DIN 18121-2-2012 Soil investigation and testing - Watercontent - Part 2 Determination by rapid methods《土壤 勘探和试验 含水量 第2部分 快速测定法》.pdf

1、Februar 2012DEUTSCHE NORM Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DINPreisgruppe 10DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 93.020!$xqy“1857886www.din.deDDIN 18121-2Baug

2、rund, Untersuchung von Bodenproben Wassergehalt Teil 2: Bestimmung durch SchnellverfahrenSoil, investigation and testing Watercontent Part 2: Determination by rapid methodsSol, Reconnaissance et essai Teneur en eau Partie 2: Dtermination par mthodes rapidesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag

3、 GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 18121-2:2001-08www.beuth.deGesamtumfang 16 SeitenDIN 18121-2:2012-02 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen 4 3 Begriffe .4 4 Bezeichnung .4 5 Verfahren 5 6 Verfahren mit Schnelltrocknung 5 6.1 Schnelltrocknung mit Infrarotstrahler .5

4、 6.1.1 Allgemeines 5 6.1.2 Gerte 5 6.1.3 Probemenge .5 6.1.4 Durchfhrung .5 6.1.5 Auswertung 6 6.2 Schnelltrocknung mit Elektroplatte oder Gasbrenner .6 6.2.1 Allgemeines 6 6.2.2 Gerte 6 6.2.3 Probemenge .6 6.2.4 Durchfhrung .6 6.2.5 Auswertung 6 6.3 Schnelltrocknung mit Mikrowellenherd 6 6.3.1 Allg

5、emeines 6 6.3.2 Gerte 6 6.3.3 Probemenge .7 6.3.4 Durchfhrung .7 6.3.5 Auswertung 7 7 Luftpyknometerverfahren .7 7.1 Allgemeines 7 7.2 Gerte 7 7.3 Probemenge .7 7.4 Durchfhrung .7 7.5 Auswertung 9 7.6 Kalibrierung des Gertes . 10 8 Angabe der Ergebnisse 10 Anhang A (informativ) Anwendungsbeispiele .

6、 11 A.1 Schnelltrocknung mit Infrarotstrahler 11 A.2 Schnelltrocknung mit Elektroplatte 12 A.3 Schnelltrocknung mit Mikrowellenherd . 13 A.4 Luftpyknometerverfahren 14 Literaturhinweise . 16 Bilder Bild 1 Luftpyknometer 8 Bild A.1 Auswertediagramm fr ein Luftpyknometer (Beispiel) . 15 DIN 18121-2:20

7、12-02 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 005-05-03 AA Baugrund, Laborversuche“ im Normenausschuss Bauwesen (NABau) des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. erarbeitet. DIN 18121 Baugrund, Untersuchung von Bodenproben Wassergehalt besteht aus: Teil 1: Bestimmung durch Ofentroc

8、knung Teil 2: Bestimmung durch Schnellverfahren Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 18121

9、-2:2001-08 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) das Calciumcarbidverfahren wurde gestrichen; b) das Gropyknometerverfahren wurde gestrichen; c) die Kurzzeichen der Versuchsverfahren wurden gendert. Frhere Ausgaben DIN 18121-2: 1989-09, 2001-08 DIN 18121-2:2012-02 4 1 Anwendungsbereich Dieses Do

10、kument gilt fr die Bestimmung des Wassergehalts durch Schnellverfahren. Die Schnellverfahren werden fr bindige und nichtbindige Bden, deren feste Bestandteile whrend der Versuchsdurchfhrung keine chemischen Vernderungen erfahren, angewendet. ANMERKUNG Fr den landwirtschaftlichen Wasserbau und bodens

11、chutzrelevante Untersuchungen siehe DIN ISO 11461 und DIN ISO 11465. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgab

12、e des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 18121-1, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben Wassergehalt Bestimmung durch Ofentrocknung DIN 18124, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Korndichte Kapillarpyknometer, Weithalspyknometer, Gaspyknometer DIN E

13、N 837-1, Druckmegerte Teil 1: Druckmegerte mit Rohrfedern; Mae, Metechnik, Anforderungen und Prfung DIN EN ISO 14688-1, Geotechnische Erkundung und Untersuchung Benennung, Beschreibung und Klassifizierung von Boden Teil 1: Benennung und Beschreibung 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelte

14、n die Begriffe nach DIN 18121-1. ANMERKUNG Die Definition des Begriffs Wassergehalt“ bezieht sich auf die Bestimmung des Wassergehalts im Trocknungsofen bei 105 C nach DIN 18121-1. Der Wassergehalt, bestimmt durch Schnellverfahren, entspricht annhernd diesem Ergebnis. 4 Bezeichnung Folgende Bestandt

15、eile ergeben die Bezeichnung dieser Norm. Tabelle 1 Bestandteile der Normbezeichnung Bestandteil der Normbezeichnung Angabe in dieser Norm Benennungsblock Versuch Identifizierungsblock Normnummer - Teilnummer DIN 18121- 2 Merkmale Infrarotstrahler (IR) Elektroplatte oder Gasbrenner (EG) Mikrowellenh

16、erd (MW) Luftpyknometerverfahren (LP) DIN 18121-2:2012-02 5 BEISPIEL Bezeichnung des Schnellverfahrens nach DIN 18121-2 zur Bestimmung des Wassergehalts mit Infrarotstrahler(IR) Versuch DIN 18121 2 IR Benennungsblock Norm-Nummer-Block Merkmale-Block (beginnt mit Norm-Teilnummer) 5 Verfahren Es drfen

17、 nur folgende Schnellverfahren zur Bestimmung des Wassergehalts angewandt werden: a) Verfahren durch Schnelltrocknung mit Infrarotstrahler (IR); Elektroplatte oder Gasbrenner (EG); Mikrowellenherd (MW); b) Luftpyknometerverfahren (LP). 6 Verfahren mit Schnelltrocknung 6.1 Schnelltrocknung mit Infrar

18、otstrahler 6.1.1 Allgemeines Die Schnelltrocknung mit Infrarotstrahler eignet sich fr mineralische Bodenarten. Durch Infrarotstrahlen wird die Probe sehr viel schneller getrocknet als durch Trocknen im Trocknungsofen nach DIN 18121-1. Die Trocknungstemperatur ist abhngig vom Absorptionsvermgen der K

19、rner, daher mssen die Versuchsbedingungen fr jeden Boden neu festgelegt werden, damit der ermittelte Wassergehalt dem Wassergehalt, bestimmt durch Ofentrocknung nach DIN 18121-1, entspricht. Das Verfahren eignet sich vornehmlich fr Reihenuntersuchungen an gleichartigen Bden. 6.1.2 Gerte Infrarotstra

20、hler; Schale, Messer, Spatel; Waage nach DIN 18121-1. 6.1.3 Probemenge Die Probemenge richtet sich nach DIN 18121-1 und nach der Art des verwendeten Gertes. 6.1.4 Durchfhrung Nach Wgen der Masse der feuchten Probe m wird diese bis zur Massenkonstanz unter dem Infrarotstrahler getrocknet. Fr jede Bod

21、enart und Probemenge ist eine Kalibrierung vorzunehmen. Dabei ist der Abstand zwischen Probe und Infrarotstrahler und/oder die Stromstrke so einzustellen, dass der Wassergehalt der Bodenprobe jenem Wert entspricht, der bei Trocknung nach DIN 18121-1 erhalten wird. Die Masse der trockenen Probe mdwir

22、d, sofern sie mindestens 300 g betrgt, unmittelbar nach dem Trocknen ermittelt. Kleinere Proben mssen vorher im Exsikkator abgekhlt werden. DIN 18121-2:2012-02 6 6.1.5 Auswertung Nach DIN 18121-1. 6.2 Schnelltrocknung mit Elektroplatte oder Gasbrenner 6.2.1 Allgemeines Das Verfahren eignet sich fr B

23、odenarten, deren feste Bestandteile bei Temperaturen bis 400 C keine chemischen Vernderungen (Kristallwasserabgabe, Oxidation) erfahren. Infolge der auftretenden hheren Temperaturen sind die ermittelten Wassergehalte hher als die durch Ofentrocknung nach DIN 18121-1 ermittelten Wassergehalte (im All

24、gemeinen bei 400 C zwischen 1,03- und 1,07-fache Werte). Das Verfahren eignet sich vornehmlich fr Untersuchungen im Erdbau. 6.2.2 Gerte Elektroplatte oder Gasbrenner; Trockenblech; Handschaufel; Waage nach DIN 18121-1. 6.2.3 Probemenge Die Probemenge richtet sich nach DIN 18121-1. Die Mindestprobema

25、sse betrgt 500 g. 6.2.4 Durchfhrung Die Probe wird auf das Trockenblech gebracht, gewogen und dann ber der Elektroplatte oder dem Gasbrenner unter stndigem Umrhren getrocknet. Das Trocknen ist so lange fortzusetzen, bis Massenkonstanz erzielt wird. Die Masse der trockenen Probe mdwird unmittelbar na

26、ch dem Trocknen bestimmt. 6.2.5 Auswertung Nach DIN 18121-1. 6.3 Schnelltrocknung mit Mikrowellenherd 6.3.1 Allgemeines Die Schnelltrocknung mit Mikrowellenherd eignet sich fr mineralische Bodenarten. Durch Mikrowellen wird die Probe schneller erhitzt als im Trocknungsofen nach DIN 18121-1. Die Troc

27、knungstemperatur ist vom Absorptionsvermgen des Boden-Wasser-Gemischs abhngig und kann bis etwa 300 C betragen. Infolge der hheren Temperaturen knnen die ermittelten Wassergehalte je nach Mineralart ber den Werten liegen, die durch Ofentrocknung nach DIN 18121-1 erhalten werden. Das Verfahren eignet

28、 sich vornehmlich fr Untersuchungen im Erdbau. 6.3.2 Gerte Mikrowellenherd (handelsblicher); Glas- oder Porzellanschalen (mikrowellenfest); Spatel; Waage nach DIN 18121-1. DIN 18121-2:2012-02 7 6.3.3 Probemenge Die Probemenge richtet sich nach DIN 18121-1. 6.3.4 Durchfhrung Die zu untersuchende Prob

29、e wird in der Porzellanschale ausgebreitet, gewogen und dann im Mikrowellenherd getrocknet. Dabei ist die Leistung des Mikrowellenherdes so niedrig einzustellen, dass die Probe beim Trocknen nicht zerbirst. Das Trocknen ist so lange fortzusetzen, bis Massenkonstanz erreicht wird. ANMERKUNG Die erfor

30、derliche Trocknungszeit ist von der Bodenart abhngig und wchst mit der Masse des zu verdampfenden Wassers. Sie muss experimentell ermittelt werden. Fr Bodenproben, die nicht mehr als 100 g Wasser enthalten, sind fr die meisten Bodenarten 20 min im Mikrowellenherd ausreichend. Nach dem Abkhlen im Exs

31、ikkator wird die Masse der trockenen Probe mdermittelt. 6.3.5 Auswertung Nach DIN 18121-1. 7 Luftpyknometerverfahren 7.1 Allgemeines Beim Luftpyknometerverfahren wird die Bodenprobe in einen druckdichten Probebehlter gefllt, in den aus einer Luftkammer komprimierte Luft eingeleitet wird. Der in Prob

32、ebehlter und Luftkammer entstehende Druck ist abhngig vom Volumen der Feststoffe und des Wassers in der Bodenprobe sowie vom Volumen der Luftkammer, des Probebehlters und dem Ausgangsluftdruck p0. Der entstehende Druck wird mit einem berdruckmessgert gemessen. In Abhngigkeit von diesem Druck kann da

33、s Volumen der festen und flssigen Bestandteile der Bodenprobe aus einem dem Gert zugeordneten Auswertediagramm entnommen werden. Aus diesem Volumen und der Masse der feuchten Probe lsst sich bei bekannter Korndichte der Wassergehalt berechnen. 7.2 Gerte Luftpyknometer mit berdruckmessgert, Genauigke

34、itsklasse 0,6 nach DIN EN 837-1; Auswertediagramm; Kalibriervolumensatz; Waage nach DIN 18121-1; Werkzeug zum Zerkleinern der Bodenprobe; Handstempel. 7.3 Probemenge Die Probe muss den Probebehlter des Luftpyknometers zu mindestens 75 % ausfllen. Die Probemenge nach DIN 18121-1 darf nicht unterschri

35、tten werden. 7.4 Durchfhrung Vor Versuchsbeginn wird die Masse mKdes Probebehlters bestimmt. Die Probe wird lagenweise in den Probebehlter eingefllt. Dabei ist jede Lage von Hand mittels eines Stempels gut anzudrcken. Die Probe darf den Probebehlter nur bis zum Rand fllen. Der Probebehlter mit Probe

36、 wird gewogen; das Ergebnis ist m + mK. Dann wird nach vorherigem Reinigen und Anfeuchten des Randes des Probebehlters und des Dichtungsringes das Oberteil mit der Luftkammer bei geffnetem Entlftungsventil (4) aufgesetzt und dicht mit dem Probebehlter verschraubt (siehe Bild 1). DIN 18121-2:2012-02

37、8 Nach dem Schlieen der Ventile (siehe Bild 1, Legende 4, 6 und 9) wird mittels der Luftpumpe der berdruck p0in der Luftkammer erzeugt, fr den das Auswertediagramm erstellt worden ist. Durch vorsichtiges ffnen des Ausgleichsventils (6) wird der Luftdruck zwischen Luftkammer und Probebehlter langsam

38、(etwa in 15 s) ausgeglichen. Der sich einstellende Luftdruck p1wird am berdruckmessgert abgelesen, wenn die Anzeige einen konstanten Wert erreicht hat. Nach der Ablesung wird das Entlftungsventil (4) geffnet, damit ein Ausgleich des Druckes im Probebehlter mit der Umgebung stattfinden kann. Legende

39、1 Probebehlter (Kessel) 2 Bodenprobe 3 Schrauben zur Kopplung von Probebehlter und Oberteil 4 Entlftungsventil (Probebehlter) 5 Luftkammer 6 Ausgleichsventil 7 Luftpumpe 8 berdruckmessgert 9 Entlftungsventil (Luftkammer) 10 Oberteil 11 Dichtungsring Bild 1 Luftpyknometer DIN 18121-2:2012-02 9 Der be

40、schriebene Vorgang wird zweimal wiederholt; die Ablesungen sind p2bzw. p3. Aus den Ablesungen p1, p2und p3wird der Mittelwert p gebildet. Nach Beendigung des Versuches muss zuerst der Probebehlter (Entlftungsventil 4) und danach die Luftkammer (Entlftungsventil 9) entlftet werden, damit keine feucht

41、e Luft aus dem Probebehlter in die Luftkammer eindringen kann; das abgeschiedene Wasser wrde das Luftvolumen in der Kammer verringern. Stellt sich nach dem Druckausgleich zwischen Luftkammer und Probebehlter ein Luftdruck p1 0,4 p0ein, so ist der im Probebehlter vorhandene Hohlraum zu gro, d. h. die

42、 Bodenprobe ist fr genauere Messungen ihres Wassergehaltes zu klein, und der Versuch ist mit einer greren Probenmenge zu wiederholen. Bei sehr feinkrnigen Bodenproben, z. B. Tonen, besteht die Gefahr, dass der Druck in dem luftgefllten Porenraum nicht in dem Ausma wie im Probebehlter ansteigt. Soll

43、der Wassergehalt solcher Bodenproben bestimmt werden, wird zuerst eine abgewogene Wassermasse in den Probebehlter eingefllt, die Bodenprobe fein zerschnitten in das Wasser gegeben und der Versuch durchgefhrt. 7.5 Auswertung Aus der Differenz der Wgungen mKund (m + mK) wird die Masse der feuchten Pro

44、be m ermittelt. Mit dem Luftdruck p wird das Volumen Vgemdes festen und flssigen Anteils der Bodenprobe (Vm) und der zugegebenen Wassermenge Vwaus dem Auswertediagramm abgelesen. Der Zusammenhang von p und Vgemist durch das Boyle Mariottesche Gesetz“ gegeben. Mit Vm= Vgem Vw, (1) m und sergibt sich

45、der Wassergehalt zu ( )( )mwsmswVmmVw=(2) mit w= 1,0 g/cm3. Dabei ist w der Wassergehalt, in 1; w die Dichte des Wassers, in g/cm3; s die Korndichte, in g/cm3; Vm das Volumen der festen und flssigen Masse der Bodenprobe, in cm3; mdie Probenmasse, in g. DIN 18121-2:2012-02 10 7.6 Kalibrierung des Ger

46、tes Der Versuch wird nach 7.4 durchgefhrt. An Stelle der Bodenproben werden in den Probebehlter als Kalibriervolumen unterschiedlich groe Metallkrper eingesetzt. Nach Einstellung des Druckausgleichs ergibt sich dann zu jedem bekannten Volumen die entsprechende Ablesung fr den Luftdruck p am berdruck

47、messgert. Die ermittelten Ablesungen fr den Luftdruck p werden in einem Diagramm ber dem Volumen aufgetragen. Die Verbindung der Einzelpunkte ergibt das Auswertediagramm. Es ist zweckmig, vor jeder Versuchsreihe das Gert mit einem Kalibriervolumen auf seine bereinstimmung mit dem Auswertediagramm zu

48、 berprfen. Bei Abweichungen ist das Gert neu zu kalibrieren. 8 Angabe der Ergebnisse Normbezeichnung; Bodenart nach DIN EN ISO 14688-1; Grtkorn; Wassergehalt w. DIN 18121-2:2012-02 11 Anhang A (informativ) Anwendungsbeispiele A.1 Schnelltrocknung mit Infrarotstrahler Prfung DIN 18121-2 IR a) Bodenart Sand, schwach schluffig, schwach tonig b) Waage, Przisionswaage Messunsicherheit der Wgung m = 0,01 g c) Grtkorn 2 mm d) Massen feuchte Probe mit Behlter m + mB= 88,52 g; trockene Probe mit Behlter md+ mB= 82,70 g; Behlter mB= 45,02 g; Porenwasser mw= (m + mB) (md+ mB) = 5,82 g;