UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO - PRZYRODNICZY IM. J. J. ŚNIADECKICH W BYDGOSZCZY

Sprawozdanie

z przedmiotu Nawierzchnie drogowe

Oznaczenie jamistości kruszywa

Oznaczenie zawartości pyłów w kruszywie

Zespół II w składzie:

Jakub Kubalwski

Adrian Mikulski

Szymon Niewiadomski

Bartosz Krzemiński

Arkadiusz Mateńko

Bydgoszcz 2009

Tematy ćwiczeń:

1e - oznaczenie jamistości metodą bezpośrednią i pośrednią

1f - oznaczenie zawartości pyłów mineralnych

Oznaczenie jamistości metodą bezpośrednią i pośrednią

Jamistość (inaczej objętość wolnych przestrzeni) jest to objętość wolnych przestrzeni między ziarnami kruszywa bez uwzględnienia porów w ziarnach kruszywa.

Oznaczenia jamistości można dokonać dwiema metodami:

• bezpośrednią - polegającą na sprawdzeniu objętości wody wypełniającej wolne przestrzenie w gruncie,

• metodą pośrednią - obliczeniową polegającą na obliczeniu jamistości na podstawie przeprowadzonych badań gęstości pozornej i gęstości nasypowej ziaren kruszywa.

Przy zastosowania metody pośredniej jamistość oblicza się z zaokrągleniem do 0,5 [%] w [%] w stosunku do całej masy próbki ze wzoru:

J =
* 100 [%], gdzie:

ρ_p - gęstość pozorna ziaren kruszywa
,

ρ_n - gęstość nasypowa ziaren kruszywa
,

przy czym jamistość kruszywa można określić w stanie luźnym lub utrzęsionym (zagęszczonym) podstawiając za ρ_n odpowiednie wartości gęstości nasypowej.

Przy zastosowaniu metody bezpośredniej oznaczania jamistości kruszywa wykorzystuje się zjawisko wypełniania wolnych przestrzeni w gruncie przez wodę. Znając objętość próbki kruszywa V oraz objętość wody V₁ potrzebnej do nasycenia danej objętości kruszywa wodą beż zmiany objętości kruszywa, objętość wolnych przestrzeni co do wartości jest równa wprost objętości wody wlanej do próbki kruszywa J = V₁ [cm³]. W ujęciu procentowym jamistość obliczamy ze wzoru:

J =
* 100 [%], gdzie:

V_L - objętość kruszywa w cylindrze [cm³ ],

V₁ - objętość wody wlanej do próbki kruszywa obliczana ze wzoru:

V₁ = V₂ - V₃ [ cm³ ], gdzie:

V₂ - początkowa objętość wody przygotowanej do nasycenia próbki kruszywa [cm³ ],

V₃ - objętość wody pozostała po nasyceniu próbki kruszywa wodą [cm³ ].

W podany powyżej sposób oznaczamy jamistość w stanie luźnym, stąd indeks L przy symbolu objętości V_L.

Objętość wolnych przestrzeni można również ustalić w stanie utrzęsionym (zagęszczonym).

Różnica polega na tym, że początkowa objętość kruszywa w cylindrze V jest zmienna - zmniejsza się na skutek zagęszczenia do wartości V_u. Objętość wody znajdująca się w cylindrze pomiarowym nie uległa zmianie - V₁, uległa natomiast zmianie objętość wody wypełniająca wolne przestrzenie w kruszywie; zmniejszy ona się na skutek zagęszczenia kruszywa od wartości V_L do wartości V_u o objętość równą różnicy objętości kruszywa w stanie zagęszczonym i przed zagęszczeniem i wynosi:

V₁^* = V_u - V_L [cm³ ], gdzie:

V₁^* - objętość wody wypełniająca wolne przestrzenie w kruszywie [cm³ ],

V_u - objętość kruszywa w stanie utrzęsionym [cm³ ],

V_L - objętość kruszywa w stanie luźnym [cm³ ].

Jamistość oblicza się wówczas ze wzoru:

J =
* 100 [%],

oznaczenia jak wyżej.

Za wynik końcowy przyjmujemy średnią arytmetyczną z dwóch oznaczeń, nie różniących się między sobą więcej niż o 2 %. W naszym przypadku oznaczenie jamistości przeprowadzone zostało na jednej próbce, stąd za wynik ostateczny przyjęty zostanie wynik tego oznaczenia.

Przebieg oznaczenia

Do badania użyto kruszywa drobnego lekkiego: piasek średni.

Przeprowadzono jedno oznaczenie.

Do szklanego cylindra pomiarowego o pojemności 500 ml wsypano próbkę kruszywa o masie m = 500 [g], (jak dla kruszywa drobnego, lekkiego), zajmując objętość V_L = 270 [cm³]. W innym cylindrze pomiarowym przygotowano wodę w objętości V₂ = 250 [cm³]. Następnie wlano do cylindra pomiarowego z kruszywem taką objętość wody, aby wypełniła pory w kruszywie, a jej poziom zrównał się z górnym poziomem kruszywa w cylindrze pamiętając o tym, aby przy wlewaniu wody nie naruszyć struktury kruszywa. W cylindrze, z którego wlewano wody do próbki kruszywa pozostała woda w objętości V₃ = 178 [cm³].

Następnie na tej samej próbce kruszywa nasyconego wodą zastosowano zagęszczanie poprzez uderzanie cylindra dłonią oraz przez wibrowanie na maszynie wibracyjnej. Objętość kruszywa zmniejszyła się i wyniosła V_u = 255 [cm³]. Poziom wody w naczyniu sięgał natomiast 270 [cm³] i był równy początkowej objętości kruszywa V_L = 270 [cm³] przed zagęszczeniem.

Obliczenie wyników

• Jamistość w stanie luźnym

m = 500,0 [g]

V_L = 270 [cm³]

V₂ = 250 [cm³]

V₃ = 178 [cm³]

V₁ = V₂ - V₃

V₁ = 250 - 178 = 72 [cm³]

J =
* 100 =
*100 = 26,67 [%]

• Jamistość w stanie utrzęsionym

m = 500,0 [g]

V_L = 270 [cm³]

V_u = 255 [cm³]

V₁^* = V_L - V_u

V₁^* = 270 - 255 = 57 [cm³]

J =
* 100 =
*100 = 22,35 [%]

Wnioski

Za wynik ostateczny oznaczenia przyjęto wartość jamistości piasku średniego równą:

• w stanie luźnym J = 26,67 [%]; objętość wolnych przestrzeni równą V = 72 [cm³]

• w stanie utrzęsionym J = 22,35 [%]; objętość wolnych przestrzeni równą V = 57 [cm³].

Widać z powyższego, że jamistość (objętość wolnych przestrzeni) kruszywa zmniejsza się wraz ze stopniem zagęszczenia kruszywa. Oznacza to również, że im kruszywo bardziej zagęszczone tym mniejsza jest jego pojemność wodna, co dla kruszywa drogowego ma duże znaczenie, gdyż grunt o mniejszej jamistości jest odporniejszy na działanie czynników atmosferycznych.

Nie oznaczono jamistości metodą pośrednią ponieważ po oznaczeniu zawartości pyłów przeprowadzonym na grysie bazaltowym 2/5 do oznaczenia jamistości użyto kruszywa - piasku średniego. Do obliczenia jamistości metodą pośrednią potrzeba wartość gęstości pozornej, której nie oznaczyliśmy na ćwiczeniach laboratoryjnych. W związku z tym nie przeprowadzono oznaczenia jamistości metodą pośrednią - obliczeniową.

Oznaczenie zawartości pyłów mineralnych

Cząstki pylasto - ilaste są to ziarna o średnicy poniżej 0,05 [mm];

frakcja pyłowa 0,05 - 0,002 [mm],

frakcja iłowa poniżej 0,002 [mm].

Obecność cząstek pylastych i ilastych w kruszywie przeznaczonym do betonu lub do robót bitumicznych jest szkodliwa. Obecność tych cząstek utrudnia połączenie zaprawy z ziarnami kruszywa.

Oznaczenie zawartości cząstek pylastych można przeprowadzić metodą płukania lub metodą przesiewania przez sito o boku oczka 0,074 lub 0,06 [mm]. Metoda przesiewania daje wyniki zaniżone w porównaniu z metodą płukania gdyż część cząstek skleja się z frakcjami grubszymi nie dając przesiewu. Wady tej jest pozbawiona metoda płukania, ponieważ prawie wszystkie części pylaste są odseparowane od frakcji grubszych.

Oznaczenie przeprowadzono metodą płukania. Metoda ta wykorzystuje zjawisko utrzymywania się części pylastych w zawiesinie po zmieszaniu kruszywa z wodą.

Zawartość części pylastych oblicza się w procentach masy w stosunku do masy całej próbki ze wzoru:

, gdzie:

m_π - zawartość pyłów mineralnych [%],

m_p - masa próbki [g],

m₂ - masa pyłów [g];

natomiast m₂ obliczamy ze wzoru:

m₂ = m_pn - m_n ,

m_pn - masa próbki łącznie z naczyniem wagowym [g],

m_n = masa naczynia wagowego [g],

Przebieg oznaczenia

Przeprowadzono jedno oznaczenie zawartości pyłów metodą płukania na próbce kruszywa drobnego - grysu bazaltowego 2/5 o masie początkowej m_p = 500 [g]. Założono, że próbka została wysuszona do stałej masy przed rozpoczęciem oznaczenia.

Zważoną próbkę z dokładnością do 0,1 [g], (dokładność wagi laboratoryjnej), w całości przełożono do naczynia metalowego i zalano 1000 [cm³] wody i zagotowano. W celu lepszego odseparowania części pylastych gotowano próbkę przez około 30 minut. Następnie próbkę ostudzono do temperatury pokojowej. Po ostudzeniu zamieszano próbkę kruszywa i wraz z wodą przelano do naczynia pomiarowego. Po około 20 sekundach przechylono naczynie pomiarowe zlewając wodę z zawiesiną pylastą w takiej ilości, aby po ustabilizowaniu poziom wody w naczyniu sięgał zadanej objętości. Następnie uzupełniono ilość wody w naczyniu do poziomu pierwotnego przez dolanie czystej wody. Czynności te powtarzano aż do momentu, kiedy zlewana woda z naczynia pomiarowego nie była klarowna.

Kruszywo po wykonaniu oznaczenia wysuszona do stałej masy i zważono z dokładnością do 0,1 [g] uzyskując wartość m_pn = 1016,4 [g]. następnie zważono naczynie pomiarowe uzyskując wartość m_n = 523,1 [g]

Obliczenie wyników

m_pn = 1016,4 [g].

m_n = 523,1 [g]

m₂ = m_pn - m_n

m₂ = 1016,4 - 523,1 = 493,3 [g]

m_p = 500 [g]

m₂ = 493,3 [g]

m_π = m_p - m₂

m_π = 500,0 - 493,3 = 6,7 [g]

= 1,34 [%]

Wnioski

Za wynik oznaczenia powinno przyjąć się średnią arytmetyczną z dwóch równolegle przeprowadzonych oznaczeń tej samej próbki kruszywa. Ponieważ przeprowadzono tylko jedno oznaczenie za wynik ostateczny przyjęto zawartość pyłów w badanej próbce grysu bazaltowego 2/5 równą:

• wagowo m_π = 6,7 [g],

• procentowo m_π = 1,34 [%].

Oznacza to, że 1,34 [%] całej masy próbki stanowią pyły.

Oznacza to, że w tej partii kruszywa możemy spodziewać się zawartości pyłów na poziomie 1,34 [%].

Czy zawartość pyłów na takim poziomie jest dopuszczalna, czy też jest już za wysoka zależy od przeznaczenia danej partii kruszywa.

---