Чему равна плотность твердых частиц песка: Что нужно знать о плотности песка?

Что нужно знать о плотности песка?

3 Фев
by admin

Содержание:

Что такое коэффициент фильтрации?

Виды плотности

Строительный песок

Речной песок

Кварцевый песок

Плотность – физическая величина, характеризующая количество вещества (г или кг) в единице объема (см3 или м3). Плотность сыпучих веществ, в том числе песка, не определяется однозначно. Дело в том, что, объем занимаемый одним и тем же количеством песка, может быть разным. Значение плотности песка зависит от таких факторов, как:

• степень уплотнения;
• влажность;
• пористость;
• структура зерен;
• присутствие различных примесей.

Плотность песка является основным параметром, значение которого напрямую определяет сферу его использования и прочностные свойства зданий и конструкций. Плотность также необходима для точного расчета расхода материала в целях получения заданного объема строительной смеси или раствора.

Кроме того, часто приходится сталкиваться с такой задачей: перевести массу данного строительного материала в объем, и наоборот. Например, нужно найти массу 1 м3 строительного песка, или же объем тонны этого вещества.

Проведение подобных расчетов не обходится без значения физического параметра – плотности. В общем случае она вычисляется делением массы вещества (M) на занимаемый объем (V): ρ = М/V. Массу песка, занимающего определенный объем, можно найти по формуле: M = ρ*V. Объем же определяется также просто. Если мы знаем значение плотности и массы песка, то его объем равен: V = М/ ρ.

Строительные растворы, смеси, конструкции из бетона, должны содержать песок в определенной пропорции по отношению к другим компонентам. Поэтому, для правильного расчета доли песка в этих смесях или изделиях, нам потребуется точное значение его плотности.

В случае неправильного расчета количества песка, доля этого вещества в общем объеме, будет либо недостаточным, либо избыточным. В первом случае, отсутствие песка должно быть скомпенсировано другими компонентами, как правило, более дорогостоящими. Это приведет, в свою очередь, к неоправданному удорожанию материала или изделия.

Если же, наоборот, количество песка окажется больше, чем нужно, то это приведет к ухудшению показателей качества изделия или раствора. Другими словами, значение их прочности, морозостойкости, водостойкости, устойчивости к истиранию будет существенно отличаться от предусмотренных стандартом.

Песок, в качестве универсального, сыпучего материала, находит широкое применение в различных областях:

• строительство жилья;
• благоустройство территорий;
• возведение дорог;
• выполнение различных строительных работ.

Помимо основного параметра, рассмотренного выше, он характеризуется модулем крупности, содержанием глинистых веществ, объемно-насыпной массой, коэффициентом фильтрации. Коэффициент фильтрации песка определяется как величина, равная толще песка, которую вода в нем проходит в течение 24 часов (м/сутки). Он определяет способность песка пропускать через себя воду.

От чего же зависит коэффициент фильтрации песка? Главным образом от концентрации примесей в нем и его структуры. Понятно, что чем меньше примесей, тем выше пропускная способность песка. А также, крупнозернистый песок обладает более высоким коэффициентом фильтрации. Наличие глины приводит к уменьшению его способности пропускать воду. Поэтому, для повышения качества песка, то есть увеличения коэффициента фильтрации, его принято очищать.

Значение коэффициента фильтрации карьерного песка находится в диапазоне 0,5 – 7 м в сутки. Так называемый намывной песок обладает более высоким качеством. При размере зерен 1-2 мм, коэффициент фильтрации достигает 1-10 м/сутки. Для средней фракции песка (2-2,5 мм) коэффициент фильтрации принимает значения в пределах 5-20 м/сутки.

Виды плотности

Песок характеризуется следующими плотностями: истинной, насыпной и средней. Как материал, песок есть твердая нерудная порода. Поэтому обладает такой же плотностью, как и она, приблизительно равной 2500 кг/м3. Это так называемая истинная плотность песка.

В практических расчетах используется другая плотность, которую называют насыпной. Насыпная плотность характеризует сыпучие строительные материалы в их неуплотненном состоянии. Эта плотность вычисляется с учетом не только объема самих песчинок, но и пустот между ними. В связи с этим, значение насыпной плотности всегда меньше плотности истинной.

Однако, уплотнив сыпучий материал, можно тем самым увеличить его плотность. Например, если рассматривать песок в кузове самосвала, то он находится в естественном, неуплотненном состоянии и характеризуется своей насыпной плотностью. Зная эту величину, можно найти объем и массу такого песка. Дело в том, что стоимость поставки строительного материала может быть исчислена не только за тонну, но и за кубометр.

Значение насыпной плотности — 1300-1500 кг/м3. Влажность окружающей среды может изменить параметры объема песка, в связи с чем, меняется и насыпная плотность. При повышении влажности происходит снижение плотности песка. Это происходит благодаря слипанию фракций. Уменьшение плотности происходит до тех пор, пока влажность не станет равной 10%. Затем, влажность приводит к увеличению объема жидкости в песке, и плотность начинает возрастать. Эту особенность изменения плотности песка необходимо учитывать в случае его дозирования по объему.

Как практически вычисляется насыпная плотность?
Данная процедура осуществляется следующим образом. Песок предварительно просеивается через маленькое сито (5 мм). Затем его насыпают в мерный сосуд объемом 1 л. При этом он должен свободно падать с некоторой высоты (10 см) и образовать над сосудом конус. Конусообразную часть песка срезают с помощью линейки. Взвешивают сосуд с песком и без песка. Насыпную плотность можно высчитать по следующей формуле: ρн = (m2 – m1)/V, где m1 и m2 – массы пустого и наполненного сосуда, соответственно, V – его объем.

Подобные испытания нужно проводить с сосудами, форма и размеры которых заданы, поскольку эти характеристики оказывают также влияние на конечный результат. Размер сосуда подбирается в зависимости от крупности зерен. Условия проведения испытаний такого рода определяются ГОСТом.

На среднюю плотность песка влияют пустоты и влажность. Эмпирически установлена следующая зависимость: чем меньше пор, тем выше плотность. Исходя из этого, можно предположить — плотность песка характеризует его зерновой состав.

Плотность средняя различна для разных видов песка. Например, сухой кварцевый песок в естественном состоянии имеет плотность около 1500-1550 кг/м3, а в уплотненном – 1600-1700 кг/м3. Отсюда видно, что средняя плотность определяется структурой самих зерен. Высокопрочные и морозостойкие бетоны, как правило, изготавливают из песка с повышенной средней плотностью.

Строительный песок

Песок – один из самых распространенных строительных материалов, хотя и играет вспомогательную роль. Где же используется данный стройматериал? Перечислим некоторые области его применения:

• Строительство автодорог, различные строительные конструкции и здания. Здесь песок используется для укладки песчаных подушек или вспомогательных слоев.
• Производство бетона. Песок выступает в роли заполнителя.
• Различные строительные растворы, здесь также песок – это заполнитель.Песок является очень распространенным материалом в природе. В его состав, как правило, входят мелкие частицы различных элементов (известняк, слюда, кварц, полевой шпат и другие). В зависимости от преобладающего компонента (известняк или шпат), его называют известняковый или полевошпатный песок.

Речной песок

Данный стройматериал образуется в процессе естественного дробления скальных пород в руслах рек. Частицы такого песка, благодаря длительному воздействию воды, становятся округлой формы. Он практически очищен от глинистых примесей, а также от пыли и других включений.

В зависимости от размеров зерен речного песка, этот материал делят на 3 группы. Песок, зерна которых менее 2 мм принято называть мелким речным песком. Если размер зерен находится в переделах 2,0-2,8 мм, то этот песок относят к средней группе. Крупным считается песок, размеры зерен в котором составляют 2,9-5,0 мм.

Основные параметры речного песка должны удовлетворять нормам соответствующего ГОСТ. Плотность указанного материала равна 1650 кг/м3, а значение коэффициента фильтрации – 5-7 м/сутки. Кроме того, еще одно преимущество речного песка – высокая экологичность. Благодаря этой особенности, он может быть использован без вреда для здоровья людей или окружающей среды.

Перечислим различные строительные работы, где используется речной песок:

• штукатурные и кладочные растворы;
• бетонные изделия;
• сухие смеси;
• стяжка и кладка;
• ландшафтные работы;
• декорирование помещений;
• благоустройство территорий.

Область применения песка речного не ограничивается приведенным перечнем. Но везде, где это допустимо по техническим нормам, вместо него используют карьерный песок. Это объясняется только тем, что речной песок обходится дороже, чем карьерный.

Кварцевый песок

Кварцевый песок не содержит практически примесей. К отличительным характеристикам указанного вида песка, относятся:
— химическая однородность;
— натуральная механическая прочность;
— стойкость к воздействию различных сред.

Благодаря вышеперечисленным свойствам, он стал очень востребованным материалом. Его используют в промышленности, быту и хозяйстве. В свою очередь, он подразделяется на несколько видов, которые отличаются как способом производства, так и свойствами.

Рассмотрим способ получения фракционированного кварцевого песка. Обычно его добывают из природных месторождений. Полученный сырец проходит через несколько технологических преобразований. В результате чего он обогащается. Полученный материал можно разделить на фракции (в зависимости от размеров песчинок). Удалив посторонние примеси, получают кварцевый фракционный песок.

Из песка мелкой фракции изготавливают строительные и отделочные материалы – абразивы, шпатлевки, краски, разные смеси. У кварцевого песка средней фракции – высокая сорбционная способность. Кроме того, он отличается высокой межзерновой пористостью и грязеемкостью. Эти качества кварцевого песка дают возможность его использования в наполнителях фильтрующих установок. С помощью таких фильтров производится очистка волы, нефтепродуктов.

В рыхлом состоянии плотность песка кварцевого равна 1500 кг/м3, но может достигнуть и значения 1700 кг/м3. Такие виды материала, как стекло, фарфор и фаянс, стекловолокно, эмаль, — содержат в составе кварцевый песок. Отличные свойства и экологическая безопасность кварцевого песка делают его незаменимым материалом во многих сферах.

Плотность сухого песка в г/см3 и кг/м3, от чего зависит

Знание плотности песка необходимо при приготовлении любых строительных растворов, эта характеристика показывает, какой вес занимает вещество в определенном объеме и напрямую влияет на пропорции других компонентов. Она зависит от многих факторов: способа добычи, формы, размеров и пустотности зерен, степени влажности, доли и вида примесей. Для исключения ошибок песок в смеси вводят в сухом и максимально очищенном состоянии, ориентируясь при подборе соотношений на значение насыпной плотности, указанное производителем или взятое из таблицы.

Песок представляет собой сухой сыпучий материл природного или искусственного происхождения с размером частиц в пределах 0,05-5 мм. Его качество зависит от процентного содержания пыле-глинистых и органических примесей, густоты и прочности самих зерен. Важнейшей характеристикой является плотность песка в состоянии естественной влажности: чем она выше, тем тверже его фракции и тем дольше прослужит бетонируемая конструкция или поверхность. Она измеряется в г/см3 при лабораторных испытаниях, или в кг/м3 при перерасчете объема или тоннажа. Также к ней низменно обращаются при оценке качества зернового состава.

Выделяют три параметра, величина которых измеряется опытным путем и может быть как неизменной, так и зависящей от степени уплотнения, влажности и других факторов:

• Истинная плотность – постоянная величина, характеризующая массу предельно сжатого материала в единице занимаемого объема. Измеряется в кг/м3 и определяется исключительно в лабораторных условиях. Для песка она составляет не менее 2500 кг/м3, так как он является продуктом измельчения твердых и высокопрочных пород. Согласно ГОСТ 8736-93 истинное значение перепроверяют раз в год (опыт с вытеснением воды).
• Насыпная плотность – основной параметр сыпучих смесей и стройматериалов, показывающий их удельный вес во взвешенном и сухом состоянии. Определяется путем заполнения колбы с известной емкостью песком, засыпаемым с 10 см высоты, без уплотнения. Среднее значение – 1,5 г/см3 (1500 кг/м3), минимум наблюдается у сухих мелкозернистых речных разновидностей, максимум – у строительного песка и составов на основе тяжелых пород. Насыпной удельный вес учитывает объем зазоров между отдельными частицами, но не внутреннюю пустотность.
• Среднюю плотность – характеристику, учитывающую влияние объема пор и степени насыщения влагой. Эта величина отражает реальную массу материала в занимаемом объеме в его естественном состоянии, как следствие, она выше насыпной, но меньше истинной. Минимум наблюдается при влажности песка в пределах 5-7 %, высокое значение показателя в таких условиях (≥1550 кг/м3) свидетельствует о хорошей прочности и морозостойкости зерен. Для получения более точного результата величину средней плотности находят несколько раз.

Из внешних факторов на величину показателя влияет прежде всего влажность песка. Коэффициент изменяется не линейно: при росте степени водонасыщения до 10 % плотность материала уменьшается за счет слипания и комкования зерен, далее воздух вытесняется водой и удельный вес начинает возрастать. На практике сыпучие смеси никогда не просыхают до конца, плотность строительного песка в естественном состоянии будет отличаться от лабораторной насыпной, чаще всего – в большую сторону.

Для определения уровня влажности в домашних условиях высчитывают разницу в массе отмеренной доли до и после просушки на горячем листе металла.

Значения насыпной плотности для песка разных видов

Общие технические условия строительных песков регламентирует ГОСТ 8736-93, формовочных (применяемых для изготовления литых изделий) – 2138-91. Основная классификация связана с местом и способом добычи. К наиболее востребованным разновидностям относят:

1. Речной песок – продукт дробления твердых пород в устьях и руслах рек. Гранулы этих марок имеют круглую форму, размер фракций варьируется от 0,3 до 0,5 мм. Сфера применения включает приготовление растворов для стяжки, отделочных работ, пескоструйной обработки, бетонов, дренирующие системы. К характерным особенностям речного песка относят быстрое оседание в процессе замеса, смеси на его основе нуждаются в периодическом перемешивании.

2. Кварцевый, характеризующийся высоким качество зерен и однородностью состава. Этот вид относится прежде всего к формовочным, он используется для изготовления расплавов стекла, растворов фаянса и фарфора. Кварцевый песок со средним размером зерен применяется в фильтрующих установках.

3. Добываемый в карьерах: путем промывки или сухого просеивания. Первая разновидность карьерного песка практически не имеет пыли и глинистых частиц в составе, вторая просто очищается от камней. Сеянные сухие сорта рекомендуются для замеса кладочных, штукатурных и асфальтобетонных смесей. Промытый карьерный песок ценится за высокую чистоту и однородность.

Плотность почвы: объемная плотность и плотность частиц

Плотность почвы: объемная плотность и плотность частиц
 

Плотность представляет собой вес (массу) на единицу объема вещества.
 
Плотность = Масса/Объем

Плотность почвы выражается двумя общепринятыми понятиями: плотностью частиц и объемной плотностью. В метрической системе плотность частиц может быть выражена в мегаграммах на кубический метр (Мг/м3). Таким образом, если 1 м3 твердых частиц почвы весит 2,6 Мг, плотность частиц составляет 2,6 Мг/м3 (поскольку 1 Мг = 1 миллион граммов и 1 м3 = 1 миллион кубических сантиметров), таким образом, плотность частиц также может быть выражена как 2,6 г/см3.

Плотность частиц: Вес на единицу объема твердой части почвы называется плотностью частиц. Обычно плотность частиц нормальных почв составляет 2,65 грамма на кубический сантиметр. Плотность частиц выше при большом количестве тяжелых минералов, таких как магнетит; в почве присутствуют лимонит и гематит. С увеличением органического вещества почвы плотность частиц уменьшается. Плотность частиц также называют истинной плотностью.

Таблица Плотность частиц различных классов гранулометрического состава почвы  

Похожие посты

Объемная плотность: Сухой вес единицы объема почвы, включая поры, называется объемной плотностью. Объемная плотность почвы всегда меньше плотности ее частиц. Насыпная плотность песчаной почвы составляет около 1,6 г/см3, а органического вещества — около 0,5. Объемная плотность обычно уменьшается по мере того, как минеральные почвы становятся более тонкими по текстуре. Объемная плотность косвенно зависит от общего порового пространства, присутствующего в почве, и дает хорошую оценку пористости почвы. Объемная плотность имеет большее значение, чем плотность частиц, для понимания физического поведения почвы. Как правило, почвы с низкой объемной плотностью имеют благоприятные физические условия.

Насыпная плотность различных текстурных классов
 

Факторы, влияющие на объемную плотность
 
1. Объем пор: Поскольку объемная плотность связана с совокупным объемом твердых частиц и пор, грунты с высокой долей порового пространства по отношению к твердым телам имеют более низкую объемную плотность, чем более плотные почвы. и имеют меньше пор. Следовательно, любой фактор, влияющий на поровое пространство почвы, будет влиять на объемную плотность.

2. Текстура: Мелкозернистые поверхностные почвы, такие как илистые суглинки, глины и суглинки, обычно имеют более низкую объемную плотность, чем песчаные почвы. Это связано с тем, что почвы с мелкой текстурой имеют тенденцию образовывать пористые зерна, особенно из-за достаточного содержания органических веществ. Это приводит к большому объему пор и низкой объемной плотности. Однако в песчаных почвах содержание органического вещества обычно невелико, твердые частицы располагаются близко друг к другу, а объемная плотность обычно выше, чем в почвах с мелкой текстурой.
 
3. Содержание органического вещества: Чем больше содержание органического вещества в почве, тем больше объем пор, что свидетельствует о меньшей объемной плотности почвы, и наоборот.

Плотность почвы: объемная плотность и плотность частиц, факторы, влияющие на объемную плотность

Предыдущий пост

Широкомасштабное расширение (BBE)

Следующий пост

Полный корневой паразит – изнасилование метлой

Расчеты – Скорость осаждения частиц

Перейти к основному содержанию

Осаждение песка из 2-дюймового циклона в накопительную камеру (конфигурация пескоотделителя)

Доктор Хэнк Роулинз — eProcess Technologies

Доктор Хэнк Роулинз — eProcess Technologies

✔ Технический орган – Удаление песка на объектах · Очистка пластовых вод · Системы компактной сепарации

Опубликовано 23 января 2018 г.

+ Подписаться

Песок оседает на нефтегазовых объектах. Частицы оседают в любых зонах с низкой скоростью, таких как трубопроводы, двух- или трехфазные сепараторы, емкости-аккумуляторы, резервуары или в любых других местах, где они вам не нужны!

Расчет коэффициента оседания в основе своей является сложной задачей, и цель этой статьи — предоставить некоторые рекомендации по базовым расчетам. Полный трактат по этой теме см. В приведенных ниже ссылках. (Предупреждение: ссылка 1 Клифта, Грейс и Вебера представляет собой очень подробный научный трактат по этому вопросу, и его может быть трудно интерпретировать. Перри дает хорошее резюме.)

Приведенная ниже информация представляет собой введение в осаждение частиц на следующих основаниях;

• Осаждение свободных частиц (т. е. осаждение отдельных частиц в неподвижной жидкости). Затрудненное осаждение будет рассмотрено в будущей статье о переносе частиц пескоотделителя (публикация SPE находится в процессе).
• Оседание частиц песка в воде. Это предполагает движение плотной частицы песка вниз через вязкую менее плотную жидкость.
• Ограниченное обсуждение коэффициента аэродинамического сопротивления (CD) и его расчета – только при необходимости показать расчет скорости оседания

Ламинарное осаждение: закон Стокса (т. е. очень маленькие круглые частицы)

Инженеры, по крайней мере в моей отрасли, любят цитировать закон Стокса. Это простая формула, основанная на понятных параметрах. Однако он имеет ограниченное использование, которое, как я вижу, часто нарушается.

• Закон Стокса действует только в ламинарной области осаждения. Это область, в которой число Рейнольдса (Re) составляет <0,1. С песком в воде, который номинально для частиц <50 микрон (этапы расчета ниже).
• Это рекурсивный расчет, поскольку Re зависит от скорости оседания, а достоверность скорости оседания зависит от Re.

Закон Стокса

• определяет конечную скорость осаждения (v∞) сферических частиц диаметром (dp), падающих в вязкую жидкость. Предполагает свободное осаждение (беспрепятственное).
• Расчет включает гравитационную постоянную (g), плотность твердого тела (ρs) и жидкости (ρl) и вязкость жидкости (µ).
• Самое сложное в использовании этой формулы — сохранить постоянство единиц измерения!
• На рисунке ниже показаны формулы для Re, v∞ и CD
• Расчетные значения для песка с различными размерами частиц в воде показаны в примере. Закон Стокса действителен для песка размером 10 микрон в воде и в некоторой степени справедлив для песка размером 100 микрон, но частицы размером 1000 микрон будут значительно отклоняться.

Пример:

В: Какова скорость оседания песка размером 50 мкм в воде по закону Стокса? Верно ли уравнение для этого размера частиц? Допущения: песок (плотность 2650 кг/м³) сферической формы, оседающий в воде (плотность 1000 кг/м³ и вязкость 1 сП = 0,001 Па·с).

• v∞=(9,81 м/с²)*(50×10-6м)²(2650-1000 кг/м³)/(18*0,001 Па·с) = 2,25×10-3 м/с = 0,22 см/с
• Re=(1000 кг/м³)(2,25×10-3 м/с)(50×10-6 м)/(0,001 Па·с)=0,11

A: Да, я бы сказал, что сферическая частица размером 50 микрон находится на пределе применимости

Турбулентное осаждение: крупные частицы ) и полностью турбулентный (500 В этих соотношениях используются в основном одни и те же термины (плотность твердого тела и жидкости и диаметр частиц), однако вязкость отсутствует (в турбулентной формуле), а зависимость от диаметра частиц представляет собой отношение квадратного корня. В турбулентном режиме CD практически постоянен (т.е. не зависит от вязкости или формы частиц).

Несферические частицы

На этом же рисунке показано, как применить эти соотношения для несферических частиц. Весь песок из природного источника имеет несферическую форму, поэтому эта поправка важна для расчета более точной скорости оседания.

Поправка на коэффициент формы (θ) применяется к коэффициенту лобового сопротивления. Фактор формы зависит от морфологии частиц (см. статью B-FSM-015), и приведены некоторые приблизительные значения. Природный песок имеет θ~2, а гипс (моноклинные кристаллы) имеет θ~4. Плоские чешуйки графита имеют коэффициент формы 22, поэтому скорость их осаждения сильно отличается от скорости сферических частиц.

Показан скорректированный закон Стокса, а также сравнение скорости осаждения для частиц размером 10 и 100 микрон. В турбулентном режиме поправка на коэффициент формы не применяется.

В следующей статье будут рассмотрены расчеты, касающиеся масляного покрытия частиц песка.

Ссылки:

1. Клифт Р., Грейс Дж. и Вебер М.Э. 2005. Пузыри, капли и частицы . Dover Publications, Минеола, Нью-Йорк.
2. Грин, Д.В. и Перри Р.Х. 2008. Справочник инженера-химика Перри, 8-е издание . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. (см. стр. с 6-51 по 6-56 по динамике частиц)

Сообщение: B-FSM-024

Дата: 23 января 2018 г.

Доктор Хэнк Роулинз — технический директор eProcess Technologies с 25-летним опытом работы в нефтегазовой отрасли. Хэнк отвечает за программы разработки в области управления выносом песка на объектах, очистки пластовых вод и систем компактной сепарации. Он еженедельно ведет блог и ведет курсы в этих областях. Связаться с Хэнком на LinkedIn , Twitter , веб-сайт , или [email protected].

• Вебинар SPE по обращению с песком на объектах, 21 января
  

  8 января 2020 г.

• Многофазный пескоотделитель – ключевые элементы и технические справочники
  

  28 окт. 2019 г.

• Многофазный пескоотделитель – основные компоненты
  

  22 окт.

  2019 г.

• Многофазный пескоотделитель – Применение и механические требования
  

  15 окт. 2019 г.

• Многофазный пескоотделитель – границы эксплуатации
  

  8 октября 2019 г.

• Многофазный пескоотделитель – размер и выбор клапана и аккумулятора
  

  17 сент. 2019 г.

• Многофазный пескоотделитель — многофазный режим (0%, 50% и 90% GVF)
  

  27 авг.