Hienorakeisen materiaalin partikkelikoon määritys : menetelmän siirto ja validointi

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin Tampereen teknillisellä yliopistolla rakennustekniikan laitokselle. Laitoksella maa- ja pohjarakenteiden yksikössä toimiva Geolaboratorio (GEOLA) tekee laboratorio- ja mittauspalveluja asiakaspalveluna sekä tutkimuskäyttöön. Tällä hetkellä käytössä olevalla hydrometrimenetelmällä rakeisuustulosten saaminen kestää pisimmillään neljä päivää, mikä röntgensedimentaatiomenetelmällä voitaisiin lyhentää alle puoleen tuntiin.

Opinnäytetyön tavoitteena oli validoida röntgensedimentaatiomenetelmä hienorakeisten näytteiden rakeisuuden määritykselle. Tarkoituksena oli saada toistettava, validoitu menetelmä sekä lyhentää merkittävästi hienorakeisten materiaalien tutkimiseen kuluvaa aikaa. Validoitavat ominaisuudet olivat tarkkuus ja toistettavuus. Lisäksi selvitettiin kahdella eri testimenetelmällä saatavien tuloksien eroja ja niihin vaikuttavia tekijöitä. Tuloksista tarkasteltiin, muuttuvatko maalajien nimet sekä näytteen routivuus menetelmien välillä. Valitut hienoainesnäytteet olivat rakeisuuksiltaan mahdollisimman erilaisia.

Röntgensedimentaatiolla saatiin savimateriaaleille erilaisia tuloksia kuin perinteisellä hydrometrimenetelmällä. Erityisesti lihavan saven rakeisuuskäyrät poikkesivat selvästi toisistaan. Röntgensedimentaation tarkkuus ja toistettavuus olivat siltille hyvät, mutta savia mitattaessa ne heikkenivät 0,002 ja 0,01 mm mittapisteiden kohdalla tarkkuuden kuitenkin pysyessä hyvänä, toistettavuuden heikentyessä suhteellisesti enemmän.

Menetelmien väliset erot voivat johtua muun muassa mitattavan seoksen erilaisesta kiintoaineen konsentraatiosta, viskositeetista, näytemäärästä, näytteen valmistelumenetelmistä tai näytteen esikäsittelystä ennen mittauksia. Näin ollen menetelmää ei voida toistaiseksi käyttää savimateriaalien perinteiseen geotekniseen luokitteluun. Siltin luokitteluun röntgensedimentaatio soveltuu hyvin. Työ avasi mahdollisuuksia lisätutkimuksille menetelmien epävarmuustekijöistä, näytteenotosta, jaosta ja käsittelystä, sekä röntgensedimentaatiolaitteen asetusten hienosäädöistä.

This thesis was carried out for Geolaboratory (GEOLA) which is located in the department of civil engineering at Tampere University of Technology. GEOLA offers measurement services for customers and for research use. They needed a fast reliable method for analyzing fine grained materials. The hydrometer method is slow and can last for four days. With X-ray sedimentation method determining granulation of the fine grained samples would last only about half an hour.

The objective was to validate the X-ray sedimentation method for determining granulation of fine grained samples. The main purpose was to have a repeatable, validated method. Samples were selected according to granulation so that distribution of the fine grained particles varied between different test materials as much as possible. Validated qualities were accuracy and repeatability. The second purpose was to see if particle size distribution differs between the hydrometer and X-ray sedimentation methods when measuring the same sample.

The results differed between the two test methods. Granulation curves varied so much that without conducting more tests the X-ray sedimentation method cannot be used for clay materials but it can be applied for silt materials. Differences between these methods may have been caused by differences in solid material concentration, viscosity, differences in sample amounts or how the samples were prepared before the measurements. This means that further research needs to be done so that all possible deviations can be excluded.