Aalborg Universitet. Hydrometeranalyse. Nielsen, Benjaminn Nordahl; Nielsen, Søren Dam. Publication date: 2019

Transkript

1 Downloaded from vbn.aau.dk on: June 22, 2019 Aalbor Universitet Hydrometeranalyse Nielsen, Benjaminn Nordahl; Nielsen, Søren Dam Publication date: 2019 Document Version Oså kaldet Forlaets PDF Link to publication from Aalbor University Citation for published version (APA): Nielsen, B. N., & Nielsen, S. D. (2019). Hydrometeranalyse. Aalbor: Aalbor Universitet, Institut for Byeri o Anlæ. DCE Lecture notes, Nr. 49 General rihts Copyriht and moral rihts for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyriht owners and it is a condition of accessin publications that users reconise and abide by the leal requirements associated with these rihts.? Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research.? You may not further distribute the material or use it for any profit-makin activity or commercial ain? You may freely distribute the URL identifyin the publication in the public portal? Take down policy If you believe that this document breaches copyriht please contact us at vbn@aub.aau.dk providin details, and we will remove access to the work immediately and investiate your claim.

2 Hydrometeranalyse Benjaminn Nordahl Nielsen Søren Dam Nielsen ISSN DCE Lecture Notes No. 49

3 Aalbor Universitet Institut for Byeri o Anlæ Sektionen for byeri o infrastruktur DCE Lecture Notes No. 49 Hydrometeranalyse Benjaminn Nordahl Nielsen Søren Dam Nielsen 2019 Aalbor Universitet

4 Videnskabelie publikationer ved Institut for Byeri o Anlæ Technical Reports anvendes til endeli afrapporterin af forskninsresultater o videnskabelit arbejde udført ved Institut for Byeri o Anlæ på Aalbor Universitet. Serien iver mulihed for at fremlæe teori, forsøsbeskrivelser o resultater i fuldstændi o uforkortet form, hvilket ofte ikke tillades i videnskabelie tidsskrifter. Technical Memoranda udarbejdes til præliminær udivelse af videnskabelit arbejde udført af ansatte ved Institut for Byeri o Anlæ, hvor det skønnes passende. Dokumenter af denne type kan være ufuldstændie, midlertidie versioner eller dele af et større arbejde. Dette skal holdes in mente, når publikationer i serien refereres. Contract Reports benyttes til afrapporterin af rekvireret videnskabelit arbejde. Denne type publikationer rummer fortrolit materiale, som kun vil være tilænelit for rekvirenten o Institut for Byeri o Anlæ. Derfor vil Contract Reports sædvanlivis ikke blive udivet offentlit. Lecture Notes indeholder undervisninsmateriale udarbejdet af undervisere ansat ved Institut for Byeri o Anlæ. Dette kan være kursusnoter, lærebøer, opavekompendier, forsøsmanualer eller vejledniner til computerprorammer udviklet ved Institut for Byeri o Anlæ. Theses er monorafier eller artikelsamliner publiceret til afrapporterin af videnskabelit arbejde udført ved Institut for Byeri o Anlæ som led i opnåelsen af en ph.d.- eller doktorrad. Afhandlinerne er offentlit tilænelie efter succesfuldt forsvar af den akademiske rad. Latest News rummer nyheder om det videnskabelie arbejde udført ved Institut for Byeri o Anlæ med henblik på at skabe dialo, information o kontakt om ianværende forsknin. Dette inkluderer status af forskninsprojekter, udviklin i laboratorier, information om samarbejde o nyeste forskninsresultater. Udivet 2019 af Aalbor Universitet Institut for Byeri o Anlæ Thomas Manns Vej 23 DK-9220 Aalbor Ø, Danmark Trykt i Aalbor på Aalbor Universitet ISSN DCE Lecture Notes No. 49

5 Udivelser i DCE Lecture Note serien Nielsen, B.N. o Nielsen, S.D. 2019, Glødetab, DCE Lecture note no. 48, Aalbor Universitet, Institut for byeri o anlæ, Aalbor. Nielsen, B.N. o Nielsen, S.D. 2019, Konsistensrænser, DCE Lecture note no. 50, Aalbor Universitet, Institut for byeri o anlæ, Aalbor. Nielsen, B.N. o Nielsen, S.D. 2019, Kornvætfylde, DCE Lecture note no. 51, Aalbor Universitet, Institut for byeri o anlæ, Aalbor. Nielsen, B.N. o Nielsen, S.D. 2019, Løs o fast lejrin, DCE Lecture note no. 52, Aalbor Universitet, Institut for byeri o anlæ, Aalbor. Nielsen, B.N. o Nielsen, S.D. 2019, Rumvæt, DCE Lecture note no. 53, Aalbor Universitet, Institut for byeri o anlæ, Aalbor. Nielsen, B.N. o Nielsen, S.D. 2019, Siteanalyse, DCE Lecture note no. 54, Aalbor Universitet, Institut for byeri o anlæ, Aalbor. Nielsen, B.N. o Nielsen, S.D. 2019, Vandindhold, DCE Lecture note no. 55, Aalbor Universitet, Institut for byeri o anlæ, Aalbor.

6 Forord Denne vejlednin omhandler bestemmelse af den vætmæssie fordelin af jordkorn i siltfraktionen. Vejledninen er en del af en serie, der beskriver udførelsen af eotekniske klassifikationsforsø som de foretaes i laboratoriet for funderin ved Aalbor Universitet. Vejledninen er opbyet på følende måde: Tilhørende standarder Definitioner Apparatur Kalibrerin af udstyr Klarørin af prøvemateriale Forsøsprocedure Bereniner Rapporterin Bemærkniner Skema til bru for forsøsudførelse Evt. bila Det må anbefales brueren af denne vejlednin at læse hele vejledninen iennem inden forsøet påbeyndes. Nummererin på fiurer er i teksten anivet med { }. Enheder er anivet med [ ], f.eks. [%].

7 Tilhørende standard Forsøet er baseret på o yderlit beskrevet i standarden DS/CEN ISO/TS Definition En hydrometeranalyse udføres for at bestemme jordkornenes vætmæssie fordelin efter størrelser i siltfraktionen (2μ - 60μ). Kornstørrelsen er defineret som diameteren af den kule, der med samme densitet o i samme væske har samme faldhastihed som partiklen. Analysen byer på Stoke s lov for kuler, idet den påældende jordprøve slæmmes op i en væske. Linin 1: Stoke's lov. v s 1 18 d 2 ( ) p w v s d Kulens hastihed [m/s] Kulens diameter [m] Tyndeacceleration [m/sek 2 ] ρ p Partiklens densitet [k/m 3 ] ρ w Vands densitet [k/m 3 ] µ Væskens viskositet [k/(m*s)] Ved hjælp af Stoke s lov kan man således bestemme kulediameteren, hvis man kender faldhastiheden v s.

8 Apparatur Apparatur til bru ved hydrometerforsø. Numrene henviser til fiur 1. Hydrometer {1} 1000 ml cylinderlas {2} Termometer, nøjatihed 0,5 o C {3} Peptisatorvæske {4} Stopur {5} Rystebord Temperaturreuleret rum Siter 2 o 0,063 mm {6} Tryksprayer {7} Fiur 1: Apparatur til bru ved hydrometerforsø. Numrene henviser til numrene i listen herover. Kalibrerin af udstyr Hydrometrene skal kalibreres årlit. Der skal ikke kalibreres udstyr umildbart inden forsøet.

9 Klarørin af prøvemateriale Peptisatorvæske Når jorden slæmmes op, tilsættes en peptisator for at ændre jordpartiklernes elektrokemiske forhold, o derved forhindre at partiklerne klumper si sammen. Den unstiste peptisator o peptisatorkoncentration for en iven jordart bestemmes som den peptisator, ved hvilken sedimentationen skrider lansomst frem. Virksomme peptisatorer er natriumpyrofosfat, natriumtripolyfosfat o natriumhexametafosfat. Natriumhexametafosfat er særli benyttet som peptisator til stærkt kalkholdi jord. Til rutineanalyser anvendes en 0,05 molær natriumpyrofosfatopløsnin, som fremstilles ved at opløse 22,3 Na4P2 O7, 10H2O i destilleret vand o fylde op til 1 liter. Prøvemateriale Vandindholdet, w, måles på en repræsentativ del af prøven. Til hydrometeranalysen af prøven brues materialemænder som anivet i tabel 1. Mænderne er vejledende, o den benyttede mænde, W, noteres. Tabel 1: Prøvemænder afhæni af prøvemateriale. Jordtype Jord indeholdende sand Kohæsionsjord med lidt sand Plastisk til meet plastisk jord Mænde Op til til til 30 Det afmålte prøvematerialet, W, placeres i en vandtæt beholder, o der tilsættes 100 ml peptisatorvæske. Beholderen lukkes rundit, tape eventuelt kanten til, o placeres på rystebordet ved 170 RPM. Opslæmninen rystes rundit til alt jordet er opslæmmet, ca. 4 timer, fiur 2. Ved meet plastisk jord kan det være nødvendit at lade opslæmninen stå på rystebordet natten over. Fiur 2: Opslæmninen på rystebordet. Hastiheden på rystebordet skal sættes til 170 RPM.

10 Opslæmninen udvaskes på en 2 mm site, hvorunder der er en 0,063 mm site, som er placeret over et fad. Opslæmninen på 2 mm siten spules med demineraliseret vand til vandet der løber ned på 0,063 mm siten er helt klart. Der kan evt. røres let med en pensel eller spartel. Den del af opslæmninen der nu lier på 0,063 mm siten udvaskes, fiur 3, til vandet der løber derfra er helt klart. o Der må ikke trykkes på 0,063 mm siten, er der behov for at rører i materialet kan dette øres let med en blød pensel. o Vip evt. siten fra side til side. Vær do opmærksom at opsamle alt ennemfaldet. Materiale opsamlet på 2 o 0,063 mm siterne samles o tørres ved 50 o C. Materiale vejes, W rest, o der udføres en finsitnin. o Gennemfaldet materiale fra 0,063 mm siten afvejes, W 0,063, o tilføres det udvasket materiale. Fiur 3: Udvasknin af silt på en 0,063 mm site. Opslæmninen renes udvasket når vandet der løber fra siten er klart. Der benyttes maksimalt 800 ml demineraliseret vand til at udvaske opslæmninen. Er det nødvendit at brue mere end 800 ml demineraliseret vand for at sikre en tilstrækkeli udvasknin, o det samlede volumen af det opsamlede fra ennemløbnin af 0,063 mm siten o dermed overskrider 1000 ml, skal det overskydende vand fjernes ved fordampnin. Der må ikke manuelt fjernes vand fra opsamlinsbaljen, da man derved risikere at fjerne partikler fra opslæmninen.

11 Gennemfaldet fra 0,063 mm siten hældes i et cylinderlas, vær opmærksom på at få alt materialet med, fiur 4. o Det kan være nødvendit at brue tryksprayeren til at få det sidste af opslæmninen i cylinderlasset. Vær opmærksom på ikke at overskride en volumen på 1000 ml. Cylinderlasset henstilles i ca. 12 timer ved konstant temperatur. Benyt erne et rum med mekanisk temperaturkontrol. Et referencecylinderlas med 100 ml peptisatorvæske o 900 ml demineraliseret vand placeres samme sted som cylinderlasset med opslæmninen, således de to væsker får samme temperatur. o Lieledes stilles der et cylinderlas med rent demineraliseret vand til skylnin af hydrometeret. Alle cylinderlas dækkes med film eller prop for at forhindre opsamlin af støv o fordampnin af væske, fiur 5. Fiur 4: Opslæmninen hældes på cylinderlas, tryksprayeren kan brues til at få det sidste af opslæmninen i cylinderlasset.

12 Fiur 5: Cylinderlas i klimarum. Hver cylinders åbnin er dækket af en prop. Cylinderne er fyld med (fra venstre): Opslæmnin, demineraliseret vand o referencevæske. Forsøsprocedure Til bestemmelse af vætmæssit indhold af tørstof i opslæmninen benyttes et hydrometer (en flydevæt) med skala på stilken, der aniver antal ram jord pr. liter opslæmnin. Til en bestemt aflæsnin på hydrometret kan på forhånd udrenes faldhøjden h med hensyn til tyndepunktet af fortrænt væskevolumen. Idet hydrometeraflæsninen R h foretaes efter et kendt tidsinterval, kan faldhastiheden, v s, findes, o kulediameteren, d, kan udrenes. Hydrometeraflæsninen aniver således antal ram jord pr. liter opslæmnin, der har korndiameter mindre end den udrenede kulediameter.

13 Hydrometerforsø Inden forsøets start anbrines hydrometret i referencecylinderlasset. Der anbrines prop i målelasset. Opslæmninen rystes kraftit til opslæmninen er hvirvlet helt op, fiur 6. o Det er vitit, at sikre si at der ikke er noet bundfald i cylinderlasset. Fiur 6: Cylinderlasset med opslæmninen rystes inden forsøet påbeyndes. Cylinderlasset anbrines på et fast bord, o stopuret startes straks. Umiddelbart efter start af stopuret sænkes hydrometret forsitit ned i opslæmninen til flydedybde, fiur 7. o Opslæmninen skal forstyrres mindst mulit når hydrometeret nedsænkes heri. o Flydedybde kan mærkes, da det er her hydrometeret er i lievæt i vandet. Hvis hydrometeret slippes for lant fra flydedybde vil det vue læne i opslæmninen inden der finder dets lievæt.

14 Fiur 7: Hydrometeret sænkes forsitit ned i opslæmninen til flydedybde. Der taes hydrometeraflæsniner, R h, til tiderne 15 sek., 30 sek., 1 min o 2 min. uden at fjerne hydrometret fra opslæmninen, fiur 8. Disse fire aflæsniner kan entaes, indtil der opnås et føleritit sæt af aflæsniner, idet opslæmninen enrystes, o forsøets start entaes som netop beskrevet. o Hydrometeraflæsniner, R h, taes på oversiden af menisken, da opslæmninens uennemsitihed ør det umulit at aflæse på undersiden af menisken. Når aflæsninen efter 2 min. er foretaet, fjernes hydrometret forsitit, o temperaturen måles. Hydrometeret skylles i et cylinderlas med demineraliseret vand ved at sænke det stille i lasset med en drejende bevæelse, fiur 9. Hydrometeret aftørres efter hver skylnin. Hydrometeret placeres forsitit i referencecylinderlasset, o en referencemålin taes i dette R 0. Over- o undersiden af menisken måles, o størrelsen på menisken findes. Opslæmninen enrystes, hvorefter første aflæsnin taes ved 2 min. Der foretaes yderlie hydrometer- o temperaturaflæsniner efter 4, 8, 30, 60, 120, 480 min o 24 timer. Imellem hver målin fjernes hydrometeret forsitit o skylles i cylinderlasset med demineraliseret vand.

15 Fiur 8: Hydrometeraflæsninen foretaes på inddelinen på hydrometers stilk. Aflæsninen foretaes på oversiden af menisken. Fiur 9: Efter hver aflæsnin skylles hydrometeret i demineraliseret vand. Hydrometeret sænkes med en drejende bevæelse for at slyne evt. jordpartikler af. Inden hydrometret anbrines i opslæmninen, tørres dette rundit, således der ikke sidder vand derpå. Umiddelbart inden hver aflæsnin sænkes hydrometret forsitit ned i opslæmninen til flydedybde, således der ikke skabes turbulens. Hydrometeret sænkes således det netop når at stabilisere si i opslæmninen inden aflæsninen.

16 Temperaturen i opslæmninen aflæses efter hver hydrometeraflæsnin, afvier temperaturen mere end 1 o C fra temperaturen ved referencemålinen skal en ny målin i referencecylinderlasset foretaes. Bereniner Berenin af prøvestørrelse Væten af tørstof i opslæmninen med en diameter mindre end 0,063 mm udrenes ved hjælp af kendskab til vandindholdet, w. W S W w W rest W 0,063 Korrektion af hydrometeraflæsniner R h Hydrometeraflæsninen R h skal korreeres for menisken samt for nulpunktsfejl, peptisator o temperatur. Først korrieres for menisken ved at addere størrelsen ad menisken til hydrometeraflæsninen. R h R' h meniske Efterfølende korrieres for nulpunktsfejl, peptisator o temperatur, dette øres ved hjælp af referencemålinen, R 0, som subtraheres fra R h. R d R h R 0 Desuden skal der korrieres for den relative densitet, d s. Dette øres ved at multiplicerer den korrierede hydrometeraflæsnin med en faktor fundet ved: k ds 1,65 2,65 d s d 1 s Er der ved udvaskninen et stort tilbaehold af materiale, skal d s findes på den udvaskede del. Y R d k ds Den korrierede hydrometeraflæsnin Y aniver antal ram jord pr. liter opslæmnin, der har korndiameter mindre end kulediameteren d. Denne korrektionsfaktor afhæner desuden af, om hydrometret er kalibreret i en opslæmnin i destilleret vand eller i en opslæmnin i en 0,005 molær Na4P2 O7 -opløsnin, men afvielsen er uden betydnin.

17 Berenin af vætprocent Den opslæmmede jords indhold af kornstørrelser mindre end d udrenes i procent af hele den opslæmmede jords tørvæt. Y P W s 100% Den oprindelie jordprøves vætprocentiske indhold af kornstørrelser mindre end d er li med E, 100 P % hvor E er ennemfaldet på 0,063 mm siten i procent af den oprindelie jordprøves tørvæt A, se eventuel manual for siteanalyse. Ws E W 1 w 100 Berenin af kornstørrelse d Korndiameteren, d, kan findes ved en omskrivnin af Stoke s lov, linin 1. Ved omskrivninen indføres blandt andet bruen af den relative densitet i stedet for den faktiske densitet. Omskrivninen bliver til: d h d d 60 t s 0 Idet ændrin i peptisator o peptisatorkoncentration kun har uvæsentli indflydelse på o d 0, kan Stoke s lov forenkles til d K h t hvor K varierer med d s o temperatur T. K afhæni af d s o T kan aflæses på laboratorieskema for hydrometeranalyse, fiur 10.

18 Fiur 10: K-faktor afhæni af temperatur o den relative densitet. Faldhøjden h til enhver tid kan endvidere aflæses som funktion af hydrometeraflæsnin R h korrierede for menisken. Korrektion af menisken øres ved at addere størrelsen af menisken målt i referencemålinen til den påældende hydrometeraflæsnin R h. Dette øres inden faldhøjden aflæses i faldhøjdeskemaet. Det nyeste faldhøjdeskema kan findes i laboratoriet for funderin ved Aalbor Universitet. Korndiameteren er derved ivet ved: d( mm) K 10 3 h( cm) t(min)

19 Rapporterin Samhørende værdier af vætprocenter o kornstørrelser afsættes i samme koordinatsystem som sitekurven i fortsættelse af denne. Den optenede kurvedel betenes som slæmmekurven. Bemærkniner De anivne faldtider er kun vejledende, der kan således taes målin til andre tider, blot disse noteres. Målelasset må ikke udsættes for rystelser under forsøet. Rummets lufttemperatur skal så vidt mulit være konstant. Det er vitit at forhindre vandrette temperaturradienter (sol, varmeapparat eller åbent vindue), som kan fremkalde konvektionsstrømniner. Oversiden af målelasset med opslæmninen bør til ethvert ubenyttet tidspunkt tildækkes for at undå fordampnin o aflejrin af støv. En ujævn overan mellem sitekurve o slæmmekurve kan skyldes, at siteduen på site 0,063 mm er defekt eller at udvaskninen har været ufuldstændi.

20 Hydrometeranalyse side 1/2 Sa Sa nr. Undersøt d. til Lab. nr. Borin nr. Kontr. d. Godk. d. Kote Bila nr. VANDINDHOLD, hele prøven Prøve nr Skål nr Skål ind tørreskab d. kl Skål ud tørreskab d. kl Sk Sk +W Sk+ W s W w (W-W s ) W s Ww w W s HYDROMETER Hydrometer nr Cylinderlas nr d s - Sitestørrelse, udvask mm Meniske overside - Meniske underside - E i % af A % Peptisator - VASKEREST TIL SIGTNING Prøve nr Skål nr Sk Sk+ W rest W rest W 0,063 PRØVESTØRRELSER Prøve Skål Sk Sk+W W W s nr. nr.

21 Hydrometeranalyse side 2/2 Sa Sa nr. Undersøt d. til Lab. nr. Borin nr. Kontr. d. Godk. d. Kote Bila nr. HYDROMETERAFLÆSNINGER Faldtid m 0,25 0,5 1 2 Temp. Temp. (ref) Hydro.afl. 1 Hydro.afl. 2 Hydro.afl. 3 Hydro.afl. 4 R 0 Faldtid m Aflæsninstidspunkt Hydro.afl. (R h ) /l Temp. o C Korr. Hydro for menisken (R h ) /l Korr.fak. for temp. o pep. (R 0 ) /l Korr. Hydro. (R d ) /l Korr. d s (k ds ) - Hydro. korr. (Y) /l Gennemfald (P) % Gennemfald af A % Faldhøjde (h) cm Koefficient (K) - Kornstørrelse (d) h( cm) K 10 3 mm t(min)

22 ISSN DCE Lecture Notes No. 49