Физико-механические испытания щебня (гравия) и строительного песка

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
Р. Х. Хузиахметов 
 
 
 
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ  
ИСПЫТАНИЯ ЩЕБНЯ (ГРАВИЯ) 
И СТРОИТЕЛЬНОГО ПЕСКА 
 
 
Практикум 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2019 

УДК 691.223+691.224(07) 
ББК 38.3;38я7 
 
Х98 
 
Печатается по решению редакционно-издательского совета 
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. О. С. Сироткин 
д-р техн. наук, проф. Р. Т. Ахметова 
 
 
Х98 
Хузиахметов Р. Х. 
Физико-механические испытания щебня (гравия) и строительного 
песка : практикум / Р. Х. Хузиахметов; Минобрнауки России, Казан. 
нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 112 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2641-5 
 
Представлена общая характеристика основных минеральных строительных 
материалов (гравий, щебень, песок и т. д.). Описаны различные методы физикомеханических испытаний щебня (гравия) и строительного песка в соответствии с существующими стандартами, используемыми в горнодобывающей и других отраслях 
промышленности. Представлены способы отбора и подготовки проб, методики определения плотности, гранулометрического состава, прочности и других показателей. 
Предназначен для студентов, обучающихся по направлению «Химическая технология» по программам подготовки бакалавров и магистров.  
Подготовлен на кафедре технологии неорганических веществ и материалов. 
 
 
ISBN 978-5-7882-2641-5 
© Хузиахметов Р. Х., 2019 
 
© Казанский национальный исследовательский  
технологический университет, 2019 
 
Ответственный за выпуск А. И. Хацринов 
 
Подписано в печать 02.08.2019 
Формат 60´84 1/16 
Бумага офсетная 
Печать ризографическая 
6,51 усл. печ. л. 
7,0 уч.-изд. л. 
Тираж 100 экз. 
Заказ /19 
 
Издательство Казанского национального исследовательского  
технологического университета 
 
Отпечатано в офсетной лаборатории Казанского национального 
исследовательского технологического университета 
 
420015, Казань, К. Маркса, 68 
 
УДК 691.223+691.224(07) 
ББК 38.3;38я7 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
Введение 
4 
Общие положения 
5 
Перечень сокращений 
7 
Техника безопасности при работе в химической лаборатории 
8 
Первая доврачебная помощь при несчастных случаях 
9 
Раздел 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИНЕРАЛЬНЫХ 
НАПОЛНИТЕЛЕЙ 
10 
1.1. Характеристика и свойства щебня и гравия 
11 
1.2. Характеристика строительного песка 
15 
Раздел 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ 
МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ 
19 
2.1. Подготовка проб к анализу 
20 
2.2. Физико-химические испытания щебня (гравия) 
22 
 
Работа 1. Зерновой состав щебня (гравия) 
22 
 
Работа 2. Влажность и водопоглощение щебня (гравия) 
27 
 
Работа 3 Содержание глинистых примесей в щебне (гравии) 
30 
 
Работа 4. Плотность щебня (гравия) 
35 
 
Работа 5. Прочность щебня (гравия) 
42 
 
Работа 6. Морозостойкость щебня (гравия) 
51 
 
Работа 7. Реакционная способность щебня (гравия) 
56 
2.3. Физико-химические испытания строительного песка 
62 
 
Работа 8. Зерновой состав и модуль крупности песка 
62 
 
Работа 9. Содержание влаги и глинистых примесей в песке 
65 
 
Работа 10. Содержание органических примесей  
  
и соединений серы в песке 
73 
 
Работа 11. Минералого-петрографический состав песка 
80 
 
Работа 12. Плотность и пустотность песка 
84 
 
Работа 13. Морозостойкость песка из отсевов дробления 
89 
 
Работа 14. Реакционная способность песка 
91 
Библиографический список 
96 
Приложения 
97 
 
Приложение А. Основные термины 
96 
 
Приложение Б. Система интернациональная 
101 
 
Приложение В. Подготовка проб 
102 
 
Приложение Г. Требования ГОСТ 8267-93  
103 
 
Приложение Д. Требования ГОСТ 8736-93 
106 
 
Приложение Е. Образцы отчетов лабораторных работ 
108 

ВВЕДЕНИЕ 
Гравий, щебень и песок являются наиболее крупнотоннажными 
минеральными материалами. Они используются практически во всех 
отраслях промышленности, основными из которых являются: 
– производство строительных материалов и изделий; 
– строительство дорог и аэродромов; 
– жилищное строительство; 
– производство стекла и т. д. 
Каждая из этих отраслей устанавливает определенные требования по различным показателям: 
– высокая прочность (для дорожного строительства); 
– высокая прочность и морозостойкость (в жилищном строительстве); 
– отсутствие примесей (в производстве стекла) и т. д. 
Основные стандарты по определению различных физико-химических и механических свойств строительного песка, щебня и гравия 
следующие: 
– ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и 
отходов промышленного производства для строительных работ. (Методы физико-механических испытаний); 
– ГОСТ 8269.1-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и 
отходов промышленного производства для строительных работ. (Методы химического анализа); 
– ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. (Методы испытаний); 
– ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. (Технические 
условия). 
ГОСТ 8269.0-97 распространяется на щебень (гравий) из плотных горных пород и отходов промышленного производства (в том 
числе шлаков) со средней плотностью зерен 2–3 г/см3, применяемых 
в различных областях (заполнители для бетона, дорожные и другие 
виды строительных работ) и устанавливает порядок выполнения физико-химических испытаний (выходной контроль на предприятияхизготовителях, входной контроль на предприятиях-потребителях). 
ГОСТ 8736-93 распространяется на природный песок плотностью 2–2,8 г/см3, предназначенный для применения в качестве заполнителя для всех видов бетонов, а также во всех других отраслях (приготовление строительных растворов и сухих смесей, устройства оснований и покрытий автомобильных дорог, аэродромов и т. д.). 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 
1. К выполнению экспериментальной части лабораторных работ 
студенты могут приступать лишь после получения допуска, который 
предусматривает: 
– ознакомление с техникой безопасности; 
– индивидуальное тестирование по теоретической части (10–
20 вопросов по каждой работе); 
– наличие оформленного лабораторного журнала формата А4 
установленного образца; 
– наличие электронного лабораторного журнала (ЭЛЖ) установленного образца в ЕХСЕL (в съемных носителях и ПЭВМ). 
2. Электронный лабораторный журнал создается до занятий 
индивидуально и предназначен для автоматической статистической 
обработки результатов (определение среднеарифметического значения, доверительного интервала, относительной ошибки и др.), построения различных графических зависимостей и т. д. 
3. Цветовое оформление таблиц EXCEL (с целью быстрого 
нахождения необходимой информации в достаточно большом массиве 
исходных, экспериментальных и расчетных данных) следующее: 
 
1. Исходные данные; КОНСТАНТЫ 
шрифт – красный 
2. Экспериментальные данные 
шрифт – синий 
3. Конечный экспериментальный 
результат 
шрифт – черный, 
(ячейки – красного цвета) 
4. Предварительные расчеты 
(ячейки с формулами) 
шрифт – черный, 
(ячейки – зеленого цвета) 
5. Итоговые расчеты 
(ячейки с формулами статистической обработки) 
шрифт – жирный красный, 
(ячейки – желтого цвета) 
 
4. Каждый эксперимент проводится минимум 3 раза (если нет 
особых указаний) и результаты записываются в ЭЛЖ. 
5. Результаты одновременно вносятся в лабораторный журнал 
(записи на отдельных листах бумаги не разрешаются), при этом конечный экспериментальный результат (ячейки красного цвета) обязательно подписывается преподавателем. 
6. В конце занятий в ЭЛЖ полученные зависимости конечных 
выходных параметров от исходных [Y = f(X1, X2,….Xi)] визуализируют 

в виде рисунков, графиков и диаграмм (при этом статистическая обработка данных происходит автоматически). 
7. Электронный вариант отчета по лабораторной работе готовят к началу каждой работы самостоятельно (образцы отчетов некоторых лабораторных работ представлены в прил. Е): количество страниц –1–3; формат – А4; размер шрифта – 10–11 кегль. Отчет должен 
включать: название; цель и задачи; сущность методов; таблицу с указанием условий и результатов опытов; данные статистической обработки результатов; выводы по работе, а также, при необходимости, 
фотографии исследуемых образцов и конечных продуктов; схему 
установки или прибора; схему проведения анализа или синтеза и некоторые другие пункты. 
8. Статистическая обработка результатов в EXCEL включает 
определение следующих величин: 
– среднее значение (СЗ) СРЗНАЧ = СУММ(Xi)/n; 
– стандартное отклонение (СО) = СТАНДОТКЛОНП(X1:X3); 
– доверительный интервал (ДИ) = ДОВЕРИТ(0,05;а;n); 
– относительная ошибка (ε = ДИ ×100 / СЗ). 
9. Визуализация экспериментальных данных включает в себя построение графических зависимостей различных видов в стандартных 
пакетах прикладных программ (EXCEL, STATISTICA и др.): графики; 
гистограммы, трехмерные диаграммы и т. п. 
10. Защита отчетов проводится следующим образом: оформленный электронный вариант отчета предъявляется преподавателю; 
при получении удовлетворительных результатов (если относительная 
ошибка e £ 5–10 % – в зависимости от вида работ) отчет распечатывают на цветном принтере и сдают преподавателю. 
11. Оценка за лабораторную работу выставляется по 10-балльной шкале, затем сумма набранных баллов за все лабораторные работы пересчитывается на 40-балльную шкалу (40 – максимальная сумма 
баллов за лабораторный практикум по 100-балльной шкале). 
12. Электронный лабораторный журнал, содержащий основные 
таблицы, необходимые для проведения экспериментальных исследований в любой области науки и техники (фракционный состав, определение влажности и потерь при прокаливании, определение плотности, приготовление растворов и некоторые другие), используют для 
дальнейшего выполнения выпускных квалификационных работ бакалавров и магистров. 
 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 
Перечень наиболее часто используемых сокращений представлен ниже (определения, обозначения и единицы измерения физических величин представлены в прил. А и Б). 
 
ВОТН, % 
– влажность относительная; 
ВАБС, % 
– влажность абсолютная; 
W, % 
– влагопоглощение; 
mИСХ, г  
– навеска исходной анализируемой пробы; 
VМК, см3 
– объем мерной колбы, в которой растворена навеска; 
VП, см3 
– объем пипетки («аликвота») анализируемого раствора; 
ρ, г/см3 
– плотность твердого вещества (справочные данные); 
ρЖ , г/см3 
– плотность жидкого вещества (справочные данные); 
ρР, г/см3 
– плотность раствора; 
ρИСТ , г/см3 – плотность истинная для твердого вещества (материала);
ρНАС , г/см3 – плотность насыпная (кажущаяся); 
d, м 
– диаметр частиц; 
SУД, м2/г 
– удельная поверхность. 

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ  
В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ 
В лабораторию студенты допускаются лишь после проведения 
с ними инструктажа по технике безопасности! 
 
1. Методические указания: приступая к работе, студент обязан 
изучить методическое руководство по проведению работ (физикохимия 
процессов, свойства веществ, порядок работы с приборами и т. д.). 
2. Рабочее место студента. За каждым студентом закрепляется 
рабочее место (где должны находиться только необходимые приборы 
и реактивы); а в лабораториях работать только в спецодежде! 
3. Работа с реактивами: особое внимание необходимо уделять 
бережному расходованию материалов и реактивов; отработанные 
жидкости собирают в специальную тару. 
4. Работа с кислотами и щелочами: при разбавлении кислот 
приливают кислоту в воду (а не наоборот!); пролитые кислоты смывают водой и нейтрализуют содой (Na2CO3) или мелом (СаСО3) до 
прекращения вскипания. 
5. Работа с ядовитыми веществами. Ядовитые вещества, едкие 
и летучие жидкости берут с помощью пипеток, снабженных специальным заборным устройством (резиновой грушей, шприцем). 
Запрещается: 
– курить, принимать пищу, загромождать рабочие столы в помещениях лаборатории посторонними предметами;  
– использовать открытые нагревательные приборы при работе с 
ЛВЖ; 
– оставлять без присмотра работающие аналитические и электронагревательные приборы; 
– выливать обратно неиспользованные реактивы в исходную 
емкость (это приведет не к экономии, а к порче большой партии растворов). 
 
 
 
 

ПЕРВАЯ ДОВРАЧЕБНАЯ ПОМОЩЬ ПРИ НЕСЧАСТНЫХ 
УСЛОВИЯХ 
1. Механические ранения и порезы стеклом: рану промывают 
3–10 % раствором H2O2; края раны дезинфицируют раствором йода и 
перевязывают стерильным бинтом; при глубоких порезах необходимо 
остановить кровотечение тампоном ваты (смоченным H2O2) и срочно 
обратиться в лечебное учреждение. 
2. Тепловые ожоги: пораженное место смачивают этиловым 
спиртом (3 % раствором NaHCO3 или KMnO4), смазывают мазью от 
ожогов и накладывают повязку; при тяжелых ожогах делают примочку из KMnO4, накладывают сухую стерильную повязку и направляют 
к врачу. 
3. Химические ожоги: при ожогах кислотами и щелочами сначала ватным тампоном удаляют остатки (капли), промывают большим 
количеством воды и нейтрализуют 3 % раствором NaHCO3 (при поражении кислотой) или 2 % раствором CH3COOH (при поражении щелочью); пораженные места смазывают мазью от ожогов (борным вазелином) и накладывают повязку. 
4. Отравления ядовитыми веществами: немедленно вызывают 
рвоту (с помощью пальцев или мыльной воды), промывают желудок 
водой и дают молоко, активированный уголь или крепкий чай. 
5. Поражения электротоком. Пострадавшего немедленно 
обесточивают и тотчас же делают ему искусственное дыхание (до 
прихода медицинского работника!). 
 
 
 

Раздел 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИНЕРАЛЬНЫХ 
НАПОЛНИТЕЛЕЙ 
Гравий, щебень и галька являются наиболее крупнотоннажными 
неорганическими инертным материалами, преимущественно используемыми для различных строительных целей. Месторождения их 
имеются практически во всех регионах, поэтому их условно можно 
назвать местным минеральным сырьем. 
Гравий – рыхлая крупнообломочная осадочная горная порода, 
сложенная окатанными обломками пород (иногда содержит обломки 
минералов размером 1–10 мм), образовавшихся в результате естественного разрушения (выветривания) твердых горных пород.  
Галька – разновидность гравия – окатанные под действием текучей воды рек или озерных и прибрежных морских волн обломки 
горных пород размером 1–15 см (1–2,5 см – мелкая, 2,5–5 см – средняя, 5–15 см – крупная). 
Щебень – сыпучий зернистый материал размером свыше 5 мм 
(по европейским стандартам – более 3 мм), получаемый дроблением 
горных пород, гравия и валунов, а также попутно добываемых 
вскрышных и вмещающих пород или некондиционных отходов горных предприятий по переработке различных руд и неметаллических 
ископаемых других отраслей промышленности и последующим рассевом продуктов дробления. 
Песок – осадочная горная порода, а также искусственный материал, состоящий из зерен горных пород.  
Основные отличия между гравием и щебнем следующие: 
– гравий – неорганический сыпучий материал, который образуется при разрушении горных пород, щебень – сыпучий материал, получаемый измельчением горных пород;  
– гравий обладает округлой формой и более гладкой поверхностью, а щебень – остроугольную форму с шероховатой поверхностью; 
– по размерам гравий обычно меньше щебня. 
Радиоактивность щебня, гравия и песка (с учетом того, что они 
практически всюду окружают нас: здания, сооружения, дороги и т. д.), 
должна соответствовать для всех видов работ к 1-му классу 
(ГОСТ 30108-94, удельная эффективная активность естественных радионуклидов АЭФФ < 370 Бк/кг), т.е. они радиационно безопасны.