تعیین درصد رطوبت خاک و سنگ بر مبنای جرم

هدف آزمایش

تعیین درصد رطوبت خاک و سنگ بر مبنای جرم از آزمایش های خاک می باشد. این آزمایش بر اساس اساندارد ASTM:D2216 انجام می شود. این آزمایش چگونگی تعیین آزمایشگاهی درصد رطوبت، با اندازه گیری جرم خاک، سنگ و مواد مشابهی که جرم آنها در اثر خشک شدن و به دلیل از دست رفتن رطوبت،کاهش پیدا میکند را بیان می نماید. این آزمایش برای تعیین درصد رطوبت در مصالح با قابلیت جذب آب انجام میگیرد.

تئوری آزمایش

درصد رطوبت یکی از مهمترین مشخصاتی است که درتعیین ارتباط میان رفتارخاک و خصوصیات شاخص آن از جمله روابط موجود میان آب وهوا، مواد جامد در یک حجم معین به کار میرود. این مشخصه درخاکهای ریزدانه موجب قوام و استحکام میشود.

این آزمایش از اهمیت ویژه ای در سدهای خاکی برخوردار است، به طور نمونه اگر رس ها و درشت دانه های پر رس را با 2 تا 3 درصد رطوبت بیشتر از رطوبت بهینه آزمایش (D689) متراکم کنیم، پولک های رس به موازات هم در آمده و ساختار پراکنده ای پیدا میکند و ناتراواتر میگردد. از این شیوه در تراکم هسته رسی ترک نمیخورد. وآسیب پذیر نخواهد بود. البته این نوع تراکم به غیر از هسته رسی سدهای خاکی پیشنهاد نمیگردد. چرا که این دامنه درصد رطوبت، باعث کاهش قاومت فشاری خواهد بود.

و همچنین اگر رس ها و درشت دانه های پررس با 2 تا 3 درصد کمتر از رطوبت بهینه در هم فشرده شوند. ساختار لخته ای پیدا میکند چنین خاکهایی اگر آب بمکند ساختارشان به ساختار پراکنده دگرگون شده و تورم پیدا میکند و کم مقاومت میشود.

توجه: در روزهای بادی وگرم 2 تا 3 درصد رطوبت بهینه را بیشتر در نظر میگیرند که نباید آن را تراکم به روش بالا (تراکم در سمت تر منحنی تراکم) فرض کرد.بلکه جهت نوع آب و هوا انتخاب میگردد.

لذا کنترل درصد رطوبت با توجه به موارد فوق به عنوان معیار تعیین کننده در سدهای خاکی و پروژهای عمرانی می باشد که مقایسه آن با حد بهینه رطوبت، میتواند تصمیم گیری در اجراء را سرعت و دقت بخشد.

نکات مورد توجه آزمایش

نکته: مصالح در اینجا به ذرات طبیعی خاک و سنگ که در آب حل نمیشوند، اطلاق میشود بنابراین درصد رطوبت در مواردی که دارای ذرات خارجی از قبیل سیمان یا موارد مشابه باشند،ممکن است به اصطلاح خاص یا تعریف مناسبی پیدا کند.

نکته: به منظور عدم کاهش آب مولکولی سنگهای گچی، و همینطور به منظور جلوگیری از تجزیه (در خاکهای دارای مواد آلی زیاد) بهتر است این مواد در دمای 60 درجه سانتیگراد یا در یک دسیکاتور در دمای محیط آزمایشگاه خشک شود.بنابراین وقتی درجه حرارتی متفاوت از درجه حرارت استاندارد 110 درجه سانتی گراد در آزمایش به کار رود، درصد رطوبت ممکن است متفاوت از نتیجه به دست آمده در درجه حرارت استاندارد باشد.

نکته: در خاکهایی که از ذرات طبیعی خاک و ماسه و عاری از سنگ گچ باشد دمای 60 یا 110 درجه تنها در مدت زمان تاثیر خواهد گذاشت و درصد رطوبت عددی ثابت و یا با خطای نسبی خیلی کوچک خواهد بود.

نکته: این روش آزمایش چندین ساعت زمان جهت خشک شدن لازم دارد. اما در استاندارد ASTM D4643 شرایطی جهت خشک شدن نمونه در گرمخانه ذکر گردیده است که کوتاهتر است. و همچنین استاندارد ASTM D2974 دستورالعملی جایگزین برای محاسبه درصد رطوبت مواد تورب می باشد.

نکته: محفظه دسیکاتور، شامل ژل سلیکا یا سولفات کلسیم بدون آب می باشد، بهتر از ماده جاذب رطوبتی استفاده کنیم،که با تغییر رنگ نیازی به دوباره سازی را نشان دهد.

توجه: سولفات کلسیم بدون آب تحت نام تجاری Drieite به فروش میرسد.

نکته: از نکات 1 تا 5 بیشتر جهت تشخیص وجود مواد آهکی یا مواد ناخالص یا در صورت پیش نیاز برای استاندارد خاصی از ASTM استفاده میگردد و سعی خواهیم کرد در سدهای خاکی از مصالح به معنای جامد و غیر قابل حل و غیر قابل واکنش در آب استفاده گردد.

تجهیزات و مصالح آزمایش

گرمخانه یا اون همراه با کنترل کننده ترموستاتی ترجیحا از نوع Forced-draft و متناسب با مشخصات مقرر شده در E145 و دارای کنترل قابلیت دما در محدوده 5±110 درجه سانتیگراد.

ترازو: ترازوی کلاس GP1 برای جرمهای کمتر از گرم (جرم نمونه با ظرف) و دقت 0.01 گرم و ترازوی کلاس GP2 برای جرمهای بیشتر از 200 گرم و بادقت 0.1 گرم به کار برده میشود.

ظرف نمونه همراه با درپوش مقاوم در برابر خوردگی و تغییرات دما و PH مختلف

دستکش، انبرک، چاقو،کاردک، بیلچه و تقسیم کننده نمونه

نمونه آزمایش

نمونه ها را قبل از انجام آزمایش در ظروف غیر قابل نفوذ در مقابل هوا، در درجه حرارت 3 تا 30 درجه سانتیگراد و در مکانی دور از نور مستقیم خورشید نگهداری شود. نمونه های دست خورده در داخل ظروف بایستی طوری نگهداری شود تا از انباشتگی رطوبت در فضای داخل ظروف جلوگیری شده و غلظت رطوبت در فضای داخل به حداقل برسد. و دقت شود تعیین درصد رطوبت بلافاصله و به سرعت بعد از نمونه گیری انجام شود. خصوصا زمانی که ظروف قابلیت خوردگی داشته باشد و یا زمانیکه از کیسه های پلاستیکی استفاده شود.

حداقل جرم ماده مرطوب انتخابی برای اینکه معرف کل نمونه باشد باید مقادیر داده شده در جدول زیر باشد

نکته: هنگام کار با نمونه های کمتر از 200 گرم که شامل ذرات شن نسبتا بزرگ می باشند. وجود این ذرات در نمونه آزمایشگاهی مناسب نیست. درصورتیکه ذره ای یا دانه ای از نمونه حذف گردد بایستی در گزارش و در برگه ها و شیتهای آزمایشگاهی قید گردد.

نکته: سعی شود قبل از انتخاب نمونه توده ی از خاک که قصد نمونه گیری داریم کاملا مخلوط شود و در صورت نمونه گیری از دپو از5محل نمونه برداشته شده و سپس مخلوط گردد و یا اگر نمونه از یک گونی حاوی خاک محل توده باشد قبل از نمونه گیری کاملا مخلوط گردد.

روش انجام آزمایش

جرم ظرف خشک و تمیز را به همراه درپوش آن (درصورت استفاده) تعیین و یادداشت میکنیم.

نمونه در ظرف قرار گرفته و روی درب آن در صورت استفاده، یا بدنه ظرف شماره گذاری شود سپس توزین گردد و یادداشت شود.

درپوش را برداشته و ظرف را به همراه مواد مرطوب آن در گرمخانه قرار دهید و مواد تا رسیدن به وزن ثابت خشک نمایید و دمای گرمخانه را در5±110 درجه سانتیگراد ثابت نکته دارید. زمان لازم جهت رسیدن به وزن ثابت به نوع مواد و نوع گرمخانه و دید مهندسی خوب و تجربه، بستگی دارد. در بیشتر موارد خشک شدن نمونه طی یک شب، حدود 2 تا 6 ساعت کافی می باشد و در مواقعی که در مورد خشک شدن نمونه ها شک وجود داشته باشد خشک شدن باید تا زمانی که تغییرات وزن بعد از دوبار توزین در فاصله بیش از یک ساعت مقدار ناچیزی (کمتر از 0.1 درصد) ادامه یابد. وقتی از یک گرمخانه Forced-draft استفاده میگردد، امکان خشک شدن نمونه های ماسه در زمانی حدود 4 ساعت نیز وجود دارد.

توجه: از آنجایی که امکان جذب رطوبت توسط نمونه خشک از نمونه مرطوب وجود دارد لذا قبل از اینکه نمونه مرطوب در داخل گرمخانه گذاشته شود، نمونه های خشک از گرمخانه خارج شوند.

بعد از خشک شدن نمونه و رسیدن جرم ثابت ظرف را از داخل گرمخانه خارج نموده (درپوش را روی آن گذاشته) و سپس اجازه میدهیم تا ظرف و مواد موجود در آن تا رسیدن به دمای اتاق سرد شود و سپس نمونه ها را با همان ترازو توزین کرده و طبق شماره مربوطه ظرف نمونه، در برابر ردیف مربوطه در جدول یادداشت میکنیم

توجه: سعی شود از درپوش استفاده گردد تا در حین به دمای اتاق رسیدن نمونه امکان جذب رطوبت در هوای مرطوب نیز نباشد.

محاسبات

تعریف Mcws : جرم نمونه مرطوب با ظرف بر حسب گرم
تعریف Mcds : جرم نمونه خشک با ظرف بر حسب گرم
تعریف W : درصد رطوبت نمونه
تعریف Mc : جرم ظرف بر حسب گرم

گزارشات

در گزارشات سعی شود دما گرمخانه ، نوع مواد در صورت ناخالصی، یا حذف مواد خیلی درشت در صورت وجود، و نتایج محاسبات، در جدول آورده شود.

شرح خطا: برای مقادیر مورد استفاده در این آزمایش هیچ مقدار مرجع قابل قبولی در مورد خطا وجود ندارد، بنابراین خطا در این آزمایش نمیتوانند محاسبه گردد.

شرح دقت: ضریب تغییرات یا همان نسبت انحراف معیار به میانگین یک آزمایش کننده 2.7 درصد می باشد. بنابراین به نتایج دو آزمایش که به نحوی مطلوب و توسط یک آزمایش کننده و با تجهیزات یکسان انجام میشود. نباید شک کرد مگر اینکه بیش از 7.8 درصد میانگین شان با هم اختلاف داشته باشد. وضریب تغییرات چند آزمایشگاه در این آزمایش 5 درصد است و نتایج آزمایشگاه مختلف با وسایل آزمایشی متفاوت قابل قبول می باشد، مگر اینکه بیش از 14درصد میانگین شان با هم اختلاف داشته باشد.