря массы при истираемости, % | ||||
пробы | остатков | соединенных остатков | пробы | среднее значение | ||
на сите 5 мм | на сите 1,25 мм | |||||
20-40 | 10838,4 | 5935,2 | 516,0 | 4375,2 | 40,48 | 40,52 |
10846,0 | 5928,0 | 518,0 | 4370,0 | 40,57 |
В настоящее время в отрасли продолжает обсуждаться вопрос большего соответствия современным требованиям определения прочности щебня не по показателям дробимости и истираемости, а по «сопротивлению дроблению и износу» (износостойкости) в так называемом «Лос-Анджелесском барабане» (4):
Метод не тождественен определению истираемости в полочном барабане и нашел отражение в новых межгосударственных стандартах, соответствующих требованиям технического регламента Таможенного союза "Безопасность автомобильных дорог".
Этим же перечнем стандартов легализовано определение износостойкости («абразивного изнашивания») по методу Микро-Деваль:
при котором определяется потеря массы пробы щебня или гравия в процессе трения зерен материала в присутствии стальных шаров и воды.
Новые методы испытаний щебня заслуживают более подробного рассмотрения в будущих публикациях, а завершая данную статью, можно отметить, что введение вышеупомянутых межгосударственных стандартов в качестве национальных для добровольного, а не обязательного, применения оставляет на текущий момент, именно дробимость и истираемость, ключевыми показателями при определении прочности щебня (гравия).
Список литературы:
1) ГОСТ 8267-93. «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия»;
2) ГОСТ 8269.0-97. «Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний»;
3) ГОСТ 7392-2014. «Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути. Технические условия»;
4) Г. И. ЕВГЕНЬЕВ, канд. техн. наук, А. Г. ЕВГЕНЬЕВА, инженер, «Щебень по европейским стандартам», «Строительные материалы» 2008, №5;
5) ГОСТ 32703-2014. «Щебень и гравий из горных пород. Технические требования»;
6) ГОСТ 33049-2014. «Щебень и гравий из горных пород. Определение сопротивления дроблению и износу»;
7) ГОСТ 33024-2014. «Щебень и гравий из горных пород. Определение сопротивления истираемости по показателю микро-Деваль»;
8) Приказы Росстандарта №, 1297-ст от 01.01.2001.
Ведущий инженер ЛИКСДОиГ ГБУ «ЦЭИИС»
