Закон Ома для полной и не полной эллектрической цепи, формула и правильное определение

Все о законе Ома: простыми словами с примерами для “чайников”

Закон Ома назван в честь своего открывателя это ученый Георг Симон Ом. Свои эксперименты в области электричества он начал вдохновляясь опытами Фурье. Ом проводил свои опыты с различными материалами и изучение их электропроводности. Так была разработана знаменитая формула, которая стала краеугольной в современной физике, которая вошла в школьные учебники: I=U/R. Сила тока пропорциональна величине напряжения и имеет обратную пропорциональность сопротивлению.

В статье подробно разобраны области теории и практического применения принципов закона Ома в современной электротехнике. В качестве дополнения, в материале содержатся два обучающих видеоролика и один научный материал на тему статьи.

Закон Ома

Закон Ома показывает отношения между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R). Записано это может быть тремя разными способами:

V – напряжение в вольтах (В);
I – сила тока в амперах (А);
R – сопротивление в омах (Ом);

Для большинства схем амперы – слишком большие величины, а омы – слишком маленькие. Поэтому в формулу можно подставлять миллиамперы и килоомы. Если силу тока подставлять в миллиамперах (мА), то сопротивление обязательно должно быть в килоомах (кОм) и наоборот. Напряжение – всегда в вольтах.

Чтобы проще запомнить три разные версии определения Закона Ома, можно воспользоваться «VIR-треугольником».

Если надо вычислить напряжение, закрываем пальцем V. У нас остаются I и R. Они на одном уровне, значит между ними ставим знак умножения. Получается: V = I × R .

Если вычисляем ток, закрываем пальцем I. У нас остаётся V над R. Значит напряжение делится на сопротивление: I = V /_R .

Аналогичным образом поступаем при вычислении сопротивления. Закрываем R. Остаётся V над I. Значит: R = V /_I .

Закон Ома, определение: Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Есть также частный случай – Закон Ома для участка цепи – сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Закон Ома для цепи

Закон Ома для участка цепи, безусловно, можно описать известной из школьного курса физики формулой: I=U/R, но некоторые изменения и уточнения внести, думаю, стоит. Возьмем замкнутую электрическую цепь и рассмотрим ее участок между точками 1-2. Для простоты я взял участок электрической цепи, не содержащий источников ЭДС (Е).

Итак, закон Ома для рассматриваемого участка цепи имеет вид:

I – ток, протекающий по участку цепи.
R – сопротивление этого участка.
φ1-φ2 – разность потенциалов между точками 1-2.

Если учесть, что разность потенциалов это напряжение, то приходим к производной формулы закона Ома, которая приведена в начале страницы: U=I*R. Это формула закона Ома для пассивного участка цепи (не содержащего источников электроэнергии).

В неразветвленной электрической цепи (рис.2) сила тока во всех участках одинакова, а напряжение на любом участке определяется его сопротивлением:

Отсюда можно получить формулы, которые пригодятся при практических вычислениях. Например:

Расчет сложных (разветвленных) цепей осуществляется с помощью законов Кирхгофа.

Для ЭДС

Перед тем как рассмотреть закон Ома для полной (замкнутой) цепи приведу правило знаков для ЭДС, которое гласит:

Практическим применением этого правила является возможность приведения нескольких источников ЭДС в цепи к одному с величиной E=E₁+E₂+…+En, естественно, с учетом знаков, определяемых по вышеприведенному правилу. Например (рис.3.3) E=E₁+E₂-E₃. При отсутствии встречно включенного источника E3 (на практике так почти никогда не бывает) имеем широко распространенное последовательное включение элементов питания, при котором их напряжения суммируются.

Для полной цепи

Закон Ома для полной цепи – его еще можно назвать закон ома для замкнутой цепи, имеет вид I=E/(R+r). Приведенная формула закона Ома содержит обозначение r, которое еще не упоминалось. Это внутреннее сопротивление источника ЭДС. Оно достаточно мало, в большинстве случаев при практических расчетах им можно пренебречь (при условии, что R>>r – сопротивление цепи много больше внутреннего сопротивления источника). Однако, когда они соизмеримы, пренебрегать величиной r нельзя.

Как вариант можно рассмотреть случай, при котором R=0 (короткое замыкание). Тогда приведенная формула закона Ома для полной цепи примет вид: I=E/r, то есть величина внутреннего сопротивления будет определять ток короткого замыкания. Такая ситуация вполне может быть реальной. Закон Ома рассмотрен здесь достаточно бегло, но приведенных формул достаточно для проведения большинства расчетов, примеры которых, по мере размещения других материалов я буду приводить.

Полноценную цепь составляет уже участок (участки), а также источник ЭДС. То есть, фактически к существующему резистивному компоненту участка цепи добавляется внутреннее сопротивление источника ЭДС. Поэтому логичным является некоторое изменение выше рассмотренной формулы:

Конечно, значение внутреннего сопротивления ЭДС в законе Ома для полной электрической цепи можно считать ничтожно малым, правда во многом это значение сопротивления зависит от структуры источника ЭДС. Тем не менее, при расчетах сложных электронных схем, электрических цепей с множеством проводников, наличие дополнительного сопротивления является важным фактором.

Как для участка цепи, так и для полной схемы следует учитывать естественный момент – использование тока постоянной или переменной величины. Если отмеченные выше моменты, характерные для закона Ома, рассматривались с точки зрения использования постоянного тока, соответственно с переменным током всё выглядит несколько иначе.

Для переменного тока

Переменный ток отличается от постоянного тем, что он изменяется с определенными временными периодами. Конкретно он изменяет свое значение и направление. Чтобы применить закон Ома здесь нужно учитывать, что сопротивление в цепи с постоянным током может отличатся от сопротивления в цепи с током переменным. И отличается оно в том случае если в цепи применены компоненты с реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление может быть индуктивным (катушки, трансформаторы, дроссели) и емкостными (конденсатор).

Если мы схематически представим, как с течением времени меняются эти два значения, у нас получится синусоида. И напряжение, и сила тока от нуля поднимаются до максимального значения, затем, опускаясь, проходят через нулевое значение и достигают максимального отрицательного значения. После этого снова поднимаются через нуль до максимального значения и так далее. Когда говорится, что сила тока или напряжение имеет отрицательное значение, здесь имеется ввиду, что они движутся в обратном направлении.

Для замкнутой цепи

На самом деле, это только предисловие. Вернемся к реактивному и активному сопротивлению. Отличие активного сопротивления от реактивного в том, что в цепи с активным сопротивлением фаза тока совпадает с фазой напряжения. То есть, и значение силы тока, и значение напряжения достигают максимума в одном направлении одновременно. В таком случае наша формула для расчета напряжения, сопротивления или силы тока не меняется.

Если же цепь содержит реактивное сопротивление, фазы тока и напряжения сдвигаются друг от друга на ¼ периода. Это означает, что, когда сила тока достигнет максимального значения, напряжение будет равняться нулю и наоборот. Когда применяется индуктивное сопротивление, фаза напряжения «обгоняет» фазу тока. Когда применяется емкостное сопротивление, фаза тока «обгоняет» фазу напряжения.

Формула для расчета падения напряжения на индуктивном сопротивлении:

Где L – индуктивность реактивного сопротивления, а ω – угловая частота (производная по времени от фазы колебания).

Формула для расчета падения напряжения на емкостном сопротивлении:

С – емкость реактивного сопротивления.

Эти две формулы – частные случаи закона Ома для переменных цепей.

Полный же будет выглядеть следующем образом:

Здесь Z – полное сопротивление переменной цепи известное как импеданс.

Сфера применения

Закон Ома не является базовым законом в физике, это лишь удобная зависимость одних значений от других, которая подходит почти в любых ситуациях на практике. Поэтому проще будет перечислить ситуации, когда закон может не срабатывать:

Если есть инерция носителей заряда, например, в некоторых высокочастотных электрических полях;
В сверхпроводниках;
Если провод нагревается до такой степени, что вольтамперная характеристика перестает быть линейной. Например, в лампах накаливания;
В вакуумных и газовых радиолампах;
В диодах и транзисторах.

Последовательное и параллельное включение элементов

Для элементов электрической цепи (участка цепи) характерным моментом является последовательное либо параллельное соединение. Соответственно, каждый вид соединения сопровождается разным характером течения тока и подводкой напряжения. На этот счёт закон Ома также применяется по-разному, в зависимости от варианта включения элементов.

Цепь последовательно включенных резистивных элементов

Применительно к последовательному соединению (участку цепи с двумя компонентами) используется формулировка:

I = I 1= I 2 ;
U = U 1+ U 2 ;
R = R 1+ R 2

Такая формулировка явно демонстрирует, что, независимо от числа последовательно соединенных резистивных компонентов, ток, текущий на участке цепи, не меняет значения. Величина напряжения, приложенного к действующим резистивным компонентам схемы, является суммой и составляет в целом значение источника ЭДС.

При этом напряжение на каждом отдельном компоненте равно: Ux = I * Rx. Общее сопротивление следует рассматривать как сумму номиналов всех резистивных компонентов цепи.

Цепь параллельно включенных резистивных элементов

На случай, когда имеет место параллельное включение резистивных компонентов, справедливой относительно закона немецкого физика Ома считается формулировка:

I = I 1+ I 2 … ;
U = U 1= U 2 … ;
1 / R = 1 / R 1+ 1 / R 2 + …

Не исключаются варианты составления схемных участков «смешанного» вида, когда используется параллельное и последовательное соединение. Для таких вариантов расчет обычно ведется изначальным расчетом резистивного номинала параллельного соединения. Затем к полученному результату добавляется номинал резистора, включенного последовательно.

Интегральная и дифференциальная формы закона

Все вышеизложенные моменты с расчетами применимы к условиям, когда в составе электрических схем используются проводники, так сказать, «однородной» структуры. Между тем на практике нередко приходится сталкиваться с построением схематики, где на различных участках структура проводников меняется. К примеру, используются провода большего сечения или, напротив, меньшего, сделанные на основе разных материалов.

Под дифференциальный расчет берется формула: J = ό * E. Для интегрального расчета, соответственно, формулировка: I * R = φ1 – φ2 + έ Однако эти примеры скорее уже ближе к школе высшей математики и в реальной практике простого электрика фактически не применяются.

Формулировка и определение закона Ома

Время на чтение:

Закон Ома для всей цепи является одним из наиболее фундаментальных и важных законов, регулирующих работу электрических и электронных схем. Он описывает взаимоотношение тока, напряжения и сопротивления для линейного участка цепи, так что если два известны, третий может быть получен расчетным путем.

Закон Ома — основа электротехники

Это основное уравнение, используемое для изучения электрических цепей, было получено экспериментальным путем Георгом Симоном Омом. Он родился в Эрлангене Германии в 1787 году и поступил в университет этого города в 1805 году, где он получил докторскую степень. Георг преподавал математику в школах и проводил эксперименты по физике в школьной физической лаборатории, пытаясь понять принципы электромагнетизма.

Г. С. Ом

В 1827 году он опубликовал статьи, в которых описана математическая модель того, как контуры проводят тепло в работах Фурье. Ом получил экспериментальные данные, на базе которых впервые смог сформулировать свой закон 8 января 1826 года. Он установил, что разность потенциалов между двумя точками в цепи равна произведению тока между ними на общее сопротивление всех электрических устройств. Чем больше напряжение батареи или ее общая разность электропотенциалов, тем больше будет ее ток. Аналогично, с большим сопротивлением он будет меньше.

Но его исследования не нашли должного понимания и Георг оставил свою работу в Кельне. Только в 1833 году он получил должность профессора в Нюрнберге. Выводы Ома послужили катализатором для новейших исследований по электричеству. В 1841 году ученого наградили медалью Копли, а в 1872 году «Ом» был принят в качестве единицы сопротивления в электрических цепях.

Закон Ома для полной электрической цепи описывает протекание тока через проводящие металлы, когда применяются различные уровни напряжения. Некоторые материалы, такие как электропровода, имеют небольшое сопротивление току — этот тип материала называется проводником.

Важно! В других случаях материал может препятствовать протеканию тока, но, тем не менее, допускает его использование. В электрических цепях эти компоненты часто называют резисторами. Существуют материалы, которые практически не пропускают ток, они называются изоляторами.

Формула закона Ома

Первый Закон Ома устанавливает, что разница потенциалов между двумя точками резистора пропорциональна току. Более того, согласно этому закону, соотношение между потенциалом и током всегда является постоянным для омических резисторов.

V — напряжение/электропотенциал (В);

R — электросопротивление (ом);

I — электрический ток.

Формула

В нем U является скалярной величиной и меряется в (В). Разница в электропотенциалах между двумя точками цепи, указывает на наличие электросопротивления. Когда I проходит через резистивный элемент R, происходит падение электрического потенциала. Это различие возникает из-за рассеивания энергии, называемым эффектом Джоуля. I измеряет поток зарядов через тело в (А) и прямо пропорционален сопротивлению провода.

Второй закон Ома говорит о том, что электросопротивление R представляет собой свойство из тела, которое регулирует проходимость I. Это свойство зависит от геометрических факторов тела, таких как длина или площадь сечения участка и от вызываемой величины R. Его количество зависит исключительно от материала участка.

R — электросопротивление (Ом);

ρ — удельное электросопротивление провода (Ом.м);

L — протяженность проводника (м);

S — площадь сечения провода (м2).

Омическим резистором называется любое тело, способное представлять постоянное сопротивление для данного диапазона напряжений. График напряжения как функция тока для омических резисторов является линейным. Резистор можно считать омическим в диапазоне, в котором его потенциал линейно возрастает с ростом I.

Сопротивление можно понимать как наклон линии, заданный тангенсом угла. Как известно, тангенс определяется, как отношение между противоположным и соседним сторонами, и, в случае, когда сопротивления омические, может быть рассчитан по формуле: R = U / I.

Треугольник

Чтобы помочь запомнить формулу, можно использовать треугольник с одной горизонтальной стороной и вершиной вверху, как пирамиду. Это иногда называют законом треугольника Ома. В верхнем его углу находится буква V, в левом углу — буква I, а в правом нижнем углу — R.

Обратите внимание! Чтобы использовать треугольник, прикрыть неизвестный параметр, а затем, рассчитать его из двух других. Если они находятся на одной линии, они умножаются, но если одна находится над другой, их следует разделить. Другими словами, если необходимо рассчитать I, напряжение делится на сопротивление, то есть V / R.

Для полной замкнутой цепи

Закон Ома для полной цепи определение — ЭДС электрического элемента аккумулятора или источника — это общая работа, выполненная внутри и снаружи элемента для переноса электрических зарядов в электроцепи. Если обозначим ЭДС аккумулятора через E (B), суммарная сила тока для полной цепи I (А), внешнее сопротивление R (Ом) и внутреннее сопротивление ячейки r по (Ом).

Тогда: E = I*R + I*r

Замкнутая сеть

Это выражение известно, как закон Ома для замкнутого контура, где: I — интенсивность тока равна E общей электродвижущей силе деленной на (R + r) — общее сопротивление цепи.

Связь между ЭДС (E) электрической ячейки и напряжением на ее полюсах (V). На основании закона Ома для замкнутых цепей:

E = IR + I r, V = IR

ЭДС электрической ячейки больше, чем разность потенциалов между клеммами ее внешней цепи, когда цепь включена. Потому что внутреннее сопротивление ячейки потребляет работу для передачи I внутрь нее на основе соотношения E = V + I r и, следовательно, V Для участка цепи

Законы Ома для участка цепи применяются также часто, как и для замкнутого контура. Разница в том, что при расчете учитывается не ЭДС, а только разность потенциалов. Такой участок называется однородным. В этом случае существует особый случай, который позволяет рассчитать характеристики электрической цепи на каждом из ее элементов.

V — разность напряжений или потенциалов. Измеряется вольтметром при параллельном подключении щупов к клеммам любого элемента (сопротивления). Результирующее значение V всегда меньше, чем ЭДС.

Для переменного тока

Общим термином для сопротивления переменного I является полное сопротивление и обозначается символом Z. Треугольник используется точно также, как закон Ома в DC, за исключением того, что теперь используют сопротивление Z. Следует отметить, что при измерении переменного напряжения или тока измеритель будет показывать только правильные значения в ограниченном диапазоне частот. Обычно это справедливо для постоянного I до 400 Гц.

Переменный ток

Для цепей переменного тока, в которых напряжение и I находятся в фазе, может использоваться круговая диаграмма. В случае цепей переменного тока напряжение связано с I с помощью константы пропорциональности Z (импеданса) и константы пропорциональности R для чисто резистивных цепей, где (Z = R).

V = IZ и V = IR (для чисто резистивных цепей)

Где Z = √ [R 2 + X 2]

Импеданс Z — это полное сопротивление цепей к переменному току. Он состоит из реальной части (сопротивления) и мнимой части (реактивности).

В интегральной форме

Наиболее часто в электротехнике используют омическое соотношение в интегральной форме. Если рассмотреть часть проводника, приняв для простоты, что он имеет цилиндрическую форму, с площадью поперечного сечения S, к концам которого приложена разность потенциалов Δ φ = φ 1- φ 2, то внутри проводника будет действовать электрополе с плотностью тока j = σ*Е в соответствии с Законом Ома. Если предположить, что I будет равномерен по площади сечения провода, тогда:

Интегральная форма

Если поле Е в проводнике однородно, вектор Е будет направляться вдоль оси Ох, в этом случае напряжённость поля будет взаимосвязана с потенциалом формулой

I = σ*S*dφ/dx, поэтому

Интегрируя данное выражение для всего участка провода, получится:

I* ∫ dx/dφ = φ1 — φ2

Выражение, стоящее в левой части является сопротивлением проводника R, таким образом интегральная форма Закона Ома:

I *R = φ1, φ2 = V , где:

Для проводника с формой цилиндра, где S постоянная величина R = L/(σ *S) = ρ* L/S,

где L — длина проводника, а ρ = 1/σ — удельное сопротивление.

Неоднородного участка цепи

Однако существуют компоненты электрических цепей, которые не подчиняются закону Ома, то есть их взаимосвязь между током и напряжением является нелинейной или неомической. Например, pn-переходный диод. В нем I не увеличивается линейно с приложенным напряжением для диода. Можно определить значение тока (I) для данного значения приложенного напряжения (V) по кривой, но не по закону Ома, поскольку значение «сопротивления» не является постоянной величиной.

Кроме того, I значительно увеличивается, только если приложенное напряжение положительное, а не отрицательное. Соотношение V/I для некоторой точки вдоль нелинейной кривой иногда называют статическим, хордовым или постоянным сопротивлением. Значение общего V над общим I изменяется в зависимости от конкретной точки вдоль нелинейной кривой.

Это означает, что «сопротивление постоянному току» V/I в некоторой точке кривой не совпадает с тем, которое было бы определено путем подачи переменного сигнала, имеющего пиковую амплитуду V вольт или I ампер с центром в той же точке вдоль кривой. Однако в некоторых применениях с диодами сигнал переменного тока, подаваемый на устройство, мал, и можно анализировать схему с точки зрения динамики, мало сигнальное, или инкрементное сопротивления, определяемое как сопротивление наклона кривой V-I при среднем значении напряжения. Для достаточно малых сигналов динамическое сопротивление позволяет рассчитать закон малого сопротивления Ома как приблизительно одно по наклону линии, проведенной по касательной к кривой в рабочей точке постоянного тока.

Закон Ома для участка сети однородного характера был изложен выше. Закон на нелинейном участке будет иметь следующий вид:

I = U/ R = φ1 — φ2 + E/ R, где:

φ1 — φ2 — разница потенциалов на конечных точках рассматриваемого участка сети,

R — общее сопротивление нелинейного участка цепи.

Сила тока по закону Ома

Альтернативные утверждения закона Ома заключаются в том, что I в проводнике равен разности потенциалов V на проводнике, деленной на сопротивление проводника, или просто I = V / R, и что разность потенциалов на проводнике равна произведению тока в проводнике и его сопротивления, V = IR.

В цепи, в которой разность потенциалов или напряжение постоянны, I может быть уменьшен, путем добавления большего сопротивления или увеличен путем удаления некоторого сопротивления. Закон Ома также может быть выражен в терминах электродвижущая сила, или напряжение, E — источника электрической энергии, такой как батарея, например, I = Е / R.

С изменениями закон Ома также применяется к цепям переменного тока, в которых соотношение между напряжением и током более сложное, чем для постоянных I. Именно потому, что I меняется, возникают другие формы замыкания тока, называемые реактивным сопротивлением. Сочетание сопротивления и реактивного сопротивления называется импеданс, Z. Когда импеданс, эквивалентный отношению напряжения к току, в цепи переменного тока является постоянным, обычное явление, применим закон Ома, например, V/I = Z.

Закон Ома используется во всех отраслях электротехники для расчета значения резисторов, требуемых в цепях, и также может использоваться для определения тока, протекающего в цепи, где напряжение можно легко измерить через известный резистор. Таким образом, он применяется в огромном количестве вычислений во всех формах электрических и электронных схем — фактически везде, где течет ток.

Что такое формовочный песок и где применяется?

Состав
Свойства
Сферы применения

В строительстве используется огромное количество природных материалов. Одним из важных компонентов выступает формовочный песок. Он состоит из мелких зерен с минимальными вкраплениями глины. Формовочные смеси широко применяются в штукатурных работах, засыпке фундамента и на литейном производстве.

Состав

Формовочные пески являются осадочными горными породами, которые образовались путем выветривания, разрушения и перемещения горных пород. Известны своей однородной зернистостью и повышенным содержанием примесей. Добывают формовочный песок в карьерах. Место обнаружения того или иного вида определяют по форме песчинок. Остроугольные зерна свидетельствуют о том, что материал образовался путем разрушения горных пород. Округлая форма формируется в результате воздействия влаги.

Формовочные пески, согласно ГОСТу 2138-91, могут быть следующими:

кварцевые (содержание глины не более 20%);
жирные (30-50% глинистых вкраплений);
тощие (до 12% глины).

Что касается химического состава первой разновидности, то его основу составляет кварц. Это минерал, плотность которого составляет 7 ед. по шкале Мооса. В чистом виде кварц имеет прозрачную структуру, но при наличии примесей его цвет меняется. Процесс превращения кварца из одного состояния в другое происходит достаточно быстро при нагреве. Таким образом, минерал считается термически стабильным материалом. В процессе воздействия высоких температур с кварцем не происходит существенных изменений, которые приводят к деформации песчинок. Помимо кварца формовочные пески содержат полевые шпаты, слюды, оксиды и гидраты оксидов железа.

Вредными в песке считаются примеси карбонатов, которые обладают спецификой разложения при нагревании от 500 до 900 градусов. Также данные вкрапления способствуют образованию в отливках различных дефектов.

Также существует определенная классификация формовочных песков:

различают речной, горный и морской;
встречаются крупные и мелкозернистые марки (от 0,5 до 3,5 см);
разновидности применяют, исходя из состава (содержание кварца, слюды и глины).

Материал не должен включать в себя загрязняющие вещества: торф, уголь и кварциты.

Свойства

К основным характеристикам данного строительного материала относят:

прочность – смесь обладает высокой плотностью и практически не поддается разрушению;
пластичность – масса имеет склонность к деформации, это обусловлено наличием глинистых вкраплений;
текучесть – смесь обладает способностью равномерного распределения внутри емкости или ящика для литья;
газопроницаемость – материал способен «избавляться» от избыточного воздуха и газов, которые образуются при заливке;
огнеупорность – формовочный песок обладает повышенной стойкостью к высоким температурам.

Кроме того, к его основным свойствам относят:

однородность;
высокую сорбционную способность;
химическую стойкость;
повышенную сыпучесть и пористость структуры.

Кроме того, формовочный материал делят на два типа (обозначенные буквами А и Б). К первой относится разновидность с большим остатком на крайнем верхнем сите, на нижнем – к категории Б. Также различаются природные и обогащенные пески. Последние получают путем специальной обработки, удаляя из природного песка глину и ненужные примеси.

Поверхность песчинок природного материала покрыта тончайшими пленками кварца, гидроксидов железа и глины. Песчинки обладают большой активностью. Именно от размера зерен зависит прочность и газопроницаемость смесей.

Сферы применения

Формовочный песок широко применяют в строительной области. Речь идет о штукатурных работах, изготовлении бетонных конструкций, засыпке фундамента, создании дорожного полотна и разработке ландшафтного дизайна.

При строительстве применяется именно речная разновидность. Она отлично пропускает воду и обладает прекрасной сыпучестью.

Формовочный песок применяется в металлургической отрасли в качестве надежного наполнителя для чугунного литья. Для литейного производства используют именно кварцевый песок. Тощие и жирные разновидности актуальны для изготовления форм при создании отливок из цветных сплавов. Что касается обогащенного песка, то его используют для получения стержней в горячей и холодной оснастке.

Формовочный песок выступает в качестве сырья при производстве стекла высокого качества, которое используют в химической промышленности и медицине. Также данный материал является важным компонентом в системе фильтрации воды. Формовочные пески входят в состав строительных смесей и растворов. При изготовлении наливных полов и декоративной штукатурки также применяют различные разновидности песка. Его используют в роли абразивного материала, очищая от ржавчины металлические детали. Также формовочный песок применяют при тушении возгорания электрических бытовых приборов.

О том, как сделать формовочную смесь, смотрите в следующем видео.

Что такое формовочный песок?

Формовочный песок относится к рыхлым осадочным породам и широко используется для создания формовочных и стержневых растворов, после чего в литейном производстве из них изготавливаются различные формочки и стержни. Нецементированный горный материал имеет фракцию 0,1-2,4 мм, а также глинистые примеси в количестве до 50 % размером до 0,023 мм. Основным компонентом является кварц, который может эксплуатироваться при температуре до 1710°C.

Существует несколько типов, отличающихся эксплуатационными качествами, которые могут применяться для литья тех или иных изделий (при этом возможность взаимозаменяемости практически отсутствует):

1. Кварцевый песок.

Содержание глинистых элементов может достигать 2 %, однако его классифицируют на группы, характеризующие качество.

Группа	Массовая доля глины, %
1	0,2
2	0,45
3	1,0
4	1,4-1,5
5	2,0

Соответственно следует учесть содержание самого кварца в составе такого песка.

Группа	Массовая доля кварца, %
К₁	99,0
К₂	98,0
К₃	97,0-97,5
К₄	95,5
К₅	93

Однородность играет важную роль в качестве формовочной смеси.

Группа	Коэффициент однородности, %
О₁	80,0
О₂	75,0
О₃	65,0
О₄	55,0
О₅	45,0-50,0

Фракционность также разделяется на группы: 01 – до 0,14 мм, 016 – 0,16-0,18 мм, 02 – 0,2-0,23 мм, 025 – 0,24-0,27 мм, 03 – до 0,3 мм. Маркировка песка может иметь вид 2К₂О₄02: примесь глины – до 0,5 %, кварц – 98 %, однородность – 55 % и размер зерна – около 0,2 мм.

Глинистая составляющая может быть до 12%. Он обладает более низкими показателями, чем кварцевый, но не менее популярен в строительной отрасли.

Группа	Массовая доля глины, %
1	4,0
2	8,0
3	12,0

Содержание кварца в маркировке: Т₁ – 96 %, Т₂ – 93 %, Т₃ – 88-90 %. Однородность полностью совпадает с кварцевым, поэтому область их применения практически одинаковая. Фракции регламентируются теми же группами, однако прочность зерен несколько снижается. Тощий формовочный песок маркируется как 1Т₃О₁02: включение глины – 4 %, кварца – 90 %, однородность достигает 80 %, а зерна имеют размер 0,17-0,22 мм.

Такой вид наименее прочный, так как глинистый компонент в составе варьируется в пределах 12-50 %. При этом прочностной предел на сжатие определяется только во влажном состоянии.

Группа	Показатель прочности, кгс/см2
Ж₁	0,81
Ж₂	0,65-0,71
Ж₃	0,45-0,52

Фракция классифицируется по тому же принципу, что и предыдущие виды. Материал имеет маркировку Ж₁025: предел прочности – 0,8 кгс/см2 (0,08 МПа), а фракционность варьируется от 0,24 до 0,28 мм. Здесь не учитывается коэффициент однородности.

Основные технические параметры

Формовочный материал обладает дополнительными свойствами, которые учитываются при покупке и использовании в литейном производстве. По содержанию влаги различают: сухие пески – до 0,6 %, влажные – 5 %, сырые – 6,5 %. Также они имеют определенное насыщение водородными ионами: кислые – не более 6,1 рН, нейтральные – 6,1-6,9 рН, щелочные – более 7,0 %.

Все смеси включают в химическом и минералогическом составе низкосортные примеси, поэтому следует смотреть на их процент.

Группа	Массовая доля примесей, %
Группа	Оксиды щелочей (Na₂О, K₂О, CaO, MgO)	Оксиды железа
1	0,45	0,22
2	0,85	0,43
3	1,25	0,64
4	1,6	0,87
5	2,3	1,1

Фракция песка могут различаться по форме, поэтому разделяют округлые, полуокруглые и угловатые. Чтобы приобрести качественный формовочный материал, следует учитывать показатель газопроницаемости.

Группа	Газопроницаемость, м2/кг
1	35
2	110
3	210
4	340
5	520-550

Стальное литье предполагает использование только формовочного кварцевого песка, так как он имеет минимальное количество глинистых примесей. Для чугунных и цветных сплавов можно применять тощие или жирные виды.

Мелкие фракции рекомендованы для изготовления тонких отливок, средние (0,2-0,4 мм) – для небольшого литья, а крупные (свыше 0,4 мм) для формовочных масс использовать не рекомендуется.

Некоторые сведения о песке формовочном

Осадочная горная порода в виде мелких зерен минералов бывает природного и искусственного происхождения, а по назначению делится на песок формовочный и строительный. К последнему никаких требований по химическому составу не предъявляется, а вот на кварцевый песок естественного происхождения для формовки в части химии установлены требования ГОСТ: нормируется содержание диоксида кремния (не менее 90%), оксиды щелочных и щелочноземельных металлов (0,4-2,0%) и оксиды железа (0,2-1,0%).

Песок – один из компонентов формовочной смеси, в ее состав входят также вспомогательные материалы и связующие вещества. Свойства и составы миксов подбирают в соответствии с регламентом на производство форм и стержней и необходимой конфигурации изделий, их массы и вида металла.

Из чего состоит песок

Формовочный песок представляет собой мелкие зерна кварца с включениями глины – тех же обломков этого минерала, но еще более мелких. И в силу его переизмельченности порошок обладает вяжущими свойствами. В зависимости от содержания глинистой компоненты (менее 20 мкм) марка формовочного песка может быть следующей:

кварцевой (глины до 2%) – К;
жирной (12-50%) – Ж;
тощей (2-12%) – Т.

Содержание кремнезема в песке формовочном для отливки стали нормируется в минимальном размере 97%, чугуна 90-95, а цветного металла – от 80 до 90%. По крупности песка идет разделение на группы 01, 016, 02, 025 и 03, где цифры указывают на средний размер частиц: 01 – это до 0,14 мм, а 03 – свыше 0,28.

Потеря массы при прокаливании – важный показатель песков формовочных: чем ниже значение потерь, тем выше качество сырья. Размер потерь может быть низким (до 0,2%), средним (1,0) и высоким (3,0%).

Свойства песков

Чтобы получить качественное изделие, исходные формовочные материалы, из которых приготавливают смесь, должны иметь определенные свойства, в совокупности определяющие параметры миксов. К основным характеристикам относят:

Текучесть – способность смесевой массы заполнять опоку (ящик для литья без дна и верха) под воздействием внешних сил. Стенки ящика удерживают смесь при заливке металлом.
Пластичность – способность к деформации и сохранению формы после извлечения модели из опоки. Состав смеси определяет этот показатель: влажность и количество глинистого материала – ключевые в песчано-глинистых миксах.
Податливость – равномерная деформация при усадке после охлаждения отливки без образования трещин в изделии.
Прочность – неразрушаемость в уплотненном состоянии в процессе формования, при перевозке и заливке металлом. Разрушаться не должна и конструкция, изготовленная из смеси.
Газопроницаемость – способность пропускать через состав смеси избыточный воздух и газы, образующиеся при заливке расплава. Газовые раковины и пористость отливки – это следствие недостаточной проницаемости песков формовочных.
Огнеупорность – стойкость к высоким температурам расплавов.
Термохимическая характеристика определяет возможность образования пригара части песка к отливке при взаимодействии расплава с формой, что резко снижает качество изделия.

Где применяется

Применение формовочных смесей может быть в качестве облицовочных, наполнительных и единых. Определяется это по контакту массы с расплавом:

лицевой слой, напрямую контактирующий с жидким металлом, должен иметь прочный состав, он и есть облицовочный;
остальная часть формы выполняется из менее качественного формовочного материала, который и стоит дешевле, называется наполнительным;
когда производство отливок ставят на поток, применяют однородную смесь, не выделяя лицевого слоя – при таком использовании формовочная масса будет единой.

В состав смеси включают б/у массу, называемую оборотной.

Формовочные пески

Происхождение песков и их добыча. Основным материалом, удовлетворяющим сформулированным выше требованиям, является чистый кварцевый песок, состоящий из зерен кварца определенной формы и дисперсности. Чистые кварцевые пески редко встречаются в природе. Природные кварцевые пески содержат различные примеси.

Формовочные пески представляют собой осадочные горные породы, образовавшиеся в результате выветривания, разрушения горных пород в ледниковый период и образования осадков из различных растворов (например, пески морских отложений).

Лучшие формовочные пески образованы в результате выветривания и длительного разрушения и перемещения горных пород. Они имеют однородную зернистость. Пески морских отложений отличаются высокой однородностью и низким содержанием примесей. Пески ледникового периода имеют очень неравномерную зернистость и повышенное содержание примесей. Поэтому их применяют после обогащения и классификации по величине зерен.

Добыча формовочных песков производится в карьерах. Среди месторождений песков, образовавшихся при выветривании, можно отметить Басьяновское (Свердловская область), Карасорское (Казахстан). Пески морских отложений добывают в Люберецком (Московская область), Кичигинском (Челябинская область), Балашейском (Самарская область), Миллеровском (Ростовская область) карьерах. В СССР функционировало 28 карьеров, годовая добыча формовочных песков в которых составляла свыше 21 млн т, в том числе 3 млн т обогащенных песков.

Минералогический и химический состав формовочных песков. Основу формовочного песка составляет кварц. Он представляет собой минерал на основе химического соединения SiO2. Плотность кварца 2,5-2,8 г/см3, твердость составляет 7 ед. по шкале Мооса. Температура плавления кварца 1713 °С. Чистый кварц – прозрачный материал. В зависимости от содержания примесей он может иметь различную окраску.

Читайте также:

Этапы сборки встраиваемого светильника

При нагреве в кварце происходят фазовые превращения. При низких температурах он имеет модификацию а-кварца. При температуре 573 °C а-кварц переходит в b-кварц с увеличением объема на 2,4 %. При температуре 870 °C b-кварц переходит в тридимит с увеличением объема на 15,1 %. При температуре 1470 °C тридимит переходит в кристобалит с увеличением объема на 4,7 %. Кристобалит плавится при температуре 1713 °C с увеличением объема на 0,1 %.

Превращения кварца из одной модификации в другую при нагреве происходят быстро, а при охлаждении медленно. Поэтому кварц, подвергнутый так называемому тридимитизирующему обжигу, считается термически стабильным материалом. В процессе его нагрева не происходит существенных объемных изменений, приводящих к растрескиванию зерен. В обычных условиях тридимит встречается в смесях лишь после многократных заливок.

Кроме кварца в песках содержатся минеральные примеси: полевые пшаты, слюды, оксиды и гидраты оксидов железа, карбонаты, кальциты, глинистые минералы, рутил, пирит и др.

Полевые шпаты (MeO*Al2O3*6SiO2) бывают калиевые и натриевоизвестковые. Они имеют меньшую твердость, чем кварц (6-6,5 единиц по шкале Мооса) и меньшую температуру плавления (1170-1550 °С).

Слюда ухудшает огнеупорность песка. Она имеет большую плотность (2,7-3,2 г/см3) и низкую температуру плавления (1150-1400 °С). В природе наиболее часто встречается белая калийная слюда – мусковит (K2O*3Al2O3*6SiO2H2O) и черная железомагнезиальная слюда – биотит (K2O*6(Mg, Fe)O*Al2O3O6SiO2*2Н2O).

Оксиды железа встречаются в виде гематита (Fe2O3), магнитного железняка (FeO*Fe2O3) и ильменита (FeO*TiO2). Наибольшей температурой плавления обладает гематит (1560 °С).

Гидраты оксидов железа (nFe2O3*H2O) в зависимости от содержания воды бывают нескольких разновидностей. Они при нагревании теряют воду и способствуют образованию в песке легкоплавких силикатных эвтектик, вызывающих пригар на отливках.

Особенно вредными в песках являются примеси карбонатов, которые разлагаются при нагревании до 500-900 °C и способствуют образованию в отливках различных дефектов. Содержание вредных примесей в песках регламентируется ГОСТ 2138-84.

В формовочных песках встречаются несколько глинистых минералов: каолинит, монтмориллонит, гидрослюда.

Поверхность зерен необогащенного песка в большинстве случаев покрыта пленками гидратированного кварца, гидроксидов железа, алюминия и глины. Эти пленки очень тонкие (0,5-20 мкм) и оказывают существенное влияние на адгезию как глинистых, так и органических связующих. Зерна песка обладают большой поверхностной активностью.

От величины зерен песка зависят прочность, газопроницаемость и другие свойства формовочных смесей.

Глинистая составляющая формовочных песков. Глинистой составляющей называют совокупность частиц размером менее 22 мкм независимо от их химического состава.

В зависимости от массовой доли глинистой составляющей формовочные пески подразделяют согласно действующему стандарту (ГОСТ 29234.3-91) на кварцевые (К), тощие (T) и жирные (Ж). Кварцевые пески содержат не более 2 % глинистой составляющей, в то время как тощие пески – 2-12 %, а жирные пески – от 12 до 50 %.

Кварцевые и тощие пески подразделяют на группы в зависимости от содержания глинистой составляющей и диоксида кремния SiO2, коэффициента однородности и среднего размера зерна. Деление на группы для жирных песков определяется средним размером зерна и пределом прочности при сжатии во влажном состоянии. Группы песков приведены в табл. 5.1-5.7.

где р и р0 – плотность частицы и плотность воды;

u – динамический коэффициент вязкости воды.

Если в формулу (5.1) подставить значение вязкости воды при T = 20 °C u = 0,01 пуаз, р0 = 1 г/см3, р = 2,5 г/см3, то после вычисления получим, что частица диаметром d = 22 мкм = 22*10в-3 см будет опускаться вводе со скоростью 0,042 см/с. Частицы меньшего диаметра будут опускаться медленнее, а большего – быстрее. Например, на глубину 125 мм частица диаметром 22 мкм опустится за 5 мин.

Рассмотрим методику определения содержания глинистой составляющей в песке. Навеску песка 50 г высушивают при 105-110 °C до постоянной массы, высыпают в литровую банку и заливают 475 см дистиллированной воды и 25 см3 раствора пирофосфата натрия концентрацией 10 г на 1 дм3. Банку устанавливают на специальный прибор для взбалтывания, на котором она вращается в течение часа со скоростью 60 об/мин. Затем в банку доливают воду до уровня 150 мм от ее дна и дают взвеси отстояться в течение 10 мин. За это время на дно банки осядут частицы диаметром больше 22 мкм. На глубину 125 мм от уровня жидкости в банке опускают сифонную трубку (рис. 5.2) и сливают жидкость. Затем доливают воду до уровня 150 мм и снова в течение часа взбалтывают банку. После этого дают взвеси отстояться 10 мин и сливают жидкость. Далее эти операции повторяют до тех пор, пока вода в банке после взбалтывания не станет прозрачной.

Во всех циклах операций, кроме первых двух, взвесь отстаивают в течение 5 мин. Отстаивание в первых циклах в течение 10 мин производится исходя из следующих соображений. Формула (5.1) получена для опускания одной частицы. Во взвеси песка в воде таких частиц много, поэтому скорость их опускания меньше 0,042 см/с. Для того чтобы обеспечить осаждение всех частиц диаметром больше 22 мкм, принято время отстаивания больше расчетного – 10 мин.

После двух циклов отстаивания содержание глинистой составляющей во взвеси уменьшится, что обеспечит достаточную точность применения формулы (5.1) и возможность пятиминутного отстаивания.

В конце испытания после слива воды на дне банки останется лишь зерновая часть песка. Ее переносят на фильтровальную бумагу и на часовое стекло. После высушивания остатка до постоянной массы его взвешивают. Потеря в массе против предварительно высушенной первоначальной (50 г) после прокалки дает количество глинистой составляющей. Для выражения его в процентах число граммов умножают на два.

Зерновой состав песка. Совокупность частиц песка, размеры которых превышают 22 мкм, называется зерновой основой песка. Технологические свойства формовочных смесей существенно зависят от размеров зерен песка, формы зерен и распределения навески песка по размерам зерен.

Для исследования зернового состава песка применяют ситовой анализ, т. е. рассеивание части навески песка через набор сит после отмучивания глинистой составляющей. Стандартный набор включает в себя 11 сит. Размеры сторон ячеек и соответствующие номера сит приведены ниже:

Перед испытанием сита устанавливаются друг на друга в указанном порядке. При этом номер сита снизу вверх увеличивается. Снизу набора сит предусмотрен тазик. Набор сит устанавливается на специальный прибор, который с помощью эксцентрикового механизма встряхивает в горизонтальной плоскости стопку сит с частотой 300 колебаний в минуту. После просеивания песка в течение 15 мин сита снимают с прибора и взвешивают остатки песка на каждом сите и в тазике. Совокупность зерен, оставшихся на каждом сите, составляет отдельную фракцию с размерами частиц в пределах отверстий вышестоящего и данного сита. Зерновой состав песка характеризуется средним размером зерна, коэффициентом однородности и удельной поверхностью зерен.

Определение среднего размера зерна и коэффициента однородности. Средний размер зерна и коэффициент однородности рассчитываются по результатам рассева пробы песка и количественного распределения частиц по ситам. Массовую долю остатка на сите Xi вычисляют по следующей формуле, %:

где i – порядковый номер сита;

mi – масса остатка на сите, г;

m – масса исходной навески, г.

Далее строят интегральную кривую распределения частиц по размерам. Для этого по оси абсцисс откладывают в логарифмическом масштабе размер сторон ячеек сетки в свету аi, а по оси ординат в линейном масштабе – процентную долю массы частиц, имеющих размер меньше ai. Средний размер зерна Дср соответствует границе, которая делит распределение частиц на две равные части, т. е. характеризует размер воображаемого сита, через которое прошло бы ровно 50 % песчаной основы.

Для определения коэффициента однородности по интегральной кривой находят процентное содержание частиц размером меньше 4/ЗДср и 2/3Дср. Коэффициент однородности равен разности этих значений.

Пример обработки данных рассева для определения среднего размера зерна и коэффициента однородности приведен в табл. 5.8 и на рис. 5.3.

где d – размер ячейки сита, мм;

dв – размер ячейки смежного сита, расположенного выше, мм.

Интегральная кривая (процентная доля массы частиц с размером меньше сторон ячейки вышележащего сита) построена по данным последней графы табл. 5.8. Способ ее построения не оговорен стандартом, хотя это вносит некоторую неопределенность и может привести к существенным погрешностям. На рис. 5.3 видна ломаная линия, соединяющая точки, соответствующие данным табл. 5.8. Кроме того, построена плавная кривая, проходящая через те же точки. Поскольку расчеты и построение графика очень трудоемки, их рационально выполнять с помощью ЭВМ. Видно, что в рассматриваемом случае средний размер зерна составляет 0,2 мм (по результатам компьютерного расчета Дср = 0,205 мм), а коэффициент однородности О = 75-16 = 59 %. Эта величина равна разности ординат точек на кривой, имеющих абсциссы 4/3Дср и 2/3Дср. Таким образом, в обозначение марки рассмотренного песка должно входить в качестве обозначения однородности и среднего размера зерна сочетание О402 (согласно табл. 5.5 и 5.6).

Определение расчетной и фактической удельной поверхности. Расчет коэффициента угловатости. За удельную поверхность принимают площадь поверхности зерен, отнесенную к 1 г песка.

Расчет удельной поверхности Sр производят по формуле

где i – порядковый номер сита;

mi – масса отдельных фракций песка, г;

m – масса навески песка, г;

bi – характерный размер зерен на сите, мм (см. табл. 5.8).

Формула (5.2) справедлива только для сферических частиц, поэтому фактическая удельная поверхность песка всегда превышает расчетную.

Выполним расчет удельной поверхности песка, результаты ситового анализа которого приведены в табл. 5.8:

По теоретической (расчетной) удельной поверхности и коэффициенту угловатости стандарт подразделяет пески на группы, приведенные в табл. 5.9 и 5.10. Видно, что при расчетной удельной поверхности 121,5 см /г песок следует отнести к группе «средняя».

Фактическую удельную поверхность определяют путем лабораторного контроля. Для проведения испытания применяют прибор, схема которого приведена на рис. 5.4.

Пробу сухого песка массой 50 г помещают в бюретку 2 диаметром 1,2 см, имеющую вместимость 50 см3, в нижнюю часть которой впаяно сито 3. Песок в бюретке уплотняют легким постукиванием по ней карандашом, пока песок не займет постоянный объем. После этого с помощью резиновой груши, соединенной с выходной трубкой 5, отсасывают воздух из U-образной трубки 1 до тех пор, пока уровень жидкости в ней не поднимется до метки М1. Чтобы исключить попадание воздуха в U-образную трубку, закрывают кран 4. Уровни жидкости в двух коленах трубки постепенно выравниваются за счет притока воздуха через песок в бюретку 2. С помощью секундомера фиксируют время Г, за которое столб жидкости опустится от метки M2 до метки M3.

Для вычисления удельной поверхности требуется экспериментально определить несколько величин или задаться их значениями: m – навеска песка, г; V – объем песка в бюретке, см3; у – плотность минеральной основы песка (например, кварца), г/см ; S – площадь поперечного сечения бюретки, см2.

После этого рассчитывают насыпную плотность песка D = m/V, оценивают относительный объем пор е = y-D/y и вычисляют высоту слоя песка в бюретке H = V/S. Далее определяют фактическую удельную поверхность по формуле

где у – постоянная прибора, величина которой приводится в сопроводительной документации либо вычисляется по методике, оговоренной стандартом.

Коэффициент угловатости К рассчитывается по формуле К = Sф/S.

Например, при контроле фактической удельной поверхности рассмотренного выше песка она оказалась равной 149 см /г. Таким образом, коэффициент угловатости составляет К = 149/121,5 = 1,226, поэтому в соответствии с табл. 5.10 песок следует отнести к группе формы зерен «полуокруглая».

Обозначение марок песка по ГОСТ29234.3-91. Обозначение марок кварцевых и тощих песков состоит из обозначений групп по массовой доле глинистой составляющей, массовой доле диоксида кремния, коэффициенту однородности и размеру зерна. Например, марка 2К1О302 относится к песку, содержащему от 0,2 до 0,5 массовых процентов глинистой составляющей, не менее 99 массовых процентов диоксида кремния, имеющему коэффициент однородности от 60 до 70 % и средний размер зерна от 0,19 до 0,23 мм.

Обозначение марок жирных песков состоит из обозначений групп по пределу прочности на сжатие во влажном состоянии и среднему размеру зерна. Например, марка Ж2016 относится к жирному песку с пределом прочности при сжатии во влажном состоянии от 0,05 до 0,08 МПа и средним размером зерна от 0,14 до 0,18 мм.

Согласно стандарту существуют и другие признаки, по которым пески подразделяются на группы:

• массовая доля влаги;

• концентрация водородных ионов (pH) в водной вытяжке;

• массовая доля вредных примесей;

• теоретическая удельная поверхность;

• потеря массы при прокаливании.

Обогащенные пески в зависимости от содержания глинистой составляющей, диоксида кремния и вредных примесей делятся на группы Об1, Об2 и Об3.

Считаем целесообразным для справки привести способ маркировки песков по ГОСТ 2138-84.

В зависимости от содержания глинистой составляющей (TC) пески делятся на кварцевые (содержание глинистой составляющей не более 2 %); тощие (T), 2

Что такое строительный песок

Может показаться, что выбор песка — простое дело, купил мешок, на котором написано «песок строительный» — вот тебе и заполнитель для бетона, и отсыпка для дорожки, и декор. Но этот подход неверен. Существуют различные виды песка, и для каждого вида строительных работ нужно выбирать оптимальный вариант.

Строительный песок: что это такое

Существует несколько классификаций песка, но мы не будет затрагивать классификации, основанные на геологических особенностях песков. Нас интересует классификация, принятая на рынке стройматериалов.

Прежде всего, следует знать, что пески бывают природными и искусственными.

Природные образуются в результате естественно разрушения горных пород, искусственные создаются путём дробления таких горных пород, как известняк, мрамор, гранит и других минералов. При приобретении искусственного песка нужно быть внимательным, требовать сертификаты и результаты радиационного обследования, так как бывает риск, что материал будет радиоактивным, особенно это касается песка, который входил в состав гранита.

Из искусственных песков одним из самых востребованных в строительстве является кварцевый, создаваемый путём дробления чистого природного кварца. После дробления кварц разделяют по фракциям при помощи специальных сит. Принято выделять кварцевую крошку — частицы более 1 мм, крупный песок — 0,5-1,0 мм, песок — 0,1-0,4 мм и пылевидный кварц, то есть частички размером менее 0,1 мм.

Читайте также:

Этапы сборки встраиваемого светильника

Как используют песок

Кварцевый песок крупных фракций применяют для декорирования различных площадок, детских или площадок для гольфа. В смеси, предназначенные для декоративной отделки зданий, добавляют подкрашенный кварцевый, а при его добавлении к бетонном раствору можно получить бетон мягких, пастельных оттенков. Высокая сорбционная способность позволяет применять его в фильтрах различного назначения. Используют этот материал и в пескоструйных аппаратах.

Кварцевый песок, прошедший процессы очистки и обогащения, называют формовочным, размер его частиц — от 0,16 до 0,18 мм. Основная область применения песка — литейное производство, где из него изготавливают литейные формы и стрежни. Также он применяется при производстве стекла, фаянса, керамики, клея и шпаклёвочных составов. Используется он и при строительстве водоочистных сооружений, и в строительстве.

К искусственным пескам можно отнести также перлитовые и термозитовые, чаще применяющиеся не в естественном, а во вспученном (поризованном) виде. Перлитовый получают дроблением горной стекловидной породы вулканического происхождения, термозитовые — дроблением шлаковой пемзы. Получающиеся из них после термообработки пористые материалы широко используются в качестве заполнителя для лёгких бетонных смесей, в качестве насыпных утеплителей, в дорожном строительстве, в сельском хозяйстве, в ландшафтном дизайне и растениеводстве.

К сравнительно редко использующимся искусственным пескам можно отнести мраморный, гранитный и шунгизитовый. Мраморный песок находит своё применение в производстве керамической плитки, черепицы, изготовлении бетонно-мозаичных полов. Ландшафтные дизайнеры используют для создания декора гранитный, также он применяется в различных фильтрах. Шунгизитовый — результат дробления обожжённого шунгита, он может применяться в качестве заполнителя пористой структуры, имеет теплоизоляционные свойства.

Природный песок в строительстве разделяют по виду происхождения (залегания) и по способу обработки (намывной и просеянный). По виду залегания можно выделить карьерный (горный, овражный), речной и морской. Иногда к этой классификации добавляют строительный песок, под «строительным» подразумеваются речной и карьерный.

Добывающийся открытым способом карьерный песок содержит большое количество примесей: камни, глинистые и пылевидные частицы. В естественном виде он можно применять только для посыпки под фундамент или отсыпки траншей. Для дальнейшего применения песок просеивают или промывают, очищая от примесей и лишних структур. Просеянный можно использовать при штукатурных и фундаментных работах, для производства раствора для кладки, для формирования стяжки, для приготовления асфальтобетонных смесей.

Намывной карьерный песок в процессе обработки водой очищается от глины и крупных фракций. В результате остаются только мелкие частицы (размер составляет около 0,6 мм) и он подходит для штукатурки, для внутренних отделочных работ, для изготовления кирпича и бетона.

Применение песка с фракциями различных размеров:

Оптимально использование песка структурой и крупностью 5 мм в составе раствора, применяющегося при монтаже железобетонных конструкций и заполнения швов при монтаже панелей. В состав раствора, приготовленный для кирпичной кладки, идёт песок размером не более 2,5 мм, а для отделочных работ годится материал не более 1,25 мм.

Речной добывают со дна рек при помощи земснарядов. Этот песчаный вид не имеет в своем содержании примесей, камней и глины, поэтому более универсальный. Предусмотрено использование этого вида песка для цементных стяжек, приготовления бетонных смесей, для дренажных сооружений и очистных фильтров. Нужно заметить, что при подготовке цементной смеси песчинки быстрее осаждаются, поэтому смесь приходится перемешивать. Из-за этой особенности его в этом случае часто заменяют карьерным. Он несколько дороже, чем карьерный.

Какой бывает песок.

Морской песок извлекается со дна моря с помощью гидравлических снарядов. В процессе добычи он проходит обработку, включающую отмывку, сгущение и обогащение, а затем проводится гидромеханическая обработка. После обработки он может быть стройматериалом высокого качества. Его можно применить при подготовке строительных растворов, в качестве наполнителя для затирок, для изготовления штукатурки для строений, стяжки, кладки.

Песочный материал имеет высокие декоративные качества, его округлые зёрна равномерной величины и плотности охотно применяют ландшафтные дизайнеры в своих композициях. Но он имеет высокую цену, поэтому сейчас ведётся разработка новых способов его добычи, которые позволили бы снизить себестоимость материала и сделать более частым его применение на стройке.

Подводим итоги

Радиоактивность практически всех природных песков, как строительных материалов, очень низка, этот класс безопасен для здоровья, но чтобы убедиться, что продающая организация предлагает действительно природное безопасное сырьё, нелишне будет требовать и в этом случае сертификаты и заключения экспертиз.