Как найти гигроскопическую влажность

Гигроскопическая
вода — это молекулы пара, сорбированные
сухой почвой из атмосферы. Свойство
почвы сорбировать парообразную воду и
прочно удерживать на поверхности своих
частиц называется гигроскопич­ностью.
Гигроскопическая вода удерживается на
поверхности почвенных частиц очень
высоким давлением, поэтому она неподвижна
и называется прочносвязанной.

Содержание
гигроскопической воды определяется в
воздушно-сухой почве, т.е. в такой, которая
не содержит других воды, кроне
гиг­роскопической (присутствующая
химически связанная вода практического
значения не имеет, поэтому её можно не
учитывать).

Количество
гигроскопической воды в почве зависит
от механического состава почвы, а также
от относительной влажности воздуха.
Чем выше дисперсность, гумусность почвы
и относительная влажность воздуха, тем
больше гигроскопичность данной почвы.
Содержание гигроскопической во­ды в
почве определяют высушиванием
воздушно-сухой почвы при температуре
105°С до абсолютно-сухого состояния.
Ход
работы

Стеклянные
или металлические бюксы высушить при
температуре 105°С
в сушильном шкафу,
охладить в эксикаторе и взвесить на
аналитических
весах.

В
высушенный и взвешенный бюкс насыпать
5-10 г (для тяжелых почв
меньше, для
легких — больше), измельченной и просеянной
через сито I мм
почвы, взвесить на
аналитических весах.

Поместить
бюксы с почвой в сушильный шкаф при
температуре 115°С
на 5-6 часов. Если в
почве нет гипса, то можно сушить при
температуре
150°С 45 мин.

По
окончании сушки бюксы с почвой закрыть
крышками и поставите в
эксикатор для
охлаждения.

Взвесить
охлажденные бюксы с почвой и поместить
их в сушильный
шкаф на контрольную
сушку в течение 2 часов.

Охладить
бюксы с почвой и провести контрольное
взвешивание. Если
масса после второй
сушки не изменилась или отличается от
предыдущей
не более чем на 1 мг,
высушивание закончить. В противном
случае высушивание повторить. Разница
в массе не должна превышать 1 мг.

Вычислить
процент гигроскопической воды по
формуле:

где

X
— гигроскопическая вода, % от массы
абсолютно-сухой почвы;

А
— масса испарившейся воды, г;

В
– масса абсолютно-сухой почвы, г.

Вычислить
коэффициент гигроскопичности (КГ) по
формуле:

,
где

X
— гигроскопическая вода, %.

Коэффициент
гигроскопичности используют для
пересчета результатов
анализа
воздушно-сухой почвы на абсолютно-сухую.
Умножая результаты
различных анализов
воздушно-сухой почвы на кг, получают
процентное
содержание их от массы
абсолютно-сухой почвы.

Подученные
данные запись тетрадь по форме:

Горизонт, глубина образца, см	№ бюкса	Масса, г	Гигроскопическая влага, %	кг
бюкса	До сушки	После сушки	Абсолютно-сухой почвы	Испарившейся воды
1 взв.	2 взв.

4.2. Определение максимальной гигроскопической влаги и влажности завядания растений

Количество
адсорбированной конденсированной воды,
которое поглощает
сухая почва из
воздуха, находившегося в состоянии,
близкой к насыщению (96-98%), соответствует
величине максимальной гигроскопической
влажности (МГ). Этой величиной пользуются
для вычисления влажности завядания
растений, т.е. влажности почвы, при
которой начинается устойчивое завядание
растений. Влажность завядания (ВЗ) равна
полуторной – двойной максимальной
гигроскопической влажности. ВЗ
определяется также биологическим
методом (метод проростков).

Величину
максимальной гигроскопической влажности
определяют адсорбционным методом,
насыщая почву парами воды над насыщенным
раствором
К2SO4.

Ход
работы.

Взвесить
на аналитических весах 5-10 г воздушно-сухой
почвы для
почв гумусных и тяжелого
механического состава (10-15 для легких
суглинков и почв, бедных гумусом. и 20 г
для песчаных почв и песков) и
поместить
в предварительно взвешенные бюкс.

Налить
на дно эксикатора насыщенный раствор
К2SO4
(150 г соли растворить в 1 Л дистиллированной
воды.

Поместить
на дырчатую фарфоровую пластинку в
эксикатор почву в
бюксе с открытой
крышкой.

Поставить
эксикатор в темное место с относительно
постоянной температурой на 4-5 дней.

Взвесить
бюкс с почвой и снова поставить в
эксикатор на 5-6 дней, затем взвесить и
т.д. Насыщение почвы влагой вести до
постоянной массы или тех пор, пока
разница между предыдущей массой не
будет превышать 0,005 г. Длительность
несения — около месяца.

Высушить
почву в бюксе в сушильном шкафу при
температуре 105 °С до постоянной массы.

Поместить
бюкс с почвой (закрытый крышкой) в
эксикатор с хлористым
кальцием для
охлаждения.

Взвесить
бакс с почвой и вычислить процент
максимально гигроскопической влаги по
формуле:

МГ
— максимальная гигроскопичность, %

А
— масса пустого бюкса, г.

В
— масса бюкса с почвой после насыщения,
г

С
— масса бюкса с почвой после высушивания,
г.

Полученные
данные записать в рабочую тетрадь по
следующей форме:

№ бюкса	Масса бюкса, г	МГ, %
пустого	до насыщения	после насыщения влагой (дата)	абсолютно-сухой почвы	после сушки

Вычислить
влажность завядания растений (ВЭ),
учитывая, что ВЗ = 1,5 (2,0) МГ. В
гидрометеорологической службе BЗ
определяют умножением МГ на коэффициент
1,34.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Влажность грунта

Влажность – это количество воды, находящееся в порах грунта. Она определяется в процентах, долях единицы или абсолютных цифрах. В этой статье речь пойдет о естественной влажности. Мы также рассмотрим некоторые другие показатели, которые используются на практике.

Что такое естественная влажность

Естественная влажность – это характеристика грунта в его природных условиях. Она определяется для заданного объема образца по соотношению массы воды к массе высушенного грунта.

В верхних горизонтах грунтового массива влажность меняется в зависимости от времени года и погоды. В большинстве случаев воды здесь меньше, чем в нижних слоях. Но влажность может увеличиваться весной или после интенсивных осадков.

В нижних горизонтах влажность довольно стабильная. Она зависит от уровня водоносного горизонта, плотности и пористости самого грунта. На показатель мерзлых грунтов также влияет температура.

Установлена зависимость влажности от ряда особенностей грунта. Песок и крупнообломочный грунт хорошо пропускают воду. Она не задерживается, проходит весь массив вплоть до грунтовых вод. Это снижает показатель.

В глинистых и пылеватых грунтах много закрытых пор, из которых влага не испаряется. Мелкие частицы связывают воду. Поэтому жидкость в таких грунтах задерживается, что способствует набуханию и морозному пучению.

Гумус и органические останки также способны впитывать и связывать воду. Для почвы это положительное качество. В воде растворяются питательные элементы, после чего они становятся доступными для растений.

Ниже перечислены некоторые характеристики грунтов, зависящие от влажности:

• Несущая способность
  При повышении влажности несущая способность грунтов падает. В дисперсных грунтах уменьшается сила трения между частицами, они смещаются. Глина переходит в пластичное или текучее состояние, становится более чувствительной к давлению и нагрузкам, в ней возникают необратимые деформации. Влажность почти не влияет на несущую способность скальных грунтов, так как связи между их элементами прочные, не ослабевают под воздействием воды.
• Плотность
  При увеличении влажности плотность грунта сначала повышается, а затем падает. Глинистые, пылеватые и мелкие песчаные грунты становятся текучими. В скальных грунтах жидкость заполняет мелкие поры и трещины, что также способствует повышению плотности.
• Просадочность и сжимаемость
  Наиболее выраженное проседание под влиянием влаги у лёссовидных грунтов и пылеватых песков. Глина, наоборот, увеличивается в объеме при переувлажнении, но сжимается в сухом состоянии. Все это следует учитывать во время строительства зданий на глинистых и лёссовидных грунтах. Чтобы они не деформировались, необходимо делать гидроизоляцию под фундаментом или укреплять основание другим типом грунта (крупнозернистым песчаным, гравелистым, скальным).
• Прочность
  У большинства увлажненных грунтов прочность падает. В первую очередь это касается глины, лёсса, пылеватых песков. Под влиянием воды разрушаются коллоиды, грунт утрачивает связность, становится пластичным или текучим. Также падает прочность грунтов с высоким содержанием растворимых солей. Влажность практически не влияет на прочностные характеристики скалы из магматических или метаморфических пород.
• Набухаемость и морозное пучение
  Эти характеристики напрямую зависят от влажности. Набухаемостью обладают глины. При попадании воды в массив она связывается с глинистыми минералами, между зернами образуется толстая пленка, мешающая их сближению. В результате объем грунта увеличивается.
  Морозное пучение присуще любому грунту. При замерзании вода расширяется, что ведет к увеличению объема. У глины, лёсса, мелкого и пылеватого песка это явление более выражено из-за высокой влажности, чем у крупнообломочных и гравелистых грунтов.
• Плодородие
  Влажность – одна из основных характеристик, обеспечивающих плодородие. Вода является средой для роста и размножения микроорганизмов, в ней растворяются все питательные элементы. При низкой влажности они становятся недоступными для растений. Высокая влажность затрудняет доступ кислорода в грунт, способствует развитию гнилостных бактерий и грибков, может привести к гибели корней. Для каждого вида растений существует своя оптимальная влажность – одни могут расти на болотах, другие в условиях пустыни.

Дальше вы узнаете, какие показатели влажности наиболее важны при определении качеств грунта.

Типы влажности

При изучении характеристик грунта важно знать не только его естественную влажность. Ведь этот показатель не полностью отображает характеристики грунта.

Для практических целей определяются еще несколько типов влажности:

• Весовую
• Объемную
• Относительную
• Гигроскопическую
• Оптимальную
• Допустимую
• На границе раскатывания
• На границе текучести
• Влажность набухания
• Влажность на пределе усадки

Детальную информацию об этих показателях вы найдете в следующей части текста.

Весовая влажность

Весовая влажность – это соотношение массы воды в грунте к массе сухого вещества. В отличие от естественной влажности показатель может определяться в дополнительно увлажненных или подсушенных грунтах. Он не всегда отвечает характеристикам в природных условиях.

Расчеты весовой влажности проводят по формуле:

Результат выражается в процентах (тогда его умножают на 100) или долях единицы.

Весовая влажность изменяется от 0 (абсолютно сухой грунт) до бесконечности. В некоторых грунтах (например, торфяных) вода может весить значительно больше, чем сухой грунт в пробе определенного объема. Поэтому показатель в них иногда достигает 1 000-3 000% и больше (10-30 единиц).

Весовая влажность демонстрирует, сколько воды находится в грунте, как это количество соотносится с твердой частью материала. Но по весовой влажности невозможно узнать, насколько поры заполнены водой. Показатель используется для расчетов относительной влажности.

Объемная влажность

Объемная влажность – это соотношение между объемом воды и объемом всех трех фаз грунта (твердой, жидкой и газообразной).

Вычисляется она по формуле:

Выражается объемная влажность, как и весовая, в долях единицы или процентах. Минимальное значение у абсолютно сухого грунта – 0, максимальное не превышает 100% (у полностью водонасыщенного грунта).

Объемная и весовая влажность согласуются между собой формулой, учитывающей плотность грунта:

Объемная влажность, как и весовая, используется для расчета относительной влажности.

Относительная влажность

Этот показатель также называют степенью водонасыщенности или коэффициентом влажности. Он демонстрирует, насколько грунтовые поры заполнены жидкостью.

Определяют относительную влажность по формуле:

По этому показателю грунты разделяются на несколько типов:

• Маловлажные (Sr от 0 до 0,5) – водой заполнены меньше 50% пор
• Влажные (Sr от 0,5 до 0,8) – водой заполнены от 50% до 80% пор
• Водонасыщенные (Sr больше 0,8) – водой заполнены больше 80% пор

Такая классификация относится в основном к пескам и крупнообломочным грунтам. В глинах и лёссах много связанной воды и мелких капилляров, поэтому относительная влажность не полностью отображает степень заполнения пор жидкостью.

Относительная влажность демонстрирует насыщенность грунта жидкостью. По этому показателю можно судить о других свойствах материала – сжимаемости, прочности, склонности к усадке, набухаемости, несущей способности. Зная относительную влажность, легче планировать дальнейшие действия по усовершенствованию качеств грунта – стоит ли дополнительно увлажнять его или, наоборот, просушивать с помощью рыхления, уплотнения, дренирования.

Гигроскопическая влажность

Гигроскопической называют влажность высушенной при 105-107°С пробы. На частицах конденсируется вода из атмосферы. Показатель зависит от влажности воздуха. На него также влияет дисперсность грунта. Поверхность конденсации у мелких зерен больше, чем у крупных. Они улавливают больше парообразной воды, что повышает гигроскопическую влажность.

Гигроскопическая влажность дает представление о поглотительной способности и влагоемкости грунта, его гранулометрическом составе. Показатель также дает представление о количестве связанной воды в грунте, так как большая часть влаги из воздуха вступает в прочный контакт с твердыми частицами.

Оптимальная влажность

Грунт с оптимальной влажностью максимально уплотняется при заданной внешней нагрузке. Определяется показатель в лабораторных условиях. Сухой образец постепенно увлажняют и утрамбовывают прибором стандартного веса.

В процессе опыта составляют график. У связных грунтов он имеет форму дуги. При увеличении влажности плотность сначала возрастает, а затем начинает снижаться. Числовое значение параметра в верхней точке и называется оптимальной влажностью.

У несвязных грунтов (песчаных, гравелистых) подобная закономерность не всегда выражена. Их трамбуют и увлажняют до тех пор, пока на поверхности не начнет появляться жидкость. Такой момент называется точкой отжатия воды. Оптимальной считается влажность на 1-1,5% ниже этой точки.

Для вашего удобства мы привели стандартные значения оптимальной влажности для разных типов грунтов:

• Крупнообломочный щебенистый – 3-5%
• Дресва – 5-7%
• Песок гравелистый – 4-6%
• Песок крупный – 6-8%
• Песок средний – 8-10%
• Песок мелкий и пылеватый – 10-14%
• Супесь – 9-15%
• Суглинок легкий – 12-16%
• Суглинок тяжелый – 16-22%
• Глина – 18-26%

Не у всех грунтов оптимальной является естественная влажность. При перевозке большинство материалов пересыхает, поэтому перед трамбовкой их приходится увлажнять. Если влажность грунта выше, его разрыхляют и оставляют просохнуть.

Допустимая влажность

При такой влажности грунт уплотняется до определенной допустимой величины, которая регламентируется коэффициентом уплотнения. Определяют ее долями от оптимальной влажности.

В таблице даны цифры допустимой влажности для основных типов грунтов при разных коэффициентах уплотнения.

Влажность на границе раскатывания

Показатель актуален для пластичных грунтов (глинистых, суглинистых, реже супесчаных). После впитывания определенного количества жидкости они обретают пластичные свойства – меняют форму под давлением и сохраняют ее после снятия нагрузки.

При увлажнении между глинистыми частицами, молекулами воды и растворенных в ней солей возникают коллоидные связи. В это же время расстояние между отдельными элементами грунта увеличивается. Он становится более чувствительным к необратимым деформациям. Когда влажность снижается, связи разрушаются. Грунт твердеет и при нагрузке распадается на куски.

Влажность на границе текучести

При увеличении влажности глины и суглинки становятся полужидкими (текучими). Частицы взвешены в большом объеме воды. Грунт превращается в массу, не способную поддерживать определенную форму. Минимальное количество воды, при котором грунт обретает такие свойства, называется влажностью на границе текучести.

Влажность на границе раскатывания и текучести определяют при изучении пластических свойств глинистых грунтов. Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье Пластичность грунта.

Влажность набухания

Глинистые грунты способны набухать (увеличиваться в объеме) при увлажнении. Количество жидкости, которое нужно добавить для максимального расширения грунта в замкнутом с боков сосуде, называется влажностью набухания.

Для максимального приближения эксперимента к естественным условиям образец нагружают сверху. Это имитирует давление фундамента. В ходе такого исследования определяется влажность набухания для разных по силе нагрузок.

Показатель демонстрирует, насколько грунт склонен к набуханию и при какой влажности происходит это негативное явление. Определяют характеристику при планировании строительства зданий или прокладке дорог на глинистых грунтах. В зависимости от влажности набухания проектируют дренаж и гидроизоляцию. В некоторых случаях необходимо проводить частичную замену грунта или вообще переносить строительство на другой участок.

Влажность на пределе усадки

Влажность влияет на усадку глинистых грунтов. Под давлением сначала удаляется вода из крупных пор, и усадка идет медленно. На следующем этапе процесс ускоряется, так как из средних и мелких пор вытесняется больший объем воды. После этого процесс резко замедляется или вовсе прекращается. Остаток воды в грунте на этот момент называется влажностью на пределе усадки.

Определив влажность основания под фундаментом, можно узнать, будет ли он еще давать усадку. Но перед этим следует исследовать грунт с конкретного участка в лаборатории.

О способах определения влажности вы прочитаете в следующей части статьи.

Методы определения влажности

Выбор метода зависит от технических возможностей, разновидности грунта и типа влажности.

На практике чаще всего применяются:

• Высушивание проб до постоянной массы
• Определение гигроскопической влажности
• Определение влажности мерзлых грунтов
• Определение влажности с помощью влагометра
• Определение влажности на границе раската
• Определение влажности на границе текучести

Детальнее об этих методах мы расскажем в продолжении текста.

Метод высушивания проб до постоянной массы

Для исследования понадобятся:

• Образец грунта 15-20 г
• Высушенный чистый стакан
• Шкаф для сушки
• Аналитические весы

Сначала на весы ставят пустой стакан с крышкой. Потом его заполняют землей, снимают крышку и вместе с ней ставят в сушильный шкаф. Просушивают образец при 105-107°С. Загипсованные грунты можно сушить при 80°С.

Время сушки зависит от типа грунта:

• Песчаные – 3 часа
• Загипсованные – 8 часа
• Остальные – 5 часа

После завершения процедуры грунт опять взвешивают, затем просушивают еще 2 часа (песчаный 1 час). Действие повторяют, пока разница между весом после просушки не будет составлять меньше 0,02 г. Масса органических почв иногда увеличивается после просушки. Тогда для исследования берут минимальное значение.

Дальше влажность вычисляют по формуле:

Влажность выражена в процентах. Если не умножать показатель на сто, мы получим результат в долях единицы.

Метод используется, прежде всего, для определения весовой влажности. Но его можно применить и для других показателей, которые были описаны выше.

После завершения испытания определяют объемную и относительную влажность. Предварительно исследуют плотность грунта и его твердых частиц, вычисляют коэффициент пористости. Детальнее об этих показателях вы можете прочитать в соответствующих статьях на нашем сайте.

Определение гигроскопической влажности

При исследовании пользуются той же аппаратурой, что и в предыдущем случае. Берут 10-20 г грунта и доводят до абсолютно сухого состояния. Затем образец растирают и пропускают сквозь сито с сеткой № 1 (диаметр ячеек 1 мм). Затем его оставляют на 1-2 часа на открытом воздухе.

Когда проба впитает влагу из воздуха, ее засыпают в сухой стакан, закрывают крышкой и взвешивают. После этого образец еще раз высушивают и ставят на весы. Гигроскопическую влажность определяют по формуле, описанной в предыдущей части статьи.

Определение влажности мерзлого грунта

Вода в мерзлых грунтах может иметь жидкую либо твердую форму. Их естественная влажность всегда большая, часто на уровне полного водонасыщения.

Существует несколько разновидностей влажности мерзлого грунта:

• Суммарная (за счет льда и воды)
• Между включениями льда
• За счет мерзлой воды
• За счет ледяных включений
• За счет льда в порах

Экспериментальным путем определяется суммарная влажность. Остальные виды вычисляют в редких случаях по специальным формулам (еще реже – выявляют экспериментально).

Для определения суммарной влажности берут образец грунта массой 3 кг. Его помещают в сухую тару определенной массы. Мерзлый образец взвешивают вместе с емкостью, затем ждут, пока он оттает. При оттаивании глинистый грунт переходит в текучее состояние, песчаный обретает полное насыщение водой.

Грунтовую жижу хорошо перемешивают и отбирают образец для определения влажности методом высушивания образца до постоянной массы.

Суммарную влажность вычисляют по формуле:

Определение влажности влагометром

В полевых условиях показатель можно определить влагометром. Это электронное устройство с датчиком-щупом, который опускается в грунтовый массив на различную глубину. Длина датчика – 20 см. Прибор измеряет влажность в точке соприкосновения щупа с грунтом. Данные показываются на экране.

Прибор определяет абсолютную и относительную влажность. Но его показания не всегда точные. Чаще всего его используют в сельском хозяйстве – в теплицах, на полях и огородах. На строительном участке влагометром также можно воспользоваться, если необходимости получать предельно точные показатели нет.

Определение влажности на границе раската

Для определения показателя берут грунт с естественной влажность весом 300 г. Его измельчают и протирают сквозь сито №1 и оставляют в закрытом сосуде на 2 часа. Затем образец просушивают и растирают в порошок, после чего опять просеивают через сито.

К полученному порошку примешивают дистиллированную воду, чтобы получить однородную пасту. Ее раскатывают на стекле или пластмассовой пластине в жгут (шнур) толщиной 3 мм. Длина шнура не должна быть больше ширины ладони.

Готовый жгут сминают в комок и опять раскатывают. Проводят процедуру до тех пор, пока образец не начнет распадаться на короткие сантиметровые кусочки. Затем их собирают в сухой стакан. Когда соберется 15-20 г, определяют влажность.

Определение влажности на границе текучести

В этом случае проводят такую же предварительную подготовку образца, как в предыдущем. Из высушенного грунта готовят мягкую пасту, тщательно перемешивая ее шпателем с дистиллированной водой. Затем пробу перекладывают в цилиндр и подносят к балансирному конусу (металлическому предмету, подвешенному на нитках к штативу). Острый конец должен касаться поверхности грунтовой пасты. Затем его опускают так, чтобы он погружался в пробу под действием собственного веса. Когда конус опустится в грунт на 10 мм за 5 секунд, влажность достигла границы текучести.

Если время опускания больше 5 секунд, пасту вынимают из цилиндра и повторно смешивают с дистиллированной водой, после чего повторяют опыт. Если конус опускается слишком быстро, грунт подсушивают на открытом воздухе. Влажность по завершении испытания определяют методом высушивания образца.

Определение влажности – важный этап геодезических исследований. Чтобы изучить состояние всего массива, пробы берут в нескольких местах и на разной глубине. Затем их отправляют в лабораторию. Для самостоятельного определения показателя можно воспользоваться влагометром. Он будет полезен в первую очередь на дачном участке при изучении свойств плодородной почвы. Но прибор может пригодиться и во время проектировки фундамента небольшого здания. Ведь геодезия стоит дорого, и не всегда имеет смысл ее заказывать.

Термин влажности грунта приведен в ГОСТ 30416-2012 «Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения»:

Естественная влажность грунта — это отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы (обозначается — w).

Гигроскопическая влажность — это влажность грунта в воздушно-сухом состоянии, т.е. в состоянии равновесия с влажностью и температурой окружающего воздуха (обозначается — w_g)

Влажность грунта (в том числе гигроскопическую) определяют в соответствии с разделом 5 «Определение влажности (в т.ч. гигроскопической) грунта методом высушивания до постоянной массы» ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

Расчет влажности ведется по формуле 1 п.5.4 ГОСТ 5180-2015:

w=100 (m₁-m₀)/(m₀-m), где

m₁— масса влажного грунта с бюксом в  граммах;

m₀— масса высушенного грунта с бюксом в граммах;

m — масса пустого бюкса, г.

Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.

Приведем требования ГОСТ 5180-2015, которые касаются требований к проведению испытания на определения влажности (п.5.2 и п.5.3):

5.2 Подготовка к испытанию

5.2.1 Пробу грунта для определения влажности отбирают массой 15-50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный (m) и пронумерованный бюкс и плотно закрывают крышкой. При отборе пробы из образца нарушенной структуры грунт нужно тщательно перемешать, чтобы влажность распределилась по образцу равномерно. Если в исследуемом грунте присутствуют включения, то при отборе пробы на влажность нужно удалить все видимые включения.

5.2.2 Пробу грунта для определения гигроскопической влажности   грунта массой 15-20 г следует отбирать методом квартования по ГОСТ 8735 из грунта в воздушно-сухом состоянии, растертого, просеянного сквозь сито с сеткой 1 мм и выдержанного открытым не менее 2 ч. при данных температуре и влажности воздуха.

5.3 Проведение испытания

5.3.1 Пробу грунта в закрытом бюксе взвешивают.

5.3.2 Открытый бюкс помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при температуре (105±2)°С.

Загипсованные грунты высушивают при температуре (80±2)°С.

5.3.3 Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные — в течение 5 ч.

Последующие высушивания песчаных грунтов производят в течение 1 ч, а остальных — в течение 2 ч.

5.3.4 Загипсованные грунты высушивают в течение 8 ч. Последующие высушивания проводят в течение 2 ч.

5.3.5 После каждого высушивания закрытый бюкс охлаждают до температуры помещения и взвешивают.

Высушивание проводят до получения разности масс грунта с бюксом при двух последующих взвешиваниях не более 0,02 г.

5.3.6 Если при повторном взвешивании грунта, содержащего органические вещества, наблюдается увеличение массы, то за результат взвешивания принимают наименьшую массу.

Удельный вес грунта в соответствии с ГОСТ

Коэффициент постели грунта (понятие и средние значения)

Влажность грунта – это процентное содержание воды в образце грунтового основания. Данный показатель определяется на основании полевых или лабораторных испытаний, от него зависит пригодность грунта к размещению на нём объекта капитального строительства с проектными параметрами. После определения влажности грунта, проектировщик принимает решение о необходимости строительного водопонижения, устройства дренажных систем или выполнении других инженерно-технологических мероприятий. Данный параметр является неотъемлемой частью отчёта об инженерно-геологических испытаниях на площадке строительства. Ниже подробно описывается типы влажности почвы, а также базовые методы определения этого параметра разными доступными способами.

Типы влажности

Согласно научным исследованиям последних лет, на практике выделяется несколько типов влажности грунтов, каждый из которых подробно описывается далее.

Весовая влажность

Самый явный показатель степени влажности грунта, который подразумевает отношение веса воды в образце к массе сухих частиц в основании. Данный параметр может рассчитываться не только в естественных условиях, но также и в дополнительно увлажнённых или подсушенных почвах.

Формула определения весовой влажности:

W = m_w / m_d, где

W – искомая величина, показатель весовой влажности основания.

m_w – масса влажного образца.

m_d – масса частиц сухого образца.

Результат расчёта может быть выражен в долях от единицы, от 0, то есть, полностью сухой грунт, до бесконечности, гипотетическая величина абсолютно влажного основания, например, для торфяных почв, либо в %, и, в таком случае, полученный параметр умножается на 100%.

Данный параметр часто используется для точного расчёта относительной влажности грунта.

Объёмная влажность

Данный параметр представляет собой отношение между объёмом водной среды, содержащейся в грунтовом основании в естественных условиях и объёмов каждой из трёх возможных агрегатных состояний почвы – твёрдого, жидкого или газообразного, рассчитывается по следующие формуле:

W_v = V_w / V_toi, где

W_v – искомый параметр, объёмная влажность почвы

V_w – объём воды в порах грунтового основания.

V_toi – общий объём материала.

Также, как и в предыдущем случае, данная величина W_v выражается в безразмерном числе от 0, но всегда меньше 1, так как значение не может превышать 100%. Допускается также умножить полученный показатель на 100%, чтобы получить значение W_v в %-ном выражении.

Следует также учесть, что существует взаимосвязь между объёмной и весовой влажностью, которая выражается следующей формулой:

W_v x r_w = W x r_d,

где W_v – объёмная влажность.

W – весовая влажность.

r_w – объёмный вес воды в порах грунта.

r_d – объёмный вес скелета из твёрдых частиц грунта.

Учитывая зависимость данных показателей, они также всегда учитываются при расчёте относительной влажности грунтового основания.

Относительная влажность

Данный параметр также часто называется степенью водонасыщенности, либо показателем влажности грунтового основания. Этот параметр как поры в структуре почвы заполнены водой и определяется по следующей формуле:

S_r = W_n / n.

W_n = W x r_d.

n = e x r_w, где

S_r – искомый показатель, относительная влажность грунта.

W_n – объёмная влажность почвы.

W – весовая влажность почвы.

n – показатель пористости почвы.

е – показатель коэффициента пористости грунтового основания.

r_w – объёмный вес воды в порах грунта.

r_d – объёмный вес скелета из твёрдых частиц грунта.

Согласно данному расчёту и экспериментальному способу определения относительной влажности, данный показатель характеризует следующие параметры:

Если S_r определяется в пределах от 0 до 0,5, это означает, что водой заполнены до 50% пор в скелете грунта, то есть, такая почва считается маловлажной.

В случае, если S_r составляет от 0,5 до 0,8, заполняемость пор определяется от 50% до 80%, и грунт является влажными.

Если S_r свыше 0,8, то есть, водой заполнены более 80% пор, то такая почва называется влагонасыщенной.

Следует учесть, что относительная влажность грунта, прежде всего, применима к песчаным и крупнообломочным породам, так как в пластичной почве, лёссовом или глинистом основании располагается множество зарытых микроскопических пор, куда ограничен доступ воды, и показатель относительной влажности здесь не может отобразить всю полноту картины.

Именно на основании относительной влажности, определяется степень сжимаемости грунтового основания, что позволяет быстро рассчитать осадку основания под воздействием массы капитального сооружения. Данный параметр незаменим при формировании отчёта об инженерно-геологических изысканиях, а также при разработке начальной стадии проектной документации.

Гигроскопическая влажность

Показатель гигроскопической влажности – это такой параметр влагонасыщения и процентного содержания водяных паров в грунтовом основании, который определяется при высушивании образца под воздействием температуры до 105 – 107 ^оС. Это означает, что даже в высушенном состоянии, параметр гигроскопической влажности будет отличен от нуля, так как на частицах грунта, в зависимости от их размеров и удельной площади поверхности, осаждается конденсат из атмосферы, что всегда увлажняет рассматриваемый материал.

Таким образом, гигроскопическая влажность предоставляет необходимые сведения о способности грунта поглощать влагу из воздуха, а также о гранулометрической структуре материла. Здесь важно также определить количество связанной влаги в почве, потому что вода, конденсируемая из воздуха, реагирует с твёрдыми частицами скелета основания, когда осаждается на их поверхности.

Оптимальная влажность

Показатель оптимальной влажности грунта – это способность грунта максимально уплотняться под воздействием внешней нагрузки для достижения требуемой проектной прочности, несущей способности. Данный параметр может быть определён только на лабораторных стендах, когда пробу грунтового основания поэтапно насыщают водой с одновременным трамбованием на гидравлическом прессе или на трёхосновом компрессионном устройстве.

По мере уплотнения влагонасыщенного грунта, оформляется графическая кривая, которая в идеальном виде представляет собой дугу с постоянной кривизной. Таким образом, при первоначальном сжатии, структура грунта становится более плотной, а затем показатель объёмного веса начинает подать. Момент, когда при конкретном показателе влагонасыщения, грунт обретает максимальную плотность, называется оптимальной влажностью его структуры.

В случае работы с песчаными, гравелистыми или крупнообломочными грунтами, не обладающими нужной степенью пластичности, данная зависимость выражается несколько в ином виде – основание трамбуется до тех пор, пока поры не сокращаются и на поверхности образца не начинает появляться свободная вода, что по-научному называется точкой отжатия. Для таких грунтов оптимальной влажностью является показатель давления на поверхность основания, который на 1% или 2% ниже, чем точка отжатия.

Согласно эмпирическим исследованиям в лабораторных условиях, оптимальным показателем влажности считаются следующие значения для различных типов грунтового основания:

Щебень – от 3% до 5%.

Дресва – от 5% до 7%.

Крупнозернистый гравелистый песок – от 4% до 6%.

Крупнозернистый песок – от 6% до 8%.

Среднезернистый песок – от 8% до 10%.

Мелкие и пылеватые пески – от 10% до 14%.

Супеси – от 9% до 15%.

Лёгкие суглинистые почвы – от 12% до 16%.

Тяжёлые суглинистые почвы – от 16% до 22%.

Глинистые почвы – от 18% до 26%.

Далеко не для каждого грунтового основания определяется степени влажности грунта в естественном состоянии, которая является оптимальной. Таким образом, когда на объект доставляется искусственное грунтовое основание, используемое в качестве подстилающей песчано-гравийной подушки, влага из него испаряется, и перед трамбовкой, такая почва требует дополнительного увлажнения, чтобы добиться максимальной плотности будущего несущего основания.

Допустимая влажность

Данный параметр является частью оптимальной влажности, при которой грунт подвергается уплотнению под внешними нагрузками до предельно допустимого показателя, зависящего от коэффициента уплотнения структуры материала.

Показатели допустимой влажности для разных типов грунтового основания подробно приводятся ниже:

Пески пылеватые, супеси лёгкие с крупным гранулометрическим составом – от 0.85 до 1,6.

Пылеватые лёгкие супеси с предельно малыми частицами – от 0,85 до 1,6.

Плотные пылеватое тяжёлые супеси, лёгкие пластичные суглинки – от 0,9 до 1,5.

Тяжёлые суглинистые почвы и глины – от 0,09 до 1,3.

Рассматриваемые показатели выражаются в долях от оптимальной влажности, то есть, являются безразмерными величинами, при коэффициенте уплотнения от 0,9 до 1,0.

Влажность на границе раскатывания

Данный параметр определяется только для глин, суглинков или пластичных супесей, которые обладают вяжущими свойствами и способны раскатываться без нарушения связной структуры. Показатель влажности на границе раскатывания определятся, когда структура грунтового основания, при её насыщении водой, начинает менять форму после приложения нагрузки, а, после снятия давления, сохраняют новую структуру данного материала.

Влажность на границе текучести

Данный показатель влажности незаменим при исследовании свойств пластичности глин. Когда влажность глинистой почвы возрастает, структура становится текучей, твёрдые частицы пребывают во взвешенном состоянии при добавлении большого количества воды. Такой грунт даёт осадку под действием гравитационных сил и более не способен удерживать форму. Когда образец при увеличении начинает достигать такого состояния, это называется пределом текучести, и количество воды, в таком случае, является показателем влажности для данного состояния материала.

Влажность набухания

Все глинистые грунты при добавлении влаги начинают увеличиваться в объёме, или набухать. Параметр влажности набухания – это объём воды, который нужно добавить в структуру грунтового основания для начала его увеличения в объёме в ёмкости с жёсткими боковыми стенками.

Чтобы имитировать работу увлажнённого глинистого грунта в составе несущего основания под фундаментом капитального сооружения, пробу в сосуде подвергают нагружению в верхней части. Таким образом, инженер имеет возможность провести полное обследование поверхности грунта во время паводкового периода, а также принять верное решение о необходимости устройства дренажной системы или организации строительного водопонижения при помощи зумпфов или иглофильтров.

Влажность на пределе усадки

Показатель водонасыщения грунта всегда оказывает влияние на величину усадки структуры материала. Прежде всего, под давлением, влага удаляется из мелких пор, потом из средних и крупных пустот, что влияет на скорость усадки структуры. Однако, во время уменьшения в объёме, часть воды остаётся в грунте, а на определённом этапе, вне зависимости от величины давления, изменение в объёме прекращается полностью.

То количество влаги, которое остаётся в порах грунтового основания, когда под давлением усадка прекращается, называется влажностью на пределе усадки.

Методы определения влажности

На практике существуют следующие способы определения влажности почвы, перед началом проектирования и возведения капитального сооружения:

С помощью влагомера.

Метод высушивания проб до постоянной массы.

Определение гигроскопической влажности.

Определение влажности мёрзлого грунта.

Определение влажности влагомером.

Определение влажности на границе раската.

Определение влажности на границе текучести.

Все перечисленные методику определения степени влажности грунта подробно описываются ниже.

Влагомер (полевые испытания)

Самым простым способом определения степени водонасыщения основания является использование электронного влагомера, когда откалиброванный прибор, оснащённый чувствительным щупом, погружается в почву, после чего на его экране высвечиваются фактические показатели влажности, которые просто копируются в отчётные таблицы и используются при дальнейших расчётах несущей способности.

Метод высушивания проб до постоянной массы

Данная методика подразумевает наличие следующего лабораторного оборудования и материалов:

Проба основания с массой до 15 – 20 г.

Полностью сухой стакан, очищенный от любых следов загрязнения.

Специальный шкаф-дегидратор.

Весы с аналитической шкалой.

На весах взвешивается пустой стакан, накрытый крышкой. Далее, стакан заполняется образцами грунта, после чего, без крышки, он ставится в дегидратор, на котором выставляется температура от 105 до 107 ^оС. На финальном этапе, сухой грунт взвешивается повторно для определения степени водонасыщения.

Время сушки грунтов составляют от 3 до 5 часов, в зависимости от их структуры. После проведения исследований, полеченные показатели подставляются в формулу, приведённую выше.

Определение гигроскопической влажности

Для исследований потребуется тот же набор лабораторного оборудования, что описывается выше. Грунт высушивается в дегидраторе, после чего он растирается в пыль и процеживается через сито с перфорацией 1 мм. После этого, образец должен пребывать в покое, на протяжении от 1 до 3 часов на воздухе, чтобы максимально насытиться влагой из атмосферы.

Полученную пробу пересыпают в стакан и определяют её массу. Затем, грунт высушивается в дегидраторе и снова взвешивается. На финальном этапе, согласно формуле, описанной выше, определяется степень влажности почвы.

Определение влажности мёрзлого грунта

Мёрзлые грунты имеют особую структуру, в которых влага может находиться как в кристаллизованном, так и в жидком состоянии. Чаще всего, влажность в таких грунтах превышает стандартные параметры и может приближаться к состоянию полного водонасыщения.

На практике используются следующие типы параметров влажности таких мёрзлых грунтов:

Общая, сформированная из ледяного массива и водной массы.

В порах между кристаллизованной водой.

Учитывается объём замёрзшей воды.

Учитывается объём льда в грунтовом основании.

Учитывается количество льда в пустотах.

Главный показатель – это суммарная влажность, которая вычисляется эмпирическим способом, с остальные, более сложные и специфические показатели рассчитываются по сложным формулам.

Определение влажности влагомером

В условиях площадки строительства влажность рекомендуется определять специальным электронным влагомером. Данный прибор с датчиком-щупом длиной до 200 мм, как правило, позволяет определить, как абсолютную, так и относительную влажность.

Главная сложность заключается в том, что устройство должно подлежать калибровке и может выдавать некорректные результаты при сбое настроек.

Определение влажности на границе раската

Чтобы определить параметр влажности данным способом, потребуется образец глинистого грунта с массой 300 г, который растирается и процеживается через сито с перфорацией 1 мм. Частички перекладываются в закрытый сосуд и оставляются до 2 часов в таком состоянии. Далее, пробы нужно опять растереть и просеять.

Порошок, который по консистенции напоминает цемент, увлажняется чистой водой и замешивается в однородную пасту. Субстанция вручную раскатывается на стекле, либо на другой плоской глянцевой поверхности до тех пор, пока не получится шнурок с диаметром около 3 мм и длиной до 100 – 120 мм.

Далее, шнур снова скатывается в шарик, после чего опять раскатывается. Процедура должна быть зациклена и повторяться ровно столько раз, чтобы образец начал распадаться на отдельные составляющие с массой по 15 – 25 г. После этого, нужно определить пластичность и степень влажности данного грунта влагомером или другим способом, описанным выше.

Определение влажности на границе текучести

Начало определения плотности повторяет предыдущую методику. Для испытаний потребуется лабораторное оборудование со стальным конусом, подвешенным на нитях и закреплённым на штативе. Конус постепенно начинает опускаться в пластичную пасту, таким образом, чтобы его острый конец начал погружаться в структуру материала со скоростью для 10 мм за 5 секунд. Когда это происходит, определяется влажность полученной пасты методом высушивания пробы или поверенным влагомером с электронным дисплеем.

От чего зависит водопроницаемость грунтов?

Водопроницаемость грунтового основания зависит от следующих обязательных параметров:

Тип материала.

Коэффициент пористости.

Степень естественной влажности.

давление. Оказываемое на образец.

Наличие свободной воды в условиях Залыгина сования.

Плотность образцов.

Условия работы грунта под гагаркой от фундамента

Высота уровня пожду горновых вод на площадке строительства.

Время чтения: 8 минут

Нет времени читать?

Отправим материал вам на:

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных

Влажность грунта — характеристика грунта в его природной среде (естественный показатель влажности); параметры вне естественной среды (относительный, также весовой, объемный показатели влажности, прочие).

Содержание:

• Что такое влажность грунта?
• Типы влажности
• Методы определения

Что такое влажность грунта?

Под влажностью принято понимать количество воды, которое располагается в порах грунта. Этот показатель может выражаться в процентном соотношении, долях или численных значениях. 

Под естественной влажностью понимают характеристику отобранного грунта в природных, естественных для него условиях. Чтобы её рассчитать, нужно массу влаги в грунте соотнести с массой высушенного грунта.

Следует учитывать, что этот показатель может разниться для верхних и нижних горизонтов. Так, для первых он может меняться, в зависимости от условий времени года и атмосферных осадков, а для вторых является относительно стабильным, связан с уровнем водоносного горизонта, пористостью, а также рядом определенных особенностей грунта.

Определение степени влажности грунта необходимо для принятия грамотных проектных решений — по расположению объекта, выбору типа фундамента и прочих. 

От этого показателя напрямую зависит несущая способность породы, её устойчивость к будущим нагрузкам. Так, при росте влажности происходит уменьшение трения между его частицами и их смещение для дисперсных пород. Глинистые почвы переходят в текучее, а также гибкое пластичное состояние, что приводит к деформациям. В отношении скальных грунтов, их несущая способность практически не зависит от влажности.

При этом влажность сказывается и на других значимых характеристиках пород:

• плотности;

• просадочности и сжимаемости;

• прочности;

• набухаемости и пучении морозном;

• плодородии.

В ходе проектирования чрезвычайно важно учитывать данные параметры для глинистых, пылеватых, мелких песчаных, скальных грунтов. От этого напрямую зависит грамотность проектных решений, бюджет, безопасность строительства и эксплуатации объекта. 

Определение природной влажности грунта — далеко не единственное, на чем важно остановиться в ходе лабораторных исследований. При изучении параметров важно учитывать и другие типы влажности, о которых поговорим ниже. 

Типы влажности

Существуют разные типы показателей влажности грунта. Рассмотрим наиболее популярные, используемые в целях строительства, проектирования.

Весовая влажность

Определение весовой влажности грунта подразумевает соотношение массы воды mвлаги к массе твердых фракций грунта mгрунта (скелета). В отличие от природного показателя, этот параметр может фиксироваться в дополнительно высушенных или же наоборот увлажненных образцах. Он может разниться с характеристикой в естественной среде. 

Для полностью сухого грунта данный показатель равен 0. Далее он может варьироваться до бесконечности. Иногда влага может иметь больший вес, чем сухая часть породы (например, торфяной грунт с весовой влажностью 1 000-3 000%, > 10-30 единиц).

Объемная влажность

Если соотнести объем влаги в отобранном образце породы к объему, который занимает её скелет (твердые частицы), то получим объемную влажность. У абсолютно сухого образца грунта показатель будет равен нулю. Далее он может варьироваться в пределах до 100% (для полностью водонасыщенных грунтов). Определяется по формуле:

Для одного и того же образца весовая влажность меньше, чем объемная. Это связано с учетом плотности. Они согласуются между собой следующей формулой:

Относительная влажность

Фиксация относительной влажности — или уровня водонасыщенности, а также коэффициента влажности — осуществляется с учетом вышеописанных параметров (объемная, весовая влажности). Она дает понимание о заполненности грунтовых пор жидкостью.

Для полностью сухого грунта показатель Sr составляет 0. Далее он варьируется до 1 (для полностью водонасыщенных пород).

Характеристики грунтов, в зависимости от Sr:

• <0,5 — тип маловлажных;

•  0,5 < Sr <0,8 — тип достаточно влажных;

• >0,8 — тип насыщенных водой.

Влажность гигроскопическая

С целью исследования влагоемкости, способности поглощать воду, а также гранулометрической структуры грунта выполняется анализ показателем гигроскопической влажности. Он также позволяет оценить уровень связанной воды в образце. 

Для фиксации этого показателя пробу высушивают до 105-107°С. Происходит конденсация влаги из атмосферы. Показатель может варьироваться, в соответствии с влажностью воздуха и дисперсностью грунта (для мелких фракций поверхность конденсации выше). 

Запишитесь на 15-минутную — встречу

C руководителем отдела и обсудите, как успешно реализовать ваш проект!

Влажность оптимальная

При заданной нагрузке извне образец с оптимальным показателем влажности приобретает максимальное уплотнение. Эту характеристику фиксируют в условиях лаборатории посредством постепенного увлажнения сухого образца и утрамбовывания специальным прибором. В процессе составляется график. 

Определение оптимальной влажности грунта для отдельных типов пород:

• Связные грунты. С ростом влажности показатель плотности сперва увеличивается, а затем снижается (образуется дуга). Верхняя точка отвечает за влажность оптимальную.

• Несвязные грунты. Трамбование и увлажнение осуществляется до момента появления жидкости на поверхности (точка отжатия воды). Показатель на 1-1,5% < этой точки отвечает за оптимальную влажность.

Другие виды влажности

Кроме вышеперечисленных, также определяются:

• уровень допустимой влажности;

• показатель влажности на пределе усадки, а также на границе текучести;

• уровень влажности в точке раскатывания;

• а также влажность набухания.

Методы определения

Методы могут разниться, в зависимости от требований, вида исследований и прочих показателей.

Влагомер (полевые испытания)

В полях показатель влажности можно определить посредством влагомера. Это специальный прибор со щупом, который соприкасается непосредственно с грунтом. Полученная информация выводится на экране устройства. Однако показания влагомера не всегда точные. Поэтому в условиях строительной площадки его можно использовать только в том случае, если нет особых требований к предельной точности показателей.  

Высушивание проб

Этот метод используется в лабораторных условиях для определения преимущественно весовой влажности (но необязательно). Для этого потребуется образец грунта, стакан, сушильный шкаф и весы. 

Сперва грунт взвешивают во влажном естественном состоянии и получают массу m (за исключением веса стакана). Далее образец просушивают при температуре 105-107°С, для загипсованных — 80°С. После этого грунт снова взвешивают, а потом снова сушат еще 1-2 часа (в зависимости от типа). Процедура повторяется до тех пор, пока различие между показателями веса после сушки составит < 0,02 г. Для органических грунтов (масса которых растет после просушки) фиксируется минимальное значение. 

Далее проводятся вычисления по формуле:

Другие методы

Для фиксации гигроскопической влажности используются те же приборы, что и в предыдущем опыте. Образец доводится до полностью сухого состояния, затем растирается и пропускается сквозь сито. Затем 1-2 часа сохнет на воздухе, а после впитывания из него влаги, почву засыпают в пустой стакан и взвешивают. Потом грунт еще раз сохнет и взвешивается. Далее используется вышеописанная формула.

Для фиксации влажности на границе раската используется отобранный образец грунта, вес которого составляет 300 г (влажность естественная). Его измельчают и тщательно протирают сквозь сито. Далее он остается на 2 часа в закрытой емкости. Затем просушивается, растирается в порошок и вновь просеивается. После примешивается, добавляется очищенная вода до получения однородной массы, которая раскатывается в шнур длиной меньше ладони и шириной до 3 мм. Далее его повторно сминают, а затем раскатывают до тех пор, пока образец не распадется на мелкие кусочки (1 см). Когда наберется вес порядка 16-20 г, фиксируют влажность. Существуют и прочие методы исследований. 

Грунтовая лаборатория Гектар Групп готова выполнить испытания любой сложности. Свяжитесь с нами удобным для вас способом!

Вам может быть интересно