SVENSK STANDARD SS-ISO 11277

Transkript

1 SVENSK STANDARD SS-ISO Fastställd Utgåva Sida (34) Copyright SIS. Reproduction in any form without permission is prohibited. Soil quality Determination of particle size distribution in mineral soil material Method by sieving and sedimentation Markundersökningar Bestämning av kornstorleksfördelning i mineraldelen av jord Sikt- och sedimentationsmetod The International Standard has the status of a Swedish Standard. This document contains the official Swedish version of ISO 11277: 1998, Soil quality Determination of particle size distribution in mineral soil material Method by sieving and sedimentation. This International Standard specifies a basic method of determining the particle size distribution. The method is applicable to a wide range of mineral soil materials, including the mineral fraction of organic soils. A major objective of this International Standard is the determination of enough size fractions to enable the construction of a reliable particle size distribution curve. In order to adjust the standard to Swedish practice Swedish comments have been added in annex A. Swedish Standards corresponding to documents referred to in this Standard are listed in Catalogue of Swedish Standards, issued by SIS. Den internationella standarden gäller som svensk standard. Detta dokument innehåller den officiella svenska versionen av Soil quality Determination of particle size distribution in mineral soil material Method by sieving and sedimentation. Denna internationella standard specificerar en grundläggande metod för bestämning av kornstorleksfördelningen. Standarden kan användas för en stor grupp av mineralfraktioner i jordarter, inklusive mineralfraktioner i organogena jordar. Den huvudsakliga målsättningen med standarden är att bestämma ett tillräckligt antal storleksfraktioner för att göra det möjligt att konstruera en tillförlitlig kornstorleksfördelningskurva. För att anpassa standarden till svensk praxis så har ett par svenska kommentarer lagts in i texten i bilaga A. I SIS Katalog över svensk standard framgår vilka av de publikationer som omnämns i denna standard som har fastställts som svensk standard och som har översatts till svenska. ICS Standarder kan beställas hos SIS Förlag AB som även lämnar allmänna upplysningar om svensk och utländsk standard. Postadress: SIS, Box 6455, STOCKHOLM Telefon: Telefax: E-post: sis.sales@sis.se. Internet: Upplysningar om sakinnehållet i standarden lämnas av SIS (STG). Telefon: Telefax: E-post: info@stg.se Tryckt i april 2001

2 Sida 2 Provläsningsexemplar / Preview Inledning Jordarternas fysikaliska och kemiska egenskaper bestäms delvis av mängderna mineralpartiklar av olika storlekar i jorden. Avsikten med denna internationella standard är, att inom definierade storleksklasser, kvantitativt mäta sådana mängder (uttryckta som andelar eller procent av den totala massan mineraljord). Bestämningarna påverkas av organisk substans, lösliga salter, sammanbindande ämnen (särskilt järnföreningar), tämligen olösliga ämnen, såsom karbonater och sulfater, eller av kombinationer av dessa. Vissa jordarter ändrar sitt uppförande så mycket vid torkning, att kornstorleksfördelningen i det torkade materialet har ingen eller ringa likhet med den man möter under naturliga förhållanden. Detta gäller särskilt jordarter med hög halt organisk substans, sådana som härrör från yngre vulkaniska avlagringar, några starkt vittrade tropiska jordarter och jordarter, som brukar beskrivas som kohesiva [6]. Andra jordarter, såsom de så kallade subplastiska jordarna i Australien, visar liten eller ingen tendens att dispergeras vid normal laboratoriebehandling, trots att fältiakttagelser visar, att de har hög lerhalt. De förfaranden, som redovisas i denna internationella standard, tar hänsyn till dessa skillnader mellan jordarter från olika miljöer, och den metodik, som presenteras, är utformad för att hantera dem på ett strukturerat sätt. Sådana skillnader i jordarters uppförande kan vara mycket betydelsefulla, men medvetandet om dem är oftast beroende av lokalkännedom. Om man antar, att laboratoriet (som oftast är fallet) ligger långt från platsen för fältarbetet, blir av fältpersonalen lämnad information avgörande för valet av lämplig laboratorieprocedur. Detta val kan bara göras, om laboratoriet gjorts fullt införstått med denna bakgrundsinformation. Alla operationer i denna internationella standard ska utföras av kunniga, utbildade personer under lämplig och tillräcklig arbetsledning. Uppmärksamhet ska fästas på vissa kända risker, men det är viktigt, att användarna alltid följer säkra arbetsrutiner. Om något som helst tvivel uppstår, rådfrågas sakkunnig person. Det är väsentligt att användarna av denna internationella standard läser den i sin helhet, innan man påbörjar något som helst arbete enligt denna. Underlåtenhet att observera vissa punkter kan leda till felaktig analys och kan innebära fara.

3 Sida 3 Markundersökningar Bestämning av kornstorleksfördelning i mineraldelen av jord Sikt- och sedimentationsmetod 1 Omfattning och tillämpning Denna internationella standard specificerar en grundläggande metod för bestämning av kornstorleksfördelning. Den är användbar för en stor grupp av mineralfraktioner i jordarter, inklusive mineralfraktioner i organogena jordar. Den erbjuder också procedurer för att hantera de mindre vanliga jordarter, som nämns i inledningen. Denna internationella standard har huvudsakligen utvecklats för miljövetenskap. Dess användning för geotekniska undersökningar är någonting, som torde förutsätta råd från sakkunnig inom dessa områden. Den huvudsakliga målsättningen med denna internationella standard är att bestämma tillräckligt antal storleksfraktioner för att göra det möjligt att konstruera en tillförlitlig kornstorleksfördelningskurva. Denna internationella standard kan inte tillämpas för att bestämma kornstorleksfördelningen hos markens organiska beståndsdelar, d.v.s. de mer eller mindre sköra, delvis nedbrutna resterna av växter och djur. Man måste också vara medveten om risken för att de kemiska förbehandlingarna och de mekaniska behandlingsstegen i denna internationella standard kan förorsaka sönderdelning av svagt sammanhållna partiklar, som vid fältundersökning skulle kunna bedömas vara primärpartiklar, trots att de sannolikt bättre beskrivs som aggregat. Om en sådan sönderdelning inte är önskvärd, bör denna internationella standard icke användas för bestämning av kornstorleksfördelningen av sådana svagt sammanhållna material. 2 Normativa hänvisningar Följande standarder innehåller krav, som genom hänvisningar i denna skrift, utgör krav även i denna internationella standard. Vid tidpunkten för publicering gällde de utgåvor, som anges nedan. Alla standarder är föremål för revision, och parter i sådana överenskommelser, som grundas på denna internationella standard, uppmanas undersöka möjligheterna att tillämpa de senaste utgåvorna av nedan nämnda standarder. Medlemmar av IEC och ISO (bl.a. SIS) för förteckning över gällande internationella standarder. ISO 565:1990, Test sieves Metal wire cloth, perforated metal plate and electroformed sheet Nominal sizes of openings (Siktar Spunnen metalltråd, perforerad plåt och elektroformad plåt Nominella siktöppningsstorlekar) ISO :1990, Test sieves Technical requirements and testing Part 1: Test sieves of metal wire cloth ISO :1990, Test sieves Technical requirements and testing Part 2: Test sieves of perforated metal plate ISO 3696:1987, Water for analytical laboratory use Specification and test methods ISO 11464:1994, Soil quality Pretreatment of samples for physico Chemical analysis. (Markundersökningar Förbehandling av jordprov för fysikalisk och kemisk analys)

4 Sida 4 Provläsningsexemplar / Preview 3 Terminologi och beteckningar 3.1 Terminologi Partiklar inom vissa storleksklasser beskrivs vanligen som sten, grus, sand, silt etc. Dessa trivialnamns innebörd växlar mellan länder, och i en del fall har sådana ord inga exakta översättningar från det ena språket till det andra. T.ex. har det holländska ordet zavel ingen motsvarighet på engelska. (I Sverige finns t.o.m. två olika sätt att namnge vissa fraktioner: Den inom lantbruket använda serien av beteckningar: grus, sand, mo, mjäla, ler och den i andra sammanhang oftast använda: grus, sand, silt, ler. Övers. anm.) Den enda fraktion, som det tycks finnas en gemensam uppfattning om, är ler, som definieras som material med mindre än 0,002 mm sfärisk ekvivalentdiameter [1,6]. Ovanstående trivialnamn ska inte användas för att beskriva resultatet av kornstorleksbestämningar enligt denna internationella standard. Fraser såsom...passerar sikt med 20 mm masköppning eller mindre än 0,063 mm sfärisk ekvivalentdiameter ska användas i stället. Om trivialnamn måste användas, t.ex. för att referera till en annan (inter-)-nationell standard, ska trivialnamnet vara klart definierat, så att varje tvivel om dess avsedda betydelse undanröjs, t.ex. silt (0,063 mm till 0,02 mm sfärisk ekvivalentdiameter) (Avsnitt 4 och t.ex. [3]). Dessutom är det vanligt att använda ordet 'textur' för att beskriva resultatet av mätningar av partikelstorleksfördelningar, t.ex. 'partikelstorleken i denna jord visar lertextur' e.dyl. Detta är ej korrekt, eftersom de båda begreppen hör till olika begreppssystem. Ordet 'textur' ska ej användas i den provningsrapport (avsnitt 10), som redovisar resultat, som erhållits vid användning av denna internationella standard. Det är vanligt att hänvisa till siktar med viss mesh -storlek eller mesh -tal. Detta är inte detsamma som siktens masköppning, och sambandet mellan de olika talen är inte omedelbart klart. Användningen av mesh kan knappast rättfärdigas och ska ej användas vid rapportering av resultat från denna internationella standard. 3.2 Beteckningar Följande beteckningar förekommer genomgående i texten och, där så är tillämpligt, är enheterna och storheterna de, som anges nedan. (SI-systemet tillämpas för vanliga enheter, t.ex. g = gram, m = meter, mm = millimeter, s = sekund, etc.) Mg megagram (10 6 g), mpa millipascal, t är sedimentationstiden, i sekunder, för en partikel med diametern d p, η h ρ s ρ w g d p är den dynamiska viskositeten hos vatten vid provningstemperaturen (se tabell B.2), i millipascal per sekund, är provtagningsdjupet i centimeter, är medelvärdet av partiklarnas densitet, i megagram per kubikmeter (antas vara 2,65. Se anmärkning under avsnitt 4), är densiteten hos den vätska, som innehåller jordsuspensionen, i megagram per kubikmeter (antas vara 1,00. Se anmärkning under avsnitt 4), är gravitationsaccelerationen, i centimeter per sekund i kvadrat (antas vara 981), är den sfäriska ekvivalentdiametern hos den aktuella partikeln, i millimeter. 4 Princip Kornstorleksfördelning bestäms genom en kombination av siktning och sedimentation, utgående från lufttorr jord [6] (se anmärkning nedan). En metod för otorkad jord anges i bilaga A. Partiklar, som ej passerar en sikt med 2 mm masköppning, bestäms med torrsiktning. Partiklar, som passerar en sådan men hålls kvar

5 Sida 5 på en med 0,063 mm masköppning, bestäms med en kombination av våt- och torrsiktning, medan partiklar, som passerar den senare, bestäms med sedimentation. Pipettmetoden är att föredra. En hydrometermetod beskrivs i bilaga B. En kombination av siktning och sedimentation gör det möjligt att konstruera en kontinuerlig fördelningskurva för partikelstorlekarna. Huvudpunkterna i detta förfarande sammanfattas som ett flödesschema i figur 2. Denna internationella standard kräver, att andelarna av de fraktioner, som separeras med sedimentation och siktning, bestäms genom vägning. Andra metoder för bestämning av massan av sådana fraktioner grundar sig på sådana företeelser som den inbördes påverkan mellan partiklarna och elektromagnetisk strålning eller elektriska fält [1]. Det föreligger ofta avsevärda svårigheter att med varandra jämföra värden, som erhållits med olika metoder för samma prov. Det är en av avsikterna med denna internationella standard, att den, genom att dess detaljer noggrant följs, ska kunna hjälpa till att minimera variationen mellan laboratorier vid bestämning av kornstorleksfördelningen i mineraljordar. Därför ska andelarna av fraktionerna enbart bestämmas genom vägning. Om denna metod ej används, kan anspråk på överensstämmelse med denna internationella standard ej göras i provningsrapporten (avsnitt 10). Både pipett- och hydrometermetoderna bygger på antagandet, att partiklarnas fall i sedimentationscylindern sker i överensstämmelse med Stokes lag [1, 6, 9] och med de restriktioner, som detta innebär, nämligen: a) partiklarna är styva, glatta sfärer, b) partiklarna sedimenterar i laminärt flöde, d.v.s. reynoldstalet är mindre än cirka 0,2. Denna restriktion sätter något mer än 0,06 mm som en övre gräns för den sfäriska ekvivalentdiametern för sedimentation enligt Stoke under gravitation [1], c) partikelsuspensionen är tillräckligt utspädd för att säkert innebära, att ingen partikel påverkar någon annans sedimentation, d) det finns ingen inbördes påverkan mellan partiklar och vätskan, e) sedimentationscylinderns diameter är stor i förhållande till partikeln, d.v.s. vätskan har 'oändlig utsträckning', f) partikeln har uppnått sin slutliga hastighet och g) partiklarna har samma relativa densitet. Partikelns diameter definieras därför som diametern hos den sfär, som i suspensionen uppför sig på samma sätt som partikeln. Detta definierar begreppet sfärisk ekvivalentdiameter. I denna internationella standard baseras uttrycket för partikeldiameter, härledd från sedimentation, på denna princip. För denna internationella standards ändamål kan Stokes lag skrivas i formen t = 18η h/[(ρ s - ρ w )gd p 2] där: t η h ρ s ρ w är sedimentationstiden, i sekunder, hos en partikel med diametern d p (nedan), är den dynamiska viskositeten hos vatten vid provningstemperaturen (tabell B.2), i millipascal per sekund, är provtagningsdjupet, i centimeter, är medelvärdet av partiklarnas densitet, i megagram per kubikmeter (antas vara 2,65. Se anmärkning), är densiteten av den vätska, som innehåller jordsuspensionen, i megagram per kubikmeter (antas vara 1,00. Se anmärkning),

6 Sida 6 Provläsningsexemplar / Preview g d p är gravitationsaccelerationen, i centimeter per sekund i kvadrat (antas vara 981), är den sfäriska ekvivalentdiametern hos den aktuella partikeln, i millimeter. ANMÄRKNING Naturligtvis finns det avsevärda skillnader mellan jordpartiklarnas densitet, men för denna internationella standards ändamål antas det, att medeltalet av partiklarnas densitet är densamma som för kvarts, d.v.s. 2,65 Mg/m 3 [10], eftersom detta är det vanligaste mineralet inom stora grupper av jordarter. Densiteten hos vatten är 0,9982 Mg/m 3 och 0,9956 Mg/m 3 vid 20 o C respektive 30 o C [8]. Med hänsyn till effekten av den lilla tillsatsen av dispergeringsmedel (8.3.2) antas vattens densitet vara 1,0000 Mg/m 3 inom denna internationella standards tillåtna temperaturområde (8.2.2). För rutinanvändning rekommenderas även, att provtagningstiderna omräknas till minuter eller timmar, vad som är lämpligt, för att minska risken för fel (tabell 3). 5 Provtagning i fält Den provmängd, som tas i fält, ska vara representativ för kornstorleksfördelningen, särskilt om mängden grövre partiklar ska kunna bestämmas på ett tillförlitligt sätt. Tabell 1 anger de rekommenderade minimimängderna. 6 Förbehandling av prov Förbehandlingen ska ske i överensstämmelse med den metod som anges i ISO ANMÄRKNING För många ändamål bestäms kornstorleksfördelningen enbart i den del av jorden, som passerar en sikt med 2 mm masköppning. I dessa fall kan laboratorieprovet (8.5) tas antingen enligt förfarandet i ISO eller från det material, som enligt 7.2 passerar en sikt med 2 mm masköppning. 7 Torrsiktning (material > 2 mm) 7.1 Allmänt Det förfarande, som beskrivs i detta avsnitt, används för material, som hålls kvar på en sikt med 2 mm masköppning. Tabell 2 anger den maximala massa, som får hållas kvar på siktar med olika diametrar och masköppningar. Om en större massa än detta hålls kvar, ska denna delas ner på ett lämpligt sätt och siktas på nytt. 7.2 Utrustning Provsiktar med masköppningar, som överensstämmer med ISO 565 och med väl tillslutande lock och bottenskålar. Hela serien av siktar, som är tillämpliga för partiklar upp till den största (eller de största), bör användas (tabell 1 och anmärkning i 7.2.3). De masköppningar, som väljs, ska redovisas i provningsrapporten (avsnitt 10). Siktarnas riktighet ska provas varje månad mot en serie standardsiktar, som endast används för detta ändamål. Man använder då en för respektive masköppning lämplig metod, såsom ett kornstorleksreferensmaterial, mikroskopering, etc [1]. Toleranserna ska uppfylla kraven i ISO och ISO Siktar, som ej uppfyller dessa specifikationer, ska kasseras. En förteckning ska föras över sådana provningar. Mässingssiktar har en viss benägenhet att brista och förändra form. Stålsiktar rekommenderas, särskilt för större masköppningar. Speciell omsorg ska ägnas åt att lock och bottenskålar inte läcker. Siktar ska granskas varje vecka, när de används regelbundet, och vid varje användningstillfälle, då de används mindre ofta. En förteckning ska föras över sådana granskningar. Siktar med runda hål ska ej användas Våg med möjlighet att väga med en noggrannhet av ±0,5 g.

7 Sida Mekanisk skakapparat för siktar. ANMÄRKNING Det är vanligen ej praktiskt att sikta mekaniskt vid masköppningar, som är mycket större än 20 mm, om inte utrustning avsedd för mycket tung hantering är tillgänglig. Mekanisk siktskakning är viktig för att sikta effektivt vid mindre masköppningar En siktborste och en styv borste. 7.3 Utförande Väg det torra laboratorieprov, som förbehandlats enligt ISO 11464, till närmaste 0,5 g (m 1 ). Placera det vägda materialet på 20 mmsikten och sikta materialet genom att borsta det försiktigt över sikthålen med den styva borsten (för att få bort all vidhäftande jord). Var noga med att lösgöra alla fragment från primärpartiklarna. Sikta det kvarvarande materialet på siktsatsen med de valda masköppningarna (7.2.1) och anteckna de på varje sikt kvarliggande mängdernas massa på 0,5 g när. Överbelasta ej siktarna (tabell 1), utan sikta materialet i portioner, om så är nödvändigt. Väg det material, som passerat sikten med 20 mm masköppning (m 2 ), eller en avpassad andel (m 3 ) (tabell 2), som erhållits genom en lämplig neddelningsmetod (avsnitt 6), och placera detta på en siktsats, där den lägsta har en masköppning av 2 mm. Skaka siktarna mekaniskt, tills inget ytterligare material passerar någon av siktarna (se anmärkning). Anteckna massan av det material, som stannar kvar på varje sikt, och massan av det, som passerat sikten med 2 mm masköppning. Den sammanlagda massan av fraktionerna bör avvika med högst 1 % från respektive m 2 eller m 3, vilket som gäller. Om så ej är fallet, kontrollera eventuella siktskador och kassera siktar, om så behövs (anmärkning i 7.2.3). Siktapparaturens funktion bör verifieras mot ett lämpligt testmaterial, t.ex. ett standardreferensmaterial med partiklar, ballotini, med en månads intervall. Resultatet av denna kontroll ska antecknas. ANMÄRKNING För praktiska ändamål är det vanligt att välja en fast skakningstid, som ger en acceptabel siktningseffekt på jordmaterial av mycket varierande slag. Minsta rekommenderade tid är 10 min. Tabell 1 Erforderlig massa av jordprov för siktning Maximal storlek på material, som utgör >10% av jorden (Som masköppning hos analyssikt, mm) Minsta provmassa, som erfordras för siktning kg , ,5 6,3 0,5 5 0,2 2 eller mindre 0,1

8 Sida 8 Provläsningsexemplar / Preview Tabell 2 Största massa av material, som får vara kvar på varje sikt efter avslutad siktning Provsiktens Största massa, kg masköppning Siktdiameter, mm mm ,5 37,5 8 3, , , , ,0 6,3 1,5 0,75 5 1,0 0,5 3,35 0,3 2 0,2 1,18 0,1 0,6 0,075 0,425 0,075 0,3 0,05 0,212 0,05 0,15 0,04 0,063 0, Resultatberäkning och redovisning För det material, som kvarhållits på siktar med 20 mm eller större masköppning, beräknas, som del av m 1, den andel av massan, som kvarhållits på varje sikt. T.ex. andel kvarhållen på 20 mm sikt = [m(20 mm)]/m 1 För det material, som passerat sikten med 20 mm masköppning, multipliceras massan av det material, som passerat varje sikt med m 2 / m och beräknas detta 3 som del av m 1. T.ex. andel kvarhållen på 6,3 mm sikt = m(6,3 mm)[(m 2 /m 3 )/m 1 ] Redovisa resultaten som en tabell, som, med två signifikanta siffror, visar de massandelar, som kvarhållits på varje sikt, och den andel, som passerat 2 mm-sikten. Värdena ska också användas till att konstruera en kumulativ fördelningskurva (figur 1).

9 Sida 9 Figur 1 Blankett för kornstorleksfördelningskurva

10 Sida 10 Provläsningsexemplar / Preview Laboratorieprov (6) Beräkning (7.4) > 2 mm Torrsiktning (7.2) < 2 mm Destruktion av organisk substans (8.6) Bestämning av E c (8.7) > 0,4 ds/m <0,4 ds/m Borttagning av järnoxid och karbonater behövs? nej ja Borttagning av lösliga salter och gips (8.7) Borttagning av järnoxid/karbonater (anmärkning i 8.7) Dispergering (8.8) Våtsiktning (8.9) > 0,063 mm < 0,063 mm Sedimentation (8.10) Beräkning (8.11) Provningsrapport (10) Figur 2 Flödesschema

11 Sida Kulans kapacitet är approximativt 125 ml. 2. Kapacitet för pipett och trevägskran 10 ml. ANMÄRKNING Detta utförande har visat sig vara tillfredsställande men andra är användbara. Figur 3 Pipett för provtagning vid sedimentationsanalys