TIÊu chuẩn quốc gia tcvn 6862: 2012 iso 11277: 2009

CHẤT LƯỢNG ĐẤT - XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN CẤP HẠT TRONG ĐẤT KHOÁNG - PHƯƠNG PHÁP RÂY VÀ SA LẮNG

Đặc tính lý học và hóa học của đất được kiểm soát phần nào các kích thước khác nhau của lượng hạt khoáng có trong đất. Mục đích của tiêu chuẩn này là phép đo định lượng về lượng (thể hiện theo phần trăm tổng khối lượng của đất khoáng), trong nhóm cỡ hạt đã công bố.

Việc xác định thành phần cấp hạt bị tác động bởi chất hữu cơ, muối tan, tác nhân gắn kết (đặc biệt là hợp chất sắt), các chất ít hòa tan như cacbonat và sunphat, hoặc tổ hợp các chất này. Một số đất thay đổi đặc tính của chúng dưới điều kiện sấy khô đến một mức độ mà thành phần cấp hạt của các vật liệu đã được làm khô ít bị hoặc không có liên quan với thành phần cấp hạt của vật liệu chưa được làm khô dưới các điều kiện tự nhiên. Điều này đặc biệt đúng với đất giàu chất hữu cơ, đất được phát triển từ lắng đọng núi lửa mới phun trào, một số đất nhiệt đới bị phong hóa mạnh, và đất thường được mô tả "kết dính" (Tài liệu tham khảo [3]). Các loại đất khác, như đất "dưới ngưỡng dẻo" của Úc, cho thấy rất ít hoặc không có xu hướng phân tán dưới các xử lý trong phòng thí nghiệm thông thường, mặc dù có các bằng chứng ngoài hiện trường về lượng sét lớn.

Quy trình đưa ra trong tiêu chuẩn này thừa nhận những sự khác biệt này giữa đất từ các môi trường khác nhau, và phương pháp luận đã trình bày được thiết kế để giải quyết những sự khác biệt đó theo cách kết cấu. Sự khác biệt như vậy trong đặc tính của đất có thể rất quan trọng, nhưng nhận biết về chúng tùy thuộc vào kiến thức. Vì phòng thí nghiệm thường có khoảng cách với địa điểm thực hiện ngoài hiện trường, nên thông tin do các đội thực hiện ngoài hiện trường cung cấp trở nên quan trọng khi lựa chọn một quy trình trong phòng thí nghiệm phù hợp. Sự lựa chọn này có thể chỉ được thực hiện nếu phòng thí nghiệm có đầy đủ thông tin cơ bản này.

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp cơ bản để xác định thành phần cấp hạt được áp dụng cho nhiều loại đất khoáng, kể cả thành phần khoáng của đất hữu cơ. Tiêu chuẩn này cũng đưa ra quy trình cho các đất ít phổ biến được đề cập trong lời giới thiệu. Tiêu chuẩn này đã được triển khai rộng rãi để sử dụng trong lĩnh vực về khoa học môi trường, việc sử dụng nó trong điều tra kỹ thuật địa chất đôi khi cần được tư vấn về chuyên môn.

Mục đích chính của tiêu chuẩn này là xác định đủ thành phần kích thước các cấp hạt để có thể lập một đường cong phân bố kích thước cấp hạt tin cậy.

Tiêu chuẩn này không áp dụng cho việc xác định thành phần cấp hạt của các thành phần hữu cơ của đất, như các tàn tích của động thực vật không bền vững, đã phân hủy một phần. Cũng cần lưu ý rằng, các giai đoạn xử lý hóa học sơ bộ và các xử lý cơ học trong tiêu chuẩn này có thể phá hủy sự liên kết yếu, được coi là các hạt sơ cấp ngay cả khi các hạt sơ cấp này được xem như là các đoàn lạp. Nếu sự phá hủy liên kết này không mong muốn thì tiêu chuẩn này không nên được sử dụng để xác định thành phần các cấp hạt cho các đất có liên kết yếu như vậy.

Các tài liệu viện dẫn sau là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 4851:1989 (ISO 3696:1987), Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.

TCVN 6647:2007 (ISO 11464:2006), Chất lượng đất - Xử lý sơ bộ đất để phân tích lý hóa.

TCVN 2230:2007 (ISO 565:1990), (Sàng thử nghiệm - Tấm kim loại đục lỗ và lưới đột lỗ bằng điện - Kích thước lỗ danh định).

ISO 3310-1:2000, Test sieves - Technical requirements and testing - Part 1: Test sieves of metal wire cloth (Rây thử nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và thử nghiệm - Phần 1: Rây thử nghiệm bằng sợi dây kim loại).

ISO 3310-2:1999, Test sieves - Technical requirements and testing - Part 2: Test sieves of perforated metal plate (Rây thử nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và thử nghiệm - Phần 2: Rây thử nghiệm bằng tấm kim loại đục lỗ).

3. Thuật ngữ học và ký hiệu

3.1. Thuật ngữ học

Hạt là những loại vật chất có kích thước cụ thể như đá cuội, sỏi, cát thô, limon… ý nghĩa của các từ này khác nhau ở mỗi nước, và trong một số trường hợp không thể dịch hoàn toàn chính xác các từ này từ tiếng nước này sang tiếng nước khác, ví dụ như tiếng Hà Lan có từ "zavel" sẽ không có từ tương đương trong tiếng Anh. Nhưng ý nghĩa của từ này được hiểu là hạt sét, được định nghĩa như vật chất có đường kính hình cầu tương đương nhỏ hơn 0,002 mm (Tài liệu tham khảo [1], [3]). Những tên gọi thông thường như vậy sẽ không được sử dụng trong biểu thị kết quả xác định phân bố các cấp hạt theo tiêu chuẩn này. Các cụm từ như "… lọt qua rây 20 mm" hoặc "… nhỏ hơn 0,063 mm đường kính hình cầu tương đương" sẽ được sử dụng. Nếu các tên thông thường phải được sử dụng, ví dụ tham khảo để đối chiếu với các tiêu chuẩn khác như tiêu chuẩn Quốc gia, tiêu chuẩn Quốc tế, thì phải được định nghĩa rõ ràng, sao cho loại trừ được sự hoài nghi đối với ý nghĩa đã định, ví dụ như limon (0,063 mm - 0,002 mm tương ứng cấp hạt có đường kính hình cầu tương đương) (xem Điều 4). Hơn nữa, từ "thành phần cấp hạt" thường được dùng rất phổ biến để mô tả kết quả các phép đo thành phần cấp hạt, như "kích thước hạt của đất này là thành phần cấp hạt sét". Điều này là không đúng vì hai khái niệm là khác nhau và từ "thành phần cấp hạt" sẽ không được sử dụng trong báo cáo thử nghiệm (xem Điều 10) để mô tả kết quả đạt được khi sử dụng tiêu chuẩn này.

Thông thường liên quan đến rây có thể sử dụng hai đơn vị là kích thước lỗ rây hoặc số lượng lỗ rây. Không có sự giống nhau giữa hai đơn vị này và mối liên quan giữa chúng là không phân biệt được rõ ràng. Việc sử dụng số lượng lỗ rây để đo kích thước hạt rất khó để suy diễn, vì vậy trong tiêu chuẩn này không sử dụng khi báo cáo kết quả.

3.2. Ký hiệu

Các ký hiệu sau đây được sử dụng phù hợp trong tiêu chuẩn này, tùy từng chỗ, các đơn vị và đại lượng được sử dụng như sau (chuyển đổi hệ SI theo các đơn vị chung, ví dụ: g = gam; m = mét, mm = milimét; s = giây…).

Thành phần cấp hạt được xác định bằng sự kết hợp phương pháp rây và sa lắng, bắt đầu từ đất đã được phơi khô trong không khí (Tài liệu tham khảo [3]) (xem Chú thích dưới đây). Phương pháp dùng cho đất không sấy khô được đưa ra trong Phụ lục A. Các hạt không lọt qua lỗ rây 2 mm được xác định bằng cách rây khô. Các hạt lọt qua lỗ rây này nhưng ở lại trên lỗ rây 0,063 mm được xác định bằng phương pháp phối hợp rây khô và rây ướt, còn những hạt lọt qua rây sau cùng sẽ được xác định bằng phương pháp sa lắng. Phương pháp pipet là phù hợp nhất. Phương pháp tỷ trọng kế được trình bày ở Phụ lục B. Sự kết hợp giữa phương pháp rây và sa lắng sẽ cho phép xây dựng một đường cong phân bố liên tục các cấp hạt.

Những điểm chính trong cách tiến hành được tóm tắt trong sơ đồ tại Hình 2. Tiêu chuẩn này quy định cách xác định tỷ lệ của các cấp hạt riêng rẽ bằng phương pháp sa lắng và rây, sau đó cân khối lượng thu được. Các phương pháp khác xác định khối lượng của các cấp hạt cũng có thể dựa vào sự tương tác của các hạt với bức xạ điện từ hoặc trường điện từ (Tài liệu tham khảo [1]). Điều khó khăn thường gặp là khi so sánh kết quả thu được từ các phương pháp khác nhau cùng trên cùng một mẫu. Do vậy mà tiêu chuẩn này sẽ đưa ra những chi tiết làm giảm thiểu sự dao động giữa các phòng thí nghiệm trong việc xác định thành phần cấp hạt của đất khoáng. Vì vậy các cấp hạt khác nhau sẽ được xác định bằng cách cân. Nếu không dùng phương pháp này, thì báo cáo thử nghiệm trong tiêu chuẩn này (xem Điều 10) sẽ không phù hợp.

Cả hai phương pháp pipét và tỷ trọng kế đều được giả thiết rằng sự sa lắng của các hạt trong ống sa lắng hình trụ là tuân theo định luật Stokes (Stokes' Law) (Tài liệu tham khảo [1], [3], [6]) và giả sử rằng:

a) các hạt rắn và có dạng hình cầu nhẵn;

b) các hạt sa lắng trong một dòng chảy Laminar (Laminar Law), tức là số Reynolds là nhỏ hơn 0,2; điều này chỉ đúng đối với các hạt hình cầu có đường kính tương đương (xem dưới đây) lớn hơn 0,06 mm cho sự sa lắng theo Stokes dưới tác động trọng lực (Tài liệu tham khảo [1]);

c) huyền phù của các hạt đủ loãng để đảm bảo rằng không có sự cản trở quá trình sa lắng;

d) không có sự tương tác giữa hạt và chất lỏng;

e) đường kính của cột huyền phù là lớn so với đường kính cát hạt, nghĩa là dòng lỏng là "hoàn toàn tự do";

f) các hạt đạt tới tốc độ tới hạn;

g) các hạt có khối lượng riêng tương tự như nhau.

Vì vậy, đường kính của hạt được coi là đường kính của hình cầu nên các tính chất trong huyền phù phù hợp với đặc điểm của hạt. Đây là khái niệm đường kính hình cầu tương đương. Đó là nguyên tắc để biểu diễn đường kính của hạt, thu được từ phương pháp sa lắng trong tiêu chuẩn này.

Định luật Stokes có thể được viết dưới dạng sau:

trong đó:

Hơn nữa để tiện sử dụng, thời gian lấy mẫu được chuyển thành phút hoặc giờ, cho thích hợp, để giảm rủi ro do sai số (xem Bảng 3).

Khối lượng mẫu được lấy ngoài hiện trường cần phải đại diện cho thành phần cấp hạt, đặc biệt là nếu số lượng các hạt lớn hơn được xác định một cách đáng tin cậy. Bảng 1 giới thiệu các khối lượng tối thiểu cần lấy.

Các mẫu cần được chuẩn bị theo phương pháp được quy định trong TCVN 6647 (ISO 11464).

CHÚ THÍCH: Với nhiều mục đích, thành phần cấp hạt chỉ được xác định cho phần đất lọt qua rây 2 mm. Trong trường hợp này mẫu thử (8.5) có thể được lấy theo quy trình trong TCVN 6647 (ISO 11464) hoặc từ vật liệu lọt qua rây 2 mm theo 7.2.

7. Rây khô (vật liệu > 2 mm)

7.1. Khái quát

Cách tiến hành quy định trong điều này được áp dụng cho vật liệu không lọt qua rây có đường kính mắt rây 2 mm. Bảng 2 đưa ra khối lượng tối đa có thể giữ lại trên các rây có đường kính và lỗ rây khác nhau. Nếu số lượng vật liệu còn lại trên rây lớn hơn thì sẽ chia nhỏ cho phù hợp và rây lại.

Bộ rây phải đáp ứng từ cấp hạt lớn nhất đang được sử dụng (xem Bảng 1, Chú thích ở 7.2.3). Lỗ rây được chọn sẽ được ghi trong báo cáo thử nghiệm (Điều 10). Hàng tháng độ chính xác của rây trong bộ rây chính dùng cho mục đích này cần phải kiểm định lại, sử dụng phương pháp đã được chấp nhận như hạt vật liệu đối chứng, kính hiển vi… (Tài liệu tham khảo [1]) phụ thuộc vào kích thước lỗ rây. Dung sai cần phải đáp ứng theo các yêu cầu của ISO 3310-1 và ISO 3310-2. Rây không đáp ứng các tiêu chuẩn này thì không được sử dụng. Việc ghi chép trong khi thử nghiệm cần được lưu lại.

Rây bằng đồng có đặc điểm dễ đứt và méo mó, do vậy rây bằng thép không gỉ được khuyến khích sử dụng các rây có lỗ lớn.

Đặc biệt chú ý là nắp đậy và ngăn thu hồi cấp hạt phải không được thủng. Rây phải được kiểm tra hàng tuần nếu sử dụng thường xuyên, nếu ít sử dụng phải kiểm tra trước khi tiến hành. Các ghi chép trong mỗi lần kiểm tra cần phải được lưu giữ. Không sử dụng các rây có lỗ hình tròn.

Thông thường không sử dụng máy lắc cơ học với rây có lỗ lớn hơn 20 mm, trừ khi có các thiết bị thích hợp. Máy lắc rây cơ học có hiệu quả chủ yếu khi rây các hạt có đường kính lỗ nhỏ hơn.

Cân mẫu khô đã được chuẩn bị theo TCVN 6647 (ISO 11464) với độ chính xác 0,5 g (m₁). Đổ vật liệu đã được cân vào rây 20 mm và dùng bàn chải cứng chải nhẹ nhàng lên vật liệu ở trên rây (để tách các chất bán dính vào đất), rồi rây vật liệu. Làm cẩn thận để tránh phá vỡ các hạt đất sơ cấp. Rây lượng vật liệu còn giữ lại trên lưới rây (7.2.1) và ghi lượng còn lại trên mỗi rây với độ chính xác 0,5 g. Không đổ quá đầy trên rây nhưng phải rây vật liệu cho đủ lượng cần thiết (xem Bảng 1).

Cân lượng vật liệu đã lọt qua lỗ rây 20 mm (m₂), hoặc một phần thích hợp thu được của nó (m₃) (xem Bảng 2) bằng các phương pháp lấy mẫu thích hợp (xem Điều 6), và đổ lên bộ rây, rây ở dưới cùng có lỗ rây 2 mm. Lấy rây cơ học cho đến khi không còn vật liệu lọt qua các rây (xem Chú thích). Ghi khối lượng vật liệu còn lại trên mỗi rây và khối lượng lọt qua rây có lỗ 2 mm.

Tổng khối lượng của các cấp hạt sẽ không được sai quá 1 % so với m₂ hoặc m₃. Nếu không, sau đó sẽ phải kiểm tra lại sự hỏng hóc của rây (xem 7.2.1).

Yêu cầu kỹ thuật của rây cần được kiểm định để sử dụng với vật liệu thử cho thích hợp, ví dụ vật liệu có hạt chuẩn đối chứng, ballotini, mỗi tháng một lần. Kết quả kiểm tra cần được ghi lại.

CHÚ THÍCH: Trong thực tế, thường phải chọn thời gian chuẩn lắc rây thích hợp cho nhiều loại vật liệu. Thời gian tối thiểu được đề nghị là 10 min.

Đối với vật liệu còn lại trên lỗ rây 20 mm và lớn hơn, được tính theo tỷ lệ khối lượng còn lại trên mỗi rây theo m₁. Ví dụ:

Phần còn lại trên rây 20 mm = [m (20 mm)] / m₁.

Phần lọt qua rây 20 mm, nhân khối lượng lọt qua mỗi rây với m₂/m₃ và tính theo m₁. Ví dụ:

Phần còn lại trên rây 6,3 mm = m (6,3 mm) [(m₂/m₃) / m₁].

Trình bày kết quả dưới dạng bảng, cần chỉ rõ hai đặc điểm quan trọng, phần khối lượng còn lại trên mỗi rây và phần lọt qua rây 2 mm. Số liệu được sử dụng để dựng đường cong phân bố tích lũy (xem Hình 1).