Определение гранулометрического (зернового) состава глинистых грунтов ареометрическим методом

Гранулометрический (зерновой) состав глинистых грунтов ареометрическим методом проводят путем измерения плотности суспензии ареометром в процессе ее отстаивания.

Аппаратура, материалы и реактивы

3.1.1. Для определения гранулометрического (зернового) состава глинистых грунтов необходима следующая аппаратура:

ареометр со шкалой 0,995—1—1,030 и ценой давления 0,001 (см. чертеж);

набор сит с поддоном; сита с размером отверстий 10; 5; 2; 1,0; 0,5; 0,25; 0,1 мм;

весы лабораторные по ГОСТ 24104-2001 с гирями по ГОСТ 7328-2001;

стаканчики стеклянные по ГОСТ 25336-82;

ступка фарфоровая по ГОСТ 9147-80;

пестик по ГОСТ 9147-80 с резиновым наконечником;

чашка фарфоровая по ГОСТ 9147-80;

нож;

эксикатор по ГОСТ 25336-82 с прокаленным хлористым кальцием по ТУ 6-09-5077-87;

шкаф сушильный;

колба коническая плоскодонная емкостью 750-1000 см³;

воронки по ГОСТ 25336-82;

цилиндр мерный емкостью 1 л и диаметром 60±2 мм;

термометр с погрешностью до 0,5 °С по ГОСТ 28498-90;

мешалка;

секундомер;

промывалка;

пипетка на 25 мл;

обратный холодильник;

4% или 6,7 %-ный пирофосфорнокислый натрий по ГОСТ 342-77;

25 %-ный раствор аммиака по ГОСТ 3760-79;

баня песчаная.

Подготовка к испытанию

3.2.1. Следует отобрать методом квартования среднюю пробу грунта (п. 2.2.2) весом около 200 гс в воздушно-сухом состоянии и просеять 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.

3.2.2. Для образцов грунта, содержащих органические вещества (п. 1.7), операции, изложенные в п. 3.2.1, производить не следует.

3.2.3. Отбирают методом квартования среднюю пробу из грунта, прошедшего сквозь сито с размером отверстий 1 мм, в заранее взвешенную фарфоровую чашку и взвешивают ее.

Вес средней пробы должен быть для глин около 20 гс, для суглинков — около 30 гс, для супесей — около 40 гс.

Из грунтов, содержащих органические вещества, следует отбирать пробу грунта с учетом природной влажности (п. 1.7), соответственно увеличив величину пробы.

Одновременно с взятием средней пробы для определения гранулометрического состава надлежит отобрать пробы грунта весом не менее 15 гс каждая для определения гигроскопической или природной влажности по ГОСТ 5180-84 и удельного веса по ГОСТ 5180-84.

3.2.4. Производят опробование суспензии грунта на коагуляцию. Отбирают методом квартования пробу грунта весом около 2 гс, растирают ее с 4—6 см³ дистиллированной воды в фарфоровой чашке пестиком с резиновым наконечником. Затем доливают в чашку еще 14—16 см³ дистиллированной воды и кипятят суспензию в течение 5—10 мин. Выливают суспензию в пробирку или в мерный цилиндр емкостью 100—150 см³ и доливают дистиллированную воду в таком количестве, чтобы объем суспензии был равен около 100 см³ для глин, 70 см³ — для суглинков и 50 см³ — для супесей.

Взбалтывают суспензию и оставляют в покое на сутки. Если суспензия за это время коагулирует, выпавший на дно пробирки (или мерного цилиндра) осадок должен иметь рыхлую, хлопьевидную структуру, а жидкость под осадком должна быть прозрачная.

3.2.5. При разделении на фракции пробы грунта, суспензия которого при опробовании на коагуляцию (п. 3.2.4) не коагулирует, для промывания, смывания осадков и разбавления суспензии должна применяться дистиллированная вода с добавлением на 1 л 0,5 см³ 25%-ного раствора аммиака.

3.2.6. Среднюю пробу грунта, суспензия которого при опробовании на коагуляцию не коагулирует, переносят в колбу емкостью 750—1000 см³ смывая остаток пробы в чашке струей воды из промывалки.

Доливают в колбу воду, чтобы общее количество ее было десятикратным по отношению к весу средней пробы грунта.

Грунт, залитый водой, выдерживают одни сутки.

3.2.7. После суточной выдержки в колбу следует прибавить 1 см³ 25%-ного раствора аммиака, закрыть колбу пробкой с обратным холодильником 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.

3.2.8. Суспензию необходимо слить в стеклянный цилиндр емкостью 1 л сквозь сито с размером отверстий 0,1 мм, помещенное в воронку диаметром приблизительно 14 см. Оставшиеся на внутренней поверхности колбы частицы грунта следует тщательно смыть водой из промывалки.

3.2.9. К средней пробе грунта, суспензия которого при опробовании на коагуляцию коагулирует, добавляют воду, взбалтывают и сливают взвесь в стеклянный цилиндр сквозь сито с размером отверстий 0,1 мм, не производя размачивания в течение суток и последующего кипячения.

3.2.10. Задержавшиеся на сите частицы и агрегаты грунта необходимо смыть струей воды в фарфоровую чашку, где их тщательно растереть пестиком с резиновым наконечником или пальцем в тонком резиновом чехле. Слить образовавшуюся в чашке взвесь в цилиндр сквозь сито с размером отверстий 0,1 мм. Растирание осадка в чашке и сливание взвеси сквозь сито в цилиндр следует продолжать до полного осветления воды над частицами, оставшимися на дне чашки.

3.2.11. 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.

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

При анализе грунтов, содержащих органические вещества, частицы следует просеять сквозь набор сит с размером отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1мм.

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.

3.2.13. 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 пирофосфорнокислого натрия: 4% — из расчета на безводный пирофосфорнокислый натрий (Na₄P₂O₇); 6,7% — из расчета на водный пирофосфорнокислый натрий (Na₄P₂O₇×10H₂O).

Проведение испытания

3.3.1. Суспензию следует взболтать мешалкой в течение 1 мин до полного взмучивания осадка со дна цилиндра, не допуская выплескивания суспензии, и отметить по секундомеру время окончания взбалтывания.

3.3.2. Определить по табл. 2 время взятия отсчета по ареометру после окончания взбалтывания суспензии. Затем за 10—12 с до замера плотности суспензии следует осторожно опустить в нее ареометр, который должен свободно плавать, не касаясь стенок цилиндра, и взять отсчет по ареометру R. Продолжительность взятия отсчета по ареометру должна быть не более 5—7 с.

Таблица 2

Диаметр фракций зерен грунта, мм	Время от конца взбалтывания суспензии до замера ее плотности
Менее 0,05	1 мин
» 0,01	30 мин
» 0,005	3 ч

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, которые берут на глаз, — десятые.

3.3. 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 отсчетам по ареометру, снимаемым с учетом примечания к п. 3.3.2, следует внести температурную поправку, определяемую по табл. 3.

Таблица 3

Температура суспензии, °С	Поправки к отсчету по ареометру R	Температура суспензии, °С	Поправки к отсчету по ареометру R	Температура суспензии, °С	Поправки к отсчету по ареометру R
10,0	—1,2	17,0	—0,5	24,0	+0,8
10,5	—1,2	17,5	—0,4	24,5	+0,9
11,0	—1,2	18,0	—0,3	25,0	+1,0
11,5	—1,1	18,5	—0,3	25,5	+1,1
12,0	—1,1	19,0	—0,2	26,0	+1,3
12,5	—1,0	19,5	—0,1	26,5	+1,4
13,0	—1,0	20,0	0,0	27,0	+1,5
13,5	—0,9	20,5	+0,1	27,5	+1,6
14,0	—0,9	21,0	+0,2	28,0	+1,8
14,5	—0,8	21,5	+0,3	28,5	+1,9
15,0	—0,8	22,0	+0,4	29,0	+2,1
15,5	—0,7	22,5	+0,5	29,5	+2,2
16,0	—0,6	23,0	+0,6	30,0	+2,3
16,5	—0,6	23,5	+0,7

3.3.4. В отсчеты плотности суспензии необходимо внести поправки на нулевое показание ареометра, высоту мениска и диспергатор в соответствии с приложением 2.

Обработка результатов

3.4.1. Процентное содержание фракций грунта размером более 10; 10—5; 5—2; 2—1 мм следует вычислить по формуле (1), при этом вес средней пробы грунта следует определять с поправкой на гигроскопическую или природную влажность (п. 3.4.2).

3.4.2. Вес средней пробы грунта g₀ в гс надлежит вычислить по формуле (2) с учетом поправки на гигроскопическую влажность — при анализе воздушно-сухих образцов или на природную влажность — при анализе влажных образцов

,(2)

где g₀ — вес абсолютно-сухой средней пробы грунта, гс;

g₁ — вес средней пробы грунта в воздушно-сухом состоянии (или природной влажности), гс;

W — гигроскопическая (или природная) влажность, %.

3.4.3. Содержание фракций грунта размером более 0,5; 0,25 мм и 0,1 мм L в % следует вычислять по формуле

,(3)

где g_п — вес данной фракции грунта, высушенной до постоянного веса, гc;

g₀ — вес средней пробы грунта с поправкой на гигроскопическую (или природную) влажность (взятой для ареометра) гс;

k — суммарное содержание фракции грунта размером более 1,0 мм, %.

3.4.4. По данным каждого замера ареометром надлежит вычислить суммарное содержание грунта в % по формуле

,(4)

где — суммарное содержание всех фракций грунта менее данного диаметра, %;

g_s — удельный вес грунта, гc/см³;

g_W — удельный вес воды, равный 1 гс/см³;

g₀— вес абсолютно-сухой средней пробы грунта, гс;

R_п — показания ареометра с поправками (пп. 3.3.3 и 3.3.4);

k — то же, что и в формуле (3).

3.4.5. Определив суммарное процентное содержание фракций грунта с помощью ареометра, необходимо вычислить процентное содержание каждой фракции грунта последовательными вычитаниями из большой величины меньшей.

3.4.6. Фракцию 0,10—0,05 мм находят по разности: из 100% вычитают сумму всех фракций, определяемых с помощью аэрометра и ситовым анализом.

3.4.7. Результаты анализа, надлежит регистрировать в журнале (см. приложение 1), в котором указывают процентное содержание в грунте фракций размером более 10; 10—5; 5—2; 2—1; 1— 0,5; 0,5—0,25; 0,25—0,1; 0,1—0,05; 0,05—0,01; 0,01—0,005 и менее 0,005 мм, а также методы подготовки грунта к анализу.

Результаты анализа необходимо сопровождать указанием процентного содержания гигроскопической (или природной) влажности и химического вещества, примененного для стабилизации суспензии.

ПРИЛОЖЕНИЕ1

Рекомендуемое

ЖУРНАЛ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО (ЗЕРНОВОГО) СОСТАВА ГРУНТА

Показатели	Ситовой анализ	Ситовой анализ с промывкой водой
Фракции грунта, мм	Лабораторный номер образца______
Более 10	10—5	5—2	2—1	1—0,5	Менее 0,5	0,5—0,25	0,25—0,1	Менее 0,1	Номер выработки и глубина отбора образца, м ________
Вес пробы грунта, гс										Дата определения________19__г.
Вес фракции грунта, гс										Окончательный результат гранулометрического состава грунта
Содержание фракции, %										Фракции, мм	Содержание, %
РЕЗУЛЬТАТЫ АРЕОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА	Более 10
Ареометр № ______	Время замера	Время оттаивания суспензии от начала опыта	Упрощенный отсчет по ареометру без поправок	Температура суспензии, °С	Температурная поправка к отсчету по ареометру	Упрощенный отсчет с поправкой на стабилизатор и нулевое показание ареометра	Окончательный отсчет по ареометру	Содержание частиц, мм	10—5
Колба № ______	5—2
Объем цилиндра на 1000 мл	2—1
Поправки на стабилизатор, нулевое показание ареометра___	1—0,5
0,5—0,25
Проба воздушно-сухой или природной влажности _____, гc	0,25—0,1
0,1—0,5
Гигроскопическая или природная влажность _____, %	0,5—0,01
0,01—0,005
Удельный вес грунта ______, гc/см2		1 мин							Менее 0,005
Способ подготовки _______		30 мин							Сумма
Стабилизатор _______		3 ч

Исполнитель_____________________________________________________

(фамилия, имя, отчество, подпись)

Журнал проверил «_____»______________19____г.__________________________________________________

(должность, фамилия, имя, отчество, подпись)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Обязательное

КАЛИБРОВКА АРЕОМЕТРА