Муайян кардани ҳадҳои Аттерберг
Мо озмоишҳои муайян кардани ҳадди ҷорӣшавӣ, ҳадди пластикӣ ва ҳадди коҳишёбиро, ки дар механикаи хок аз ҳама муҳиманд, шарҳ медиҳем. Ҳамаи ин озмоишҳо дар намунаҳои вайроншудаи хоки басташуда анҷом дода мешаванд.
Озмоиши муайян кардани ҳадди ҷараён
Барои ин озмоиш тақрибан 200 p хок дар ҳолати табиии намнок гирифта мешавад, бе донаҳое, ки диаметрашон аз 0,5 mm зиёд аст ва метавонанд дақиқии натиҷаҳои озмоишро халалдор кунанд. Намуна набояд дар хушккунанда хушк карда шавад, балки бевосита ба косаи сафолӣ бо оби дистиллшуда гузошта мешавад, ки дар он бояд чанд соат бимонад, то хуб тар шавад. Барои лойхок, ки индекси пластикияш IP < 20 аст, таркунӣ тақрибан 4 соат давом мекунад, барои гил IP > 20 то 18 соат. Сипас намунаи таршударо ба лавҳаи шишагӣ мерезанд ва бо ёрии корди лабораторӣ хуб омехта мекунанд, то хамири ғафси таркиби яксон ҳосил шавад. Агар зарраҳое аз 0,5 mm калонтар дида шаванд, онҳо ҳангоми омехтан хориҷ карда мешаванд.
Намунаи чунин омодашуда ба косаи биринҷии асбоби Казагранде барои муайян кардани ҳадди ҷараён рехта мешавад (рас. 1), ки дар озмоишгоҳҳои мо онро ларзонандаи Казагранде меноманд.
Рас. 1. Аппарати Cassagrande барои муайян кардани ҳадди ҷорӣшавӣ
Дастгоҳ аз як косаи биринҷӣ иборат аст, ки бо воситаи пайвасти махсус ба дастгоҳ васл мешавад, пояи чандири резини сахт дошта, дар қисми боло эксцентрик ва дастак барои гардондан дорад, ки дар натиҷа эксцентрик то баландии 1 cm боло меравад ва коса афтода ба поя мезанад (рас. 1а). Андозаҳои дастгоҳ стандартӣ шудаанд. Ғайр аз ин, боз корди шаклдор бо андозаҳои дақиқ муайяншуда мавҷуд аст (рас. 1б).
Намунаи рехташуда дар косачаи биринҷӣ бо корд ҳамвор карда мешавад, то сатҳи намуна комилан ҳамвор бошад ва он каме бештар аз нисфи қисми пеши косачаро пӯшонад, бо чунин шарте, ки баландии он аз нуқтаи пасттарини таги косача тақрибан 12 mm бошад. Сипас косача ба дастгоҳ гузошта мешавад ва бо корди профилдор дар марказ ҷӯяк бурида мешавад, то ки он комилан рост бошад ва таги биринҷии косача намоён гардад, ки ин бо кашидани бодиққати корд ба таври амудӣ нисбат ба таги косача ба даст оварда мешавад. Дарозии ҷӯяк бояд тақрибан 40 mm бошад. Баъд аз ин, дастаки дастгоҳ бо суръати 2 гардиш дар як сония гардонда мешавад, дар ҳамин ҳол зарбаҳои косача ба поя ҳисоб карда мешаванд ва ҷӯяк мушоҳида мешавад, ки зери таъсири зарбаҳои косача ба поя танг мегардад, зеро қисмҳои буридашудаи намуна ҳаракат мекунанд ва майл ба пайвастан доранд. Гардондани дастаки дастгоҳ то он даме давом мекунад, ки ҷӯяк дар дарозии 10 mm пайваст шавад. Вақте ки ин ба даст омад, гардондани минбаъдаи даста бас карда мешавад ва баъд аз он бо корд намуна ба андозаи тақрибан 2 cm3 аз қисми гирди ҷӯяки пайвастшуда аз ҳар ду тараф гирифта шуда, ба шишаҳои соатӣ гузошта мешавад ва намнокии хок муайян карда мешавад.
Ин озмоиш 3-4 маротиба бо ҳамин тарз такрор карда мешавад, аммо ҳар дафъа бо намии дигар, ки ин тавассути он ба даст меояд, ки намуна аввал бо миқдори камтари об омехта карда мешавад, сипас барои дигар озмоишҳо об илова карда мешавад. Пас аз ҳар як озмоиши анҷомёфта, намуна ба лавҳаи шишагӣ рехта мешавад, ки дар он каме об илова карда, хуб омехта мекунанд, то массаи ҳамвор ва ҳар дафъа каме сусттар, хамирмонанд ҳосил шавад.
Барои иҷрои озмоиш хамираи омодашуда набояд аз ҳад ғафс ва на аз ҳад моеъ бошад, зеро ҳолатҳои консистенсияи хок, ки аз ҳад аз ҳадди ҷараён дур ҳастанд, барои ин озмоиш дақиқии заруриро намедиҳанд. Одатан қабул карда мешавад, ки агар шумораи зарбаҳо аз 10 камтар ё аз 50 зиёд бошад, озмоиш номуваффақ аст, аммо чунин ҳисобида мешавад, ки дақиқии озмоиш беҳтар аст, агар фосилаи ин ҳудудҳо 10-40 зарба бошад.
Қайд мешавад, ки мувофиқи як тартиб, ҳар дафъа баъд аз анҷоми гардондани дастак то ба ҳам расидани ҷӯяк дар дарозии 1 cm намуна дар косаи биринҷӣ фавран бо корд омехта карда мешавад ва боз сатҳи намуна дар коса ҳамвор карда мешавад, ҷӯяки нав бурида мешавад, баъд дастаки дастгоҳ гардонда мешавад. Ин тартиб то он вақт такрор карда мешавад, то се маротиба пай дар пай ҳангоми ба ҳам расидани ҷӯяк дар дарозии 1 cm ҳамон шумораи зарба ба даст ояд, ки ин шумора барои тартиби минбаъда ҳангоми муайян кардани ҳадди ҷараён қабул карда мешавад. Натиҷаҳои озмоишро ба диаграмма дар тақсимоти нимлогарифмӣ мегузорем (расм 2). Ба меҳвари абсцисса шумораи зарба дар тақсимоти логарифмӣ ва ба меҳвари ордината миқдори об дар фоизи вазни хушки намуна дар тақсимоти арифметикӣ гузошта мешавад. Азбаски дар ҳар як озмоиш миқдори об w гуногун аст, бинобар ин нуқтаҳои A, B, C ва D-ро мегирем, ки ба шумораи гуногуни зарба мувофиқанд, дар ҳоле ки шумораи зарба ҳар қадар камтар аст, ҳамон қадар миқдори об зиёдтар ва баръакс. Ҳангоми пайвастани ин нуқтаҳо мо хати рости моил ҳосил мекунем, ки дар он нуқтаи M барои 25 зарба ҷустуҷӯ мешавад. Миқдори обе, ки ба ин нуқта мувофиқ аст, ҳамчун ҳадди ҷараён wL қабул карда мешавад.
Sl. 2. Муайян кардани ҳадди ҷараён
Муайян кардани ҳадди пластикӣ
Намунаи хок, ки бо усули дар боло тавсифшуда омода мешавад, вале бо оби камтар, то ба ҳолати массаи пластикӣ қариб дар ҳолати сахтпластикӣ бошад, ба тӯбчаи тақрибан 2-3 cm3 ҷамъ карда мешавад, сипас бо кафи даст дар рӯи коғази оддӣ ё ҷаббанда ба силиндраи ғафсиаш 3 mm ғелонда мешавад. Агар намуна то ба ин ғафсӣ бе шикастан ғелонда шавад, он боз ба тӯбча ҷамъ карда шуда, ба ҳамин тарз ғелонда мешавад. Ин амал то он даме такрор мешавад, ки силиндр ҳангоми ғафсии 3 mm ба шикастан оғоз кунад. Он гоҳ силиндрҳои шикаста ба шишаҳои соатӣ гузошта шуда, миқдори об муайян карда мешавад. Ин миқдори об, ки бо фоизи вазни хушкшудаи намуна ифода меёбад, ба ҳадди пластикӣ wP мувофиқ аст.
Муайян кардани ҳадди ҷамъшавӣ
Расм 3. Муайян кардани ҳадди ҷамъшавӣ
Намунаи хокро бо оби дистиллятӣ ба тарзи дар Озмоиши муайян кардани ҳадди ҷараён тавсифшуда омехта мекунанд, то ки консистенсияи он тақрибан дар ҳадди ҷараён бошад, вақте ки ҳамаи ковокӣ бо об сер шудаанд. Сипас гулӯлачае сохта мешавад, ки онро аввал дар ҳаво, баъд дар хушккунак дар 105°C хушк мегузоранд. Ин тартиби пайдарпайи хушккунӣ барои пешгирӣ аз пайдо шудани кафидаҳо дар намунаи хушкшуда зарур аст, ки метавонистанд озмоишро халалдор кунанд. Дар оғоз вазни W1 намуна чен карда мешавад ва ҳаҷми V1-и он бо озмоиши фурӯ бурдан дар симоб муайян карда мешавад, баъд онро боз дар ҳаво ва сипас дар хушккунак бо гирифтани намуна дар фосилаҳои муайян, сард кардан дар эксикатор ва чен кардани вазни W2, W3, W4 ва ғайра ва ҳаҷми V2, V3, V4 ва ғайра муайян мекунанд. Бо ин роҳ муайян мешавад, ки дар як ҳолати намнокӣ ҳаҷми намуна аз кам шудан бозмемонад, ҳарчанд вазни он дар натиҷаи хушкшавӣ ҳанӯз ҳам коҳиш меёбад. Агар намуна дар ҳолати ибтидоии худ бо об сер бошад, яъне дар ковокии он ҳаво набошад, талафи об ҳангоми хушк кардани намуна то ҳадди коҳиш тақрибан ба камшавии ҳаҷми намуна мувофиқ аст. Баъд аз он хушккунӣ бе чен кардани ҳаҷм идома меёбад, то он даме ки намуна комилан хушк шавад, яъне то устувор шудани вазн. Он гоҳ миқдори об ба фоизи вазни хушки намуна барои ҳар як ченкунии ҳаҷм ва вазн муайян карда мешавад ва натиҷаҳои озмоиш ба диаграмма гузошта мешаванд (расм 3). Бо ин роҳ нуқтаҳои A, B, C, D ва E ба даст меоянд, ки онҳоро мепайванданд, ва одатан хатте бо шикасти тез дар минтақаи ҳадди коҳиш ҳосил мешавад. Дар нуқтаи шикаст S намнокии w ба даст меояд, ки ба ҳадди коҳиш W_S мувофиқ аст.
Муайян кардани капиллярият
Озмоиши муайян кардани баландии болоравии капиллярии об ба ду роҳ анҷом дода мешавад, яъне бо ченкунии мустақими баландии болоравии капиллярии об ва бо ченкунии ғайримустақим бо ёрии капилляриметр.
Озмоиши муайянкунии баландии капиллярӣ бо ченкунии мустақим
Аз намунаи халалёфта тақрибан 300 пунди хок гирифта мешавад, ки онро то 105°C хушк мекунанд, сипас пас аз хунук шудан ба хокае хеле майда майда мекунанд, бе майда кардани донаҳо. Хокаи ҳосилшуда ба қубури шишагӣ бо диаметри ø 25 mm, дарозиаш 1,5 - 2,5 m, ки аз ду тараф кушода аст, рехта мешавад; нӯги поёнии он пешакӣ бо пахтаи шишагӣ ё порчаи матоъ баста мешавад. Ба нӯги болоии кушода хокаи хушкшударо то баландии тақрибан 10 cm мерезем, баъд қубурро боло бардошта, онро ба замини чӯбӣ ё такягоҳи дигари чандир бо зарба меафканем, то даме ки нишасти хок дар қубур намоён шавад. Назорати нишасти хокаро бо нишонагузории хатҳо бо гичаи равғанӣ дар қубур анҷом медиҳем. Пас аз он боз 10 cm хока мерезем ва ҳамин тартибро такрор мекунем, то қубурро бо хокаи хушку фишурдашудаи намунаи хок, ки капиллярияти онро меомӯзем, пур кунем. Сипас поёни қубурро ба зарфи шишагӣ бо оби дистиллятсияи бетағйир ғӯтонда, бо шарте ки нӯги поёнии қубур набояд ба қаъри зарф такя кунад (расми 4). Қубури шишагиро бо тахтача ба шкала маҳкам мекунем, то ки ҳам қубур ва ҳам шкала амудӣ бошанд. Баъд аз ин болоравии обро дар қубур мушоҳида мекунем, ки онро аз рӯи ранг равшан шинохтан мумкин аст: намунаи хушк рангаш равшан, тар тира мебошад. Фосилаи байни сатҳи об дар зарф ва канори болоии намунаи тар баландии болоравии капиллярӣ hk-ро ташкил медиҳад.
Sl. 4. Муайян кардани баландии болоравии капиллярии об бо ченкунии мустақим
Озмоиш одатан баъд аз 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 ва ғ. соатҳо анҷом дода мешавад. Натиҷаҳои озмоишро ба диаграмма мегузоранд, ки абсциссаҳои он вақтро бо соат, ва ординатаҳо баландии болоравии капиллярии обро дар мм ифода мекунанд (рас. 5).
Дар маводи регдор болоравии капиллярӣ дар оғоз босуръат, баъд сусттар мешавад ва баландии ниҳоии болоравӣ зуд ба даст меояд. Дар маводи гилӣ болоравии капиллярӣ дар оғоз сусттар аст, вале тӯлонитар идома мекунад ва ба баландии хеле бештар мерасад.
Ин усули муайян кардани баландии капиллярӣ тӯлонӣ аст, махсусан дар хоки гилӣ. Ғайр аз ин, баландии болоравии капиллярӣ аз ҳарорати ҳаво ва инчунин аз намнокии он вобаста аст, бинобар ин зарур аст, ки ин омилҳо то ҳадди имкон доимӣ нигоҳ дошта шаванд.
Расм. 5. Диаграммаи болоравии капиллярии об дар хок, а-қум; b-ғубор; c-хоки гилӣ
Озмоиши муайян кардани баландии капиллярӣ бо ёрии капилляриметр
Якчанд капилляриметрҳои сохторҳои гуногун вуҷуд доранд, аз ҷумла капилляриметрҳои Бесков, Юргенсон ва Энгелхардт. Дар ин ҷо мо принсипи кори капилляриметри Бесковро шарҳ медиҳем, ки бештар истифода мешавад.
Ин озмоиш дар намунаҳои ноосебдида ё осебдида анҷом дода мешавад. Агар намуна осебдида бошад, он дар дастгоҳ дар ҳолати ҳадди ҷорӣ ворид карда мешавад.
Sl. 6. Капилляриметри Бесков
Капилляриметри Бескова аз ду зарф иборат аст (расм. 6), ки дар қисмҳои поёнии худ бо воситаи шланги резинии зиреҳпӯш ба ҳам пайваст шудаанд. Дар зарфи 1 намунаи хок ба пояи филтрӣ гузошта мешавад, дар ҳоле ки зери он зарф қисман бо оби дистиллшуда ва қисман бо симоб пур аст, ки дар қисми поёнӣ ҷойгир буда, тамоми шланги резинӣ ва қисми поёнии зарфи 2-ро низ пур мекунад. Дар оғози озмоиш сатҳи симоб дар ҳар ду зарф яксон аст. Сипас зарфи 2 ба поён фуроварда мешавад, ки дар натиҷа зери пояи филтрии зарфи 1 фишори паст ба вуҷуд меояд. Вақте ки ин фишори паст аз қувваҳои капиллярӣ дар намуна калонтар мешавад, ҳаво аз намуна ба пояи филтрӣ ворид мегардад ва сатҳи симоб дар ҳар ду зарф баъд аз он бо фурӯ бурдани зарфи 2 фавран баробар мешавад. Фарқи Hg байни сатҳи симоб дар як ва дар зарфи дигар ҳангоми баробаршавии фишори паст ва қувваҳои капиллярӣ, яъне бевосита пеш аз он ки ҳаво ба намуна ворид шудан оғоз кунад, ба баландии сутуни об табдил дода шуда ва ба баландии сутуни об h зери намуна зиёд карда шуда, баландии капиллярӣ hk-ро медиҳад. Азбаски симоб 13,6 маротиба вазнинтар аз об аст, пас баландии болоравии капиллярӣ hk чунин аст:
hk = 13,6 Hg + h
Муайян кардани гузаронандагии хок
Озмоиши лабораторӣ барои муайян кардани гузаронандагии хок бо ёрии дастгоҳҳои махсусе анҷом дода мешавад, ки пермеаметрҳо ном доранд. Конструксияҳои гуногуни пермеаметрҳо мавҷуданд, аммо онҳоро ба ду гурӯҳ ҷудо кардан мумкин аст: пермеаметрҳо бо фишори доимии об барои хокҳои донагии калон ва пермеаметрҳо бо фишори пастшавандаи об барои хокҳои донагии майда. Дар ҳар ду ҳолат озмоиш бо намунаҳои беталаф гузаронида мешавад.
Бо озмоиши лабораторӣ коэффисиенти гузаронии хок муайян карда мешавад, ки арзиши он дар ҳарорати муайян ифода мешавад, зеро часпакии об дар ҳароратҳои гуногун фарқ мекунад ва ин ба арзиши коэффисиенти гузаронандагӣ k таъсир мерасонад. Одатан коэффисиенти k дар ҳарорати t =10°C ифода карда мешавад. Аз ин рӯ, агар 10°C, ҳарорати об ҳангоми муайян кардани коэффисиенти k T аз t = 10°C фарқ мекард, пас арзиши он мувофиқи формула зерин ҳисоб карда мешавад:
k10oC = ηt /η10oC * kT
ки дар он ηt ва η10oC часпакии об дар ҳарорати кории T, яъне дар ҳарорати қабулшудаи t =10°C мебошанд.
kT арзиши бадастомадаи коэффисиенти гузаронандагии хок дар ҳарорати кории T.
Қиматҳои вискозитет барои ҳароратҳои гуногуни T дар ҷадвали 1 оварда шудаанд.
Озмоиш бо фишори доимии об
Расм. 7. Пермеаметр бо фишори доимии об
Барои ин озмоиш намунаи бевайроншудаи хок дар силиндраи металлии диаметраш D, баландии h, бо канори поёнии тезкардашуда, тавассути фурӯ бурдан ба хок ё ба намунаи калонтари бевайроншуда гирифта мешавад. Пас аз он ки сатҳҳои болоӣ ва поёнии намуна бо канорҳои силиндр ҳамвор карда мешаванд, намуна дар силиндр ба дастгоҳ (рас. 7) миёни филтри болоӣ ва поёнӣ гузошта мешавад. Филтри поёнӣ аз тори зич ва санги филтрӣ иборат аст, то гузариши об аз намуна имконпазир шуда, шуста шудани зарраҳои хок пешгирӣ карда шавад. Филтри болоӣ бидуни тӯр аст, зеро эҳтимоли шуста шудани зарраҳо камтар мебошад. Таъмини об ба намуна аз сатҳи N сурат мегирад, ки бо ёрии резишгоҳ доимӣ нигоҳ дошта мешавад, то фишори гидростатикӣ H доимӣ бошад. Таҳти ин фишор об аз намунаи ғафсиаш h гузашта, бо ёрии қубуре, ки ба қисми болоии дастгоҳ пайваст шудааст, ба мензуркаи шишагии M мерасад, ки дар он ҷо мечакад.
Ҳамин ки гузаштани об аз намуна ба мензур оғоз меёбад, соатҳои секундсанҷро ба кор меандозем ва миқдори оби q-ро, ки дар муддати t ба мензур мерезад, мушоҳида мекунем. Тибқи қонуни Дарси ин
q = k*A*t*i
ки дар он k коэффисиенти гузаронандагӣ дар см/с мебошад, A майдони буриши намуна, i нишебии гидравликӣ, i = H/h.
Аз муодилаи болоӣ мо k= qh/Ath [см/с] дорем.
Миқдори обе, ки аз намуна мегузарад, мо дар фосилаҳои алоҳидаи вақт аз оғози мушоҳида то анҷоми он мехонем, то ки ҳам миқдори ҷудогона ва ҳам миқдори умумии обе, ки аз намуна гузаштааст, дошта бошем.
Барои аз байн бурдани ҳубобҳои ҳаво дар намуна ва дар об, ки метавонанд ба натиҷаҳои нодурусти озмоиш оварда расонанд, зарур аст, ки пеш аз озмоиш намуна дар ҳолати сершуда бошад, инчунин барои анҷоми озмоиш аз оби ҷӯшонида ё ҳадди ақал аз оби истода истифода бурда шавад.
Ба ҷойи дастгоҳи дар боло тавсифшуда, ки ба фишори гидростатикӣ аз сабаби фарқи сатҳи об H асос ёфтааст, дастгоҳҳое низ мавҷуданд, ки дар онҳо фишори гидростатикӣ тавассути фишори ҳаво аз 10 то 15 kp/cm2 ҳосил мешавад ва бо ёрии компрессор доимӣ нигоҳ дошта мешавад.