3. ЛР_№3-Испытания_щебня
.pdf24
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
3 Оценка качества щебня (гравия) из плотных горных пород 3.1 Общие сведения
Щебень из горных пород - минеральный зернистый сыпучий материал с зернами крупностью свыше 5 мм, получаемый чаще всего дроблением горных пород, гравия и валунов и последующим рассевом продуктов дробления.
Гравий из горных пород - минеральный зернистый сыпучий материал с зернами крупностью свыше 5 мм, получаемый рассевом природных гравийнопесчаных смесей.
Щебень и гравий из горных пород, используемые в производстве асфальтобетона, должны соответствовать требованиям ГОСТ 8267 и ГОСТ 9128.
Для приготовления асфальтобетонных смесей применяют щебень (гравий) фракций от 5 до 10 мм, св. 10 до 20 мм, св. 20 до 40 мм, а также смеси указанных фракций.
Качество щебня (гравия) оценивают:
–зерновым составом;
–средней плотностью зерен;
–насыпной плотностью;
–пустотностью;
–дробимостью;
–содержанием пылевидных и глинистых частиц;
–истираемостью в полочном барабане;
–морозостойкостью и др.
Дробимость, истираемость и морозостойкость щебня (гравия) для асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов конкретных марок и типов должны соответствовать приведенным в таблице 3.1.
Методы испытаний щебня (гравия) установлены ГОСТ 8269.0. Большин-
ство испытаний проводят на пробах подготовленного щебня (гравия) - высу-
шенного в сушильном шкафу при температуре (105 ± 5) °С до постоянной массы. Пробы взвешивают с погрешностью до 0,1 % массы.
Отбор проб для проведения контрольных испытаний следует осуществлять в соответствии с правилами, установленными ГОСТ 8269.0.
В настоящей лабораторной работе предусмотрена оценка качества щебня (гравия), состоящего из смеси фракций.
3.2 Определение зернового состава
3.2.1 Зерновой состав характеризуют:
–частными и полными остатками на контрольных ситах;
–наименьшим и наибольшим номинальными размерами зерен (наименьшей и наибольшей крупностью).
25
Таблица 3.1 – Требования к качеству щебня (гравия) для асфальтобетонных смесей и асфальтобетонов
|
|
|
|
|
Значение для смесей марки |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
I |
|
|
|
|
II |
|
|
|
III |
|
|
||
Наименование показателя |
горячих типа |
холодных |
пористых и |
горячих типа |
холодных |
пористых и |
|
горячих типа |
|||||||
типа |
типа |
|
|||||||||||||
|
|
|
высокопори- |
|
|
|
|
высокопори- |
|
|
|
||||
|
высоко- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Б |
Бх |
Вх |
стых |
А |
|
Б |
В |
Бх |
Вх |
стых |
|
Б |
В |
|
|
плотных А |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Марка, не ниже: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- по дробимости: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- щебня из изверженных и ме- |
1200 |
1200 |
1000 |
800 |
800 |
1000 |
|
1000 |
800 |
800 |
600 |
600 |
|
800 |
600 |
таморфических горных пород |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- щебня из осадочных горных |
1200 |
1000 |
800 |
600 |
600 |
1000 |
|
800 |
600 |
600 |
400 |
400 |
|
600 |
400 |
пород |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- щебня из металлургического |
- |
1200 |
1000 |
1000 |
800 |
1200 |
|
1000 |
800 |
800 |
600 |
600 |
|
800 |
600 |
шлака |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- щебня из гравия |
- |
1000 |
1000 |
800 |
600 |
1000 |
|
800 |
600 |
800 |
600 |
400 |
|
600 |
400 |
- гравия |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
- |
600 |
800 |
600 |
400 |
|
600 |
400 |
- по истираемости: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- щебня из изверженных и ме- |
И1 |
И1 |
И2 |
ИЗ |
Не норм. |
И2 |
|
И2 |
ИЗ |
ИЗ |
И4 |
Не норм. |
|
ИЗ |
И4 |
таморфических горных пород |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- щебня из осадочных горных |
И1 |
И2 |
И2 |
ИЗ |
То же |
И1 |
|
И2 |
ИЗ |
ИЗ |
И4 |
То же |
|
ИЗ |
И4 |
пород |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- щебня из гравия и гравия |
- |
И1 |
И1 |
И2 |
" |
И1 |
|
И2 |
ИЗ |
И2 |
ИЗ |
" |
|
ИЗ |
И4 |
- по морозостойкости для всех |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
видов щебня и гравия: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- для дорожно-климатических |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зон I, II, III |
F50 |
F50 |
F50 |
F50 |
F25 |
F 50 |
|
F50 |
F25 |
F25 |
F25 |
F15 |
|
F25 |
F25 |
- для дорожно-климатических |
F50 |
F50 |
F25 |
F25 |
F25 |
F50 |
|
F25 |
F15 |
F 15 |
F15 |
F15 |
|
F15 |
F15 |
зон IV, V |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26
3.2.2 Аппаратура:
–весы настольные циферблатные или лабораторные;
–сита из стандартного набора с круглыми отверстиями диаметром 40; 20; 10; 5 и 2,5 мм.
Нижнее сито с отверстиями диаметром 2,5 мм применяют для щебня (гравия) фракции свыше 5 до 10 мм и смеси фракций свыше 5 до 10 мм и свыше
10 до 20 мм.
3.2.3 Проведение испытания
Зерновой состав устанавливают путем рассева пробы щебня (гравия) на стандартном наборе сит. Массу пробы принимают в зависимости от наибольшего номинального размера зерен по таблице 3.2. При выполнении лабораторной работы допускается массу пробы принимать равной 5 кг.
Таблица 3.2 – Масса пробы при определении зернового состава
Наибольший номинальный размер зерен Dmax , мм |
10 |
20 |
40 |
Масса пробы, кг |
5 |
10 |
20 |
Пробу просеивают через сита, собранные в колонку. Толщина слоя щебня (гравия) на каждом из сит не должна превышать наибольшего размера зерен.
Просеивание можно считать законченным, если при интенсивном встряхивании сита над листом бумаги не наблюдается падения зерен.
Остатки щебня (гравия) на каждом из контрольных сит взвешивают. 3.2.4 Обработка результатов
По результатам взвешивания вычисляют частные и полные остатки. Понятие частных и полных остатков, расчетные формулы для их определения аналогичны приведенным в 2.2.5. На их основе определяют количество частиц мельче данного размера, наибольший и наименьший номинальный размер (наибольшую и наименьшую крупность) зерен щебня (гравия), строят график зернового состава.
Количество частиц мельче данного размера qi , %, т.е. количество частиц,
прошедших через отверстия в данном сите, рассчитывают по формуле (2.5).
За наибольший номинальный размер (наибольшую крупность) зерен щебня (гравия) Dmax принимают размер отверстий первого верхнего сита, пол-
ный остаток на котором не превышает 10 %.
За наименьший номинальный размер (наименьшую крупность) зерен щебня (гравия) Dmin принимают размер отверстий нижнего сита, полный остаток на котором не менее 90 %.
Полный остаток на сите с отверстиями диаметром 2,5 мм A2,5 для
щебня (гравия) фракции от 5 до 10 мм и смеси фракций от 5 до 20 мм должен быть не менее 95 %.
Результаты определения зернового состава представляют в таблице 3.3.
27
Таблица 3.3 - Результаты определения зернового состава
|
|
|
Размер отверстий контрольных сит, мм |
Прошло через |
|||||||
|
Показатели |
40 |
20 |
10 |
5 |
2,5 |
сито с размером |
||||
|
|
|
отверстий 2,5 мм |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Частные остатки mi , г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Частные остатки ai , % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Полные остатки Ai ,% |
|
|
|
|
|
|
|
– |
|||
Количество частиц мельче |
|
|
|
|
|
|
|
– |
|||
данного размера qi , % |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
A2,5 = |
|
|
Dmax = |
|
|
|
|
Dmin = |
|
|
3.2.5 Построение графика зернового состава
Зерновой состав щебня (гравия) представляют в виде ломаной линии, нанесенной на стандартный график (рисунок 3.1), на котором приведена область рекомендуемых зерновых составов.
Dmin =___ 0,5( Dmin + Dmax )=___ |
Dmax =___ 1,25 Dmax =___ |
Размеры отверстий контрольных сит, мм
Рисунок 3.1 – График зернового состава щебня (гравия)
Если линия фактического зернового состава лежит в области рекомендуемых составов, зерновой состав щебня (гравия) считают соответствующим требованиям ГОСТ 8267.
28
3.3 Определение средней плотности зерен
3.3.1 Среднюю плотность зерен щебня (гравия) определяют как отношение массы зерен к их объему. Испытания выполняют с использованием весов для гидростатического взвешивания. Объем зерен щебня (гравия) устанавливают по разности результатов взвешивания образца на воздухе и в воде.
3.3.2Аппаратура:
–весы технические;
–весы с приспособлением для гидростатического взвешивания;
–сосуд для насыщения образцов водой.
3.3.3Проведение испытания
Испытывают пять образцов в сухом состоянии. За образец принимают зерно щебня (гравия) размером свыше 40 до 80 мм. В лабораторной работе допускается проводить испытания трех образцов.
Каждый образец взвешивают в сухом состоянии. Затем образцы насыщают водой, погружая их в воду комнатной температуры на 2 ч так, чтобы уровень воды в сосуде был выше поверхности образцов не менее чем на 20 мм.
Насыщенные образцы вынимают из воды, удаляют влагу с их поверхности мягкой влажной тканью и сразу же взвешивают на технических весах и на весах для гидростатического взвешивания.
3.3.4 Обработка результатов
Объем образца V , см3, рассчитывают по формуле
Vm1 m2 ,
воды
где m1 − масса образца в насыщенном водой состоянии на воздухе, г; m2 − масса образца в насыщенном водой состоянии в воде, г;
в оды – плотность воды; в оды= 1,0 г/см3.
Среднюю плотность зерен щебня (гравия) зк , г/см3, вычисляют по
муле
зк Vm ,
(3.1)
фор-
(3.2)
где m − масса образца в сухом состоянии, г.
За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение результатов всех определений средней плотности.
Результаты испытаний и вычислений заносят в таблицу 3.4.
29
Таблица 3.4 - Результаты определения средней плотности зерен
Показатели |
Номера образцов |
|||||
1 |
2 |
3 |
||||
|
|
|
||||
Масса образца в сухом состоянии m , г |
|
|
|
|||
Масса образца в насыщенном водой состоянии на воздухе m1 , г |
|
|
|
|||
Масса образца в насыщенном водой состоянии в воде m2 , г |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Объем образца V , см3 |
|
|
|
|||
Средняя плотность зк , г/см3 |
|
|
|
|||
Среднее значение средней плотности |
|
зк , г/см3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Среднее значение средней плотности |
|
зк , кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3.4 Определение насыпной плотности
3.4.1 Насыпную плотность определяют взвешиванием определенного объема щебня (гравия), высушенного до постоянной массы.
3.4.2 Аппаратура:
–весы настольные циферблатные;
–цилиндры мерные;
–металлический шпатель.
3.4.3 Проведение испытания и обработка результатов
Насыпную плотность щебня (гравия), состоящего из смеси фракций, определяют без рассева смеси на фракции.
Объем мерного цилиндра выбирают в зависимости от наибольшего номинального размера (наибольшей крупности) зерен по таблице 3.5. Цилиндр взвешивают.
Таблица 3.5 – Объем мерных цилиндров
Фракции щебня (гравия), мм |
От 5 до 10 |
Св. 10 до 20 |
Св. 20 до 40 |
Объем мерного цилиндра, л |
5 |
10 |
20 |
Щебень (гравий) насыпают совком в мерный цилиндр с высоты 10 см до образования конуса над краями цилиндра. Излишек материала снимают металлическим шпателем вровень с краями цилиндра (без уплотнения). Цилиндр со щебнем (гравием) взвешивают.
Насыпную плотность определяют два раза. При этом каждый раз берут новую порцию щебня (гравия).
Насыпную плотность нк , кг/л, вычисляют с точностью до второго десятичного знака по формуле
нк |
m1 |
m |
, |
(3.3) |
|
V |
|||||
|
|
|
|||
30
где m – масса мерного цилиндра, кг;
m1 – масса мерного цилиндра со щебнем (гравием), кг;
V – объем мерного цилиндра, л.
За результат принимают среднеарифметическое значение двух параллельных испытаний.
Результаты заносят в таблицу 3.6.
Таблица 3.6 – Результаты определения насыпной плотности
Наименование показателей |
|
|
Результаты определений |
||
|
|
1 |
2 |
||
|
|
|
|
||
Масса мерного сосуда m, кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Масса мерного сосуда со щебнем (гравием) m1, кг |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Объем мерного сосуда V , л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Насыпная плотность нк , кг/л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Среднее значение насыпной плотности |
|
нк , кг/л |
|
|
|
|
|
|
|||
Среднее значение насыпной плотности |
|
|
|
|
|
|
нк |
, кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.5 Определение пустотности щебня (гравия)
Пустотность щебня (гравия) Vк , % по объему, вычисляют с точностью до второго десятичного знака по формуле
V (1 нк ) 100, |
(3.4) |
к |
зк |
|
где нк - насыпная плотность щебня (гравия), кг/м3;зк - средняя плотность зерен щебня (гравия), кг/м3.
Vк =
3.6 Определение дробимости
3.6.1Дробимость щебня (гравия) является косвенной характеристикой прочности исходной горной породы. Дробимость определяют по степени разрушения зерен при сжатии (раздавливании) в цилиндре.
3.6.2Аппаратура:
– пресс гидравлический с максимальным усилием 500 кН;
31
–цилиндр стальной с внутренним диаметром и высотой 150 мм со съемным дном и плунжером;
–весы настольные циферблатные или лабораторные;
–сита из стандартного набора с круглыми отверстиями диаметрами 5 и 2,5 мм и с квадратными отверстиями размером 1,25 мм.
3.6.3 Проведение испытания
Щебень (гравий) рассеивают на стандартные фракции, каждую фракцию испытывают отдельно.
Для испытаний отбирают две пробы массой не менее 4 кг. Порядок проведения испытаний:
− стальной цилиндр устанавливают на съемное дно; − щебень (гравий) засыпают в цилиндр с высоты 50 мм так, чтобы его
уровень был примерно на 15 мм ниже верхнего края цилиндра;
−на щебень (гравий) устанавливают плунжер;
−цилиндр со щебнем (гравием) и плунжером помещают на нижнюю плиту пресса;
−щебень (гравий) в цилиндре сжимают, доводя усилие пресса до 200 кН (20000 кгс). Силу нажатия пресса увеличивают на 1 - 2 кН (100 - 200 кгс) в секунду;
−раздробленный щебень (гравий) высыпают из цилиндра, взвешивают и просеивают через контрольное сито, размер отверстий в котором в четыре раза меньше минимального размера зерен щебня (гравия) испытанной фракции (таблица 2.7);
−остаток щебня (гравия) на сите после просеивания взвешивают.
Таблица 3.7 – Размер отверстий в контрольных ситах
Фракция, мм |
Св. 5 до 10 мм |
Св. 10 до 20 мм |
Св. 20 до 40 мм |
Размер отверстий в ситах, мм |
1,25 |
2,5 |
5,0 |
3.6.4 Обработка результатов |
|
|||
Дробимость щебня (гравия) отдельной фракции |
Дрi , %, определяют с |
|||
точностью до 1 % по формуле |
|
|
|
|
Др |
m m1 |
100, |
(3.5) |
|
|
||||
i |
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
где m – масса пробы щебня (гравия), г;
m1 – масса остатка на контрольном сите после просеивания раздроблен-
ной пробы щебня (гравия), г.
За результат принимают среднеарифметическое значение двух параллельных испытаний.
32
При испытании щебня (гравия), состоящего из смеси фракций, дробимость Др,%, определяют как средневзвешенное значение дробимости щебня
(гравия) отдельных фракций по формуле
|
Др |
Др5 10а5 10 Др10 20а10 20 Др20 40a20 40 |
, |
(3.6) |
|
|
|||
|
|
а5 10 а10 20 a20 40 |
|
|
где Др5 10 , |
Др10 20 , |
Др20 40 – значения дробимости щебня (гравия) фракций |
||
от 5 до 10 мм, свыше 10 до 20 мм, свыше 20 до 40 мм соответственно, %; |
|
|||
а5-10, a10-20 , a20-40 – содержание фракций свыше 5 до 10 мм, свыше 10 до |
||||
20 мм, свыше 20 |
до 40 мм соответственно, % (по данным таблицы 2.3). |
|
||
По полученному значению показателя дробимости в соответствии с ГОСТ 8267 по таблице 3.8 устанавливают марку по дробимости щебня (гравия).
Таблица 3.8 – Марки по дробимости щебня и гравия
|
|
|
|
Потеря массы, %, при испытании |
|
||||
Марка |
щебня из |
щебня из |
щебня из |
|
|
||||
по |
магматических |
магматических |
осадочных и |
щебня |
гравия |
||||
дробимости |
глубинных |
излившихся |
метаморфиче- |
из гравия |
|||||
|
|||||||||
|
пород |
пород |
ских пород |
|
|
||||
1400 |
До 12 включ. |
До 9 включ. |
|
- |
- |
- |
|||
1200 |
Св. 12 до 16 " |
Св. 9 до 11 " |
До 11 включ. |
- |
- |
||||
1000 |
" 16 |
" 20 " |
" 11 |
" 13 " |
Св. 11 до 13 " |
До 10 включ. |
До 8 включ. |
||
800 |
" 20 |
" 25 " |
" 13 |
" 15 " |
" 13 " 15 " |
Св. 10 до 14 " |
Св. 8 до 12 " |
||
600 |
" 25 |
" 34 " |
" 15 |
" 20 " |
" 15 |
" 19 " |
" 14 " 18 " |
" 12 " 16 " |
|
400 |
|
- |
|
- |
" 19 |
" 24 " |
" 18 " 26 " |
" 16 " 24 " |
|
300 |
|
- |
|
- |
" 24 |
" 28 " |
- |
- |
|
200 |
|
- |
|
- |
" 28 |
" 35 " |
- |
- |
|
3.7 Определение содержания пылевидных и глинистых частиц (методом отмучивания)
3.7.1 Суммарное содержание пылевидных и глинистых частиц определяют по изменению массы пробы щебня (гравия) после отмучивания пылевидных
иглинистых частиц (размером до 0,05 мм).
3.7.2Аппаратура:
–весы настольные;
–шкаф сушильный;
–сосуд для отмучивания.
3.7.3 Проведение испытаний и обработка результатов
Пробу щебня (гравия) массой не менее 5 кг высушивают до постоянной массы. Помещают ее в сосуд для отмучивания, заливают водой несколько выше
33
уровня щебня (гравия) и оставляют до полного размокания глинистой пленки на зернах или комков глины. После этого в сосуд доливают воду, содержимое сосуда перемешивают. Через 2 мин образовавшуюся суспензию сливают. Материал вновь заливают водой и повторяют его промывку в указанной последовательности до тех пор, пока вода после промывки станет прозрачной.
Промытую пробу высушивают до постоянной массы.
Содержание в щебне (гравии) пылевидных и глинистых частиц П , % по массе, рассчитывают по формуле
П |
m m1 |
100, |
(3.7) |
|
m |
||||
|
|
|
где m − первоначальная масса пробы, г; m1 − масса пробы после отмучивания, г.
Фактическое содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне (гравии) в зависимости от вида горной породы и марки по дробимости не должно превышать предельного значения, установленного ГОСТ 8267 (таблица 3.9).
Таблица 3.9 – Допустимое содержание пылевидных и глинистых частиц
Вид породы и марка по дробимости щебня (гравия) |
Содержание пылевидных и глини- |
|
стых частиц, % по массе, не более |
||
|
||
Щебень из магматических и метаморфических пород |
1 |
|
марок свыше 600 |
||
|
||
Щебень из осадочных пород марок: |
|
|
- от 600 до 1200 включительно |
2 |
|
- 200, 400 |
3 |
|
Щебень из гравия и гравий марок: |
|
|
- 800, 1000 |
1 |
|
- 600 |
2 |
|
- 400 |
3 |
3.8 Определение истираемости
3.8.1Истираемость (износ) щебня (гравия) определяют по потере массы зерен при испытании пробы в полочном барабане с шарами.
3.8.2Аппаратура:
–барабан полочный, снабженный на внутренней поверхности полкой шириной 100 мм (рисунок 2.2);
–шары стальные или чугунные массой (405 ± 10) г каждый;
–весы настольные циферблатные или лабораторные;
–шкаф сушильный;
–сита из стандартного набора с круглыми отверстиями диаметром 5 мм и
ссеткой с ячейками размером 1,25 мм.