Chi tiết lĩnh vực

Thí nghiệm xác định thành phần hạt của đất

( 09-05-2018 - 01:28 PM ) - Lượt xem: 2910

Phương pháp xác định thành phần hạt của đất loại cát và đất loại sét trong phòng thí nghiệm phục vụ xây dựng...

1. Khái niệm:

 

Thành phần hạt của đất: Là tỷ lệ phần trăm (%) theo khối lượng của các nhóm cỡ hạt thành phần có trong đất.

Phân tích thành phần hạt là một thí nghiệm cần thiết của đất, đặc biệt là đất hạt thô, kết quả phân tích thể hiện tỷ lệ tương đối các kích thước hạt khác nhau trong đất. Từ đó có thể xác định được thành phần chủ yếu của đất là cuội sỏi, cát, bụi hay sét. Và ở một giới hạn nào đó có thể kiểm soát được một số đặc tính kỹ thuật của đất. Ví dụ như xác định hệ số thấm của đất,...

Đường cong kích thước hạt có ý nghĩa lớn hơn khi đất được mô tả màu sắc và hình dạng hạt, cũng như tình trạng đóng gói bao bì của mẫu nguyên dạng. Tuy nhiên, hành vi kỹ thuật của đất còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác như loại khoáng vật, cấu trúc và lịch sử địa chất.

 

2. Các phương pháp thí nghiệm:

 

- Phương pháp sàng khô;

- Phương pháp sàng ướt;

- Phương pháp tỉ trọng kế.

 

3. Thiết bị thí nghiệm:

 

- Cân kỹ thuật điện tử có độ chính xác 0.01g;

- Tủ sấy;

- Bộ rây sàng;

- Ống đong 1000ml;

- Nhiệt kế;

- Bình hút ẩm;

- Thiết bị nghiền đất: Cối và chày sứ;

- Bình phun tia,...

 

4. Tiêu chuẩn áp dụng:

 

TCVN 4198 : 2014 Đất xây dựng - Phương pháp phân tích thành phần hạt trong phòng thí nghiệm.

ASTM D422 - 63 Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils.

 

 

MỘT SỐ LÝ THUYẾT VỀ THÀNH PHẦN HẠT

Một số định nghĩa

Phân tích kích thước hạt (Particle size analysis) thể hiện một cách định lượng tỉ lệ theo khối lượng của các kích thước khác nhau của các hạt có trong đất.

Kích thước hạt (Particle size) thường được cho theo đường kính tương đương.

Đường kính hiệu quả (Effective size) (D10) là kích thước hạt trong đó 10% hạt mịn và 90% hạt thô. Tức đường kính hạt tại hàm lượng hạt mịn tích lũy là 10%.

Hệ số đồng nhất (Uniformity coefficient) (Cu) là tỉ số D60 và D10

Hệ số đường cong phân bố thành phần hạt (Coefficient of curvature) (Cc)

Tỷ bề mặt (Specific surface): Tổng bề mặt của các hạt trong một đơn vị khối lượng.

 

Phương pháp tỉ trọng kế:

  • Định nghĩa:

 Tỉ trọng kế hay còn gọi là phù kế là một dụng cụ đo lường để xác định khối lượng riêng của một chất lỏng. Thường được làm bằng thủy tinh có hình trụ, một đầu có quả bóng chứa thủy ngân hay kim loại nặng để giữ nó thẳng đứng trong chất lỏng.

  • Nguyên lý:

Nguyên tắc hoạt động của tỉ trọng kế dựa vào lực đẩy Archimedes. Phù kế nổi cân bằng khi trọng lực của nó cân bằng bởi trọng lượng của thể tích chất lỏng bị nó chiếm chỗ. Nếu khối lượng riêng chất lỏng càng nhẹ, thể tích chiếm càng lớn và phù kế càng chìm sâu.

  • Cách đo:

Chất lỏng được rót vào một ống đong, và phù kế được thả nhẹ nhàng vào trong bình cho đến khi nó nổi lơ lửng. Vị trí mà bề mặt chất lỏng tiếp xúc với phù kế được đánh dấu và so sánh trên thang đo bằng dải vạch nằm trong phù kế. Khối lượng riêng của chất lỏng được đọc trực tiếp trên thang đo.

 

Trong thí nghiệm phân tích thành phần hạt của đất bằng phương pháp tỉ trọng kế:

Theo tiêu chuẩn ASTM D422-63 có hai loại tỉ trọng kế (152H) và (151H) tương ứng với tỉ trọng kế loại (A) và tỉ trọng kế loại (B) trong TCVN 4198:2014.

Dưới đây là cách đọc tỉ trọng kế 151H.

Trên tỉ trọng kế 151H có khắc vạch từ 0.995 đến 1.038; tương ứng chúng ta có thể đọc từ -5 đến 38 để số liệu được rõ ràng.

Cách đọc tỉ trọng kế

 

ĐỊNH LUẬT STOKE’S

 

Kích thước hay đường kính hạt được xác định dựa theo định luật Stokes: Tốc độ υ (m/s) của một hạt hình cầu rơi tự do trong một chất lỏng được cho bởi:

(1)

Trong đó:

d: đường kính hạt (m);

ρs: khối lượng riêng hạt (kg/m3);

ρL: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

η: độ nhớt của chất lỏng (N.s/m2);

g: gia tốc trọng trường m/s2.

Viết lại Biểu thức (1) trên, ta được

(2)

 

Nếu như hạt đất rơi một khoảng cách L trong thời gian t, nghĩa là vận tốc υ =L/t

Và nếu chất lỏng là nước  ρL = ρn

Biểu thức (2) trở thành

(3)

 

Sau khi đổi đơn vị ta được:

Đường kính tương đương d (mm) của hạt đất ứng với thời gian chìm lắng t (giây - s) được tính theo công thức

(4)

 

Trong đó:

d: đường kính tương đương của hạt đất (mm)

η: hệ số nhớt động Poazơ của nước ở nhiệt độ thí nghiệm (N.s/m2) (Tra Bảng 2)

g: Gia tốc trọng trường, lấy bằng 981 (cm/s2)

ρs: khối lượng thể tích hạt rắn (khối lượng riêng) của đất (g/cm3)

ρn: khối lượng riêng của nước, lấy bằng 1 (g/cm3)

t: thời gian lắng chìm của hạt đất kể từ khi ngừng khuấy huyền phù đến khi lấy số đọc trên tỉ trọng kế (s).

L là cự ly lắng chìm của các hạt đất kể từ bề mặt huyền phù cho đến trọng tâm của bầu tỉ trọng kế tương ứng với thời gian lắng chìm (t) khi lấy số đọc tỉ trọng kế (cm).

Tỷ lệ phần trăm PTL (%) tích lũy nhỏ hơn kích thước d được tính theo công thức:

(5)

 

Trong đó:

m là khối lượng khô của mẫu đất thí nghiệm

K là tổng hàm lượng của các nhóm hạt trên các sàn từ 0.5 mm trở lên.

R’B: số đọc tỉ trọng kế loại B đã được hiệu chỉnh, tính theo công thức:

R’B = RB + mB + nB – CB

Trong đó:

RB là số đọc tỉ trọng kế loại B;

mB là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ huyền phù

nB là hệ số hiệu chỉnh mặt cong huyền phù theo khắc độ

CB là hệ số hiệu chỉnh chất phân tán

 

QUY ĐỊNH HIỆU CHỈNH TỈ TRỌNG KẾ

 

1. Hiệu chỉnh cự ly chìm lắng của hạt đất:

        Số đọc tỉ trọng kế biểu thị khối lượng riêng của huyền phù lơ lửng; cự ly từ bề mặt huyền phù đến trọng tâm của bầu tỉ trọng kế biểu thị độ sâu chìm lắng hiệu quả của hạt đất. Khi thí nghiệm, sau khi thả tỉ trọng kế vào huyền phù để đọc số đo, mặt huyền phù vì thế mà dâng lên làm cho cự ly chìm lắng của hạt đất lớn hơn so với thực tế, vì thế cần phải hiệu chỉnh để loại trừ sai số đó.

2. Hiệu chỉnh mặt cong huyền phù

         Khi đọc số đọc trên cán phao tỉ trọng kế đều lấy đỉnh của mặt cong huyền phù làm chuẩn, nhưng do việc khắc độ trên cán phao tỉ trọng kế lại lấy đáy mặt cong của nước làm chuẩn, vì thế phải hiệu chỉnh.

3. Hiệu chỉnh chất phân tán

         Khi khắc độ trên cán phao tỉ trọng kế, lấy nước cất làm chuẩn, nhưng trong thí nghiệm thành phần hạt của đất có thể phải cho một lượng chất hóa học vào trong dung dịch để làm phân tán các hạt đất, vì thế sẽ làm thay đổi khối lượng riêng, do đó cần phải hiệu chỉnh.

4. Hiệu chỉnh nhiệt độ

         Do việc khắc độ của tỉ trọng kế tiến hành trong nước cất ở nhiệt độ 200 C, khi tiến hành thí nghiệm nhiệt độ của huyền phù không phải 200 C, sẽ có sự thay đổi khối lượng riêng của nước và sự co giãnthể tích phao của tỉ trọng kế, làm ảnh hưởng đến độ chính xác của tỉ trọng kế, vì thế cần hiệu chỉnh.

 

QUY TRÌNH HIỆU CHỈNH TỈ TRỌNG KẾ

 

1. Cự ly chìm lắng của hạt đất tương ứng với mỗi vạch chia ở thang tỉ trọng kế

L = L1 + (a-b)

Trong đó:

L là cự ly chìm lắng của hạt đất (cm);

L1 là khoảng cách từ vạch khắc thấp nhất đến vạch khắc đang xét (cm)

a là khoảng cách từ trung tâm phao tỉ trọng kế đến vạch khắc thấp nhất trên cán phao (cm)

b là chiều cao dâng nước trong ống đong, khi tỉ trọng kế cân bằng trong huyền phù so với mực nước khi không có tỉ trọng kế (cm).

1.1. Khoảng cách L1

Trong đó:

N là số vạch chia trên thang tỉ trọng kế, là trị không đổi đối với tỉ trọng kế đã cho.

R là số đọc được trên thang tỉ trọng kế

H là chiều dài của thang khắc trên tỉ trọng kế kể từ vạch chia cuối cùng đến vạch chia đầu tiên, (cm);

1.2. Chiều cao dâng mực nước b

Trong đó:

V0 là thể tích của phao tỉ trọng kế (tính đến vạch chia cuối cùng trên thang tỉ trọng kế (cm3)

F là tiết diện ngang của ống đong (cm2).

1.2.1. Xác định thể tích (V0)

         Đổ 900 cm3 đến 920 cm3 nước cất có nhiệt độ 200C vào trong một ống đong thể tích 1000 cm3. Nhúng chìm tỉ trọng kế đến vạch chia cuối cùng (vạch 1.038) và ghi độ dâng lên của mực nước. Hiệu giữa mực nước trong khi nhúng chìm tỉ trọng kế và khi không có tỉ trọng kế chính là bằng thể tích (V0) của phao tỉ trọng kế.

1.3. Xác định trị số a

         Trị số a là khoảng cách từ trung tâm phao tỉ trọng kế đến vạch khắc thấp nhất trên cán phao (vạch 1.030), tính bằng centimet (cm): Đổ 900 cm3 nước cất ở nhiệt độ 200C vào trong ống đong dung tích 1000 cm3. Dán một miếng giấy kẻ li lên mặt phao tỉ trọng kế. Thả tỉ trọng kế vào ống đong cho đến khi nước trong ống dâng lên một đoạn đúng bằng một nửa thể tích của phao (V0/2). Ghi chỗ tiếp xúc giữa mặt nước dâng lên và phao, đó chính là trung tâm phao. Đo khoảng cách từ vạch khắc thấp nhất trên cán phao tỉ trọng kế (vạch 1.030) đến trung tâm phao được trị số a, tính bằng centimet (cm).

Để đơn giản có thể đo khoảng cách từ vạch khắc thấp nhất đến đáy của phao tỉ trọng kế và chia 2.

2. Hiệu chỉnh mặt cong huyền phù

         Thả tỉ trọng kế vào ống đong có nước cất ở 200C, đọc các số đo trên cán phao theo biên dưới và biên trên của mặt cong. Hiệu của hai số đọc là trị số hiệu chỉnh của mặt cong.

3. Hiệu chỉnh chất phân tán

          Đổ 950 cm3 nước cất ở nhiệt độ 200C vào ống đong 1000 cm3. Thả tỉ trọng kế vào và đọc số đo theo mép trên của mặt cong, đọc xong lấy tỉ trọng kế ra cho vào ống đong có chứa nước cất;

          Cho thêm một lượng chất phân tán bằng lượng đã dùng khi thí nghiệm (đúng chủng loại và hàm lượng giống như khi sử dụng để thí nghiệm) vào ống đong. Sau đó đổ nước vào ống đong cho đến 1000 cm3, dùng que khuấy chuyên dụng khuấy đều từ trên xuống dưới, rồi từ dưới lên trên, để mặt nước yên, thả tỉ trọng kế vào và đọc số đo theo mép trên của mặt cong. Trị số hiệu chỉnh chất phân tán được tính theo công thức:

C = R’20 – R20

Trong đó:

C là trị số hiệu chỉnh của chất phân tán;

R’20 là số đọc của tỉ trọng kế trong dung dịch của chất phân tán;

R20 là số đọc của tỉ trọng kế trong nước cất 200C.

4. Hiệu chỉnh nhiệt độ

Khi thí nghiệm, nếu nhiệt độ của huyền phù khác 200C, thì phải hiệu chỉnh, trị số hiệu chỉnh nhiệt độ được liệt kê trong Bảng 1

Bảng 1: Trị số hiệu chỉnh nhiệt độ

Nhiệt độ huyền phù (0C)

Trị số hiệu chỉnh nhiệt độ

Nhiệt độ huyền phù (0C)

Trị số hiệu chỉnh nhiệt độ

Tỉ trọng kế loại A

Tỉ trọng kế loại B

Tỉ trọng kế loại A

Tỉ trọng kế loại B

10.0

-2.0

-0.0012

20.0

0.0

0.0000

10.5

-1.9

-0.0012

20.5

0.1

0.0001

11.0

-1.9

-0.0012

21.0

0.3

0.0002

11.5

-1.8

-0.0011

21.5

0.5

0.0003

12.0

-1.8

-0.0011

22.0

0.6

0.0004

12.5

-1.7

-0.0010

22.5

0.8

0.0005

13.0

-1.6

-0.0010

23.0

0.9

0.0006

13.5

-1.5

-0.0009

23.5

1.1

0.0007

14.0

-1.4

-0.0009

24.0

1.3

0.0008

14.5

-1.3

-0.0008

24.5

1.5

0.0009

15.0

-1.2

-0.0008

25.0

1.7

0.0010

15.5

-1.1

-0.0007

25.5

1.9

0.0011

16.0

-1.0

-0.0006

26.0

2.1

0.0013

16.5

-0.9

-0.0006

26.5

2.2

0.0014

17.0

-0.8

-0.0005

27.0

2.5

0.0015

17.5

-0.7

-0.0004

27.5

2.6

0.0016

18.0

-0.5

-0.0003

28.0

2.9

0.0018

18.5

-0.4

-0.0003

28.5

3.1

0.0019

19.0

-0.3

-0.0002

29.0

3.3

0.0021

19.5

-0.1

-0.0001

29.5

3.5

0.0022

20.0

0.0

0.0000

30.0

3.7

0.0023

 

Bảng 2:  Bảng tra hệ số nhớt của nước

Nhiệt độ (0C)

Hệ số nhớt (poazơ)

Nhiệt độ (0C)

Hệ số nhớt (poazơ)

10

0.01308

26

0.00874

11

0.01272

27

0.00854

12

0.01236

28

0.00836

13

0.01208

29

0.00818

14

0.01171

30

0.00801

15

0.01140

31

0.00784

16

0.01111

32

0.00768

17

0.01086

33

0.00752

18

0.01056

34

0.00737

19

0.01050

35

0.00722

20

0.01005

36

0.00718

21

0.00981

37

0.00695

22

0.00958

38

0.00681

23

0.00936

39

0.00668

24

0.00914

40

0.00656

25

0.00894

 

 

 

VIDEO THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HẠT CỦA ĐẤT

 

 

Tại sao chọn solar system
THÁI DƯƠNG HỆ là một Công ty được thành lập với đội ngũ cán bộ có trình độ chuyên môn cao và tâm huyết; cùng với một số cố vấn kỹ thuật là

>> Xem thêm

Hồ sơ năng lực
Hồ sơ năng lực giúp khách hàng nắm bắt về Thái Dương Hệ một cách nhanh chóng.Cung cấp đầy đủ, chi tiết, và dễ hiểu về doanh nghiệp, ngành nghề, kinh nghiệm, sản phẩm…giúp khách hàng có cái nhìn bao quát

>> Xem thêm

Hình ảnh hoạt động