TIÊu chuẩn việt nam tcvn 6862: 2001 iso 11277 : 1998

CHẤT LƯỢNG ĐẤT - XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ CẤP HẠT TRONG ĐẤT KHOÁNG - PHƯƠNG PHÁ PHƯƠNG PHÁP RÂY VÀ SA LẮNG

TCVN 6862 : 2001 hoàn toàn tương đương với ISO 11276 : 1997.

TCVN 6862 : 2001 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN/TC190

Chất lượng đất biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường ban hành.

Tiêu chuẩn này qui định phương pháp cơ bản để xác định sự phân bố cấp hạt được áp dụng cho nhiều loại đất khoáng, kể cả phần khoáng của đất hữu cơ. 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 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 sự phân bố các cấp hạt của các thành phần hữu cơ của đất, như các di tích của động thực vật không bền vững, đã phân huỷ từng phần. Cũng cần lưu ý rằng, các giai đoạn xử lý hoá học sơ bộ và các xử lý cơ học trong tiêu chuẩn này có thể phá huỷ 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 huỷ liên kết này không mong muốn thì tiêu chuẩn này không nên được sử dụng để xác định sự phân bố các cấp hạt cho các đất có liên kết yếu như vậy.

ISO 565:1990 Test sievesư Metal wire cloth, perforated metal plate and elctroformed sheet - Nominal sizes of openings (Các loại rây thử nghiệm - Đĩa đan bằng sợi dây kim loại, đĩa kim loại đục lỗ và tấm đúc điện - Các kích thước danh nghĩa của lỗ rây).

ISO 3310-1: 1990 Test sieves - Technical requirements and testing - Part 1: Test sieves of metal wire cloth (Rây thử nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và thử - Phần 1: Rây thử nghiệm bằng sợi dây kim loại).

ISO 3310-2 :1990 Test sieves - Technical requirements and testing - Part 2: Test sieves of perforated metal plate (Rây thử nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và thử - Phần 2: Rây thử nghiệm bằng tấm kim loại đục lỗ).

TCVN 4851 - 89 (ISO 3696:1987) Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.

TCVN 6647 : 2000 (ISO 11464:1994) Chất lượng đất - Xử lý sơ bộ để phân tích lý hoá.

3.1 Thuật ngữ học

Hạt là những loại có kích thước cụ thể như đá cuội, sỏi, cát thô, đất thịt... 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 liệu < 0,002 mm đường kính hình cầu tương đương [1,6]. 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 đất thịt (0,036 mm - 0,002 mm tương ứng cấp hạt có đường kính hình cầu tương đương) (điều 4 và ví dụ [3]). Hơn nữa, từ "thành phần cơ giới" thường được dùng rất phổ biến để mô tả kết quả các phép đo sự phân bố cấp hạt, như "kích thước hạt của đất này là thành phần cơ giới của sét". Điều này là không đúng vì hai khái niệm là khác nhau và từ "thành phần cơ giới" sẽ không được sử dụng trong báo cáo thử nghiệm (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 biện luận, 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, tuỳ từng chỗ, các đơn vị và đại lượng đư ợc sử dụng như sau (chuyển đổi hệ SI theo các đơn vị chung, ví dụ: g = gam; m = mét,

mm = milimet; s = giây...).

Mg megagam (10⁶ g);

mPa millipascan;

t là thời gian sa lắng của một hạt có đường kính dp, tính bằng giây;

η là độ nhớt động học của nước ở nhiệt độ thí nghiệm (xem bảng B.2), tính bằng milipascan trên giây;

h là độ sâu lấy mẫu, tính bằng centimét;

ρ_s là khối lượng riêng trung bình của hạt (được lấy bằng 2,65; chú thích ở điều 4), tính bằng megagam trên mét khối;

ρ_w là khối lượng riêng của chất lỏng chứa các hạt đất lơ lửng (được lấy bằng 1,00; chú thích ở điều 4), tính bằng megagam trên mét khối;

g là gia tốc trọng trường, (được lấy bằng 981), tính bằng cetimét trên giây bình phương;

dp là đường kính hình cầu tương đương của hạt cần xác định, tính bằng milimét.

Sự phân bố 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 [6] (xem chú thích sau). 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 ở biểu đồ ở hình 2. Tiêu chuẩn này qui 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 [1]. Điều khó khăn thường gặp là khi so sánh kết quả thu được từ các phương pháp khác nhau cùng trên một mẫu giống nhau. 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 sự phân bố cấp hạt của đất khoáng. Chính vì vậy mà 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 (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) [1,6,9] và giả sử rằng:

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

b) các hạt sa lắng trong một dòng hẹp (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 lớn hơn 0,06 mm cho sự sa lắng theo Stokes của trọng lực [1];

c) huyền phù đủ loãng để đảm bảo rằng không có hạt nào có sự liên kết với các hạt khác khi 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 các 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 chỉ giới hạn trong đường kính của hình cầu để toàn bộ đặc điểm của chúng trong huyền phù phù hợp với đặc điểm của hạt. Đây là quan 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

η là độ nhớt động học của nước ở nhiệt độ thí nghiệm, (bảng B.2), tính bằng milipascan trên giây;

h là độ sâu lấy mẫu, tính bằng centimét;

ρ_s là khối lượng riêng trung bình của hạt, tính bằng megagam trên mét khối (lấy bằng 2,65; xem chú thích);

ρ_w là khối lượng riêng của chất lỏng có chứa các hạt đất lơ lửng, tính bằng megagam trên mét khối (lấy bằng 1,00; xem chú thích);

g là gia tốc trọng trường, tính bằng centimét trên giây bình phương (lấy bằng 981);

d_p là đường kính hình cầu tương đương của hạt cần xác định, tính bằng milimét.

Chú thích - Trên thực tế có sự khác nhau về khối lượng riêng của các hạt đất, nhưng theo tiêu chuẩn này thì lấy khối lượng riêng trung bình của cát thạch anh, tức là 2,65 Mg/m³ [10], vì đây là loại khoáng phổ biến nhất trong nhiều loại đất. Khối lượng riêng của nước là 0,9982 Mg/m³ và 0,9956 Mg/m³ ở 20⁰C và 30⁰C [8]. Do có thêm một lượng nhỏ các chất phân tán (8.3.2), nên khối lượng riêng của nước được lấy là 1,0000 Mg/m³ trong khoảng nhiệt độ cho phép của tiêu chuẩn này (8.2.2). 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 (bảng 3).

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

Các mẫu sẽ được chuẩn bị theo phương pháp được quy định trong TCVN 6647: 2000 (ISO 11464:1994).

Chú thích - Với nhiều mục đích, thành phần cấp hạt được xác định chỉ cho phần đất lọt qua rây 2 mm. Trong trường hợp này mẫu thử (8.5) có thể được lấy theo qui trình trong TCVN 6647:2000 (ISO 11464:1994) hoặc từ vật liệu lọt qua rây 2 mm phù hợp với 7.2.

7 Rây khô (vật liệu > 2mm)

7.1 Khái quát

Cách tiến hành qui 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 còn lại trên các rây có đường kính và lỗ rây khác nhau. Nếu lớn hơn số lượng vật liệu còn lại trên rây thì sẽ chia nhỏ cho phù hợp và rây lại.

7.2 Thiết bị, dụng cụ

7.2.1 Rây thử nghiệm, có lỗ rây tương ứng với ISO 565, và có nắp đậy vừa khít và ngăn thu hồi.

Bộ rây phải đáp ứng từ cấp hạt lớn nhất đang được sử dụng (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 cần phải kiểm định lại đối với bộ rây chính dùng cho mục đích này, sử dụng phương pháp đã được chấp nhận như hạt vật liệu đối chứng, kính hiển vi ... [1] phụ thuộc vào kích thước lỗ rây. Dung sai cần phải phù hợp với các yêu cầu của ISO 3310-1 và ISO 3310-2. Rây không đáp ứng các tiêu chuẩn này sẽ không được sử dụng. Việc ghi chép trong khi thử nghiệm sẽ 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 cho các rây có lỗ lớn.

Điều quan tâm 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 ở mỗi lần kiểm tra cần phải được lưu giữ. Không sử dụng các rây có lỗ hình tròn.

7.2.2 Cân, có khả năng cân với độ chính xác ± 0,5 g.

7.2.3 Máy lắc rây cơ học

Chú thích - 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 là cơ sở để tăng hiệu quả rây ở các rây có lỗ nhỏ hơn.

7.2.4 Một bàn chải rây và một bàn chải cứng

7.3 Cách tiến hành

Cân mẫu khô đã được chuẩn bị theo TCVN 6647: 2000 (ISO 11464:1994) 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 bám dính vào đất), rồi rây vật liệu. Làm cẩn thận để tránh phá vỡ các hạt đất nguyên sinh. Rây lượng vật liệu còn giữ lại trên lưới rây (7.1.1) 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 (bảng 1).

Cân lượng vật liệu đã lọt qua lỗ rây 20 mm ( m₂ ), hoặc một phần thích hợp thu được của nó (m₃) (bảng 2) bằng các phương pháp lấy mẫu thích hợp (điều 6), và đổ lên bộ rây, rây ở dưới cùng có lỗ rây 2 mm. Lắc 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 (chú thích ở 7.2.3).

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 phút.

Bảng 1 - Khối lượng mẫu đất được lấy để rây

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 luỹ (hình 1).

8.1 Khái quát

Phần này qui định cách tiến hành (xem hình 2) xác định sự phân bố kích thước hạt của vật liệu lọt qua lỗ rây có đường kính hình cầu tương đương 2 mm đến < 0,002 mm (xem chú thích). Với mục đích đảm bảo các hạt đất nguyên thuỷ được tách rời nhau không ở trạng thái liên kết, chất hữu cơ và các muối được loại bỏ, đặc biệt là các muối ít hoà tan như thạch cao vì chúng cản trở sự phân tán của đất và/ hoặc tăng sự liên kết của các hạt đất mịn lơ lửng (8.6), các chất làm phân tán được cho thêm vào (8.8). Cách tiến hành này được qui định trong tiêu chuẩn, nếu không sẽ làm mất hiệu lực trong việc áp dụng của phương pháp. Đôi khi các sắt oxyt và cácbonat, đặc biệt là canxi cácbonat và/hoặc magiê, cũng được loại bỏ. Cách chuẩn bị tiến hành loại bỏ các thành phần này ở chú thích trong 8.7. Sự loại bỏ bất kỳ một thành phần nào cũng cần được ghi lại trong báo cáo kết quả thử nghiệm (điều 10).

Chú thích - Sự sa lắng do trọng lực có thể cho phép xác định tổng khối lượng các hạt có đường kính < 0,002 mm. Tuy nhiên phương pháp này không đáng tin cậy đối với các hạt nhỏ hơn nữa, vì các hạt có đường kính hình cầu tương đương nhỏ hơn 0,001 mm hầu như không bị chìm lắng do sự chuyển động Brown [1].

8.2 Thiết bị, dụng cụ

Thiết bị được qui định dưới đây đủ để phân tích một mẫu. Rõ ràng là phân tích đồng thời nhiều mẫu sẽ có hiệu quả hơn. Kinh nghiệm cho thấy [9] một người có thể tiến hành đồng thời 36 mẫu trong một đợt tại thời gian thiết bị hoạt động, đặc biệt là nếu việc tính toán được liên kết với một máy tính.

8.2.1 Pipét lấy mẫu có kiểu tương tự như ở hình 3 [4], yêu cầu chính là mẫu phải lấy được ở cả những vùng nhỏ nhất của huyền phù. Thể tích của pipet không nhỏ hơn 10 ml và được giữ bằng một cái khung để có thể đưa tới độ sâu cố định trong ống sa lắng (hình 4).À



Hình 1 - Biểu đồ phân bố cấp hạt



Hình 2 - Biểu đồ các bước tiến hành

1 Dung tích bầu khoảng 125 ml.

2 Pipét và van ở trên dung tích ~ 10 ml.

Chú thích - Kích thước này là tương đối phù hợp, tuy nhiên có thể có các kích thước khác nhau được sử dụng.

A và B Bầu phễu 125 ml có van G Pipét lấy mẫu

C Bầu hút an toàn H ống sa lắng

D Bầu an toàn D, F và G được nối với cửa 3 van E

F ống thoát

1 Vạch chia độ tính bằng milimét 3 Bản trượt

2 Bàn kẹp 4 Bể nước ổn nhiệt

Chú thích - Kích thước này là tương đối phù hợp, nhưng cũng có thể có các kích thước khác nhau được sở dụng

Chú thích - Kinh nghiệm cho thấy rằng pipet có dung tích lớn hơn 50 ml sẽ phù hợp hơn cho hầu hết các mục đích. Pipét có dung tích 25m là thuận lợi cho phép phân tích bình thường, nhưng pipét có dung tích nhỏ hơn sẽ phù hợp cho các đất có ít nhất 10% khối lượng cấp hạt có đường kính hình cầu tương đương < 0,063 mm. Nếu nhỏ hơn lượng này thì độ chính xác thu được sẽ lớn hơn với pipet có dung tích lớn.

8.2.2 Phòng hoặc bể ổn định nhiệt độ, có thể duy trì nhiệt độ trong khoảng 20⁰C và 30⁰C± 0,5⁰C.

Nếu bể được sử dụng, thì phải thoả mãn sao cho ống lắng đọng được ngâm chìm xuống đến vạch 500 ml, và không được làm xáo trộn các chất ở trong ống. Tương tự, nếu sử dụng phòng ổn định nhiệt độ, thì phòng đó phải được xây dựng sao cho các hoạt động không gây nên sự rung động ống sa lắng và các chất ở trong ống.

Chú thích - Phạm vi nhiệt độ này đã được chọn để tạo điều kiện duy trì được nhiệt độ ổn định thích hợp ở các vùng khác nhau trên thế giới. Hơn nữa nhiệt độ thấp thì thời gian sa lắng cũng phù hợp hơn với ngày làm việc trung bình, còn ở ngưỡng nhiệt độ cao là phù hợp cho sự sa lắng của cấp hạt có đường kính hình cầu tương đương 0,063 mm (điều 4, bảng 3).

Bảng 3 - Thời gian lấy mẫu bằng pipét và d_p (khối lượng riêng của hạt là 2,65 Mg/m³) tại độ sâu lấy mẫu 100 mm ± 1 mm ở các nhiệt độ khác nhau

Nhiệt độ oC	Thời gian, sau khi trộn, bắt đầu lấy mẫu
	mẫu thứ nhất 1)		mẫu thứ hai		mẫu thứ ba		mẫu thứ tư
	Phút	Giây	Phút	Giây	Phút	Giây	Giờ	Phút	Giây
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0	56 54 53 52 51 49 48 47 46 45 44	4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3	38 32 26 19 13 7 2 57 52 47 41	51 50 49 48 47 45 44 43 42 42 41	35 27 19 8 0 52 53 58 59 3 5	7 7 7 7 7 6 6 6 6 6 6	44 34 23 13 3 52 44 35 28 18 9	16 4 53 13 2 50 2 42 53 33 45
dp (mm)	0,063		0,020		0,006		0,002
1) Độ sâu lấy mẫu 200 mm ± 1 mm để thời gian thích hợp cho sự ổn định của các chất huyền phù sau khi trộn.

8.2.3 Hai ống sa lắng bằng thuỷ tinh, không có miệng rót, đường kính trong xấp xỉ 50 mm và chiều cao 350 mm, có chia vạch ở mức thể tích 500 ml, với một nút cao su hoặc một que khuấy.

8.2.4 Que khuấy làm bằng vật liệu không bị ăn mòn, như ở hình 5.

Chuẩn bị que khuấy như đã nêu trên bằng các vật liệu thích hợp như:

a) đồng hoặc nhôm.

b) chất dẻo làm kính máy bay/ thuỷ tinh plexi

c) một nút bằng cao su được gắn trên que thuỷ tinh, ...