Коэффициент уплотнения щебня представляет собой показатель, который соответствует соотношению объема, установленного в результате вибрации, к изначальному объему, который партия щебня занимала в кузове машины перед началом транспортировки.
Контроль степени уплотнения конструктивных слоев из гравийных и щебеночных материалов
В данной статье подробно рассматриваются методики, применяемые для испытаний, а также инструменты и оборудование, используемое для контроля качества уплотнения конструктивных слоев из гравийных и щебеночных материалов на строительных площадках. Кроме того, представлено описание метода определения максимальной плотности этих материалов.
В этой статье описан процесс тестирования и устройства, используемые для контроля качества уплотнения конструктивных слоев из гравийных и щебеночных материалов на строительном объекте. Методика для определения максимальной плотности этих материалов также представлена.
ВВЕДЕНИЕ
Гравийные и щебеночные материалы, представленные в виде смесей (щебеночно-гравийных, щебеночно-песчаных и гравийно-песчаных), с каждым годом все активнее используются для создания покрытий, оснований, а также дополнительных слоев для дорожного строительства. Эти материалы применяются в строительстве автомобильных дорог, городских улиц, аэродромов, подушек под фундаменты зданий, подготовительных работ под полы в промышленных и складских помещениях и в других целях.
Для достижения требуемых результатов от использования этих материалов в конструктивных слоях различного назначения критически важно обеспечить их уплотнение до состояния, при котором под нагрузками, возникающими в процессе эксплуатации, не будет происходить дополнительная переупаковка минеральных частиц и доуплотнение. Это означает, что на этапе строительства необходимо обеспечить максимально возможную степень уплотнения материала, используя для этих целей специальную уплотняющую технику, такую как самоходные и прицепные вибрационные катки и катки на пневматических шинах, масса которых составляет не менее 16 тонн, а также другие механизмы ударного и виброударного действия. С целью определения реальной степени уплотнения слоя необходимо проводить эффективный производственный контроль.
Разработанные в БелдорНИИ методы ускоренного контроля уплотнения грунтов не могут быть применены для оценки качества уплотнения щебеночных и гравийных материалов. Поэтому в последние годы автором проводились научные исследования, направленные на разработку методов контроля качества уплотнения этих материалов, с целью формирования нормативной базы, которая установит требования к степени уплотнения и позволит проводить контроль качества.
Степень уплотнения материала в конструктивных слоях можно оценивать по показателю плотности сухого материала или его пористости. Эти показатели сопоставляются с максимальной плотностью материала или с заранее установленными значениями плотности или пористости. Для того чтобы в проектной документации были заданы корректные требования к плотности сухого материала, проектировщик должен быть уверен, что это значение близко к максимально возможной плотности, достигнутой в сухом состоянии для данного материала. Это, в свою очередь, предполагает, что проектировщик должен быть осведомлён о максимальной плотности материала.
Для чего нужен?
Когда щебень поступает на объект и высыпается в рабочей зоне, в пределах которой он равномерно распределяется, на первый план выходит значение коэффициента уплотнения щебня. Значение этого коэффициента определяется как фактическая усадка насыпанного в конкретное место щебня — это означает, что слой щебня достигнет определенного уровня.
Уплотнение щебня на этапе поставки происходит в процессе транспортировки за счет тряски и вибрации, когда самосвал движется к месту доставки строительного материала. В результате воздействия тряски камешки упорядочиваются и располагаются друг относительно друга максимально плотно. Пустоты, образовавшиеся в ходе первоначальной укладки щебня в кузов транспортного средства, в конце пути немного уменьшаются, однако полностью избавиться от них невозможно.
Коэффициент уплотнения щебня — это отношение объема, установленного при воздействии тряски, к первоначальному объему, который партия щебня занимала в кузове автотранспорта перед своей доставкой.
Результат соотношения первоначального и конечного объема не должен составлять менее 95%. Если объем щебня оказался меньше, это будет рассмотрено как недопоставка, и заказчик инициирует корректировку суммы, подлежащей оплате. Например, если вместо 20 м³ было доставлено всего 16,5 м³, это означает, что утруска щебня составила более 15%. В этом случае утруска будет равна 17,5%. Начальные и конечные значения объема содержат данные об этих величинах. При формировании заказа потребитель требует, чтобы данные отображались в документации — в противном случае поставщик может случайно ввести клиента в заблуждение по объему поставки.
Определение коэффициента
Основным материалом, из которого изготавливают щебень, выступают гранит и известняк. По фракциям щебень различается в пределах 5-120 мм. К числу других характеристик щебня относятся плотность на раздробление, абсолютная плотность (по отношению к сплошному граниту или известняку), морозостойкость и коэффициент уплотнения, который определяется в результате дорожной тряски и принудительного уплотнения после его доставки.
При транспортировке
Хранение щебня, который долго находился на складе, приводит к постепенному уменьшению его насыпного объема. Это происходит под воздействием собственного веса, когда мелкие камешки оседают в естественные пустоты, образовавшиеся между более крупными фракциями. Наивысшая плотность щебня концентрируется в нижней части кучи.
Поскольку щебень транспортируется, можно заметить, что его объем при доставке несколько уменьшается. Наиболее значительное оседание происходит при длительной растянутой транспортировке, а также при движении по неровным или плохо подготовленным дорогам. По нормам ГОСТ максимальная степень уплотнения каждого кубометра щебня позволяет компрессию не менее 15% от первоначального насыпного объема. Если быть более точным, то по тому же ГОСТу коэффициент уплотнения составляет от 10% до 15%, в зависимости от фракции камушков.
Любые несоответствия с указанными нормативами должны быть обязательно отражены в договоре на куплю-продажу данного строительного материала.
Потребитель имеет право измерить кузов автомобиля по прибытии груза на объект, если возникает вопрос по объему доставленного щебня. Разница между насыпной и конечной плотностью современными показателями доложит, была ли вся партия щебня доставлена.
При трамбовке
Для подготовки основания под фундаменты зданий и построек, опор для заборов или ворот, а также основы для дорожных покрытий применяют утрамбовку щебня. Наиболее распространенный способ уплотнения щебня – использование дорожных катков: они предотвращают преждевременное расползание материалов и трещинообразование во время эксплуатации. Кроме того, для уплотнения также часто применяется виброплита, которая утрамбовывает щебень, опираясь частично на скольжение как на метод. Поскольку этот процесс включает дополнительные коэффициенты, это создает необходимую величину уплотнения.
Потребителям доступны значения, приведенные в соответствующих таблицах ГОСТа (для каждой конкретной фракции) или при помощи самостоятельного расчета в специализированных лабораториях.
После того как щебень будет раскатан, необходимо убедиться в том, что земля под ним не оседает. Обязательно наличие песчаной подушки под щебнем.
Примером может служить основание под ленточный фундамент. Предположим, оптимальная толщина слоя щебня — 30 см. Площадь фундамента для загородного дома равна 80 м², а ширина самого фундамента в любом месте составляет 40 см. Допустим, в качестве используемого строительного материала мы выбрали щебень с фракцией камней размером 2-4 см и прочностной маркой М-1000. Значение коэффициента уплотнения для М-1000 (при среднем размере камня 3 см) составляет 1,38.
Учитывая размеры фундамента, объем необходимого щебня составит 4,13 кубометра. Умножив этот коэффициент на фактический объем щебня после уплотнения, мы получим, что его насыпной объем составит 6 кубометров. Это — количество с запасом, указываемое в текущем заказе.
Для упрощения расчетов пользователь может ознакомиться с таблицами насыпной плотности щебня необходимых фракций.
Вид или разновидность:
Насыпной удельный вес, кг/м³:
Маркировка (класс прочности):
Зачем нужен показатель уплотнения
- обеспечение прочности и устойчивости к нагрузкам;
- уменьшение водопроницаемости — плотная структура щебня снижает риски эрозии и заиливания;
- стойкость к морозному пучению (вспучиванию грунта при низких температурах) — плотно утрамбованный слой щебня меньше подвержен морозному пучению, что снижает риски деформации конструкций.
Контроль уровня уплотнения дает возможность:
- контролировать объем привезенного строительного сырья;
- заказывать точный объем стройматериала для выполнения конкретных задач (засыпки ям, котлованов, канав);
- правильно рассчитывать объем строительных смесей или растворов при возведении фундаментов, перекрытий и других конструкций.
Корректное применение коэффициента уплотнения позволяет избежать чрезмерных затрат на излишки доставленных материалов и минимизировать простои из-за недостаточного объема стройматериала.
Измерение коэффициента уплотнения в лабораторных условиях
Коэффициент уплотнения определяется как отношение плотности уплотненного материала к его плотности в естественном состоянии. Для вычислений используются специальные формулы. При измерении коэффициента в лаборатории применяется метод определения общей или насыпной плотности. Для этого отбираются пробные образцы из уплотненного щебеночного слоя и материала в природном состоянии, которые затем взвешиваются и измеряются по объему. Полученные показатели позволяют рассчитать плотность материала.
Для определения данного коэффициента в лаборатории также используется специальный вибрационный прибор, состоящий из вибростола, контейнера с крышкой и вмонтированным поршнем для трамбования.
После наполнения контейнера разрыхленным материалом его выравнивают по верхнему краю. Затем закрывают контейнер крышкой с вибропоршнем. После включения устройства проводится виброуплотнение, которое обычно длится около 2-3 минут.
После завершения этих процедур измеряют оставшуюся свободную часть в контейнере с помощью линейки. Проводятся математические расчеты для определения коэффициента.
Результаты измерений фиксируются в протоколе испытаний, который включает следующие данные:
- наименование и марка материала;
- размер фракции (в мм);
- объем и масса образца;
- плотность сырья (в обоих состояниях: уплотненном и в естественном);
- полученный коэффициент.
В нормальных условиях коэффициент может варьироваться от 1,05 до 1,52. При этом соотношение между первоначальным и конечным объемом не должно существенно отличаться от 95%. Чем выше коэффициент, тем более плотно упакован материал, следовательно, тем выше его прочные и эксплуатационные качества.
Как определить коэффициент уплотнения щебня при трамбовке самостоятельно
Предположим, вы заняты установкой ленточного фундамента, и вам необходимо засыпать дно вырытой траншеи щебнем, который вы планируете уплотнить вручную. Однако возникает вопрос: сколько кубометров этого строительного материала вам следует закупить у ближайшего поставщика? Вы можете провести расчеты самостоятельно, учитывая коэффициент уплотнения щебня в процессе трамбовки.
Вычисления производятся следующим образом:
- Сначала вам нужно сконструировать ящик из досок с внутренними размерами: ширина – 1 м, длина – 1 м, высота – 0,4 м.
- Затем ящик, ручная трамбовка, лопата и толстая рейка длиной 1,2-1,3 м загружаются в машину, после чего вы едете к продавцу щебня.
- Наполняете ящик щебнем (как правило, куча щебня находится рядом с производственной базой продавца) и выравниваете верхушку рейкой, одновременно убирая все лишнее.
- Производите уплотнение щебня в ящике средствами ручной трамбовки.
- С помощью линейки или рулетки измеряете расстояние от верхнего края ящика до уровня утрамбованного щебня.
- После этого выполняете простые математические вычисления, получая искомый коэффициент уплотнения.
Например, после уплотнения расстояние от верхнего края до уровня щебня составило 10 см = 0,1 м.
Объем полного ящика с неуплотненным щебнем вычисляется по формуле V₁ = 1·1·0,4 = 0,4 м³.
Объем щебня после уплотнения равен V₂ = 1·1·0,3 = 0,3 м³.
Следовательно, коэффициент уплотнения для данного примера можно вычислить по формуле:
Ктр = V₁ : V₂ = 0,4 : 0,3 ≈ 1,33.
Измерение коэффициента уплотнения в лабораторных условиях
Для определения коэффициента уплотнения щебня в лабораторных условиях применяется специальный вибрационный прибор, состоящий из:
- вибростола;
- измерительного контейнера (обычно 50 литров);
- крышки контейнера, в которую вмонтирован tрамбующий вибропоршень.
- Сначала измерительный контейнер заполняется материалом в разрыхленном состоянии.
- Затем выравниваете поверхность насыпанного материала по верхнему краю контейнера.
- Прикрепляется крышка с вибропоршнем.
- Включается вибрационное устройство, и выполняется виброуплотнение (обычно не больше 2-3 минут).
После выключения устройства измеряется высота свободной части контейнера с использованием линейки, и рассчитывается объем свободного пространства. На основе соотношения объемов полного контейнера с щебнем и объемом утрамбованного материала определяется коэффициент уплотнения. Например, если объем измерительного контейнера V₁ = 50 литров, а объем свободного пространства после уплотнения V₀ = 14 литров, тогда объем утрамбованного материала рассчитывается как V₂ = V₁ — V₀ = 50 — 14 = 36 литров.
Следовательно, в таком случае коэффициент уплотнения будет равен:
Ктр = V₁ : V₂ = 50 : 36 = 1,3888 ≈ 1,39.
