2172

Таблица 4

Классификация грунта по содержанию глинистых и песчаных частиц

1.2.1. Необходимое оборудование и материалы (рис.3)

Рис. 3. Оборудование, необходимое для проведения полевого гранулометрического анализа по методу Рутковского

Две цилиндрические мензурки емкостью 100 см2 (1); стеклянная палочка с резиновым наконечником (2); воронка стеклянная диаметром d = 14 см (3); набор сит с диаметрами отверстий 2; 1 и 0,5 мм (4); секундомер (5); фарфоровая ступка и пестик (6); технические весы с

10

40

точностью взвешивания до 0,01 г (7); раствор хлористого кальция (СаСℓ2) концентрации 5,5 г на 100 см3 воды.

1.2.2. Подготовка грунта к анализу

Грунт доводится до воздушно-сухого состояния и осторожно растирается в порошок резиновым пестиком в ступке.

Если грунт содержит частицы крупнее 5 мм, то растертая проба грунта взвешивается и пропускается через сита 2; 1 и 0,5 мм для выделения фракций более 2 мм; от 2 до 1 мм и от 1 до 0,5 мм и менее. После чего выполняется анализ, рассмотренный ниже, а полученные

результаты пересчитываются на всю навеску грунта. Если грунт крупных песчаных частиц не содержит, то высу-

шенную и растертую пробу без ее взвешивания пропускают через сито d = 0,5 мм. Общий объем просеянного для анализа грунта составляет 30 – 40 см3.

1.2.3. Определение содержания глинистой фракции (диаметр частиц < 0,005 мм)

Подготовленный для анализа грунт засыпают в мензурку (емкостью 100 см3) в таком количестве, чтобы после уплотнения о каучуко-

вую подушку в мензурке получился постоянный объем грунта VН = 5 см3.

Грунт в мензурке разрыхляется, доливается 50 – 60 см3 воды и производится перемешивание суспензии стеклянной палочкой с резиновым наконечником до тех пор, пока на стенках мензурки не пере-

станут образовываться мазки глины.

К полученной суспензии прибавляется 2,5–3 см3 раствора хлористого кальция (концентрация 5,5 г СаСl2 на 100 см3 воды) в качестве коагулятора. Суспензия размешивается, в нее добавляется вода для заполнения мензурки до 100 см3, после чего суспензия оставляется

для отстаивания на 24 – 48 часов.

После отстаивания по делениям на мензурке определяется объем набухшего грунта.

Содержание глинистых частиц в грунте n (%) вычисляется по формуле

(5)

где VН – начальный объем грунта до набухания;

Vк – объем грунта после набухания.

11

40

1.2.4. Определение содержания песчаных частиц (диаметр частиц 2-0,05 мм)

В мензурку засыпается подготовленный к анализу грунт в таком количестве, чтобы после его уплотнения получился объем VН =10 см3.

К разрыхленному грунту в мензурку доливается вода до деления 100 см3. После этого грунт перемешивается стеклянной палочкой с

резиновым наконечником и отстаивается в течение 90 с. Время фиксируется с помощью песочных часов или секундомера.

Через 90 с из мензурки осторожно сливается 70–75 см3 суспензии так, чтобы осевшие уже на дне частицы не поднялись и не оказались слитыми.

Вмензурку с оставшейся суспензией доливается вода, до 100 см3,

ивзмучивается. Через 90 с вновь сливается 70–75 см3 суспензии. Процесс повторяется до тех пор, пока сливаемая жидкость не станет

почти прозрачной.

После чего в мензурку доливается вода до деления 30 см3, суспензия взмучивается и через 30 с вся вода над осадком сливается.

Мензурка наполняется водой до метки 100 см3. После отстаивания по делениям определяется объем осевшего на дне песка Vк.

Процентное содержание песка определяется как

1.2.5. Определение содержания пылеватой фракции (диаметр частиц 0,05-0,005 мм)

Содержание пылеватых частиц (0,05–0,005 мм) определяется вычитанием из 100 % суммарного содержания глинистых и песчаных

частиц:

1.2.6. Запись результатов

Все результаты замеров и вычислений записывают в табл. 5.

Таблица 5

Журнал лабораторного определения гранулометрического состава грунта полевым методом Рутковского

12

40

1.3. Определение гранулометрического состава глинистого грунта ареометрическим методом

Ареометрический анализ применяется для определения гранулометрического состава глинистых грунтов и основан на использовании разной скорости осаждения в воде различных по крупности частиц

грунта.

Ареометрический метод является основным при гранулометрическом анализе грунтов используемых в строительных целях. Цель работы – определить содержание в грунте различных фрак-

ций с размерами частиц менее 0,1 мм. Определение гранулометрического (зернового) состава глини-

стых грунтов ареометрическим методом производят в соответствии с ГОСТ 12536-79[2] путем измерения плотности суспензии ареометром в процессе ее отстаивания при постоянных характеристиках материала частиц и среды, скорости падения частиц, пропорциональных квадрату их радиусов (диаметров).

По мере выпадения частиц различной крупности в осадок уменьшается плотность суспензии грунта. Измеряя эту плотность через рассчитанные промежутки времени ареометром, можно установить содержание в суспензии (грунте) различных по крупности фракций.

1.3.1. Необходимое оборудование и материалы (рис. 4)

Рис. 4. Оборудование, необходимое для проведения гранулометрического анализа ареометрическим методом

13

40

Ареометр со шкалой 0,995-1-1,030 и ценой деления 0,001 (1); секундомер (2); набор сит с отверстиями: 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм (3); колба коническая плоскодонная емкостью 750–1000 см3 (4); литровый цилиндр с внутренним диаметром 60 2 мм (5); воронка стеклянная d

= =14 см (6); мешалка (7); чашки фарфоровые (8); промывала (9); стеклянный стаканчик (10); ступка фарфоровая с резиновым пестиком (11); технические весы с точностью взвешивания до 0,01 г (12); термометр; песчаная баня; пипетка на 25 мл; 4 или 6,7 % - ный пирофос- форно-кислый натрий; 25 % - ный раствор аммиака.

1.3.2. Определение содержания частиц крупнее 1 мм

Методом квартования отбирают среднюю пробу грунта массой 200 (100) г в воздушно-сухом состоянии и просеивают сквозь набор

сит с размером отверстий 10; 5; 2; 1 мм.

Взвешивают фракции грунта, задержавшиеся на ситах и прошедшие в поддон.

Примечание. Если в образце нет крупных частиц, просеивание сквозь сито с размером отверстий 2 мм и более не производят.

Результаты заносятся в табл. 6.

Масса пробы грунта mпг = __________ г.

Таблица 6

Журнал определения масс фракций грунта от 10,0 до 1 мм

По данным табл. 6 путем суммирования результатов трех столбцов последней строки определяют qс = q1+ q2+ q3 – содержание в грунте фракций (%) крупнее 1 мм. Суммарное содержание в грунте фракций

крупнее 1 мм qс = _______ %.

14

40

1.3.3.Определение гигроскопической влажности

иплотности частиц грунта

Пробы грунта для определения гигроскопической влажности Wг и плотности частиц s массой не менее 15 г каждая отбирают способом квартования из грунта в воздушно-сухом состоянии растертого, просеянного сквозь сито с сеткой № 1 и выдержанного открытым не

менее 2 ч при данной температуре и влажности воздуха 3 . Определение плотности частиц грунта s рассматривается далее в п. 2.3. Гигроскопическая влажность, соответствующая влажности грунта в воздушно-сухом состоянии, определяется так же, как и влажность грунта в естественном состоянии методом высушивания

пробы грунта до постоянной массы, изложено в п. 2.4.

1.3.4. Опробование суспензии грунта на коагуляцию

Методом квартования отбирается проба грунта массой около 2 г, которая пестиком растирается с 4–6 см3 дистиллированной воды в фарфоровой чашке. После чего в чашку доливается еще 14–16 см3 дистиллированной воды. Суспензия в чашке кипятится в течение 5–10 мин. Затем она выливается в пробирку емкостью 100–150 см3, в которую доливается дистиллированная вода в таком количестве, чтобы общий объем суспензии в пробирке был равен около 100 см3 для глин,

70 см3 – для суглинков и 50 см3 – для супесей 2 .

После взбалтывания суспензия выдерживается в покое сутки. Если выпавший за это время на дно пробирки осадок имеет рыхлую, хлопьевидную структуру, а жидкость над ним прозрачная, то это ука-

зывает на происшедшую коагуляцию суспензии.

При разделении на фракции пробы грунта, суспензия которой при опробовании на коагуляцию не коагулирует, для промывания, смывания осадков и разбавления суспензии должна применяться дистиллированная вода с добавлением на 1 л 0,5 см3 25 - ного раство-

ра аммиака.

1.3.5. Ареометрический анализ

Для ареометрического анализа из грунта, прошедшего сквозь сита с отверстиями >5; 2; 1 мм (см.п.1.3.2), методом квартования берется навеска: для глин массой около 20 г, для суглинков – 30 г, для су-

песей – 40 г.

15

40

Подготовка грунта к анализу зависит от способности его суспензии к коагуляции.

Для грунта, у которого суспензия не коагулирует, подготовка к анализу заключается в следующем:

проба грунта переносится в колбу емкостью 750–1000 см3, при этом остаток пробы в чашке смывается струей воды из промывалки в

колбу;колба доливается водой, чтобы общее ее количество в десять

раз превышало массу пробы (для промывания, смывания и разбавления суспензии применяется дистиллированная вода с добавлением на 1 л 0,5 см3 25%-ного раствора аммиака);

грунт, залитый водой, выдерживается одни сутки;

после суточной выдержки в колбу следует прибавить 1 см3 25 % -ного раствора аммиака, закрыть колбу пробкой с обратным хо-

лодильником или воронкой диаметром 4–5 см и кипятить суспензию в течение 1 ч (кипячение не должно быть бурным). После кипячения необходимо охладить суспензию до комнатной температуры;

охлажденная суспензия сливается в стеклянный цилиндр емкостью 1 л через сито размером отверстий 0,1 мм, вставленное в воронку диаметром 14 см; при этом оставшиеся на внутренней поверхности

колбы частицы грунта смываются водой;объем суспензии в мерном цилиндре доводится до 1 л.

Для грунта, у которого суспензия коагулирует, подготовка к анализу заключается в следующем:

проба грунта переносится в колбу, куда добавляется дистиллированная вода;

взвесь взбалтывается и сливается сразу в стеклянный цилиндр емкостью 1 л сквозь сито с диаметром отверстий 0,1 мм, помещенное

вворонку диаметром 14 см;

задержавшиеся на сите частицы грунта сливаются струей воды в фарфоровую чашку, где они тщательно растираются пестиком;

взвесь из чашки сливается через сито в цилиндр (растирание осадка в чашке продолжается до полного осветления воды над части-

цами в чашке);частицы грунта, задержавшиеся на сите, надлежит добавить к

частицам, оставшимся на дне фарфоровой чашки, перенести их в заранее взвешенный фарфоровый тигель или стеклянный стаканчик, выпарить на песчаной бане, высушить в сушильном шкафу до постоянного веса;

высушенные до постоянного веса частицы грунта следует просеять сквозь сита с размером отверстий 0,5; 0,25 и 0,1 мм.

16

40

При анализе грунтов, содержащих органические вещества, частицы следует просеять сквозь набор сит с размером отверстий 10; 5;

2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм.

Частицы грунта, прошедшие сквозь сито с размером отверстий 0,1 мм, следует перенести в цилиндр с суспензией.

Фракции грунта, задержавшиеся на ситах, следует взвесить. Суспензию в мерном цилиндре необходимо довести до объема 1 л;

при анализе грунта, суспензия которого при опробовании на коагуляцию коагулирует, перед доливанием воды в цилиндр добавляют в него 25 см3 4 или 6,7 % - ного пирофосфорно-кислого натрия:

4 % – из расчета на безводный пирофосфорно-кислый натрий (Na4P2O7); 6,7 % – из расчета на водный пирофосфорно-кислый на-

трий (Na4P2O7 10H2O).

Суспензия в цилиндре тщательно перемешивается мешалкой в течение 1 мин до полного исчезновения осадка на дне. Момент окон-

чания перемешивания суспензии фиксируется по секундомеру. По табл. 7 определяется время взятия отчета по ареометру после

окончания перемешивания суспензии.

За 10 – 12 с до замера плотности суспензии в нее осторожно опускается ареометр, который должен свободно плавать, не касаясь стенок цилиндра. Затем берется отсчет по ареометру. Продолжитель-

ность взятия отсчета не должна превышать 5–7 с.

Таблица 7

Определение времени замера плотности

Примечание. Для удобства работы с ареометром следует брать упрощенные отсчеты, т. е. в отсчете плотности суспензии на шкале ареометра отбросить единицу и перенести запятую на три знака вправо; в этом случае тысячные деления будут представлять собой целые числа, а десятитысячные, ко-

торые берут на глаз, — десятые.

Контроль за температурой суспензии необходимо осуществлять замером температуры с погрешностью до 0,5°С в течение первых 5 мин (до начала опыта) и затем после каждого замера плотности суспензии ареометром. При температуре, отличающейся от плюс 20°С, к снимаемым отсчетам по ареометру следует внести температурную по-

правку, определяемую по табл. 8.

17

40

Таблица 8

Температурные поправки к отсчету по ареометру

К данным по плотности суспензии (отчетам по ареометру) необходимо внести поправки на нулевое показание ареометра, высоту ме-

ниска и диспергатор.

Для определения поправки на нулевое показание ареометра его опускают в мерный цилиндр с дистиллированной водой, имеющей температуру 20°С, и производят отчет плотности воды. Полученный отчет принимают за единицу плотности. Разность между принятой единицей и замеренным отсчетом по ареометру равна поправке, кото-

рую вводят в расчет.

Поправку прибавляют к каждому отсчету по шкале ареометра, если ареометр при проверке показывает менее 1,000, и вычитают, ес-

ли ареометр показывает более 1,000.

Поправку на высоту мениска вводят в расчет, если ареометр градуирован на заводе по нижнему краю мениска. Для этого ареометр опускают в цилиндр с дистиллированной водой, имеющей температуру 20°С. Производят отсчеты по нижнему и верхнему краям мениска. Разница между замеренными отсчетами и будет поправка на высоту мениска. Поправку прибавляют к каждому отсчету по шкале ареометра при замерах плотности суспензии. Если ареометр градуирован

по верхнему краю мениска, то поправка не требуется.

Для определения поправки на диспергатор ареометр опускают в мерный цилиндр с налитой 950 см3 дистиллированной водой, имеющей температуру 20°С, и производят отсчет по верхнему краю мени-

18

40

ска. Добавляют в цилиндр диспергирующее вещество. Затем доливают в цилиндр воду до 1 л, смесь взбалтывают, вторично опускают в нее ареометр и производят отсчет по верхнему краю мениска. Разность между вторым и первым отсчетом есть поправка на диспергатор. Поправку вычитают из каждого отсчета по шкале ареометра при

замерах плотности суспензии.

1.3.6. Запись результатов и оформление работы

Вычисление содержания масс фракций в грунте от 1,0 до 0,1 мм

Масса пробы в воздушно-сухом состоянии m _______г

Гигроскопическая влажность Wг _________________ д.е.

Масса пробы в пересчете на сухой грунт

(с учетом гигроскопической влажности Wг

в долях единицы): m0 =m/(1+Wг) ___________________ г

Плотность твердых частиц s ______________________г/см3

Определение масс фракций грунта от 1,0 до 0,1 мм следует вести в табличной форме (табл.9).

Таблица 9

Журнал определения масс фракций грунта от 1,0 до 0,1 мм

19

40