Пустотностью піску називають відношення обсягу межзернового простору піску до всього об'єму, що займають масою піску. Порожнеча піску залежить від форми зерен, вологості, температури, зернового складу, способу відсипання і ущільнення.
Вплив форми зерен на пустотность піску можна простежити нижче.
Форма зерен Порожнеча сухого пухкого піску,%
Приблизно круглі. 35,0
Незграбні. 38,5
Ламані кубообразние. 42,0
Ламані дископодібні. 45,0
При змочуванні сухого піску його обсяг у міру зростання вологості спочатку зростає, а потім знову зменшується, як це видно до рис.1, що відноситься до піску середньої крупності. Обсяг, займаний сухим піском, при зволоженні може зрости для великих пісків на 20-30;%, для пісків середньої крупності - на 30-40% і для дрібних пісків - на 40-50%.
Причина збільшення пустотности пісків, що завантажуються в посудину, в міру їх зволоження до певної межі була розкрита Ф. Лебедєвим. Він наповнював посудину сухим піском з трамбуванням, а потім вливав в нього 5% води за вагою, що змінювало обсягу піску протягом 3 діб. Потім вологий пісок витягували з посудини і знову завантажували в нього з таким же трамбуванням; в цьому випадку обсяг, зайнятий піском, зростав на 10%.
Мал. 1. Вплив вологості піску на займану ним обсяг
А. Ф. Лебедєв пояснює це явище слипанием зерен піску, оточених плівковою водою, і втратою рухливості зерен піску, в зв'язку з чим при заповненні судини утворюється більш рихла структура. Подальше зволоження призводить до усунення злипання зерен піску в контактах, відновленню їх рухливості і утворення в ряді випадків, як це було зазначено вище, більш щільної структури.
Вода діє вже як мастило і процес ущільнення був би ще більш повним, якби не вступав в силу новий фактор - зважування зерен піску в воді, яке значно зменшує гравітаційні сили. Пісок, повністю залитий водою, займає трохи менший обсяг (на 7-8%), ніж рихлонасипанний сухий пісок. Це пояснює більш щільною упаковкою зерен піску, що утворюється при зниженому взаємному терті зерен піску в водному середовищі. З підвищенням температури піску пустотность дещо зростає, а його насипний об'ємна вага знижується, як це видно з рис. 2.
Зерновий склад піску істотно впливає на його порожнистість. Чисто геометрично найменша пустотность може бути отримана МРІ переривчастому зерновому складі. Змішуючи 60% фракції 4 2 мм (порожнистість 38%) і 40% фракції 0,25-0,1 мм (порожнистість 36%). В. Охотин знижував пустотность до 22%.
Зі зменшенням розмірів зерен піску його порожнистість зростає за рахунок тонкого повітряного сольватного шару, навколишнього зерна піску, як це було показано дослідами В. В. Охотіна.
Статичне навантаження на ущільнені піски величиною до 16 кг / см2 зменшувала пористість зерен кварцу і польового шпату
Рис 2. Вплив температури і вологості піску на його об'ємна насипна вага: 1 - сухий пісок, 2 - пісок вологість 4%.
Збагаченням пісків можна знизити їх порожнистість приблизно до 30%.
За ГОСТом 2778-50 об'ємна насипна вага пісків визначається в пухкому стані, що отримується при відсипанні сухого піску в посудину ємністю 5 л з висоти 5 см. Порожнеча може бути визначена з наведеної вище залежності між об'ємним насипною вагою піску і його питомою вагою.
Різними способами ущільнення можна знизити пустотность пісків. Простим постукуванням вдається в ряді випадків зменшити пустотность піску в невеликих мірних судинах на 10-20% і
Однак в цьому випадку початкова пустотность рихлонасипного піску може бути кілька збільшеною внаслідок тертя піску стінки судини і підвищеного обсягу пір у його стінок.
І. І. Сорокер і С. І. Конторович ущільнювали пісок в літровому посудині протягом 2 хвилин на віброплощадці ЦНІПСа. Це знижували пустотность піску на 25%.
Д. Ф. Лебедєв досліджував вплив зволоження і трамбованіян пісків на їх пористість. У сухому мелкозернистом однофракційні піску трамбуванням вдавалося знизити пористість з 44 до 53%; з ущільненням вологого піску пустотность його знижувалася до 39% (замість 36%: пустотности ущільненого сухого піску). Отже, зволоження збільшує пористість не ущільнювався піску в два рази сильніше, ніж піску ущільнюється, що добре пояснюється вищенаведеної гіпотезою Ф. Лебедєва.
Ущільнення і велике зволоження найсильніше знижують пустотность різнозернистого піску. Ущільнення дозволило знизити іусготность піску з вологістю 2,1% з 38 до 28%, а з вологістю. 8,3% - з 35 до 21,4%.
Порожнеча ущільнюється піску підвищеної вологості знижувалася з 37 до - 31,5% (вологість 10-13%) і з 28 до 21,4% (вологість 8,3%). Найбільш цікавим в цих дослідах є те, що один і той же