Линия нулевого содержания воздуха (ЛНСА) – это теоретическая зависимость плотности сухого грунта от его влажности, при которой все поры грунта полностью заполнены водой (то есть воздух в поровой системе отсутствует). Построение этой линии является обязательным этапом контроля правильности проведения испытаний на определение максимальной плотности и оптимальной влажности методом стандартного уплотнения, согласно ГОСТ 22733‑2016.

Теоретическая основа

Для однородного связного грунта справедлива следующая связь между плотностью сухого грунта ρ_d, плотностью частиц ρ_s, влажностью w (масса воды к массе сухого грунта) и плотностью воды ρ_w (≈1,0 т/м³ при 20 °C):

ρ_d = rac{ρ_s}{1 + w·rac{ρ_s}{ρ_w}}

Эта формула выводится из условия полного насыщения пор (нулевое содержание воздуха), когда объём воды в поре равен объёму поровой частицы.

Параметры, необходимые для построения линии

• Плотность частиц грунта (ρ_s) – измеряется методом пикнометрии (ГОСТ 22733‑2016, пункт 8.5).
• Плотность воды (ρ_w) – берётся из табличных данных (обычно 1,0 т/м³).
• Диапазон влажностей (w) – выбирается с учётом характерных значений для данного грунта (обычно от 5 % до 30 %).

Пошаговая инструкция по построению ЛНСА

1. Определение ρ_s (плотности частиц).
   • Отбирают пробу сухого грунта (обычно 200 г).
   • Помещают её в пикнометр, взвешивают с пустым пикнометром (m₀) и с грунтом (m₁).
   • Заполняют пикнометр водой, взвешивают (m₂).
   • Расчёт по формуле ГОСТ: ρ_s = rac{m₁, m₀}{(m₁ ⎻ m₀) ⎻ (m₂, m₀)·ρ_w}.
2. Выбор точек влажности.

   Рекомендуется взять минимум 5–7 значений от w_min = 5 % до w_max = 30 % с шагом 5 % (0,05; 0,10; …; 0,30).

3. Расчёт сухой плотности для каждой точки.

   Подставляем выбранные w в формулу выше и получаем ρ_d для каждой влажности.

4. Построение графика.
   • По горизонтали откладываем влажность w (в % или в долях).
   • По вертикали откладываем расчётную сухую плотность ρ_d (т/м³).
   • Наносим полученные точки и соединяем их прямой линией – это и есть ЛНСА.
5. Проверка результатов полевых испытаний.

   Полученные в лаборатории данные (ρ_d, w) из испытаний методом стандартного уплотнения должны находиться не ниже линии нулевого содержания воздуха. Если точка оказывается ниже линии – в пробе присутствует воздух, и результаты считаются ошибочными.

Пример построения линии

Рассмотрим типичный песчано‑глинистый грунт.

График (условный) будет выглядеть так:

Точки испытаний, полученные в лаборатории, накладываются на этот график. Если они лежат выше линии, значит в образце нет воздуха, а если ниже – воздух присутствует и необходимо пересчитать влажность или повторить уплотнение.

Практические рекомендации по построению линии (по ГОСТ 22733‑2016)

• Точность измерений. Погрешность определения ρ_s не должна превышать ±0,02 т/м³, а влажности – ±0,1 %.
• Диапазон влажности. По пункту 8.6 ГОСТ, линия должна строиться в диапазоне w_opt ± 2 % (где w_opt – оптимальная влажность, получаемая в результате испытания).
• Контроль качества. После построения линии проверяют, чтобы все экспериментальные точки находились в пределах ±5 % от теоретической линии. При отклонении более 5 % считается, что испытание проведено с ошибкой.
• Документация. На протоколе испытаний необходимо оформить таблицу пар (w, ρ_d) и приложить график линии нулевого содержания воздуха.
• Программные средства. Для построения линии удобно использовать Excel, LibreOffice Calc или специализированные геотехнические программы (например, GeoStudio, PLAXIS). В Excel формула выглядит так:

   = $ρ_s$ / (1 + A2*$ρ_s$/$ρ_w$) 

  где A2 – ячейка с влажностью w (в долях).

Часто задаваемые вопросы

Почему результаты испытаний иногда оказываются ниже линии?

Это происходит, если в образце присутствует воздух (неполное насыщение) или если при уплотнении использована недостаточная энергия (не достигнуты требуемые параметры уплотнения).

Можно ли использовать линейную аппроксимацию вместо расчётной формулы?

Для небольших диапазонов влажности (5‑15 %) линия выглядит почти линейной, но ГОСТ требует расчёт по точной формуле, так как нелинейность усиливается при больших w.

Как учитывать изменение плотности воды при низких температурах?

Если температура воды отличается от 20 °C, следует использовать соответствующее значение ρ_w (см. таблицу плотности воды). Обычно изменение не превышает 0,01 т/м³, но в точных расчётах это учитывается.

Построение линии нулевого содержания воздуха – важный инструмент контроля качества лабораторных испытаний грунтов. Следуя официальному алгоритму ГОСТ 22733‑2016, можно быстро проверить правильность проведения испытания методом стандартного уплотнения, избежать ошибок в проектировании оснований и обеспечить надёжность будущих строительных решений.

Список использованных нормативных документов:

• ГОСТ 22733‑2016 «Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности (с поправкой)».
• ГОСТ 22733‑2002 (пункт 8.5) – предшествующая редакция, сохраняющая основные формулы.
• Межгосударственный совет по стандартизации (МГС) – рекомендации по построению линии нулевого содержания воздуха (пункт 8.6).

Дата обращения к источникам: .