Влажность и консистенция

Нормативная документация: ГОСТ 5180-2015, ASTM D 4318

Введение

Статья посвящена ключевым методам определения влажности и консистенции дисперсных грунтов, регламентированным ГОСТ 5180-2015 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик», а также одному широко применяемому в международной практике альтернативному методу (Метод Касагранде по ASTM D 4318).

Определение влажности: Объединяет методы, направленные на измерение общего содержания воды в грунте (природная влажность) и влаги, удерживаемой грунтом за счет адсорбции (гигроскопическая влажность). Оба метода основаны на высушивании до постоянной массы.
Определение верхнего предела пластичности (границы текучести w_L): Объединяет стандартный метод по ГОСТ (балансирный конус Васильева) и альтернативный международный метод (чаша Касагранде по ASTM D 4318). Оба метода определяют влажность, при которой грунт переходит из пластичного в текучее состояние.
Определение нижнего предела пластичности (границы раскатывания w_P): Объединяет основной метод по ГОСТ 5180-2015 (ручная раскатка) и дополнительный метод (прессование из Приложения К ГОСТ 5180-2015). Оба метода определяют влажность, при которой грунт переходит из пластичного в твердое состояние.

Список применяемых методов

В программном обеспечении реализованы следующие методы определения влажности и консистенции грунтов:

По ГОСТ 5180-2015:
- Определение природной влажности грунта (включая мерзлый) методом высушивания до постоянной массы (Раздел 5).
- Определение гигроскопической влажности грунта методом высушивания до постоянной массы (Раздел 5).
- Определение влажности на границе текучести (верхнего предела пластичности) методом балансирного конуса (конуса Васильева) (Раздел 7).
- Определение влажности на границе раскатывания (нижнего предела пластичности) методом ручной раскатки (Раздел 8).
- Определение влажности на границе раскатывания (нижнего предела пластичности) методом прессования (Приложение К).
Иные источники:
- Определение влажности на границе текучести (верхнего предела пластичности) методом Касагранде (ASTM D 4318).

Определение влажности грунта (NATURAL)

Природная влажность (PS_DRY)

Вычисляемый параметр: Природная влажность грунта (w, д.е.) или суммарная влажность мерзлого грунта (w_tot, д.е.) .
Теоретические основы:
Влажность (w) — отношение массы воды в образце к массе абсолютно сухого грунта. Для мерзлых грунтов определяется суммарная влажность (w_tot), включающая лед и незамерзшую воду. Точность: ±0,01 г. Допустимая погрешность между параллельными пробами — ≤0,04 д.е.
Суть метода: Образец грунта массой 15-30 г помещают в предварительно взвешенный металлический стаканчик и сразу герметизируют для предотвращения потери влаги. Перед сушкой стаканчик открывают и взвешивают с точностью до 0,01 г. Затем помещают в сушильный шкаф при температуре 105±2°C. Сушку продолжают до достижения постоянной массы (разница между двумя последовательными взвешиваниями с интервалом 2 часа не превышает 0,01 г). После высушивания образец охлаждают в эксикаторе и повторно взвешивают. Для мерзлых грунтов предварительно определяют массу льда по разнице масс до и после оттаивания.

Гигроскопическая влажность (PS_DRYG)

Вычисляемый параметр: Гигроскопическая влажность (w_gig, д.е.) .
Теоретические основы: Гигроскопическая влажность w_gig характеризует адсорбционную способность грунта. Определяется для воздушно-сухих образцов, изолированных от внешней влаги.
Суть метода: Воздушно-сухой образец грунта, просеянный через сито 1 мм, помещают в бюкс с притертой крышкой и взвешивают. Бюкс открывают и ставят в сушильный шкаф при 105±2°C вместе с крышкой. После 6 часов сушки бюкс закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе с силикагелем в течение 30 минут и взвешивают. Процедуру повторяют до достижения постоянной массы (разница между взвешиваниями ≤0,01 г).

Определение верхнего предела пластичности (LIQUID)

Метод балансирного конуса (PS_CONB)

Вычисляемый параметр: Влажность на границе текучести (w_L, д.е.) .
Теоретические основы:
Граница текучести (w_L) — влажность перехода грунта из пластичного в текучее состояние.
Суть метода: Грунтовую пасту готовят путем смешивания воздушно-сухого грунта (просеянного через сито 1 мм) с дистиллированной водой до тестообразной консистенции. Пасту выдерживают в закрытой емкости 2-6 часов для равномерного распределения влаги. Затем пасту уплотняют в специальной форме, удаляя воздушные пустоты. Конус Васильева (масса 76±2 г, угол при вершине 30°) устанавливают в контакт с поверхностью образца и отпускают. Засекают время погружения конуса на 10 мм. Если погружение происходит за 5±1 секунду - отбирают грунт из зоны контакта для определения влажности. При несоответствии времени испытание повторяют с новой порцией пасты, регулируя ее влажность.

Метод Касагранде (PS_CONB)

Вычисляемый параметр: Влажность на границе текучести (w_L, д.е.).
Теоретические основы: Граница текучести (w_L) — влажность перехода грунта из пластичного в текучее состояние.
Суть метода: Грунтовую пасту помещают в латунную чашу прибора Касагранде и разравнивают специальным шпателем. Канавкообразователем делают стандартную канавку шириной 2 мм в основании и 1 мм вверху. Чашу приводят в движение. Чашка неоднократно падает с высоты 10 мм на твёрдую резиновую основу со скоростью 120 ударов в минуту (поворот ручки — 2 поворота в секунду). При этом канавка постепенно смыкается в результате удара. Регистрируется количество ударов, необходимых для закрытия канавки. Отбирают образец из зоны закрытия канавки для определения влажности. Если закрытие происходит до 25 ударов - пасту подсушивают, если после - увлажняют и повторяют испытание несколько раз. По результатам определений влажности строится график зависимости количества ударов, необходимых для закрытия канавки от влажности. По графику определяется влажность, при которой требуется 25 ударов для закрытия канавки— она равна пределу текучести. Примечание: Результаты могут отличаться от данных конуса Васильева из-за разной механики теста.

Определение нижнего предела пластичности (PLASTIC)

Метод ручной раскатки (PS_ROLL)

Вычисляемый параметр: Влажность на границе раскатывания (w_P, д.е.) .
Теоретические основы: w_P соответствует влажности перехода грунта из пластичного состояния в твердое.
Суть метода: Грунтовую пасту раскатывают ладонями на матовом стекле в жгут диаметром 3 мм. Также допускается раскатывание жгута пальцами одной руки по ладони другой. Если при этой толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в комок и вновь раскатывают до образования жгута диаметром около 3 мм. Раскатывать следует, слегка нажимая нажгут, длина жгута не должна превышать ширины ладони. При появлении трещин или распаде жгута на фрагменты длиной 3-10 мм процесс останавливают. Из деформированных участков отбирают 10-15 г материала для определения влажности.

Метод прессования (PS_PRES)

Вычисляемый параметр: Влажность на границе раскатывания (w_P, д.е.).
Теоретические основы: w_P соответствует влажности перехода грунта из пластичного состояния в твердое.
Суть метода: Грунтовую пасту помещают в цилиндрическую форму между слоями фильтровальной бумаги. Устанавливают в пресс и прикладывают давление 2 МПа в течение 10 минут. После прессования образец извлекают и сгибают в дугу диаметром 3 см. Если при этом появляются трещины - определяют влажность. Если нет - продолжают прессование с шагом 10 минут до появления трещин. Для засоленных грунтов используют специальную фильтровальную бумагу, устойчивую к агрессивным средам.

Вопросы

Как выбрать между альтернативными методами определения верхнего и нижнего пределов пластичности?

В случае верхнего предела – все зависит от наличия оборудования. Метод конуса Васильева является наиболее часто используемым. Для нахождения нижнего предела пластичности метод прессования используют в случае необходимости испытать большое количество проб. В таких случаях для контроля применимости метода не менее 20 % общего числа образцов из каждого инженерно-геологического элемента следует испытывать параллельно методом раскатывания согласно указаниям раздела 8 ГОСТ 5180 (метод ручной раскатки). Метод прессования допускается применять только при получении сопоставимых результатов контрольных определений.