آزمایش هم ارز ماسه SE

-مقدمه

آزمایش هم ارز ماسه ایی یا ارزش ماسه ایی یک آزمایش سریع صحرایی برای تعیین نسبت مصالح ریز دانه به حجم کل ماسه است.

این آزمایش که بیشتر در تعیین مرغوبیت مصالح جهت راهسازی، بتن سازی ، آسفالت و لایه های زهکشی و … بکار میرود ، آزمایشی است که نتایج را سریع بدست می‌دهد و عملا تعیین نسبت حجم ماسه به کل خاک (ماسه و لای و رس) و همچنین میزان جذب آب ریز دانه و تورم آنهاست و بطور خلاصه تعیین می‌نماید که ماسه تا چه حد تمیز است تا بتوان از خواص ماسه‌ای مترتب بر آن استفاده نمود. میتوان گفت در آزمایش حدود اتربرگ می‌خواهیم بدانیم رس تا چه حد تعیین کننده است و خاک چه مقدار خواص رسی داشته و ازکدامیک از انواع مانی را دارا است (خواص رسی : نفوذپذیری کم ، جذب آب زیاد ، قابلیت فشردگی د حساسیت زیاد و …) در اینجا این تعیین کنندگی را ماسه خواص ماسه‌ای بودن بعهده دارد (مثلا نفوذپذیری زیاد، عدم تورم ، جذب آب کم و حساسیت کم و ( … و اصولا برای خاکهائی است که اندیس خمیری آنها کمتر از 4 باشد.

نسبت ماسه به ریز دانه ها ( سیلت و رس ) در خاک یک عامل مهم در عملیات خاکی و ساختمانی محسوب می شود، زیرا وجود ماسه زیاد در مقایسه با ریز دانه ها در خاک ، در زیر سازی راهها و نیز در احداث سدهای خاکی ، باعث پایین آمدن در صد بهینه و رسیدن سریعتر خاک به حداکثر تراکم خود می شود . در آسفالت نیز در صد بالای ریز دانه موجب مصرف زیادتر نیرو و در نتیجه باعث سست شدن و وارفتن آسفالت زیر بارهای وارد شده می شود . همچنین نسبت ماسه به ریز دانه ها در ساخت بتن نیز بر مصرف آب ف تراکم بتن و نفوذ پذیری و مقاومت در برابر هوا زدگی اثر خواهد داشت .

لازم به ذکر است که این آزمایش برای ذرات کوچکتر از 5 میلیمتر انجام میشود.

آزمایش هم ارزش ماسه ای یا به اختصار هم ارز ماسه (SE) را که در تعیین مرغوبیت مصالح جهت راهسازی ، بتن سازی ، آسفالت و لایه های زهکشی و ... به کار می رود ، می توان مکمل آزمایش دانه بندی دانست و عملا برای تعیین نسبت حجم ماسه به کل خاک ( ماسه ، لای و رس ) و همچنین تعیین میزان جذب آب ریز دانه و تورم آنهاست و به طور خلاصه تعیین می نماید که ماسه تا چه حد تمیز است و هر چه در صد ریز دانه داخل ملسه ها کمتر باشد ، ماسه تمیز تر می باشد

.در عملیات خاکی و ساختمانی نسبت ماسه به ریزدانه‌ها که اغلب سیلت و رس هستند، اهمیت زیادی دارد، زیرا ریزدانه‌هایی چون رس در ماسه باعث کاهش مرغوبیت و خواص مورد نیاز می‌شود به عنوان مثال در زیرسازی راه‌ها هر چه ماسه به کار رفته عاری از ریزدانه و رس می‌باشد، درصد آب بهینه کاهش و سرعت رسیدن به حداکثر تراکم افزایش می‌یابد و در صورت وجود ریزدانه‌ها موجب سستی و وارفتن آسفالت در زیر بارهای وارده از طرف وسایل نقلیه می‌شود. و یا در اختلاط و ساخت بتن نیز ریز‌دانه‌های موجود در ماسه مصرفی بر نسبت آب مصرف شده ، تراکم و مقاومت نفوذ پذیری بتن اثر منفی خواهد گذاشت. علاوه بر مسائل فنی از نظر اقتصادی قیمت ماسه شسته شده و تمیز از قیمت ماسه شسته نشده گرانتر است و در اجرای پروژه‌های عمرانی تعیین SE هم از نظر هزینه و هم کیفیت اهمیت دارد.

زیرسازی	زهکشی	آسفالت	بتن	ماسه در مصالح
40<	40>	50>	75>	درصد S.E

حدود قابل قبول S.E

نوع ریز دانه مخلوط خاک SE%		K cm/s
لای	رس
87		3-10*1
	40	3-10*8
75		4-10*8
	29	4-10*8
62		5-10*6
	24	9-10*3
50		6-10*4
	20	4-10*6
39		4-10*2
	18	6-10*3

(آزمایشگاه مکانیک خاک - محمد حسن بازیار)

2- هدف آزمایش و شماره‌ی ASTM

آزمایش هم ارزش ماسه‌ای یا به اختصار هم ارز ماسه (Sand Equivalent) روشی است برای تعیین میزان تمیزی ماسه از ریزدانه‌ها (رس، لای) می‌باشد و هدف تعیین نسبت حجم ماسه به حجم کل خاک (ماسه، لای، رس) است. (حجم هم ارز ارتفاع در نظر گرفته شده و در واقع در این آزمایش ارتفاع قرائت و در محاسبات وارد می‌شود.) . این آزمایش ویژه خاک هائی است که دانه های ریزشان کم باشد و نشود حالت خمیری آنها را به روش اتربرگ آزمایش کرد مثل ماسه بتن ، بهتر است خاکهائی را که ارزش ماسه ای دانه از 20 درصد کمتر باشد بروش اتر برگ و بیشتر باشد به روش ارزش ماسه ای (S.E) آزمایش شود . در واقع این آزمایش را می‌توان مکمل آزمایش‌ دانه‌بندی دانست زیرا در آن حجم ماسه به کل خاک (ماسه، رس، لای) و میزان جذب ریزدانه و تورم آن‌ها به نحوی تعیین می‌گردد و در حقیقت نشان می‌دهد که تمیزی ماسه در چه حد است. هر چه ریزدانه داخل ماسه کمتر باشد، ماسه تمیزتر خواهد بود.

Pشماره آزمایش در استاندارد ASTM:                                                                                            D  2414 - 87   ASTM

Pشماره آزمایش در استاندارد AASHTO :                                                                   T  176-81  AASHTO

3-     ابزار مورد نیاز

 1.  استوانه مدرج تا "15 به دقت 1/0 اینچ (دو عدد) با در لاستیکی

2.    محلول استوک: کلرور کلسیم خشک (gr 454) – محلول فرمالین (gr 47) – گلسیرین (gr 2050) (نقش شستشوی ریز دانه‌ها از دانه‌های ماسه و جداسازی آنها)

3.       سنبه (قرائت دقیق‌تر ارتفاع ماسه و جلوگیری از اغتشاشات در مخلوط)

4.       پیمانه فلزی

5.      ترازو با دقت gr 1/0

6.      کرنومتر یا زمان سنج

7.       ماسه رد شده از الک نمره 4 به مقدار gr 110 (2 نمونه)

8.      قیف

3-گزارش نحوه تهیه نمونه و اجرا

ابتدا ماسه‌ای که در اختیارمان قرار گرفت را از الک نمره 4 عبور دادیم، سپس ماسه رد شده از الک را خوب زیر و رو کردیم تا ماسه به همراه ریزدانه‌های موجود در آن یک دست شود و نمونه‌گیری با دقت بیشتری انجام گیرد (زیرا در هنگام الک کردن ابتدا ریزدانه‌ها از الک عبور کرده و سپس دانه‌های ماسه عبور می‌کنند و روی آنها را می‌پوشانند و اگر آنها را به هم نزنیم نمونه کاملی از ماسه موجود به دست نمی‌آید.) سپس ماسه و ریزدانه زیر و رو کرده را به صورت مخروط در آوردیم و آن را به 4 قسمت تقسیم کرده و از یکی از 4 قسمت به میزان 110 گرم روی ترازوی با دقت gr1/0 وزن نمودیم. تا ارتفاع in4 از محلول استوک از داخل ظرف مخصوص نگهداری آن به داخل استوانه مدرج ریختیم (البته در انتقال محلول استوک از ظرف محتوی آن به استوانه مدرج با مشکلاتی از قبیل کیپ شدگی سر لوله و عدم امکان کنترل دقیق میزان محلول خارج شده روبه‌رو شدیم.) بعد با استفاده از قیفی پلاستیکی gr 110 ماسه را به داخل استوانه ریخته و به مدت 10 دقیق استوانه را بی حرکت روی میز قرار دادیم. (این کار به علت این است که نمونه خاک کاملاً خیس بخورد زیرا محلول استوک باعث تورم ذرات رس و جدا شدن آن از ذرات ماسه می‌گردد.)

 سپس در پوش پلاستیکی استوانه گذاشتیم و آن را 45 بار به صورت رفت و برگشت به صورت افقی تکان دادیم.

 بعد درپوش را برداشتیم و با محلول استوک مخلوط را شستشو دادیم (تا زمانی که ارتفاع مخلوط به "15 رسید ) پس از آن استوانه را به مدت 20 دقیقه بی حرکت روی میز قرار دادیم تا ماسه و ریزدانه‌ها ته نشین شوند (زمان را توسط کرنومتر سنجیدیم) سپس ارتفاع کل لایه ته نشین شده (H2) و ارتفاع قسمتی که ماسه قرار گرفته بود را قرائت کرده و یادداشت کردیم و بعد برای قرائت ارتفاع توسط سنبه آن را کنار استوانه مدرج قرار دادیم و ارتفاعی از استوانه را که نشانه سنبه مقابل آن قرار گرفت را یادداشت کردیم و آن را داخل استوانه قرار دادیم و دوباره ارتفاعی را که نشانه سنبه مقابل آن قرار گرفت یادداشت کردیم (سنبه روی لایه ماسه قرار می‌گیرد و علت استفاده از آن سهولت استفاده از در قرائت ارتفاع ماسه می‌باشد زیرا مرز بین ماسه و گل و لای بالای آن ممکن است به درستی قابل تشخیص نباشد). لازم به ذکر است که تمام این مراحل را برای نمونه‌ای دیگر از ماسه (gr 110) انجام دادیم و ارتفاع‌های مورد نیاز در هر دو استوانه را قرائت کردیم. (البته در نمونه دوم در هنگام شستشو با محلول استوک ارتفاع مخلوط اندکی از "15 بیشتر شد که این ممکن است عامل ایجاد خطا باشد.)

4-اندازه‌گیری ها

ارتفاع نشانه سنبه داخل استوانه	ارتفاع نشانه سنبه خارج از استوانه	H2 جشمی	H1 چشمی	نمونه
11.75”	8.5”	4.15”	3.3”	نمونه 1
11.8”	8.5”	4.15”	3.3”	نمونه 2

H1: ارتفاع ماسه

H2  : کل ارتفاع رسوبات ته نشین شده و معلق (ماسه+ رس+ لای)

5-محاسبات و نتیجه‌گیری

به روش قرائت چشمی

   =  S.E1 : نمونه 1  

  =  S.E2 : نمونه 2

(به روش چشمی)    %79.52 =       = S.E :

	(ارتفاع نشانه سنبه خارج از استوانه – ارتفاع نشانه سبنه در داخل استوانه H2

 

SE = (به روش قرائت سمبه)

 

نمونه1:                            =78.31%                                                 SE =

 

نمونه2:                         =79.52%                                                        SE =

%78.92 =       = S.E : (به روش سمبه)

·               لازم به ذکر است S.E که از طریق قرائت ارتفاع نشانه سنبه به دست می‌آید از S.E که از طریق چشمی به دست آمده کمتر است(همان طور که نتیجه محاسبات نشان می‌دهد)، زیرا وزنه سنبه (به وزن kg1) باعث فشرده تر شدن ماسه و پایین تر رفتن آن در استوانه می‌گردد و ارتفاع H1 قرائت شده کمتر خواهد شد و در نتیجه S.E کمتری به دست می‌دهد.

S.E
%79.52	به روش قرائت چشمی
%78.92	به روش قرائت سنبه

6- خطاها

1- خطا های قرائت (مانند خطا در قرائت ارتفاع‌های H2, H1)

2-خطا های اندازه گیری مانند توزین مقدار ماسه (gr 110) مورد نیاز

3-خطاهای مربوط به درجه بندی استوانه مدرج یا عدم کالیبره بودن ترازو

4-            هنگام انتقال محلول استوک از ظرف محتوی آن به استوانه امکان دارد بیش از حد یا کمتر از میزان خواسته شده از محلول به استوانه انتقال یابد و یا در زمان شستشو این عمل به خوبی انجام نگیرد و ریزدانه‌ها از ماسه جدا نشده و ارتفاع‌های قرائت شده دقیق نباشد.

5-      خطا در نمونه گیری ماسه که امکان دارد از قسمت‌هایی که ریزدانه کمتر و یا بیشتری داشته باشد نمونه 110 گرمی انتخاب شود پس باید ماسه را به خوبی زیر و رو نموده تا مطئمن شویم نمونه یکدستی انتخاب نموده‌ایم که بیانگر مقدار S.E کل ماسه موجود خواهد بود.

6-      هنگام توزین یا ریختن ماسه در استوانه مقداری از آن به دیواره قیف می‌چسبد و ریزدانه‌های موجود در آن نیز مانند غبار پخش می‌شود که این مراحل باید با دقت و حوصله و آهستگی انجام شود تا این خطا به حداقل برسد.

8- نظرات شخصی

در این آزمایش با وجود سادگی انجام آن، یکی از عمده ترین مشکلاتی که با آن روبرو بودیم نحوه انتقال محلول استوک از ظرف محتوی آن به استوانه مدرج و همچنین شستشوی ماسه و ریزدانه های موجود در آن بود،زیرا کنترل دقیق سرعت خروج محلول و میزان آن به راحتی امکان پذیر نبود و برای شستشو به علت این که ماسه و ریزدانه ها پس از 10 دقیقه ساکن رها کردنشان به حالت سخت و چسبیده بهم در آمده اند و می بایست علاوه بر ریختن محلول در استوانه آن را بخوبی تکان داده و می چرخاندیم. پیشنهاد می شود برای انجام این مرحله از آزمایش از دستگاهی استفاده نمود که محلول استوک را با سرعت و دبی خاص و کنترل شده ای وارد استوانه مدرج نماید و این استوانه مدرج حاوی ماسه و ریز دانه ها به حالت افقی روی یک لرزاننده مخصوص قرار گیرد و همزمان با ورود محلول لرزاننده آن را تکان داده و عمل شستشو انجام شود.

در انتها می توان افزود برای نمونه گیری بهتر و صحیح تر از ماسه موجود به طوری که نمونه نماینده توده ماسه باشد توصیه می شود از وسایل نمونه گیری نظیر دستگاه کوارتر یا مقسم استفاده شود.