Определение микроагрегатного состава

7.5.6.2. Среднюю пробу грунта для определения микроагрегатного состава следует отобрать методом квартования в воздушно-сухом состоянии и просеять сквозь набор сит с размерами 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.
7.5.6.3. Для образцов грунта, содержащих органические вещества, вышеизложенные операции производить не следует.

7.5.6.4. Масса средней пробы должна быть: для глин около 20 г, для суглинков - около 30 г, для супесей - около 40 г, для глинистых песков - 50-55 г.

7.5.6.5. Пробу грунта следует перенести в колбу емкостью 0,5 л, смывая остаток пробы в чашку или стаканчик струей воды, затем к пробе грунта в колбу добавить 250 см³ дистиллированной воды и залитый грунт оставить на сутки размокать. Колбу следует плотно закрыть резиновой пробкой и взбалтывать в течение 2 ч с интенсивностью 200 толчков в минуту на диспергаторе. Суспензию из колбы нужно перенести в литровый цилиндр. Сито с задержавшимися на нем частицами грунта необходимо перенести в фарфоровую чашку и залить водой так, чтобы частицы в сите были покрыты водой, и содержимое в сите следует несколько раз интенсивно встряхивать в чашке без растирания. Частицы, прошедшие через сито с размером отверстий 0,1 мм, переносят в цилиндр с суспензией.

Встряхивание сита в чашке с водой и перенесение в цилиндр частиц, прошедших сквозь сито, нужно производить до тех пор, пока вода в чашке не будет прозрачной.

Частицы грунта, задержавшиеся на сите, следует перенести в чистую чашку, а из нее в заранее взвешенный фарфоровый тигель или стеклянный стаканчик, выпарить на песчаной бане и высушить до постоянной массы.

Затем частицы грунта просеивают сквозь сита с размерами отверстий 0,5; 0,25 и 0,1 мм. Для грунтов, содержащих органические вещества, - сквозь сита с размерами отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм. Частицы грунта, прошедшие сквозь сито 0,1 мм, переносят в цилиндр с суспензией.

Далее производится отбор пробы пипеткой согласно п.7.5.5. Результаты анализа обрабатываются без учета поправки на диспергатор.
7.5.7. Комбинированный способ определения гранулометрического состава гравийно-галечниковых грунтов
7.5.7.1. Ситовой способ применяется в том случае, если в пробах грунта содержится менее 10% частиц размером меньше 0,1 мм. При более высоком содержании этих частиц дополнительно к ситовому применяется ареометрический способ, (п.7.5.3) с помощью которого устанавливаются размеры частиц до 0,005 мм.

7.5.7.2. Масса проб зависит от величины и содержания крупных частиц и назначается следующим образом:

- грунт, не содержащий частиц размером более 2 мм - 0,1 кг;

- грунт, содержащий частицы размером 210 мм - 0,5 кг;

- гравийный грунт, содержащий частицы размером до 20 мм - 13 кг;

- гравийный грунт, содержащий частицы до 40 мм - 46 кг;

- галечниковый грунт, содержащий частицы размером до 100 мм - 815 кг;

- галечниковый грунт, содержащий частицы размером до 200 мм - 2040 кг;

- галечниковый грунт, содержащий включения размером более 200 мм - 50100 кг.

7.5.7.3. Проба выделяется квартованием из общей пробы, отобранной для определения плотности. Пробы высушиваются в сушильном шкафу, на электропечи или на воздухе до воздушно-сухого состояния. Для рассева служит стандартный набор грунтовых сит, включающий 7 сит с отверстиями 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм, крышку и поддон. Для выделения фракций крупнее 10 мм пользуются крупными ситами из комплекта КСИ для рассева нерудных материалов, или изготовляют сита с круглыми отверстиями 20, 40 и 60 мм на металлических круглых рамках диаметром не менее 300 мм или квадратных рамках со стороной не менее 300 мм.

7.5.7.4. Для определения размера частиц крупнее 60 мм следует применять проволочные кольца-калибры различных диаметров: 80, 100, 120, 150, 200, 250 и 300 мм в зависимости от ожидаемого размера крупных включений. Кольца изготавливаются с рукояткой из проволоки толщиной от 3 до 6 мм.

7.5.7.5. Частицы крупнее 60 мм выбираются из пробы, калибруются с помощью колец, складываются по фракциям и взвешиваются. Масса каждой фракции записывается. После этого пробы просеиваются на крупных ситах, которые собираются в колонке на поддоне (верхнее сито 60 мм, нижнее - 20 мм).

7.5.7.6. Рассев выполняется путем раскачивания поддона с колонкой сит. Рекомендуется использовать виброустановку для рассева грунта в колонке сит. После первого просеивания остатки на ситах перемешиваются, а отдельные агрегаты растираются и производится повторное просеивание. Грунт каждой фракции и остаток, прошедший через нижнее сито, взвешиваются. Для контроля сравниваются сумма масс всех фракций и остаток с первоначальной массой навески, взятой для анализа. Расхождением до 1% можно пренебречь. Процентное содержание фракций и остатка менее 20 мм вычисляется по формуле (14).

7.5.7.7. Остаток, прошедший через сито 20 мм, подвергается дополнительной подготовке. Подготовка состоит в том, что грунт, высушенный до воздушно-сухого состояния, растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником. Растертый образец тщательно перемешивается и распределяется тонким слоем на листе плотной бумаги или картона и делится ножом на квадраты со сторонами 3,5-4 см. Из каждого квадрата совком или ложкой отбирается понемногу грунта. Дальнейшее разделение грунта на фракции до 0,1 мм производится в соответствии с п.7.5.2.

7.5.7.8. Если фракции с диаметрами частиц менее 0,1 мм содержится в грунте по массе более 10%, то гранулометрический анализ должен быть продолжен ареометрическим способом (п.7.5.3) для разделения этих фракций на более мелкие.
7.5.8. Гранулометрический состав крупнообломочных грунтов
7.5.8.1. Гранулометрический состав крупнообломочных грунтов определяется в следующей последовательности:

- анализ грубых обломков (глыбы, валуны, камни);

- анализ крупных обломков (галька, щебень);

- ситовой анализ (песок);

- анализ пылевато-глинистых частиц.

7.5.8.2. Анализ грубых обломков выполняется непосредственно в обнажении или в стенках горной выработки при помощи накидной сетки или по фотоснимкам.

7.5.8.3. Выделение и разделение крупных фракций (200-20 мм) производят грохочением. Выделяют фракции размерами >200, 200-100, 100-60, 60-20 и <20 мм. При производстве этого анализа необходимо следить, чтобы на крупных обломках не оставалось прилипших песчано-глинистых частиц. Обломки, оставшиеся на сите, должны перед взвешиванием очищаться от прилипших частиц, которые пропускаются через грохот для дальнейшего разделения. Масса пробы для грохочения зависит от размеров обломков и определяется по формуле:

m_p = _d · (5 · d₉₀)³, (23)

где m_p - масса пробы; _d - плотность сухого грунта; d₉₀ - диаметр частиц, содержащихся в изучаемом грунте 90% по массе.

7.5.8.4. Частицы размером менее 20 мм подвергаются ситовому анализу (п.7.5.2). Проба для ситового анализа отбирается из той части породы, которая прошла через грохот с отверстиями 20 мм, и сокращается методом квартования до 13 кг.

Определение гранулометрического состава песчаных и глинистых грунтов изложено в пп.7.5.2 и 7.5.3.

а) проба грунта должна быть представительной;

б) объем (масса) пробы должен быть достаточным;

в) измерения размеров фракций и их проекций должны выполняться методически правильно.

7.5.9.2. Поверхность крупнообломочного материала может опробоваться непосредственно в горной выработке после предварительного обрушения грунтовой массы, а также после выгрузки из автосамосвалов, железнодорожных платформ, судна. При этом представительность пробы обеспечивается по-разному:

- если материал не перевозят, то проба отбирается со всего обрушенного массива в шахматном порядке и на глубину;

- если материал перевозится, то проба берется накопительно, в зависимости от количества горной массы или другого грунта (например, каждая вторая, третья, пятая или десятая автомашина).

В обоих случаях отдельно взятые пробы ссыпаются на специальную площадку и объединяются. Достаточный объем (масса) пробы определяется по формуле

где _d - плотность сухого грунта, ориентировочно 1,8-2,0 т/м³; D - диаметр наибольших фракций, м; K_60,10 - коэффициент разнозернистости.

Например, масса пробы с наибольшим диаметром фракций D = 1 м, _d = 1,8 т/м³ и K_60,10 = 25 составит m_p = (10 · 1,8 · 1) / (2,5)^0,1 = 13 т.

7.5.9.3. Материал условно разбивается на классы крупности: больше 1000 мм, 1000-800 мм; 800-600 мм; 600-400 мм; 400-200 мм, 200-100 мм, 100-50 мм и менее 50 мм. Желательно через такие же интервалы разметить и рейку, с помощью которой будут производиться измерения.

7.5.9.4. По всей поверхности пробы (кучи материала, отвала, нагруженного вагона, судна) условно проводится ряд параллельных линий с помощью натянутой нити или бичевы. Расстояние между соседними линиями берется больше диаметра наибольшей фракции. Если куча высокая и с крутыми бортами или материал отсыпан грядой или на откосе - линии нужно проводить так, чтобы избежать искажения результатов от сегрегации материала, т.е. радиально, если куча круглая, или параллельно, когда груда или материал на откосе, но сверху вниз, чтобы каждая линия проходила через зоны мелкого и крупного материала. Затем на каждой линии производится замер проекции бичевы на куски, лежащие под ней на поверхности пробы. При этом каждый кусок по своим фактическим размерам относится к той или иной фракции, и величина замеренного отрезка проекции заносится в соответствующую колонку табл. 27. Может оказаться, что измеряемый камень прикрыт другими кусками или проекция бичевы проходит через край (угол) куска. В этом случае камень относится к фракции, которая соответствует его истинным размерам, а величина проекции берется такой, какая она в действительности. Если линия проходит через несколько камней одной фракции, тогда замеряется длина их общей проекции, и она заносится в колонку, соответствующую размерам каждого из этих камней.

7.5.9.5. Для получения надежных результатов общее число замеренных кусков должно быть достаточно велико (около 1000 шт.). По окончании замеров производится подсчет суммарной длины проекции по каждой фракции (l_ф, мм), а затем суммарной длины проекции всех фракций (L_общ, мм). Содержание (частный выход, m %) материала каждой фракции определяется по формуле:

Полученные результаты представляются в виде графика гранулометрического состава грунта и таблиц 26 и 27.

Всего: L_общ = l_ф1 + l_ф2 + … + l_ф6 + l_ф7 = 41200.

Оценка морфологии зерен песка различного генезиса дана в приложении 11.

7.6.1.2. Влажность образцов грунта, доставленных в лабораторию, определяется по ГОСТ 5180-84.

7.6.1.3. Определение влажности грунта следует производить методом высушивания пробы до постоянной массы при заранее заданном температурном режиме.

7.6.1.4. Для каждого образца грунта необходимо производить не менее двух определений влажности.

Допустимая разница в параллельных определениях приводится ниже.

Влажность грунта, %	1-5 ... 5-10 ... 10-50 ... 50-100 ... >100
W, %	0,2 ... 0,6 ... 2,0 ... 4,0 ... 5,0

7.6.1.5. Для определения влажности грунтов применяют следующую аппаратуру: стеклянный стаканчик с крышкой для взвешивания (по ГОСТ 23932-79Е) или алюминиевый стаканчик ВС-1 с крышкой, технические весы, сушильный шкаф, эксикатор (по ГОСТ 23932-79Е) с кальцием хлористым (по ГОСТ 4460-77), прокаленным в муфельной печи.

7.6.1.6. Взвешивают стаканчик с крышкой, берут пробу массой не менее 10 г и помещают в стаканчик; стаканчик с пробой плотно закрывают крышкой.

7.6.1.7. Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают с точностью до 0,01 г.

7.6.1.8. Стаканчик открывают и вместе с крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Пробу высушивают до постоянной массы при температуре 105 (±2) °С. Загипсованные грунты высушивают при температуре 80 (±2) °С.

7.6.1.9. Песчаные грунты высушивают в течение 3 часов, а остальные - в течение 5 часов. Контроль постоянства массы пробы производят путем проведения последовательных 2-3 взвешиваний после дополнительного высушивания, которое для проб песчаных грунтов производится в течение 1 ч, остальных - в течение 2 ч.

7.6.1.10. После каждого высушивания пробу в стаканчике охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием до комнатной температуры и взвешивают. Высушивание производят до получения разности масс пробы не более 0,02 г при двух последних взвешиваниях.

Если при повторном взвешивании грунтов, содержащих органические вещества, наблюдается увеличение в массе, за результат взвешивания принимают также наименьшую массу.

7.6.1.11. Влажность грунта W, % вычисляют по формуле

W = [(m_1,s – m_0,s) / (m_0,s - m_s)] · 100, (26)

где m_1,s - масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, г.

7.6.1.12. При расчете влажности пробы грунта с учетом ее частичной потери при транспортировке или хранении необходимо знать массу пробы непосредственно после ее отбора (m_1,s). Затем следует определить массу пробы после транспортировки или хранения (m_3,s) и оставшуюся влажность (W"). Исходную влажность пробы следует рассчитать по формуле:

W = (m_1,s – m_3,s) / m_3,s, где m_3,s = m_2,s / (1 + 0,01 W"). (27)

Результаты проведения испытаний необходимо регистрировать в журнале (приложение 1, форма 6).

За влажность принимается среднеарифметическое значение результатов двух параллельных определений. Влажность до 30% вычисляют с точностью до 0,1%, влажность 30% и выше - с точностью до 1%.
Гигроскопическая влажность грунтов
7.6.1.13. Гигроскопическая влажность (W_g) - влажность грунта, находящаяся в состоянии равновесия с влажностью и температурой окружающего воздуха или влажность грунта в воздушно-сухом состоянии.

7.6.1.14. Пробу грунта для определения гигроскопической влажности отбирают способом квартования из грунта в воздушно-сухом состоянии, растертого, просеянного сквозь сито с сеткой № 1 и выдержанного открытым не менее 2 часов при данной температуре и влажности воздуха.

7.6.1.15. Количество гигроскопической воды грунта W_g в процентах вычисляется по формуле:

W_g = [(m_2,s - m_0,s) / (m_2,s - m_s)] · 100, (28)

где m_0,s - масса высушенного до постоянной величины грунта со стаканчиком и крышкой, г; m_s - масса стаканчика с крышкой, г; m_2,s - масса грунта в воздушно-сухом состоянии со стаканчиком с крышкой, г.

7.6.2.2. Для определения влажности грунта объемометрическим методом необходимо знать массу пробы грунта m и массу этой пробы, полученную взвешиванием в воде m_взв. Для этого применяется определенной формы сосуд, снабженный устройством для точного фиксирования объема наливаемой в него воды. Зная массу сосуда с чистой водой в устройстве фиксированной вместимости A и массу сосуда с погруженной в воду контролируемой пробой грунта в той же фиксированной вместимости Q, определяют массу взвешенной в воде контролируемой пробы грунта по формуле:

Влажность контролируемой пробы грунта определяется выражением:

где m - общая масса пробы грунта, г; _s - плотность частиц грунта, г/см³; _W - плотность воды, г/см³.

7.6.2.3. Важным элементом в процессе контроля влажности грунта объемометрическим методом является удаление воздуха из контролируемой пробы после погружения ее в воду в сосуде. Для удаления воздуха из пробы грунта производится разрушение его комьев под водой в сосуде с помощью специального шпателя.

7.6.2.4. Объемометрический метод не применим для грунтов, комья которых не разрушаются или плохо разрушаются в воде, и для грунтов с плотностью частиц меньше единицы.

7.6.2.5. Этот метод определения влажности является ускоренным. Продолжительность одного определения составляет 10-12 минут. Он позволяет определять влажность грунта массой 1-2 кг и более, что выгодно отличает его от других методов, так как позволяет получить осредненное значение влажности для всего объема образца неоднородного состава.

7.6.2.6. Необходимым оборудованием для определения влажности грунта объемометрическим методом является прибор, схема которого дана на рис. 8:

- сосуд цилиндрической формы (бидон), емкость которого подбирается в зависимости от объема пробы грунта и должна быть не менее, чем в 2 раза больше объема пробы грунта (1);

- опорная планка (2), на которой вертикально закреплена нивелирная игла (3), фильтр (4) и заливочная воронка (5); фильтр представляет собой сито с диаметром отверстий 0,25 мм, он служит для очищения поверхности воды в зоне нивелирной иглы;

- мешалка-шпатель для разрушения в воде комьев грунта (7);

- резиновая груша или пипетка, с помощью которых доливается вода в сосуд до касания иглой поверхности воды в сосуде;

- технические весы с разновесами.

Рис. 8. Прибор для определения влажности грунта объемометрическим методом
7.6.2.7. При расчете влажности грунта по данным испытаний пробы грунта необходимо знать массу сосуда с водой A в объеме, фиксируемом иглой.

Величина A является постоянной для данного сосуда и опорной планки. Для установления величины A сосуд (бидон) помещают на горизонтальную площадку и наливают в него воду до горловины. Укладывают на край сосуда опорную планку так, чтобы игла находилась примерно по оси сосуда, и доливают через воронку в сосуд воду до соприкосновения зеркала воды с острием иглы. О соприкосновении иглы с зеркалом воды свидетельствует хорошо видимое мгновенное образование мениска вокруг острия иглы. Для достижения высокой точности фиксации уровня воды необходимо, чтобы хорошо было видно отражение острия иглы в воде. При сближении острия иглы с его отражением воду следует доливать в сосуд через трубку с помощью резиновой груши.

7.6.2.8. Сосуд с водой взвешивают (без опорной планки) с точностью 1-2 г. Определение повторяют три раза, вычисляют среднее значение, которое принимают за величину A.

Примечания: 1. Расхождения между повторными замерами не должны превышать 2 г. В случае, если это условие не соблюдается, производят дополнительные определения.

2. Периодически, через 20-30 замеров влажности грунта масса сосуда с водой, т.е. величина A, проверяется.
7.6.2.9. При определении влажности грунта, содержащего включения диаметром до 20-40 мм, наиболее рационально принять массу пробы равной 1000 г и вместимость сосуда (бидона) - 3 литра.

7.6.2.10. Взвешенную пробу грунта помещают в сосуд и заливают водой так, чтобы уровень ее был выше поверхности грунта на 1-2 см. Для удаления воздуха из грунта комья разрушают под водой металлическим шпателем. Этот процесс обычно не превышает 2-3 мин. После полного разрушения комьев опорную планку устанавливают на горловину сосуда и в сосуд доливают воду до уровня, фиксируемого иглой. Сосуд с грунтом и водой фиксированной вместимости взвешивают без опорной планки с точностью до 1-2 г.

7.6.2.11. Вычисление влажности грунта может быть произведено по номограмме (рис. 9), составленной для проб грунта массой 500, 1000, 2000 и 5000 г и для значений плотности частиц грунта: 2,65; 2,70; 2,75; 2,80 г/см³.

Рис. 9. График для определения влажности грунта объемометрическим методом
Так, например, для пробы грунта массой 2000 г при величине A, равной 1149 г, влажность грунта с плотностью частиц 2,70 г/см³ будет равна 9,6%.

Форма рабочего журнала определения влажности грунта объемометрическим методом при постоянной величине A и известной плотности частиц грунта представлена в приложении 1, форма 6а.