Tiêu chuẩn ngành 14TCN 185:2006 về đá xây dựng công trình thủy lợi – phương pháp xác định khối lượng riêng của đá do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành

TIÊU CHUẨN NGÀNH

14TCN 185:2006

ĐÁ XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐÁ
Rock – Methods of determination of the specific weight

1. QUY ĐỊNH CHUNG

1.1. Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp xác định khối lượng riêng của đá trong phòng thí nghiệm.

1.2. Khối lượng riêng của đá là khối lượng một đơn vị thể tích các hạt khoáng vật tạo đá (không kể lỗ rỗng), đồng nghĩa với khối lượng một đơn vị thể tích pha cứng. Ký hiệu là r_s; đơn vị tính g/cm³.

2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA ĐÁ

2.1. Phương pháp đun sôi

2.1.1. Phạm vi áp dụng: cho các loại đá không bị hòa tan và biến đổi khi tác dụng với nước.

2.1.2. Thiết bị, dụng cụ, vật tư

- Bình tỷ trọng có dung tích 100cm³, loại cổ ngắn có nút đậy khít (nút có lỗ nhỏ đường kính 0,3mm ở chính tâm và thông suốt chiều dọc nút gọi là ống mao quản), loại cổ dài có vạch khắc sẵn;

- Các cân kỹ thuật có độ chính xác đến 0,01g;

- Tủ sấy có bộ phận điều chỉnh và duy trì nhiệt độ sấy ở các mức khác nhau từ 50-200⁰C;

- Nhiệt kế có số đo đến 50 ⁰C, số đọc chính xác đến 0,5⁰C;

- Bình hút ẩm có chất hút ẩm Silicagel khan;

- Thiết bị nghiền đá: Cối và chày mã não, hoặc cối và chày sứ, máy nghiền đá, búa địa chất 1kg;

- Rây cỡ 0,25mm;

- Cốc sứ hoặc cốc thủy tinh có dung tích 50^cc;

- Bếp cách cát;

- Nước cất;

- Các dụng cụ khác: khay men đựng bình tỷ trọng, phễu, ống nhỏ giọt, chổi lông bé, thìa để xúc bột đá. v.v…

2.1.3. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

- Lấy 1000 – 2000g trong mẫu đá, dùng búa đập thành hòn nhỏ 1-2cm rồi bằng phương pháp chia tư, lấy 100-200g cho vào máy nghiền, nghiền thành bột, hoặc dùng cối sứ hoặc cối mã não giã thành bột.

- Đối với mẫu đá không có từ tính, sau khi nghiền thành bột cần phải dùng nam châm để khử các vụn sắt do nghiền bằng máy. Với mẫu đá có từ tính thì phải dùng cối sứ hoặc cối mã não để giã.

- Đem bột đá đã giã, sàng qua rây 0,25mm, những hạt còn trên rây tiếp tục giã cho đến khi tất cả đều lọt qua rây.

2.1.4. Các bước tiến hành

1. Lấy bột đá đã được chuẩn bị ở Điều 2.1.3 đựng trong cốc sứ cho vào tủ sấy, sấy ở nhiệt độ 105 ⁰C ± 5 ⁰C đến khối lượng không đổi, thời gian sấy từ 10-12 giờ, sấy xong cho vào bình hút ẩm để nguội bằng nhiệt độ trong phòng.

2. Lấy bột đá ở trong bình hút ẩm ra, trộn cân hai mẫu thử, mỗi mẫu xấp xỉ 15g ký hiệu (m₁) có độ chính xác đến 0,01g; Dùng phễu để cho mẫu đá đã cân vào bình tỷ trọng đã biết trước khối lượng, súc sạch và sấy khô, dùng chổi lông quét sạch các hạt bột đá bám trên mặt phễu cho hết vào bình không làm rơi vãi ra ngoài.

3. Chế khoảng 50cm³ nước cất cho vào bình tỷ trọng đã có bột đá (đến khoảng một phần hai bình), giữ bình và lắc đều rồi đặt lên bếp cát đun sôi để khử khí trong dung dịch đá. Thời gian đun kể từ khi bắt đầu sôi 1-2 giờ, sau đó nhắc bình ra để nguội đến nhiệt độ trong phòng.

Chú ý: Trong thời gian đun sôi dung dịch đá trong bình tỷ trọng, cần thường xuyên theo dõi không cho sôi mạnh để tránh bị trào hoặc bắn bột đá ra ngoài bình, nếu khi sôi tạo ra nhiều bọt trong bình thì phải giảm bớt nhiệt độ bếp cát (nên dùng bếp cát có bộ phận điều chỉnh nhiệt độ).

4. Khi dung dịch trong bình tỷ trọng đã nguội đến nhiệt độ trong phòng, cho thêm nước cất đã đun sôi để nguội vào bình: Nếu là bình tỷ trọng cổ dài thì đổ nước đến vạch khắc sẵn; Nếu là bình cổ ngắn thì đổ nước đến gần ngang miệng bình; Để yên cho bột đá lắng xuống.

5. Chờ cho đến khi bột đá lắng xuống phần nước ở trên trong, nếu là bình tỷ trọng cổ cao thì dùng ống nhỏ giọt điều chỉnh cho mực nước đến đúng vạch khắc sẵn; Nếu là bình tỷ trọng cổ ngắn thì cẩn thận đậy nút lại cho nước thừa theo ống mao quản tràn ra ngoài.

Chú ý: Cần kiểm tra để không còn bọt khí trong ống mao quản và trong bình (đối với bình cổ ngắn): Bằng cách nghiêng bình một góc nhỏ, nếu thấy có bọt khí thì tháo nút ra, thêm nước cất vào bình và cẩn thận đậy nút lại cho nước thừa theo ống mao quản tràn ra ngoài.

6. Dùng khăn khô và sạch, lau khô mặt ngoài bình tỷ trọng, rồi cân khối lượng của bình với đá và nước cất (m₃) chính xác đến 0,01g.

7. Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong bình tỷ trọng, chính xác đến 0,5⁰C.

8. Đổ nước và bột đá ra, súc, rửa sạch bình tỷ trọng, sau đó đổ nước cất đã đun sôi để nguội vào bình (nhiệt độ của nước cất đổ vào bình bằng nhiệt độ của nước đã đo trong bước 7; dùng ống nhỏ giọt để điều chỉnh mực nước trong bình (đối với bình tỷ trọng cổ cao), hoặc đậy nút lại cho nước theo ống mao quản tràn ra ngoài, không có bọt khí trong bình và ống mao quản (đối với bình cổ ngắn).

9. Dùng khăn khô và sạch, lau khô ngoài bình tỷ trọng, sau đó cân khối lượng của bình với nước cất (m₂), chính xác đến 0,01g.

2.1.5. Tính kết quả

Khối lượng riêng của đá tính theo công thức:

  (g/cm³)              (2.1)

Trong đó:

r_x – khối lượng riêng của đá tính bằng g/cm³;

m₁ – khối lượng bột đá sấy khô (g)

m₂ – khối lượng bình với nước cất (g)

m₃ – khối lượng bình với đá và nước cất (g)

r_n – khối lượng riêng của nước cất ở nhiệt độ thí nghiệm, lấy chính xác tới 0,01 (g/cm³);

Mỗi mẫu đá làm thí nghiệm 2 mẫu thử song song, khối lượng riêng của đá lấy bằng giá trị trung bình số học kết quả hai mẫu thử, chính xác đến 0,01g/cm³. Độ chênh lệch cho phép giữa kết quả 2 mẫu thử song song không quá 0,02 g/cm³. Nếu độ chênh lệch giữa hai kết quả đó vượt quá giá trị trên thì phải thí nghiệm lại.

Ghi chú: Khi tiến hành thí nghiệm xác định khối lượng riêng của hàng loạt mẫu, thì nên hiệu chỉnh bình tỷ trọng trước, để thuận tiện và bớt được các công đoạn ở bước 8 và 9, khi đó chỉ cần đổ bột đá ra súc rửa sạch bình là xong. Các bước hiệu chỉnh bình tỷ trọng nêu ở phụ lục B.

2.2. Phương pháp chân không

2.2.1. Phạm vi áp dụng: cho các loại đá dễ hòa tan trong nước hoặc chứa hữu cơ, khi đó thay nước cất bằng dầu hỏa đã lọc sạch và khử nước và thay việc đun sôi bằng việc tạo chân không.

2.2.2. Thiết bị, dụng cụ, vật tư

- Bình tỷ trọng có dung tích 100cm³, loại cổ ngắn có nút đậy khít (nút có lỗ nhỏ đường kính 0,3mm ở chính tâm và thông suốt chiều dọc nút gọi là ống mao quản), loại cổ dài có vạch khắc sẵn;

- Các cân kỹ thuật có độ chính xác đến 0,01g;

- Tủ sấy có bộ phận điều chỉnh và duy trì nhiệt độ sấy ở các mức khác nhau từ 50-200⁰C;

- Bình hút ẩm có chất hút ẩm Silicagel khan;

- Thiết bị nghiền đá: Cối và chày mã não, máy nghiền đá, búa địa chất 1kg;

- Rây cỡ 0,25mm;

- Cốc sứ hoặc cốc thủy tinh có dung tích 50^cc;

- Thiết bị bơm hút chân không, và buồng hút chân không;

- Dầu hỏa đã được lọc sạch và khử nước;

Ghi chú: Có thể khử nước trong dầu hỏa đã lọc sạch bằng cách ngâm silicagel đã được nung trước (nung trong lò nung cách lửa ở nhiệt độ 500⁰C trong thời gian 4 giờ) vào dầu hỏa với tỷ lệ khoảng 250g cho một lít dầu hỏa rồi khuấy đều.

­- Các dụng cụ khác: khay men đựng bình tỷ trọng, phễu, ống nhỏ giọt, chổi lông bé, thìa để xúc bột đá. v.v…

2.2.3. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

- Lấy 1000-2000g trong mẫu đá dùng búa đập thành hòn nhỏ 1-2cm rồi bằng phương pháp chia tư, lấy 100-200g cho vào máy nghiền, nghiền thành bột, hoặc dùng cối sứ hoặc cối mã não giã thành bột.

- Đối với mẫu đá không có từ tính, sau khi nghiền thành bột cần phải dùng nam châm để khử các vụn sắt do nghiền bằng máy. Với mẫu đá có từ tính thì phải dùng cối sứ hoặc cối mã não để giã.

- Đem bột đá đã giã, sàng qua rây 0,25mm, những hạt còn trên rây tiếp tục giã cho đến khi tất cả đều lọt qua rây.

2.2.4. Các bước tiến hành

1. Lấy bột đá đã được chuẩn bị ở Điều 2.2.3, đựng trong cốc sứ cho vào tủ sấy, sấy ở nhiệt độ 105⁰C ± 5 ⁰C đến khối lượng không đổi, thời gian sấy từ 10-12 giờ, sấy xong cho vào bình hút ẩm để nguội bằng nhiệt độ trong phòng.

2. Lấy bột đá ở trong bình hút ẩm ra, trộn đều cân hai mẫu thử, mỗi mẫu xấp xỉ 15g (m₁), có độ chính xác đến 0,01g; Dùng phễu để cho mẫu đá đã cân vào bình tỷ trọng đã biết trước khối lượng, súc sạch và sấy khô, dùng chổi lông quét sạch các hạt bột đá bám trên mặt phễu cho hết vào bình không làm rơi vãi ra ngoài.

3. Chế khoảng 50cm³ dầu hỏa đã lọc sạch và khử nước, cho vào bình tỷ trọng đã có bột đá (đến khoảng một phần hai bình), giữ bình và lắc đều rồi đặt vào buồng hút chân không.

4. Mở máy hút chân không (bật công tắc điện từ từ mở van hút, kim chạy ngược chiều kim đồng hồ), để tạo áp suất chân không trong buồng đạt đến (-1kg/cm²), để khí của dung dịch đá trong bình tỷ trọng thoát ra (sự thoát khí khi hút chân không được kể từ lúc trong bình bắt đầu xuất hiện bọt khí); tiếp tục cho máy chạy giữ áp suất đó cho đến khi trong bình tỷ trọng ngừng nổi bọt, thời gian duy trì áp suất chân không, không ít hơn 1 giờ.

5. Khi trong bình tỷ trọng đã hết bọt khí, đóng chặt van hút và tắt máy, giữ thêm thời gian 30 phút, sau đó mở van xả cho không khí từ từ vào buồng hút chân không đến khi áp suất về không (kim đồng hồ chỉ số 0) thì đóng chặt van xả; Lấy bình tỷ trọng ra, cho thêm dầu hỏa đã lọc sạch, khử nước và khử khí vào bình. Nếu là bình tỷ trọng cổ dài thì đổ dầu hỏa đến vạch khắc sẵn; Nếu là bình cổ ngắn thì đổ dầu hỏa đến gần ngang miệng bình; Để yên cho bột đá lắng xuống.

Chú ý: Để đảm bảo việc đuổi hết khí ra khỏi dung dịch bột đá thường tiến hành hai lần hút chân không. Ở bước 5, hút xong lần 1, khi áp suất trong bình bằng không, đóng chặt van xả, lấy bình tỷ trọng ra lắc đều, rồi xếp lại vào buồng hút chân không (nên xếp bình theo hàng so le nhau) và tiến hành theo bước 4 và 5.

6. Chờ cho đến khi bột đá lắng xuống, nếu là bình tỷ trọng cổ cao thì dùng ống nhỏ giọt điều chỉnh cho mực dầu hỏa đến đúng vạch khắc sẵn; Nếu là bình tỷ trọng cổ ngắn thì cẩn thận đậy nút lại cho dầu hỏa thừa theo ống mao quản tràn ra ngoài.

Chú ý: Cần kiểm tra để không còn bọt khí trong ống mao quản và trong bình (đối với bình cổ ngắn): Bằng cách nghiêng bình một góc nhỏ, nếu thấy có bọt khí thì tháo nút ra, thêm dầu hỏa vào bình và cẩn thận đậy nút lại cho dầu hỏa thừa theo ống mao quản tràn ra ngoài.

7. Dùng khăn khô và sạch, lau khô mặt ngoài bình tỷ trọng, rồi cân khối lượng của bình với đá và dầu hỏa (m₃), chính xác đến 0,01g;

8. Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ của nước trong bình tỷ trọng, chính xác đến 0,5⁰C.

9. Đem súc, rửa sạch bột đá trong bình tỷ trọng, đổ dầu hỏa đã lọc sạch và khử nước, khử khí vào bình (nhiệt độ của dầu hỏa vào bình bằng nhiệt độ của dầu hỏa đã đo trong bước 8; dùng ống nhỏ giọt để điều chỉnh mực dầu hỏa trong bình (đối với bình tỷ trọng cổ cao), hoặc đậy nút lại cho dầu hỏa theo ống mao quản tràn ra ngoài, chú ý: không còn bọt khí trong bình và ống mao quản (đối với bình cổ ngắn).

Ghi chú: Đối với mẫu dùng dầu hỏa để xác định khối lượng riêng, thì phải dùng dầu hỏa hoặc nước xà phòng để súc, rửa bình. Nếu dùng nước xà phòng và rửa sạch bình bằng nước thì phải sấy khô và để nguội bình đến nhiệt độ trong phòng, rồi mới cho dầu hỏa vào để cân.

10. Dùng khăn khô và sạch, lau khô ngoài bình tỷ trọng, rồi cân khối lượng của bình với dầu hỏa (m₂), chính xác đến 0,01g.

Chú ý: Khi lau khô bình tỷ trọng, không nên dùng tay cầm chặt bầu bình, vì như thế sẽ làm tăng nhiệt độ huyền phù và dầu hỏa sẽ trào ra.

2.2.5. Tính kết quả

Nếu mẫu đá dùng nước cất để thí nghiệm thì khối lượng riêng của đá tính theo công thức (2.1), còn nếu dùng dầu hỏa để thí nghiệm thì được tính theo công thức (2.2)

  (g/cm³)              (2.2)

Trong đó:

r_s – khối lượng riêng của đá tính bằng g/cm³;

m₁ – khối lượng bột đá sấy khô (g)

m₂ – khối lượng bình + dầu hỏa (g)

m₃ – khối lượng bình + đá + dầu hỏa (g)

r_d – khối lượng riêng của dầu hỏa ở nhiệt độ thí nghiệm, lấy chính xác tới 0,01 (g/cm³);

Mỗi mẫu đá làm thí nghiệm 2 mẫu thử song song, khối lượng riêng của đá lấy bằng giá trị trung bình số học kết quả hai mẫu thử, chính xác đến 0,01g/cm³. Độ chênh lệch cho phép giữa kết quả 2 mẫu thử song song không quá 0,02 g/cm³. Nếu độ chênh lệch giữa hai kết quả đó vượt quá giá trị trên thì phải thí nghiệm lại.

2.3. Báo cáo thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cần nêu rõ các thông tin chủ yếu sau:

- Tên công trình, hạng mục công trình, vị trí lấy mẫu, độ sâu lấy mẫu;

- Số hiệu mẫu đá;

- Số hiệu mẫu trong phòng thí nghiệm;

- Mô tả sơ bộ đặc điểm của đá, màu sắc, đặc điểm nứt nẻ, phân lớp, phân phiến;

- Phương pháp thí nghiệm áp dụng;

- Khối lượng riêng của đá.

 

PHỤ LỤC A

Bảng A.1. Bảng ghi chép thí nghiệm xác định khối lượng riêng của đá

Tên công trình	Số hiệu mẫu	Vị trí lấy mẫu	Tên đá	Số hiệu bình tỷ trọng	Nhiệt độ trong phòng (0C)	Nhiệt độ nước (0C)	Khối lượng riêng của nước ở t0C (g/cm3)	Khối lượng			Khối lượng riêng của đá		Ghi chú
								Mẫu đá khô (g)	Bình + nước (g)	Bình + đá + nước (g)	Từng lần thí nghiệm (g/cm3)	Trung bình (g/cm3)
(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)	(8)	(9)	(10)	(11)	(12)	(13)	(14)

 

PHỤ LỤC B

HIỆU CHỈNH BÌNH TỶ TRỌNG

Nên hiệu chỉnh bình tỷ trọng để thuận tiện trong thí nghiệm. Việc hiệu chỉnh bình tỷ trọng được tiến hành theo các bước sau: Đánh số hiệu bình (nếu bình chưa đánh số); súc sạch bình; sấy khô bình và để nguội, rồi cân khối lượng của bình, đổ nước cất vào bình, điều chỉnh nhiệt độ thay đổi, rồi cân khối lượng của bình chứa đầy nước ở các nhiệt độ khác nhau chính xác đến 0,01g, nếu bình tỷ trọng cổ cao thì dùng ống nhỏ giọt để điều chỉnh nước đến vạch khắc sẵn, với bình cổ ngắn thì đậy nút lại để nước thừa tràn ra theo ống mao quản ra ngoài, ghi kết quả vào bảng B.1 để tra cứu, sẽ bớt được công đoạn ở bước 7; 8 (chỉ cần súc, rửa sạch bình là được) của thí nghiệm xác định khối lượng riêng.

Bảng B.1. Ghi chép hiệu chỉnh bình tỷ trọng

Số hiệu bình tỷ trọng	Khối lượng (g)		Nhiệt độ của nước 0C	Hiệu chỉnh		Ghi chú
	Bình	Bình + nước		Người hiệu chỉnh	Ngày hiệu chỉnh
(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)

 

PHỤ LỤC C

BẢNG TRA CỨU KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA NƯỚC CẤT Ở CÁC NHIỆT ĐỘ KHÁC NHAU

 

MỤC LỤC

14TCN 183 : 2006 – Đá xây dựng công trình thủy lợi – Phương pháp lấy mẫu, vận chuyển, lựa chọn mẫu thí nghiệm.

14TCN 184 : 2006 – Đá xây dựng công trình thủy lợi – Phương pháp phân tích thạch học bằng soi kính lát mỏng để xác định tên đá.

14TCN 185 : 2006 – Đá xây dựng công trình thủy lợi – Phương pháp xác định khối lượng riêng của đá.