Подготовка образца

1.Следует отобрать методом квартования среднюю пробу грунта весом около 200 г 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.

2. 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 г, для суглников -- около 30 г, для супесей -- около 40 г.

3. Среднюю пробу грунта, переносят в колбу емкостью 750--1000 см³ смывая остаток пробы в чашке струей воды из промывалки.

4. Доливают в колбу воду, чтобы общее количество ее было десятикратным по отношению к весу средней пробы грунта. Грунт, залитый водой, выдерживают одни сутки.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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; 0,1 мм. Частицы грунта, прошедшие сквозь сито с размером отверстий 0,1 мм, следует перенести в цилиндр с суспензией.

11. При анализе грунта, суспензия которого при опробовании на коагуляцию коагулирует, перед доливанием воды в цилиндр добавляют в него 25 см³ 4% или 6,7%-иого пирофосфорнокислого натрия: 4% -- из расчета на безводный пирофосфорнокислый натрий (Na₄P₂O₇); 6,7% -- из расчета на водный пирофосфорнокислый натрий (Na₄P₂O₇10H₂O).

Проведение испытания

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.

2. Определить по табл. 3.1.1 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 3.1.1

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. 3.1.2.

Таблица 3.1.2

4. В отсчеты плотности суспензии необходимо внести поправки на нулевое показание ареометра, высоту мениска и диспергатор.

Обработка результатов

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

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

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

где g_п-- вес данной фракции грунта, высушенной до постоянного веса, г;

g₀-- вес средней пробы грунта с поправкой на гигроскопическую (или природную) влажность» (взятой для ареометра) г;

R-- суммарное содержание фракции грунта размером более 1,0 мм, %.

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

где L_C -- суммарное содержание всех фракций грунта менее данного диаметра, ;

_C -- удельный вес грунта, гс/см³;

_W -- удельный вес воды, равный 1 гс/см³;

g₀ -- вес абсолютно-сухой средней пробы грунта, г;

R_п--- показания ареометра с поправками.

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

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

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.

3.2 Определение плотности методом взвешивания в воде

Плотность песка определялась по ГОСТ5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик». Плотность грунта определяется отношением массы образца грунта к его объему.

Подготовка к испытаниям

Вырезают образец грунта объемом не менее 50 см³ и придают ему округлую форму, срезая острые выступающие части.

Образец обвязывают тонкой прочной нитью со свободным концом длиной 15--20 см, имеющим петлю для подвешивания к серьге весов.

Парафин, не содержащий примесей, нагревают до температуры 57--60С.

Проведение испытаний

Обвязанный нитью образец грунта взвешивают.

Образец грунта покрывают парафиновой оболочкой, погружая его на 2--3 с в нагретый парафин. При этом пузырьки воздуха, обнаруженные в застывшей парафиновой оболочке, удаляют, прокалывай их и заглаживая места проколов нагретой иглой. Эту операцию повторяют до образования плотной парафиновой оболочки.

Охлажденный парафинированный образец взвешивают.

На чашу циферблатных весов устанавливают сосуд с водой и взвешивают его. Затем в жидкость догружают образец, подвешенный к штативу, и вновь взвешивают сосуд с водой и погруженным в нее образцом.

Обработка результатов

Плотность грунта , г/см³ вычисляют по формуле:

где т -- масса образца грунта до парафинирования, г;

m₁ -- масса парафинированного образца грунта, г;

_p -- плотность парафина, принимаемая равной 0,900 г/см³;

_w -- плотность воды при температуре испытаний, г/см³,

m₃ -- масса сосуда с водой, г;

m₄ -- масса сосуда с водой и погруженным в нее парафинированным образцом, г.

3.3 Определение естественной влажности

Влажность грунта следует определять как отношение массы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта.

Подготовка к испытаниям

Пробу грунта для определения влажности отбирают массой 15 - 50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.

Пробы грунта для определения гигроскопической влажности грунта массой 10 - 20 г 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.

Проведение испытаний

Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают.

Стаканчик открывают и вместе с крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при температуре (1052) С. Загипсованные грунты высушивают при температуре (802) С.

Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные - в течение 5 ч.

Последующие высушивания песчаных грунтов производят в течение 1 ч, остальных - в течение 2 ч.

После каждого высушивания грунт в стаканчике охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием до температуры помещения и взвешивают.

Высушивание производят до получения разности масс грунта со стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более 0,02 г.

Если при повторном взвешивании грунта, содержащего органические вещества, наблюдается увеличение массы, то за результат взвешивания принимают наименьшую массу.

Обработка результатов

Влажность грунта w, %, вычисляют по формуле

w = 100(m₁ - m₀)/(m₀ - m),

где т - масса пустого стаканчика с крышкой, г;

m₁ - масса влажного грунта. со стаканчиком и крышкой, г;

1. Изготавливались образцы с заданной влажностью (не ниже предела раскатывания и не выше предела текучести для каждой глины),

Ход опыта:

1. Образцы ставились на прибор предварительного уплотнения при нагрузке 3 кгс/см³.

2. После уплотнения замораживались в холодильной камере при t= -18⁰C. При этом использовалось следующее оборудование: датчик линейного перемещения “Novotechnik TR-25” и 3 Ѕ-разрядный программируемый универсальный прибор “Omlink OM-352” для регистрации показаний.

3. По завершении заморозки (установлению постоянного, неизменяемого в течении 4 часов, показанию приборов), образцы доставались из морозильной установки, образцы фотографировались, отбирались пробы для определения влажности после заморозки.

Глава 4. Результаты исследований

4.1 Минеральный состав

Определение минералогического состава глин методом рентгеноструктурного анализа выполнено на кафедре минералогии и петрографии и в Секторе наноминералогии ПГНИУ м.н.с. Г.А. Исаевой.

Рентгенофазовый анализ образцов выполнен с применением рентгеновского порошкового дифрактометра D2 Phaser (фирма «Bruker», ФРГ).

Результаты исследования приведены в таблицах 4.4.1, 4.4.2, 4.4.3.

Таблица 4.4.1

Минеральный состав каолиновой глины

Таблица 4.4.2

Минеральный состав монтмориллонитовой глины

Таблица 4.4.3

Минеральный состав бентонитовой глины

Данные приведенного рентгеноструктурного анализа говорят о следующем: в каолинитовой глине преобладающим минералом является каолинит; в монтмориллонитовой глине - монтмориллонит и кварц; в бентонитовой - монтмориллонит, представленный монтмориллонит-иллитовым смешаннослойным образованием и кварцем.

4.2 Морозное пучение

По результатам проведения лабораторных испытаний, направленных на определение деформации морозного пучения были получены следующие результаты, для удобства, сведенные в единую таблицу 4.5.1:

Таблица 4.5.1

Изучив данную таблицу можно заметить следующие зависимости:

Зависимость изменения деформации морозного пучения в зависимости от влажности глин:

Из которого следует, что относительный прирост деформаций (о) максимален в монтмориллонитовой глине, затем в каолинитовой, а бентонит имеет более низкий прирост значений (о). Однако, значения относительной деформации пучения бентонитовой глины при всех совпадающих значениях влажности выше. При влажности 30% относительная деформация пучения бентонита составляет 0,009, в то время как в монтмориллоните 0,006, каолините 0,004. При 40%: бентонит - 0,013, монтмориллонит - 0,006, каолинит - 0,005:

Таким образом, можно сделать следующие выводы: обнаружена прямая зависимость между влажностью глин и величиной относительной деформацией пучения, т.е. при повышении влажности глин, их относительная деформация пучения также повышается. Но, при превышении влажности на границе текучести, относительная деформация морозного пучения остается на уровне примерно равном тому, что был достигнут при влажности, равной влажности на границе текучести; минеральный состав глин оказывает существенное влияние на величину относительной деформации морозного пучения - при увеличении влажности на одну и ту же величину, величина относительной деформации морозного пучения изменяется неодинаково.

1. 

Список литературы

1. Рентгенографический количественный фазовый анализ (РКФА) глинистых минералов (каолинита, гидрослюды, монтморилонита). Методические рекомендации №139. НСОММИ ВИМС, 1999.

2. Рентгенография основных типов породообразующих минералов, под ред. В.А.Франк-Каменецкого. Л., «Недра», 1983.

3. Экспрессный рентгенографический полуколичественный фазовый анализ глинистых минералов. Методические рекомендации №68. НСОММИ ВИМС, 1991.

4. Шлыков В.Г. Рентгеновский анализ минерального состава дисперсных грунтов. / Отв. ред. Соколов В.Н. - М.: ГЕОС, 2006. - 176 с.

5. Япаскурт О.В. Литология. М.: Издательский центр «Академия». 2008. 336 с.

Размещено на Allbest.ru