آزمایش دانه بندی مصالح ریز دانه (هیدرومتری)(دانه بندی تر)

هدف از انجام این آزمایش :

تعیین رنج ذرات ریز دانه، همچون لای و رس و درصد عبوری آنها و رسم منحنی دانه بندی برای خاک عبوری از الک #200 .

وسایل مورد نیاز :

1) سر تاوس

2) مصالح (خاک)

3) ترازو

4) الک # 200

5) استوانه مدرج

6) آب فشان

7) هم زن برقی

8) هیدرومتر (چگالی سنج)H152

9) کرنومتر (زمان سنج)

روند انجام آزمایش :

در قسمت دانه هاي ريز خاك مثل رس ،لاي و ماسه خيلي ريز براي اندازه گيري قطر دانه ها از روش هيدرومتري استفاده مي كنيم.اين آزمايش بر اساس استانداردهاي AASHTO T88-70 و ASTM D422-63 انجام ميشود.

ابتدا مقداری خاک (ترجیحاً خاکی که آزمایش دانه بندی خشک بر روی آن انجام شده) که از الک#200 عبور داده شده را با کمک ترازو به مقدار 50 گرم جدا مینماییم.

سپس مقدار cc1000 آب مقطر ،آورده و مقدار 40 گرم پودر هگزا متا فسفات سدیم به آب اضافه می کنیم و کاملا آنرا هم میزنیم تا محلولی با غلظت 4% بدست آید. محلول بدست آمده محلول استوکس (جدا کننده ذرات به هم چسبیده خاک) نام دارد که چهار نوع محلول موجود است:

1) هگزا متا فسفات سدیم

2) پلی فسفات سدیم

3) تری پلی فسفات سدیم

4) تترا فسفات سدیم

محلول استوکس دانه های ریز رس را (به سبب داشتن خاصیت چسبندگی) که به هم چسبیده اند و تشکیل دانه های درشت تر را داده اند از یکدیگر جدا می سازد .

مقدارcc 125 از محلول استوکس را با 50 گرم خاک تهیه شده را در استوانه مدرج ریخته و به مدت 5 دقیقه، استوانه را خوب تکان می دهیم تا محلول با خاک ترکیب گردد . بعد استوانه را به مدت 16 ساعت در همان حال باقی میگذاریم تا دانه ها کاملا از هم جدا گردند.

سپس ترکیب را داخل هم زن ریخته به مدت 2 دقیقه آنرا هم میزنیم و بعد از هم زدن نمونه را داخل استوانه مدرج ریخته و به کمک آب فشان حاوی آب مقطر ذرات باقی مانده در لیوان هم زن را به استوانه ریخته و همچنین مقدار نمونه داخل استوانه را با اضافه کردن آب مقطر به cc1000 میرسانیم.

درب استوانه را با کمک دست و یا در صورت داشتن در پوش، بسته به مدت یک دقیقه، 30 بار سر و ته میکنیم تا نمونه کاملاً ترکیب گردد. سپس استوانه را روی میز گذاشته و کرنومتر را میزنیم و از لحظه روی میز گذاشتن و در مدت های مشخص از زمان شروع کرنومتر، هیدرومتر را به آرامی و در مدت 10 ثانیه وارد نمونه نموده و عددی را که از نمونه بیرون میباشد را قرائت ، و همراه با زمان قرائت یادداشت مینماییم .

چگالي سنج يا هيدرومتر : داراي يك قالب شيشه اي است كه در انتها داراي حباب بيضوي شكل است.چگالي سنج در دو نوع 151H و 152H ميباشد كه بر حسب دو مقياس متفاوت درجه بندي شده اند.چگالي سنج 152H برحسب گرم در ليتر خاك با گرم در 1000 سانتيمتر مكعب خاك و از -5 تا 60 درجه بندي شده است.چگالي سنج 151H برحسب وزن مخصوص ذرات جامد در آب و از 1 تا 1.038 گرم بر سانتيمتر مكعب درجه بندي شده است.(هر دوي اين چگالي سنجها براي دماي 20 درجه سانتيگراد و وزن مخصوص 1 كاليبره و تنظيم شده اند.

*چگالی سنجی که ما در آزمایش استفاده نموده ایم از نوع 152H بوده و دمای محیط (آزمایشگاه) نیز 220c میباشد که تمامی محاسبات باید با توجه به این مسائل انجام پذیرد .

* قرائت می بایست در زمانهای 1 و3 و5 و10 و20 و40 و60 دقیقه و یک روز از زمان شروع کرنومتر، صورت گیرد .بدیهی است هر چه تعداد قرائت بیشتر باشد نتیجه نهایی دقیق تر خواهد بود.

قرائت های واقعی انجام شده ما با توجه به زمان شروع ته نشینی ذرات خاک در استوانه بدین شرح میباشد:

1) دقیقه 2 = 51 میلیمتر

2) دقیقه 5 = 47 میلیمتر

3) دقیقه 6 = 45 میلیمتر

4) دقیقه 10 = 42 میلیمتر

5) دقیقه 20 = 39 میلیمتر

6) دقیقه 30 = 36 میلیمتر

7) دقیقه 60 = 33 میلیمتر

محاسبات:

برای بدست آوردن قطر ذرات باید از فرمول (D=K√(L/t استفاده نمود که K ضریب ثابت در دمای 22 درجه سانتی گراد و برای2.65 = Gsبرابر است با 0.01332 که از جدول 2 استخراج شده و L نیز عمق موثر چگالی سنج میباشد(که با توجه به قرائت واقعیRa + ضریب انحناء آب که برابر 1 میباشد بدست آمده) که از جدول 1 و با توجه به نوع چگالی سنج در قرائت های مختلف، استخراج میگردد که بر حسب cm بیان میشود .

اینک برای دانستن در صد عبوری از فرمول: Ra – ZeroCorretion +GT = 2Rc یعنی :

ضریب تصحیح دما + ضریب تصحیحGs - قرائت واقعی = قرائت تصحیح

استفاده میشود که Rc بدست آمده در ضریب تصحیح Gs ضرب گردیده بر مقدار وزن خاک تقسیم و با ضرب در 100 درصد عبوری بدست می آید.P.P = (Rc2 × Gs) ÷Ws × 100

در نهایت با استفاده از قطر ذرات(Grain Size(mm و درصد عبوری Percent Passing با رسم نمدار منحنی دانه بندی در محیط Excel منحنی دانه بندی بدست می آید.

جداول:

P.P درصد عبوری ( D،(mm
قطر ذرات،  Rc2 قرائت تصحیح ،L عمق موثر، K

ضریب ثابت، T دمای محیط ،Rc1 تصحیح انحناء، Ra قرائت واقعی، t

زمان (دقیقه)

100- 0.02596- 50.4- 7.6- 0.01332- 22- 52- 51- 2

94.8- 0.01726- 47.4 -8.4- 0.01332- 22- 48 -47 -5

90.8 -0.01613- 45.4 -8.8 -0.01332 -22- 46 -45- 6

84.8 -0.01278- 42.4 -9.2-0.01332- 22 -43 -42 -10

78.8 -0.00928 -39.4 -9.7 -0.01332 -22- 40- 39- 20

72.8- 0.00777- 36.4 -10.2- 0.01332 -22 -37 -36- 30

66.8- 0.00562- 33.4- 10.7- 0.01332- 22- 34- 33- 60

آزمایش دانه بندی خشک

هدف از آزمایش:


هدف از انجام این آزمایش تعیین دامنه ابعاد و نحوه توزیع ابعاد دانه ها در نمونه و نیز تعیین نوع دانه بندی مصالح از نظر کمی و کیفی بوده که نتایج نهایی این آزمایش ، به منظور تطبیق توزیع دانه ها با مشخصات لازم برای مصالح سنگی و کنترل سنگدانه های مختلف به کار می رود.

اطلاعات حاصل از این آزمایش را میتوان برای تعمیم رابطه بین تخلخل و تراکم نیز مورد استفاده قرار داد.

وسایل مورد نیاز آزمایش:

1- ترازوی دقیق (دیجیتال)

2- مصالح خشک(خاک)

3- سر تاوس

4- الکهای استاندارد

5- شیکر

شرح آزمایش:

ابتدا الکهای استاندارد به ترتیب از بزرگتر به کوچکتر و از بالا به پائین مرتب چیده و در انتها زیر الک (Pan) را قرار میدهیم .الکهای مورد استفاده ما در این آزمایش به ترتیب از بالا تا پایین : "1 ، "4/3،"2/1، #4،#10،#12،#20،#40،#100،#200و زیر الک میباشد.

* هر چه تعداد الکها بیشتر باشد دقت آزمایش نیز بالاتر میشود.

مقدار یک کیلو گرم از مصالح خشک را با سر تاوس برداشته، توزین و در الکها میریزیم و با دستگاه شیکر و یا دست، به مدت 10 دقیقه ،مصالح را به خوبی الک مینماییم.

* باید توجه داشت که هنگام الک نمودن نباید ذره ای از مصالح از الکها بیرون بریزد در غیر این صورت میبایست عملیات را از سر گرفت.

بعد از الک نمودن، مصالح هر الک را با ترازو وزن مینماییم و مقدار مانده هر الک را در جدول زیر با احتساب نسبت ذرات به جرم کل به صورت درصد % نوشته و نیز درصد عبوری هر الک را نیز محاسبه مینماییم که با توجه به آزمایش انجام شده جدول زیر حاصل گردید:

اکنون با توجه به مقادیر بدست آمده از ستون اندازه چشمه الک و در صد عبوری نمودار منحنی دانه بندی را رسم مینماییم که نتیجه حاصله مطابق نمودار زیر است:

از نمودار ترسیم شده میتوان اندازه موثر (D10) ، D30 و D60 را بدست آورد.

برای ترسیم نمودار ابتدا داده ها را (قطر دانه ها و درصد عبوری) در محیط Excel در دو ستون مجزا نوشته و با استفاده از رسم نمودار ، نمودار را رسم مینماییم و از 60 و30 و10 درصد محور Y ها خطی موازی محور X ها رسم نموده و در هر کجا که نمودار منحنی را قطع نمود خطی عمود بر محور X ها رسم مینماییم تا عدد به دست آمده مشخص گردد. بدین ترتیب اعداد بدست آمده نشانگر قطر ذرات ریز تر از آن ذرات، در درصد های فوق میباشد .

محاسبات

از نمودار فوق اعداد بدست آمده به قرار زیر است:

0.46 = D10

2.55 = D30

6.5 = D60

سپس اعداد فوق را برای بدست آوردن ضریب منحنی (Cc) و ضریب یکنواختی(Cu) در فرمول (D10×D60) ÷ Cc = D302 و Cu = D60 ÷ D10 قرار داده که نتایج حاصله به قرار زیر می باشند:

Cc = 2.552 ÷ (0.46 × 6.5) = 2.382

Cu = 6.5 ÷ 0.46 = 14.13

ضریب منحنی = 382/2

ضریب یکنواختی = 13/14

نتایج:

اینک با توجه به داده ها و محاسبات باید نتیجه هایی را بدست آوریم و در نهایت نتیجه کلی را اعلام داریم .

مرز بین شن و ماسه الک# 4 ، و مرز بین ریز دانه و درشت دانه بودن الک#200 میباشد که با توجه به درصد عبوری ها مشخص میگردد .

1) با توجه به در صد عبوری، از الک شماره # 4 مشخص میگردد که عبوری از الک # 4 کمتر از 50 % بوده در نتیجه خاک ما شن میباشد.که اگر بیش از 50% بود ، خاک به سمت ریز دانه بودن پیش میرفت که در آن صورت، خاک، یا ماسه بود یا لای یا رس . که با در نظر گرفتن درصد عبوری ها میتوان فهمید که اگر خاک ما ماسه باشد خوب دانه بندی شده است یا نه و یا اگر ریز تر از ماسه ، و لای و رس بود دارای خاصیت خمیری کم است یا زیاد که البته خاکهای لای به علت نداشتن خاصیت خمیری اصطلاحاً نان پی آی هستند (Non PI) یعنی فتیله ای نمی شوند .

2) در این آزمایش درصد عبوری از الک #200 نیز بسیار اهمیت دارد زیرا اگر درصد عبوری از این الک بیش از 5% باشد تا 12% به صورت مضاعف نامگذاری میگردد بدین معنا که با توجه به حد خمیری PL و حد روانی LL باید فهمید که آن ذرات عبوری از الک#200، لای M یا رس C هستند و اگر رس هستند دارای خاصیت خمیری کم L یا زیاد H میباشند. و اگر بین 12% تا 50% باشند خاک ما بد دانه بندی شده p خواهند بود.

3) درCu هر چه عدد از عدد 4 برای شن وعدد 6 برای ماسه ، بزرگتر باشد یعنی اختلاف ذرات تشکیل دهنده نمونه به همان نسبت زیاد است وهم دانه ریز و هم دانه درشت وجود دارد که هر چه اختلاف ذرات بیشتر باشد یعنی هر چه عدد بزرگتر باشد خاک ما مرغوبتر است .

4) با توجه به اینکه Cc به دست آمده 3 > 382/2 > 1 و Cu نیز 4<13/14 میباشد و مقدار درصد عبوری الک#200 نیز 5> 17/2 میباشد در نتیجه شن ما، خوب دانه بندی شده است.

* نتیجه نهایی اینکه خاک ما شن خوب دانه بندی شده است. یعنی خاک ما Gw است.

منابع خطا:

مقدار خطا در این آزمایش 37/0 % بوده است که میتواند:

1) خطا در توزین مصالح

2) خطا در اثر تخلیه ناقص الکها

3) ریزش مصالح، هنگام الک نمودن

4) خطای دستگاه توزین(ترازو) یا قرائت و .....باشد که در آزمایشگاه خطا با فلورانس 3 % قابل قبول است. خطا در قرائت مانند خواندن اعداد مشابه به جای یکدیگر و یا اشتباه گرفتن اعداد، با معادل فارسی آنها و یا نا خوانا بودن ارقام اتفاق می افتد.

5) در صورت وجود رطوبت (آب) در خاک و تبخیر آن هنگام انجام عملیات نیز ممکن است خطا بوجود آید بنابراین خاک ما حتماً باید کاملاً خشک بوده و نیز مدت 24 ساعت در گرمخانه Oven نگداری گردد .

مهدی حجتی