Как найти пористость ракушечника

Масса сухого образца из известняка-ракушечника равна 300 г. После насыщения его водой масса образца увеличилась до 390 г. Найти пористость, о6ъемное и массовое водопоглощение ракушечника, если истинная плотность его камня 2,4 г/см3, а объем образца составляет 250 см3

M=45kg
S=900cm2
g=10H/kg
P=(45kg×10H/kg)÷900cm2=0,5Па

Коэффициент пористости грунта

Коэффициент пористости грунта – это соотношение между объемами пустот и твердых частиц грунта. Его определяют экспериментальным путем или с помощью вычислений по плотности, массе и объему образцов. Показатель характеризует пористость грунта, которая влияет на многие другие свойства материала.

В этой статье мы подробно поговорим о такой величине как пористость грунта, опишем, какой она бывает и на что влияет. Мы подробно расскажем про коэффициент пористости и приведем формулу, по которой она высчитывается.

Что такое пористость грунта

Пористость – это объем пустого пространства, которое располагается между твердыми частицами грунта. Оно заполнено водой или воздухом. Вблизи месторождений полезных ископаемых в порах также могут находиться природный газ или нефть.

Пористость обозначается буквой n, измеряется в процентах и вычисляется по следующей формуле:

Пористость формируется в процессе выветривания. У скальных грунтов она очень низкая, но резко увеличивается при появлении трещин и разрушении породы. Если грунт образовался из вулканических (пепла, туфа) или органических (известняка, ракушечника) отложений, его пористость изначально высокая.

На объем пор влияет ряд факторов, таких как размер и форма частиц. Показатель низкий у мелкодисперсных грунтов с округлыми зернами. Если частицы ребристые, неокатанные, между ними может быть больше пустого пространства.

Пористость дисперсных грунтов всегда выше, чем скальных. Она уменьшается по мере удаления от поверхности земли. На глубине грунт плотнее, так как испытывает давление верхних слоев. Кроме того, степень выветривания грунта здесь всегда ниже.

Влияют на показатель и органические примеси. Так, плодородные почвы обладают высокой пористостью, они дополнительно разрыхляются организмами, живущими в верхних слоях земли. Один из самых высоких показателей у торфяников из-за особенностей сложения полуразложившихся остатков растений.

Пористость влияет на многие свойства грунта, поэтому определение ее коэффициента – это одно из важнейших геодезических исследований.

Ведь от показателя зависят такие характеристики как:

• Несущая способность
  Грунт с большим количеством пустот неустойчив, склонен к деформациям, не выдерживает больших статических и динамических нагрузок.
• Усадка и сжимаемость
  Под давлением объем пор уменьшается, грунт сжимается, и сооружения дают усадку.
• Сопротивление сдвигу
  Грунт с высокой пористостью легче смещается под влиянием динамических боковых нагрузок. Но на этот показатель также влияют форма частиц и особенности их поверхности. Шероховатые неокатанные зерна имеют лучшее сцепление, а значит и более высокое сопротивление сдвигу.
• Влагоемкость
  В пористом грунте может задерживаться больше жидкости. В первую очередь это касается глины, которая имеет способность связывать воду и набухать.
• Водопроницаемость
  Хорошей водопроницаемостью обладают грунты с открытыми порами, которые сообщаются между собой.
• Коррозийные свойства
  В пористых грунтах накапливается влага с растворенными солями. В них создаются оптимальные условия для роста бактерий, разлагающих сульфаты. Все это ведет к повышению коррозийных свойств грунта. Поэтому металлические конструкции в такой среде быстрее разрушаются.

Для грунтов, которые используются в строительных работах, высокая пористость является недостатком. Единственное исключение – установка дренажных систем. Ведь грунт вокруг них должен иметь разную пористость, чтобы пропускать и фильтровать воду.

В садово-огородных работах также используются пористые почвы. Они способны накапливать воду и воздух, необходимые для роста и развития растений. Но слишком высокий показатель здесь также нежелателен, так как почва с большим количеством открытых пор обладает большей водопроницаемостью. Влага при этом быстро уходит в нижние горизонты, а верхние в это время пересыхают.

Показатели пористости колеблются в широких пределах – от 0,5-3% (у скальных грунтов из магматических и метаморфических пород) до 90% (у торфа).

В таблице даны показатели пористости самых распространенных материалов.

Таблица пористости грунтов

Также скальные грунты, в зависимости от пористости, могут разделяться на разновидности. Их классификация описана в ГОСТ 25100-2011. Все данные вы найдете в таблице ниже.

Разновидности скальных грунтов по пористости

Таким образом, если соотнести две таблицы, мы увидим, что:

• Непористыми скальными грунтами считаются, например, габбро, гранит, диорит, гранодиорит, мрамор, пироксенит, порфирит
• Слабопористые скальные грунты – это базальт, кварцит, прочный песчаник
• К среднепористым можно отнести доломит, известняк, слабый песчаник
• Сильнопористым скальным материалом считается опока

Также существует разделение грунтов в зависимости от размера пор.

Они могут быть:

• Мелкопористые (поры составляют тысячные доли миллиметра)
• Крупнопористые (от десятых долей до 2 мм)

Во многих дисперсных грунтах, особенно с преобладанием мелких частиц, присутствуют поры разного размера. Поэтому такое разделение всех материалов на мелко- и крупнопористые является довольно условным.

Дальше вы узнаете об основных видах пористости.

Виды пористости грунта

Пористость грунта бывает:

• Активной
  Вода проходит через поры при определенном напоре (давлении). Активная пористость уменьшается с увеличением количества глинистых частиц. Она наиболее характерна для песчаных и гравелистых грунтов.
• Вторичной
  Это пористость, которая возникла в процессе растворения солей уже после формирования грунта. Такое явление характерно для пород с высоким содержанием гипса, хлорида и гидрокарбоната натрия, карбонатов.
• Динамической
  Она включает лишь тот объем пор, который может пропускать жидкость и газы. Она всегда меньше общей.
• Критической
  Это пористость песчаного грунта, при которой он становится устойчивым к сдвигу. Определяют показатель при испытании двух одинаковых образцов, один из которых находится в естественном сложении, а второй – в разрыхленном состоянии.
• Насыщенной
  Это пористость грунта при полном заполнении его пустот водой.
• Неэффективной
  При такой пористости жидкость и воздух не проходят через поры, так как они изолированы от внешней среды.
• Эффективной
  Это объем пор, через которые могут проходить вода и газы при определенном напоре.
• Общей
  Этот показатель определяется общей суммой открытых и закрытых пор.
• Трещинной
  Этот тип характерен для скальных трещиноватых грунтов.

Кроме разных типов пористости существуют и свои разновидности грунтовых пор. О них вы узнаете в следующей части статьи.

Виды грунтовых пор

Грунтовые поры – это пустые пространства неправильной формы. Они могут располагаться между отдельными частицами или внутри породы.

По расположению относительно твердых частиц их разделяют на:

• Межагрегатные
  Эти поры находятся между сцементированными агрегатами осадочных пород, окаменевшими остатками животных и растений.
• Межгранулярные
  Поры располагаются между частицами или обломками зернистых осадочных грунтов.
• Межзерновые
  Поры образуются из-за дефектов кристаллической решетки скальных грунтов, часто имеют форму тонких трещин.

Также пустоты в грунтовом массиве могут сообщаться между собой внешней средой или быть изолированными.

По этому свойству поры разделяют на:

• Открытые
• Закрытые

Открытые поры располагаются между твердыми частицами. Через них свободно проходят вода и воздух, обеспечивается фильтрация. Закрытые поры образуются внутри породы или конгломератов. Они уменьшают плотность грунта, но не влияют на его водопроницаемость и влагоемкость. При давлении объем закрытых пор остается стабильным. Он может уменьшиться лишь в том случае, когда частицы грунта разрушаются, и поры открываются.

Грунтовые поры разделяются и по размерам. Основные характеристики этих разновидностей даны в таблице.

Характеристики грунтовых пор

Мелкие поры иногда также разделяют на:

• Субкапиллярные (менее 0,2 мкм)
• Капиллярные (0,2-100 мкм)
• Сверхкапиллярные (больше 100 мкм)

В следующей части текста мы расскажем, как определяется коэффициент пористости с помощью вычислений и экспериментальным путем, приведем показатели для некоторых типов грунтов.

Что такое коэффициент пористости грунта

Коэффициент пористости грунта – это соотношение объема пор к объему твердой части, выраженное в долях единицы. Он обозначается буквой е. Экспериментальным путем его определяют для скальных грунтов. Для этого измеряют объем воды при полном насыщении влагой грунта. Он соответствует объему пор.

Затем показатель высчитывают по формуле:

e=n/m,

где n – объем пор грунта, m – объем твердых частиц.

Определить коэффициент пористости в песчаных грунтах опытным путем трудно, а в глинистых – невозможно. Поэтому на практике чаще применяют вычисления, в которых учитывается плотность скелета сухого грунта, твердых частиц или их объем.

Согласно ГОСТ 25100-2011, коэффициент пористости вычисляется по формуле:

Как определяют плотность разных компонентов, вы можете прочитать в нашем разделе Плотность грунта.

Для определения коэффициента пористости можно воспользоваться и готовыми данными для разных типов грунтов:

• Гравий – 0,25-0,3
• Супесь – 0,4-0,45
• Суглинок – 0,45-0,5
• Глина – 0,5-0,65

Как видно из приведенных цифр, коэффициент пористости не превышает единицы. Это значит, что объем пустот в грунте всегда меньше, чем его твердая часть. Исключение составляют лишь некоторые почвы с высоким содержанием торфа или грунты на основе вулканического пепла.

Коэффициент пористости – это один из показателей, по которому проводится классификация песчаных грунтов. В таблице даны его значения в зависимости от разновидности материала.

Песчаный грунт с пористостью больше 0,7-0,8 считается непригодным для строительства. При насыщении водой он легко теряет связность, разжижается под механическим воздействием. Такой песчаный (иногда супесчаный) материал называется плывуном.

Пористость – это нестабильная величина, которая во многом зависит от степени уплотнения грунта. Ее обязательно определяют при строительстве, чтобы правильно подготовить площадку под основание дома или дороги. Для уменьшения показателя проводят трамбовку. Положительной считается эффективная открытая пористость – такой грунт хорошо пропускает воду, не давая ей задерживаться под основаниями.

В сельском хозяйстве, наоборот, предпринимают меры, чтобы повысить показатель пористости почв. Ведь растения могут нормально развиваться лишь в почвогрунтах с достаточным количеством пустот, заполненных водой и воздухом. При этом желательно, чтобы большая часть пор была закрытой. Почвы с открытой пористостью быстро пропускают воду в нижние горизонты, а верхние слои при этом пересыхают.

Пористость
(общая) П –
степень заполнения материала порами:

П
= V_п
/ V_о,
(1.10)

где
V_п
– объем пор в
материале; V_о
– объем материала в
естественном состоянии.

Открытая
пористость П_о
определяется как отношение суммарного
объема пор, насыщающихся водой,
к объему материалаV_о,
т.е.

.
(1.11)

Закрытая
пористость П_з:

П_з
= П – П_о.
(1.12)

Существует два
способа определения общей пористости:
экспериментальный и экспериментально-расчетный.

Экспериментальный
(прямой) способ основан на замещении
порового пространства в материале
сжиженным гелием и тре­бует сложной
аппаратуры для испытаний.

Экспериментально-расчетный
метод определения порис­тости
использует найденные опытным путем
значения истинной плотности материала
ρ и его средней плотности ρ_ов сухом состоянии. ПористостьП
(%)вычисляют по формуле

.
(1.13)

Открытую пористость
П_ок (%)определяют
по формуле

П_ок=
В_о,
(1.14)

где В_о
– объемное водопоглощение
материала, % (см. п.6).

Закрытую пористость
П_з
(%) вычисляют по
формуле (1.12).

Результаты
вычислений пористости материала заносят
в табл.1.6.

Таблица 1.6. Результаты
вычислений пористости материала

Наименование материала	Общая порис-тость образца, %	Открытая порис-тость образца, %	Закрытая порис-тость образца, %

5. Определение влажности

Влажность материала
характеризуется тем количеством воды,
которое содержится в порах и адсорбировано
на поверхности образца.

Влажность образца
W(%) вычисляется по
формуле

,
(1.15)

где m_в
– масса влажного
образца, г; m_с
– масса сухого образца, г.

Влажность бетона
определяют по образцам или пробам,
полученным дроблением образцов после
их испытания на проч­ность. Наибольший
размер кусков после дробления должен
быть не больше 5мм. Путем
квартования отбирают пробу
100г, которую сушат при температуре
(105±5)°С до постоянной
массы. Чтобы установить в процессе
высушивания достижение пробой постоянной
массы, производят взвешивания не менее
чем через 4часа. Массу
считают постоянной, если разница между
повторными взвешиваниями оказалась не
более 0,1 %.
Влажность образца вычисляют по
формуле (1.15).

Результаты опытов
заносят в табл.1.7.

Таблица 1.7. Результаты
определения влажности образца материала

Наименование материала	Масса пробы в состоянии естественной влажности, г	Масса пробы в сухом состоянии, г	Влажность образца, %

6. Определение водопоглощения

Водопоглощение –
это способность материала впитывать и
удерживать в порах воду. Определяют
водопоглощение по массе и объему.

Водопоглощение
по массе В_м(%) вычисляют по формуле

,
(1.16)

где m_н
– масса насыщенного водой образца, г;
m_с
– масса сухого образца, г.

Водопоглощение
по объему В_о
(%) – степень заполнения объема материала
водой, характеризующую в основном его
открытую пористость, ─ вычисляют по
формуле

,
(1.17)

где V_о
– объем образца, см³;
ρ_в
– плотность воды (1 г/см³).

Зная
водопоглощение по массе В_м
и плотность ρ_о,
можно рассчитать водопоглощение по
объему

.
(1.18)

Испытание производят
на образцах в виде кубов с реб­ром
100 или 150 мм или
в виде цилиндров, имеющих такие же
диаметр и высоту. Допускается определение
водопоглощения материала на образцах,
имеющих неправильную геометричес­кую
форму и массу не менее 200г. Образцы высушивают до постоянной
массы, а затем помещают в емкость,
наполненную водой с таким расчетом,
чтобы уровень воды в емкости был выше
верхнего уровня уложенных образцов
примерно на50мм. При этом
образцы укладывают на прокладки так,
чтобы высота образца была минимальной.
Температура воды в емкости должна быть
(20±2)°С.

Образцы взвешивают
через каждые 24ч насыщения
водой с погрешностью не более
0,1 г.При каждом
взвешивании образ­цы, вынутые из воды,
предварительно вытирают отжатой влаж­ной
тканью. Массу воды, вытекшую из пор
образца на чашку весов, следует включать
в массу насыщенного образца. Насыщение
водой производят до тех пор, пока
результаты двух последовательных
взвешиваний будут отличаться не более
чем на 0,1 г.
Водопоглощение по массе и объему
вычисляют по формулам (1.16) -(1.18).

Водопоглощение
материала определяют также методом
кипя­чения образцов. При этом образцы
кипятят в сосуде с водой. Объем воды
должен не менее чем в два раза превышать
объем установленных в нем образцов.
После каждых 4ч кипячения
образцы охлаждают в воде до комнатной
температуры, обтира­ют влажной отжатой
тканью и взвешивают. Испытание произво­дят
до тех пор, пока результаты двух
последовательных взве­шиваний будут
отличаться не более чем на
0,1 %.Расчет водопоглощения
ведут по указанным выше формулам.

Результаты опытов
заносят в табл.1.8.

Таблица 1.8. Результаты
определения водопоглощения образца
материала

Наименование материала	Масса сухого образца, г	Масса образца, насыщенного водой, г	Объем образца, см3	Водопоглощение образца, %
по массе	по объему

Контрольные
вопросы

1.
Что такое истинная плотность материала,
от чего она зависит, как определяется?

2.
Почему для определения истинной плотности
каменный материал измельчают?

3.
Что общего и что разного между истинной
и средней плотностью материала?

4. Что такое средняя
плотность материала, от чего она зависит,
как определяется?

5. Что такое и как
определяется общая, открытая и закрытая
пористость материала?

6.
Какая существует зависимость между
водопоглощением по объему и общей
пористостью материала? Всегда ли эта
зависимость справедлива?

7.
Какое влияние оказывает открытая и
закрытая пористость на морозостойкость
материала?

8. Какое влияние
оказывает открытая и закрытая пористость
на тепло- и звукопроводность материалов?

9. Что такое и как
определяется влажность материала?

10. Что такое
водопоглощение материала, от чего оно
зависит, как определяется?

Лабораторная
работа №2

Определение
механических свойств материалов

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #