خلاصه مطلب :آزمایش دانه بندی به روش هیدرومتری (Particle Size Analysis)

استاندارد: ASTM_C123

1. هدف

تعیین مقدار دانه های سبک وزن در مصالح دانه ای از طریق جداسازی یا غوطه وری در یک مایع سنگین با وزن مخصوص مناسب

2.   استانداردهای ASTM

C 33: مشخصات مصالح دانه ای بتن

C 127: آزمایش وزن مخصوص و جذب آب مصالح دانه ای درشت دانه

C 128: آزمایش وزن مخصوص و جذب آب مصالح دانه ای ریزدانه

C 702: دستورالعمل تقلیل دادن نمونه های صحرایی مصالح دانه ای به اندازه مناسب جهت اجرای آزمایش

C 75: دستورالعمل نمونه برداری مصالح دانه ای

D 3665: دستورالعمل تعیین نمونه برداری تصادفی مصالح ساختمانی

E 11: تعیین مشخصات الک های سیمی به منظور اهداف آزمایش

E 100: مشخصه هیدرومترهای ASTM

3.  اهمیت و موارد استفاده

1-3- این روش برای تعیین مقدار مصالح سبک وزن در مصالح دانه ای ریز و درشت برطبق شرایط روش C 33  مورد استفاده قرار می گیرد. از یک مایع سنگین با وزن مخصوص 2 به منظور جداکردن دانه هایی که ممکن است در طبقه بندی زغال سنگ یا لیگینگ قرار داشته باشند، استفاده می شود. از مایع های سنگین تر ممکن است برای کنترل درصد دانه های سبک وزن دیگر مثل چرت با وزن مخصوص کمتر از 40/2 استفاده کرد.

2-3- این روش همچنین میتواند در تعیین هویت دانه های متخلخل در مصالح دانه ای کارهای تحقیقاتی یا آنالیزهای سنگ شناسی مفید واقع شود.  

4-   وسایل

1.  ترازو (لینک صفحه فروش ترازو): یک ترازو با ظرفیت 500 گرم و با حساسیت حداقل 10/0 گرم برای توزین مصالح دانه ای ریزدانه و یک ترازو با ظرفیت 5000 گرم و حساسیت حداقل 1 گرم برای توزین مصالح دانه ای درشت دانه

2.  ظرف های مناسب برای خشک کردن مصالح دانه ای و ظرفهای مناسب برای نگه داشتن مایع های سنگین در طول عملیات جداسازی غوطه وری

3.  اندازه گیری وزن مخصوص: یک هیدرومتر (لینک صفحه فروش وسایل تعیین ذرات نرم و سبک) مطابق با شرایط بندهای 4 تا 10 از مشخصات E100 با ترکیب مناسبی از ظرفهای شیشه ای مدرج و ترازو که بتوانند وزن مخصوص مایع را تا حد 01/0± اندازه گیری کنند.

4. کفگیر: یک قطعه الک پارچه ای 300 میکرومتری (نمره 50) مطابق مشخصات E11 با اندازه و شکل مناسب به منظور جداسازی دانه های شناور از داخل مایع سنگین

5.  الک های 300 میکرومتری (نمره 50) و75/4 میلیمتر(نمره 4) مطابق با مشخصات E11 (لینک صفحه فروش الک ها)

6. صفحه داغ (Hot plat) یا اون

5-  مایع سنگین

مایع سنگین باید شامل یکی از موارد زیر باشد:

1.  محلول کلرید روی (لینک صفحه فروش وسایل تعیین ذرات نرم و سبک) در آب برای وزن مخصوص های تا حدود 2

2.   مخلوطی از نفت تترابرومواتان 2 و 2 و 1 و 1 به نسبت هایی که وزن مخصوص مورد نظر را بدست دهند (دارای وزن مخصوص حدود 95/2 میباشد)

3.  محلول برمید روی در آب (برای وزن های مخصوص های تا دود 4/2)

4. مواد شیمیایی فهرست شده در بند 2 سمی هستند و هر دو هم از را پوست و هم با استنشاق جذب می شوند. این مواد بایستی در هوا ترجیحا از نوع تهویه به سمت پائین (Down -Draft) بکار روند و یا در فضای باز بکار روند و با چشم و پوست تماس پیدا نکنند و استنشاق نگردند. همچنین دود محلول کلرید روی مخاطره بخصوصی را در برندارند، اما برای جلوگیری از تماس آن با چشم و پوست بایستی از دستکش و عینک استفاده کرد.

5.  وزن مخصوص مایع سنگین بایسی محدوده 01/0± مقدار تصریح شده در تمام طول آزمایش حفظ شود.

6-     نمونه برداری

1-6- طبق روش های D75 و D3665 یک نمونه صحرایی مصالح دانه ای را تهیه کنید. نمونه را به اندازه موردنظر در آزمایش برابر روش D702 تقلیل دهید.

2-6- بخش مصالح مورد آزمایش را در دمای 5±110 درجه سانتیگراد (9±230 درجه فارنهایت) و پیش از اجرای آزمایش تا حد وزن ثابت خشک کنید. حداقل مقدار نمونه آزمایش باید به شرح زیر باشد:استانداردهای ASTM

7.  روش آزمایش

مصالح دانه ای ریزدانه

اجازه دهید نمونه آزمایش خشک شده مصالح ریزدانه در دمای معمولی اطاق خنک شود و سپس روی الک 300 میکرومتری (نمره 50) الک کنید تا آنکه کمتر از 1% مصالح باقیمانده، ظرف یک دقیقه الک کردن پیوسته، از الک رد شود. مصالح درشت تر از الک نمره 50 را تا دقت 1/0 گرم توزین کنید و این مصالح را با استفاده از شیوه تصریح شده در روش C128  (طبق توضیحات بالا) به وضعیت اشباع با سطح خشک برسانید و آنگاه آن را داخل مایع سنگین در یک طرف مناسب بکنید. حجم مایع حداقل باید 3 برابر حجم مطلق مصالح دانه ای باشد. مایع را همراه با قطعات شناور به داخل ظرف دوم بریزید. آنرا از کفگیر رد کنید، دقت نمائید که فقط قطعات شناور همراه مایع بیرون ریخته شوند و ریزدانه ها هنگام این انتقال به ظرف دیگر وارد کفگیر نشوند.

مایعی را که در ظرف دوم جمع شده است به ظرف اول منتقل کنید و پس از بهم زدن های بیشتر نمونه، برگردانی را بشرحی که تشریح شد تکرار کنید تا نمونه عاری از قطعات شناور شود. قطعات جمع شده روی کفگیر را در حلال مناسبی بشوئید تا از مایع سنگین جدا شود. در مورد مایع سنگین با تترابرمواتان شستشو با الکل و برای محلول کلرید روی، آب مناسب می باشد. بعد از اینکه قطعات شسته شدند اجازه دهید تا خشک شوند. قطعات تفکیک شده را از روی کفگیر با برس به داخل کفه ترازو بریزید و وزن آنها را با دقت 1/0 گرم تعیین نمائید. چنانچه محاسبه دقیقتری مورد نظر باشد اجزاء تفکیک شده بایستی تا حد وزن ثابت در دمای 5± 110 درجه سانتیگراد خشک شوند و عدد <!– [if gte msEquation 12]>W1<![endif]–>   لازم برای انجام محاسبات در بند 8-1 بدست آید.

چنانچه درصد جذب آب بدست آمده با روش C128 معلوم باشد، مصالح ریزدانه ممکن است برای آزمایش با اضافه کردن وزن معلومی از ماسه خشک، مقدار آبی را که ماسه جذب خواهد کرد، آماده نمود. مخلوط را کامل بهم بزنید، بگذارید ماسه در یک قوطی در بسته برای مدت 30 دقیقه پیش از استفاده باقی بماند.

چنانکه ماده شیمیایی غیر از کلرید روی بکار رفته باشد، خشک کردن بایستی در زیر هود یا محیط آزاد انجام شود. برای تسریع در خشک کردن می توان از یک اون یا صفحه داغ استفاده کرد مشروط بر اینکه این عمل در زیر هود انجام گیرد یا آن که اون مجهز به تهویه هوای نیرودار باشد و درجه حرارت آن از 115 درجه سانتیگراد تجاوز نکند.

معمولا اختلاف میان وزن ذرات تفکیک شده خشک با اون و اشباع با سطح خشک بطور قابل ملاحظه ای بر روی درصد ذرات سبک وزن تاثیر نمیگذارد.

مصالح دانه ای درشت

بگذارید نمونه آزمایشی مصالح درشت دانه خشک شده در دمای معمولی اتاق خشک شوند و سپس روی الک 75/4 م م (نمره 4) الک کنید. مصالح درشت تر از الک نمره 4 را با دقت 1 گرم وزن کنید و با استفاده از شیوه تصریح شده در روش C127 به حالت اشباع با سطح خشک در بیاورید، سپس آن را داخل مایع سنگین که در یک ظرف مناسب ریخته شده است، وارد کنید. حجم مایع باید حداقل سه برابر حجم مطلق مصالح باشد. با استفاده از کفگیر، قطعات شناور را بگیرید و نگه دارید. مخلوط بهم بزنید و عمل را تکرار کنید و قطعات شناور را بگیرید تا آنکه قطعه شناور دیگری روی مایع دیده نشود. قطعات و ذرات گرفته شده را با حلال مناسبی بشوئید و مایع سنگین را از آنها جدا سازید پس از جداسازی مایع سنگین، بگذارید قطعات خشک شوند. وزن قطعات تفکیک شده را با تقریب 1 گرم تعیین نمائید. چنانکه محاسبه دقیق تری موردنظر باشد، این قطعات و ذرات را تا حد وزن ثابت در دمای 5±110 درجه سانتیگراد خشک کنید و عدد <!– [if gte msEquation 12]>W1<![endif]–>   مورد استفاده در محاسبات موضوع بند 8-1 را بدست آورید.

8.  محاسبات

1-8- درصد قطعات سبک وزن (قطعات شناوری روی مایع سنگین) را به شرح زیر محاسبه کنید:

در مورد مصالح دانه ای ریز:

 در مورد مصاح دانه ای درشت:

که در این رابطه ها:

L : درصد قطعات سبک وزن

<!– [if gte msEquation 12]>W1<![endif]–>  : وزن خشک قطعات شناور

 <!– [if gte msEquation 12]>W2<![endif]–> :  وزن خشک بخشی از نمونه درشت تر از الک 300 میکرومتر (نمره 50)

<!– [if gte msEquation 12]>W3<![endif]–>  : وزن بخشی از نمونه درشت تر از الک 75/4 م م (نمره 4)

9.  دقت و صحت    

صحت روش را میتوان با اجرای آزمایش های جداگانه برای محاسبه و تعیین وزن مخصوص جذب آّب روی قطعات هر مخزن مایع یا اجزاء شناور یا هر دو برآورد کرد.