Håndbok 014 Laboratorieundersøkelser

Transkript

1 side 1 av 5 Håndbok 14.4 Løsmasser, fjell og steinmaterialer Densitet og vanninnhold Densitet og absorbert vann for tilslag mindre enn 8,0 mm Versjon januar 2005 erstatter versjon juli 1997 Omfang Prinsipp Dette er en metode for bestemmelse av densitet og mengde absorbert vann i vannmettet, overflatetørt tilslagsmateriale. Densiteten beregnes ut fra masse av materialet ved veiing i luft, og volum som materialet opptar ved neddykking i vann (i pyknometer e.l.). Absorbert vann bestemmes ved å undersøke vanninnholdet for materialet ved tørking fra vannmettet overflatetørr tilstand ved tørking. Metoden benyttes for sand og fingrus til betongtilslag, f.eks. 0/8 mm og lignende sorteringer. På grunn av variasjon i absorpsjonen skal intet materiale bli utsatt for oppvarming før analysen. Hvis det likevel skjer, må det noteres i analyserapporten. Kommentar: Densitet bestemt på denne måte kalles også relativ densitet, spesifikk densitet eller korndensitet. Metoden tilsvarer i alt vesentlig Kontrollrådets beskrivelse for undersøkelse av sand og fingrus (Kontrollrådet for betongprodukter, klasse P, Deklarasjons- og Godkjennings-ordningen for betongtilslag, DGB). Finkornede jordarter med kornstørrelse mindre enn 4 mm (leire, silt, sand etc.) til andre formål enn betong undersøkes i henhold til kap Betongtilslag (stein) som har minste nominelle kornstørrelse 4,0 mm eller større, undersøkes i henhold til kap Steinsorteringer større enn 4 mm (pukk, singel etc.) til andre formål, f.eks. asfalttilslag, undersøkes i henhold til kap Definisjoner Ved denne metoden gjelder primært følgende definisjoner: Absorbert vann er den vannmengde, regnet i prosent av materialets tørre masse, som finnes i porene i de enkelte korn av et materiale i vannmettet, overflatetørr tilstand, dvs. når kornene er vannmettet og all synlig (blank) vannfilm er fjernet fra kornenes overflate. Densitet av vannmettet, overflatetørt materiale er massen av materialet ved veiing i luft, i forhold til det samlede volum som prøven, inkludert volumet av vannfylte porer i det enkelte materialkorn, opptar ved neddykking i vann. Densitet i helt tørr tilstand er massen av en ovnstørket prøve av materialet ved veiing i luft, i forhold til det samlede volum som prøven, inkludert volumet av porer i det enkelte materialkorn som kan fylles med vann, opptar ved neddykking i vann. Tilsynelatende densitet er massen av en ovnstørket prøve av materialet ved veiing i luft, i forhold til det samlede volum som prøven - inkludert indre, lukkede porer, men eksklusivt volum av porer i det enkelte materialkorn som kan fylles med vann - opptar ved neddykking i vann. Densitet etter denne definisjonen bestemmes i henhold til kap og Kommentar: Densitet må ikke forveksles med materialets romvekt, dvs. densitet i geoteknisk terminologi, (se NS 8010 eller NS-EN ) som er prøvens totale masse i forhold til dens totale (ytre) volum inkludert mellomrom mellom kornene i prøven. For bestemmelse av romvekt se kap Referanser AASHTO T84-86: Specific Gravity and Absorption of Fine Aggregate Kontrollrådet for betongprodukter, klasse P, Deklarasjons- og Godkjenningsordningen for Betongtilslag (DGB): Bestemmelser (gjeldende utgave av tekniske bestemmelser og metoder for prøving av betongtilslag) NS-EN (2000): Prøvingsmetoder for mekaniske og fysiske egenskaper for tilslag Del 6: Bestemmelse av korndensitet og vannabsorpsjon

2 side 2 av 5 Utstyr - brett eller annet underlag av ikke vannsugende materiale - skuffe - varmluftapparat (hårtørrer e.l.) - metallkonus med mål som vist på figur stamper, vekt 350 g, med mål som vist på figur kontrollert pyknometer (eventuelt stål- eller glassylinder med planslipt kant, eller norgesglass, glassplate) med volum ca. 0,5-2 liter - utstyr til fjerning av luft i prøven (eksikator og vakuumutstyr, eventuelt kokeplate) - kalibrert vekt - 2 kg eller 5 kg, nøyaktighet 0,1 g - kontrollert varmeskap Fremgangsmåte Undersøkelsen utføres på representative prøver av materialet, uttatt og neddelt i henhold til kap og (Håndbok 015). Antall prøver må fastlegges på forhånd. Hver prøve skal bestå av minst 2 delprøver (parallelle bestemmelser). Kommentar: Ved prøving av nye (tidligere ikke undersøkte) forekomster, større leveranser og lagerpartier bør det alltid undersøkes minst tre uavhengige prøver, dvs. prøver tatt på forskjellige steder i forekomsten/leveransen/partiet. Se for øvrig DGBs tekniske bestemmelser for prøving av betongtilslag. Til prøvingen skal det foreligge en mengde på minst 3-5 kg av materialet. Til hver bestemmelse av densitet og absorbert vann skal det brukes ca. 0,5 kg materiale (se punkt 5). Dersom materialet inneholder overstørrelser (korn større enn 8,0 mm) i slik mengde at det blir vanskelig å bruke konusmetoden (se punkt 3 og 4), fjernes overstørrelsene før prøvingen. Densitet og absorbert vann bestemmes på følgende måte: 1. Materialet skal være vannmettet og synlig vått før prøvingen. Hvis materialet er tørt, tilsettes ca. 10 % vann (senest 24 timer før prøving), og materialet beskyttes mot uttørking. 2. Det fuktige materialet spres tynt utover et ikke vannsugende materiale, for eks. plast eller vokset papir. Materialet kan selvtørke eller tørkes i svak varmluftstrøm under omrøring. Tørkingen skal avbrytes idet materialet blir overflatetørt, før sandkornene tilsynelatende ikke lenger kleber til hverandre. (I alminnelighet idet materialet begynner å skifte farge.) Materialet avkjøles til romtemperatur og beskyttes mot videre uttørking. 3. For å fastslå om materialet er overflatetørt, fylles materialet i metallkonusen (se figur ), strykes av langs overkanten av konusen og stampes 25 ganger med stamperen. Konusen skal ikke etterfylles når stampingen er ferdig. 4. Konusen løftes rett opp slik at materialet blir stående igjen som en kjegle på underlaget. Materialet anses som overflatetørt dersom kjeglen ryr (korn løsner), dvs. når kjeglen er på grensen av kollaps. Hvis kjeglen ikke ryr, er det fortsatt fritt vann til stede, og tørkingen må fortsette. Hvis kjeglen helt eller delvis raser sammen, er materialet for tørt og man må begynne forfra med vått materiale. 5. Når materialet er overflatetørt, tas det straks en eller flere delprøve(r) på minst 0,5 kg. Dersom prøven er svært finkornet og inneholder lite eller intet materiale større enn 4 mm kan delprøven reduseres til ca. 0,3 kg. Delprøven veies umiddelbart og massen noteres, (M 1 ). All veiing skal foretas med nøyaktighet 0,1 g eller bedre. 6. Pyknometeret (eller en annen målebeholder) kontrolleres ved at det først fylles med rent, luftfritt vann og tempereres i vannbad til (20 ± 0,5) C. Glasspropp (eller glassplate) settes på før det hele tørkes godt av på utsiden og veies, (masse M 3 ). Pass på at hullet i glassproppen er fylt helt opp (eller at det ikke er innestengte luftblærer under glassplaten). Kontrollen kan gjerne utføres som forhåndskontroll. Se også kap og Den vannmettede, overflatetørre prøven overføres til pyknometeret som fylles med rent, luftfritt vann til det står godt over prøven. (Dersom kontroll av pyknometeret er foretatt umiddelbart før prøvingen, helles omtrent halvparten av vannet ut før prøven overføres til pyknometeret.) Luftblærer fjernes ved å røre forsiktig i prøven med en glassstav eller liknende, eller pyknometeret dreies rundt i skråstilling og ristes eller dunkes forsiktig mot underlaget. Resterende luft i prøven og vannet kan fjernes ved forsiktig koking av pyknometeret med innhold i 10 min., eller ved bruk av eksikator og undertrykk i minst 1 time, se kap Etter at luften er fjernet, fylles pyknometeret helt med rent luftfritt vann og plasseres i vannbad med temperatur (20 ± 0,5) C i 1 time. Glassproppen settes i og fylles helt med vann. (Om annen beholder brukes, skyves glassplaten over åpningen slik at luft-blærer unngås.) Pyknometeret med innhold og glass-propp (eller beholder med glassplate) tas opp av vannbadet, tørkes av på utsiden og veies (masse M 2 ). 9. Innholdet i pyknometeret (beholderen) tømmes over i en bakke. Så mye vann som mulig helles ut, uten at noe av materialet følger med (VIKTIG!). Det kan være nødvendig å la prøven stå til bunnfelling før vannet helles ut. Bakken med prøven tørkes i varmeskap ved (110 ± 5) C til den har konstant masse. Det tørkede materialet veies, (masse M 4 ). Kommentar: Normalt bestemmes densitet og absorbert vann på en og samme delprøve som angitt foran, men kan også bestemmes på separate delprøver. Overflatetørt

3 materiale lages som angitt, punkt 1-4. Av det overflatetørre materialet tas: a) delprøve til bestemmelse av absorbert vann. Prøven veies straks, dvs. mens den er akkurat overflatetørr (masse M 1 ). Prøven tørkes deretter i varmeskap til konstant vekt før den veies på nytt (masse M 4 ). b) delprøve til bestemmelse av densitet, ved bruk av pyknometer eller annen beholder, som angitt i punkt 5-8 ovenfor. Massene (M 1 ), (M 2 ) og (M 3 ) bestemmes og noteres. (Tørking i varmeskap er ikke nødvendig for denne delprøven). Når flere parallelle delprøver av ett og samme materiale undersøkes, bør flere pyknometere være tilgjengelige, slik at delprøvene kan undersøkes samtidig og tidligst mulig etter at materialet har nådd overflatetørr tilstand. Prøving av materialet i helt tørr tilstand (ovnstørket materiale) er mulig, med fremgangsmåte i henhold til kap Dette er enklest å utføre rutinemessig dersom prøvingen foretas primært for f.eks. løpende kontroll av om tilslagets densitet er konstant eller om den endrer seg. Man vil da i utgangspunktet finne materialets tilsynelatende densitet (se definisjon foran), og omregning til densitet i overflatetørr tilstand er kun mulig dersom mengden av absorberbart vann er kjent, f.eks. fra separat undersøkelse. Se under Resultater - Eventuelt. Prøving av materialet i henhold til beskrivelsen fra punkt 1 til og med punkt 9, utføres på hele materialet, inkludert finstoff. Dette tilsvarer i prinsippet prøving etter den tidligere NS 427 A, Del 2, Blad 2.3. Ved utførelse etter NS-EN er den viktigste forskjellen at materiale mindre enn 63 µm fjernes før prøvingen, ved våtsikting. Slik fremgangsmåte kan gi ulikt resultat, spesielt med hensyn til absorbert vann, i forhold til prøving uten forutgående våtsikting. Resultater Beregninger Densitet (ρ s ) for det vannmettede, overflatetørre materialet bestemmes med formel (1). Densiteten kan angis i Mg/m 3 (tonn/m 3 ), eller g/cm 3. Resultatet angis med 3 desimaler. ρ s = M1 M ( M M ) (1) Absorbert vann (w abs ) for det vannmettede, overflatetørre materialet beregnes i masseprosent av tørt materiale og angis med 1 desimal. Formel (2) benyttes. hvor: M1 M 4 w abs = % (2) M side 3 av 5 M 1 = masse i gram av vannmettet overflatetørr prøve M 2 = masse i gram av målekar eller pyknometer + prøve + vann M 3 = masse i gram av målekar eller pyknometer + vann M 4 = masse i gram av tørr prøve etter tørking i varmeskap Kommentar: Densitet (ρ s ) av vannmettet, overflatetørt materiale benevnes også med symbolet ρ ssd etter den engelske benevnelsen, "particle density on a saturated, surface dry basis", som angitt i NS-EN Eventuelt 1 Dersom prøvens totale vanninnhold (naturlig fuktinnhold) er undersøkt, (se kap ), kan prøvens inn-hold av fritt vann beregnes og angis i masseprosent med 1 desimal, som differansen mellom totalt vanninnhold og absorbert vann. Eventuelt 2 Den teoretiske sammenhengen mellom materialets densitet i vannmettet, overflatetørr tilstand (ρ s ), tilsynelatende densitet (ρ a ) og densitet i helt tørr tilstand (ρ d ), se definisjoner foran, er gitt ved formlene (3) og (4) og (5). ρ d = 1 + ρ s w abs (3) ρ s ρ a = (4) wabs 1 ( ρ s 1) ρd ρ a = (5) wabs 1 ρ d Kommentar: Dersom tilsynelatende densitet (ρ a ) er bestemt (se kap ), og en ønsker omregning til densitet i vannmettet overflatetørr tilstand (ρ s ), kan dette gjøres ut fra tabell i figur T1 i Tillegg 1). Slik omregning erstatter ikke prøving av materialet i vannmettet overflatetørr tilstand, men gir en indikasjon på resultatet. Usikkerhet Metodens nøyaktighet er avhengig av flere faktorer, bl.a. av at man har oppnådd riktig overflatetørrhet under tillaging av prøvene. Luftblærer i prøven og vannet kan medføre betydelige feil i resultatet når prøvens volum bestemmes. Kommentar: Densitet i vannmettet overflatetørr tilstand (ρ s ) brukes ved beregning av tilslagets delvolum i betongblandinger, se kap Absorbert vann (w abs ) og totalt vanninnhold i tilslaget brukes ved beregning av vannbehov og betongens masseforhold (m), se kap

4 Tilsynelatende densitet (ρ a ) ved fremgangsmåte som i kap kan brukes til løpende kontroll av om tilslagets densitet endrer seg. For ett og samme materiale vil tilsynelatende densitet (ρ a ) alltid være større enn overflatetørr densitet (ρ s ), og overflatetørr densitet vil alltid være større enn densitet i helt tørr tilstand (ρ d ). Dvs. at: ρ a > ρ s > ρ d. Rapportering Rapporten skal inneholde følgende opplysninger: - prøvingslaboratorium (navn og adresse) - ansvarlig for prøvingen - prøvingsmetode (denne beskrivelsens nr. og tittel) - identifikasjon av prøven, dato for mottak, dato for testing side 4 av 5 - materialbetegnelse (sortering, produksjons- eller dannelsesmåte, etc.) - densitet i vannmettet overflatetørr tilstand, beregnet og angitt etter ovenstående regler - absorbert vann i prosent med én desimal, beregnet av tørr masse Rapporten kan også inneholde følgende opplysninger: - innhold av fritt vann, angitt i prosent med 1 desimal. - tilsynelatende densitet - densitet i helt tørr tilstand Dersom det er benyttet utstyr eller fremgangsmåte som avviker fra ovenstående beskrivelse skal det angis i rapporten. Figur Metallkonus og stamper til bestemmelse av materialets overflatetørre tilstand

5 side 5 av 5 TILLEGG 1 Eksempel på sammenheng mellom densitet i ulike tilstander Fra type densitet Til type densitet Avvik i densitet (g/cm 3 ), avhengig av mengde absorbert vann, w abs i % 0,2 % 0,4 % 0,6 % 0,8 % 1,0 % 1,2 % 1,4 % 1,6 % 1,8 % 2,0 % 3,0 % ρ s ρ d - 0,01-0,01-0,02-0,02-0,03-0,03-0,04-0,04-0,05-0,05-0,08 ρ a + 0,01 + 0,02 + 0,03 + 0,04 + 0,05 + 0,06 + 0,07 + 0,08 + 0,09 + 0,10 + 0,15 ρ a ρ s - 0,01-0,02-0,03-0,04-0,05-0,06-0,06-0,07-0,08-0,09-0,13 ρ d - 0,02-0,03-0,04-0,06-0,07-0,09-0,10-0,12-0,13-0,14-0,21 Figur T1: Sammenheng mellom tilsynelatende densitet, densitet i helt tørr tilstand og densitet i vannmettet, overflatetørr tilstand Denne tabellen er til sammenligning av densiteter, avhengig av materialets tilstand ved målingen (overflatetørr eller helt tørr) og avhengig av mengde absorbert (absorberbart) vann i materialet. ρ s = densitet i vannmettet, overflatetørr tilstand ρ a = tilsynelatende densitet ρ d = densitet i helt tørr tilstand w abs = mengde absorbert vann i vannmettet, overflatetørt materiale Verdiene i tabellen er omtrentelige og gjelder materialer som har densitet ca. 2,65-2,80 g/cm 3 i vannmettet, overflatetørr tilstand. Tabellen avspeiler kun den teoretiske sammenhengen og er ikke verifisert ved prøving. Ved prøving av materialet i henholdsvis vannmettet overflatetørr tilstand og i helt tørr tilstand kan systematiske forskjeller oppstå, slik at avviket mellom resultatene (henholdsvis ρ s og ρ a ) ikke nødvendigvis blir som angitt i tabellen. Eksempel 1: Densitet for et vannmettet, overflatetørt materiale er målt til ρ s = 2,72. Absorbert vann w abs = 0,7 %. Ved hjelp av tabellen finner vi at: Tilsynelatende densitet: ρ a = 2,72 + 0,035 = 2,755 2,76 Densitet i helt tørr tilstand: ρ d = 2,72 0,02 = 2,70 Eksempel 2: Tilsynelatende densitet ved undersøkelse av helt tørt materiale er målt til ρ a = 2,73 (i henhold til kap ). Antatt verdi for absorberbar vannmengde (separate målinger eller erfaringstall) er w abs = 0,9 %. Ved hjelp av tabellen finner vi at: Densitet i overflatetørr tilstand: ρ s = 2,73 0,045 = 2,685 2,69 Densitet i helt tørr tilstand: ρ d = 2,73 0,065 = 2,665 2,67