BME TDK konferencia 2005 Geotechnika Gravitációs elven működő víztartási görbemérő berendezés felépítésének dokumentációja készítette: Laufer Imre 4. évf. építőmérnök hallgató Firgi Tibor konzulensek: dr. Imre Emőke
Tartalomjegyzék oldal 1. Bevezetés 3 1.1 A telítetlen talaj 3 1.2 A telítetlen talajok fázisai 3 1.3 A telítetlen talajok feszültségi állapotváltozói 3 2. A víztartási görbe 4 2.1 A víztartási görbe jellemzői 4 2.2 A víztartási görbe felhasználása 4 3. A szívás-víztartalom összefüggés meghatározásának módszerei 6 3.1 pontszerű mérések 6 3.2 A teljes víztartási görbe meghatározása laboratóriumi módszerekkel 6 4. A porózuslapos eszköz és mérési módszer 8 4.1 A módszer bemutatása 8 4.2 A berendezés bemutatása 8 4.3 A berendezés összeépítése, tapasztalatok 10 5. Összegzés 13 6. Irodalomjegyzék 14 7. Köszönetnyilvánítás 14 Függelék 15 2
1. Bevezetés 1.1 A telítetlen talaj A telítetlen talajok jellemzője, hogy a pórusvíznyomás és a póruslevegő-nyomás nem egyenlő. A két érték különbségét nevezzük szívásnak. A szívás két részre bontható: a kapilláris és az ozmotikus szívásra. A kapilláris szívás a talajvíz áramlásával kapcsolatos és erősen függ a talaj víztartalmától. Az ozmotikus szívás a kémiailag tiszta víz és az oldatok közötti feszültségkülönbség, alig függ a víztartalomtól (D.G. Fredlund,H. Rahardjo (1993.)). Ebben a dolgozatban az ozmotikus szívással nem, hanem csak a kapilláris szívással szeretnék foglalkozni. 1.2 A telítetlen talajok fázisai A telítetlen talajokban 4 fázis különböztethető meg: a szilárd fázis, a víz, a levegő, és a hártya, azaz felületi réteg. A hártyát azért tekintik külön fázisnak, mert a tulajdonságai jelentősen eltérnek a vele határos másik fázisokétól, és definiálhatóak a határfelületei. A hártya legfontosabb tulajdonságai: a felületi feszültség, és kapilláris erőt ad át a szilárd fázisra. 1.3 A telítetlen talajok feszültségi állapotváltozói A feszültségi állapotváltozók egy rendszer feszültségi állapotát az anyagjellemzőktől függetlenül írják le. Ez az alapja a kontinuummechanikai tárgyalásmódnak. Az állapotváltozók száma legfeljebb annyi, mint a mérhető feszültségek száma. Telítetlen talajokban 3 feszültség mérhető, ezek a teljes feszültség, a póruslégnyomás és a pórusvíznyomás. Nagyságuk ebben a sorrendben csökken. A gyakorlati felhasználás érdekében célszerű csökkenteni az állapotváltozók számát. Ez ebben az esetben úgy célszerű, ha a póruslégnyomást (u a ) tekintjük referenciaváltozónak, és a másik két állapotváltozó a nettó normálfeszültség (σ-u a ), és a kapilláris szívás (u a u w ). Ez azért kedvező, mert a póruslégnyomás általában megegyezik a légköri nyomással, nem okoz (lényeges) alakváltozást sem a vízben, sem a szilárd fázisban, és nincs nyírószilárdsága.(fredlund és Morgenstern (1977.)) Szélső esetben, ha a póruslégnyomás megegyezik a pórusvíznyomással, megkapjuk a telített talajok feszültségi állapotváltozóit: u a =u w, így (σ-u w )=σ, ez a hatékony feszültség, és u w, a semleges feszültség. A telítetlen talajok egész kontinuummechanikai tárgyalásmódjára igaz, hogy szélső esetként levezethetőek belőle a telített talajok egyenletei. A víztartalom a két feszültségváltozó függvényében 3
2. A víztartási görbe 2.1 A víztartási görbe jellemzői A víztartási görbe (víztartalom-szívás függvény) a talaj nedvességtartalmát ábrázolja a szívás (u a u w ) függvényében ((σ-u a )=0 síkon), így a kompressziós görbe tükörképe. Mind a két görbe anyagjellemző. A görbe 3 jól elkülöníthető szakaszból áll: A szívás értéke: 0 - (u a u w ) e között változik. (u a u w ) e a levegő-belépési szívás. Ebben a tartományban a víztartalom nem változik, a talaj (gyakorlatilag) telített, a görbe vízszintes. (u a u w ) e - (u a u w ) r közötti szívástartomány: a szívás növelésével rohamosan csökken a víztartalom, egészen a reziduális víztartalomhoz tartozó szívás (u a u w ) r eléréséig. A szakasz meredekségét m 2 -vel jelölik. (u a u w ) r 1 000 000 kpa: a szívás további növelésével a víztartalom alig változik, a görbe ellapul, a meredeksége m 1 -re csökken. A tartomány felső határa, 1 000 000 kpa, a termodinamikailag lehetséges maximális szívás, ez az az energiaszint, amely fölött bármely porózus anyag relatív nedvességtartalma nullára csökken. A különböző szemeloszlású talajok (szemcsés, átmeneti, kötött) víztartási görbéje affin, az (u a u w ) e, (u a u w ) r,m 2, m 1 értékekben különbözik. Víztartási görbék jellegei különböző talajtípusokra A víztartási görbe nem azonos lefutású száradás és nedvesedés határára, hanem hiszterézise van. Ez azzal magyarázható, hogy egy kapilláris rendszerben, ahol változik a kapilláris cső átmérője, két egyensúlyi helyzet is kialakulhat, az azt megelőző áramlás irányától függően. A talaj hézagrendszere is egy ilyen változó átmérőjű kapilláriscsőnek felel meg. (Kabai I. (1995.); Rétháti L. (1974.); D.W. Taylor (1948.)) Víztartási görbe hiszterézisének okai 2.2 A víztartási görbe felhasználása A víztartási görbének több talajmechanikai függvénnyel is kapcsolata van: szükség van rá a térfogat-változási problémák, áramlási feladatok megoldásánál, a nyírószilárdság számolásánál az ún. kapilláris kohézió számszerűsítéséhez. Használják még a mezőgazdasági talajtanban is. 4
A térfogat-változási feladatok közül például a duzzadó talajok térfogatváltozására Richard dolgozott ki egy empirikus módszert, amelyik felhasználja a talaj laboratóriumban meghatározott víztartási görbéjét. Az áramlási feladatok differenciálegyenlete 2D esetre a következő: δ ( k δx x VV δ δh δ δh ) + ( k q V y ) + = δx δy δy δt Ebben az egyenletben k x és k y az áteresztőképesség x-, ill. y-irányban. Az áteresztőképesség több talajfizikai jellemzőtől, így a telítettségtől, a hézagtényezőtől és a víztartalomtól függ, k=f(s,e,w). A három közül telítetlen talajoknál kettő független egymástól, de a k-érték lényegében csak a víztartalomtól függ (Lloret és Alonso (1980.); Fredlund (1981.)) A víztartalom és a szívás közötti kapcsolatot pedig a víztartási görbe írja le, ezért az áteresztőképesség megadható a szívás függvényében is. (pl. Van Genuchten (1980.), Fredlund (1994.)) Az egyenlet jobb oldala is átalakítható úgy, hogy szerepeljen benne a víztartási görbe meredeksége. A szilárdsági feladatokban a telítetlen talajokra vonatkozó Mohr-Coulomb-feltétel: b τ = c + ( σ ua ) tgϕ + ( ua uw ) tgϕ ahol a φ b a kapilláris szívástól függő súrlódási szög. A levegő-belépési szívásig φ=φ b, majd csökken és 0-hoz tart, mert a víztartalom csökkenésével csökken az egymással kapcsolatban levő víz mennyisége. Nyíró feszültség Szívás Netto normálfeszültség A talajtanban a víztartási görbét már régebb óta használják, mint a talajmechanikában. A talajtanban a talaj vízháztartásának a jellemzésére (víztöbblettel rendelkező, vízhiányos területek), valamint az egyes növényfajták által kinyerhető víz mennyiségének meghatározására. ([2] 8-24. old [3] 6-30. old.) Víztartási görbe a talajtanban 5
3. A szívás-víztartalom összefüggés meghatározásának módszerei 3.1 Nem szabályozott mérések Az itt bemutatott módszerekkel a talajban uralkodó szívást lehet mérni, a víztartalmat külön kell meghatározni. Így egy értékpárt kapunk, ami a víztartási görbe egy pontja. Pszichrométeres eljárás A pszichrométerrel történő szívás-meghatározásnál nem csak a kapilláris, hanem a teljes szívást mérik (kapilláris és ozmotikus szívás összege). A mérési tartomány 0-66 bar. A mérés alapelve a Peltier-jelenség. A talajmintát lehűtik a levegő harmatpontja alá, ekkor a talaj pórusterében lévő levegő nedvessége lecsapódik a műszer termoelemére. Amikor a lecsapódott nedvesség párologni kezd, hőmérséklet-csökkenést idéz elő a termoelemben, ami áramot indukál. Ez az áram arányos a minta nedvességpotenciáljával, amit ismert nedvességpotenciálú (ozmózisú) oldatokkal állapítanak meg. Szűrőpapír módszer A szűrőpapír-eljárásnál egy ismert víztartási görbéjű szűrőpapírral hozzuk kapcsolatba a talajmintát. A szűrőpapír víztartalmának mérésével meghatározható a minta nedvességtartalma. A módszer alkalmas teljes szívás mérésére, ha a szűrőpapír a mintával csak a gőzfázison keresztül érintkezik, és a kapilláris szívás mérésére is, ha a kapcsolat a folyadékfázison keresztül is biztosított. Tenziométeres meghatározás A tenziométer egy kerámiacsészéből, egy levegőmentes vízoszlopból és egy manométerből áll. A rendszer a kerámiacsészén keresztül kapcsolatban van a talajvízzel. A tenziométer működése azon alapszik, hogy a talajvíz potenciálja kisebb, mint a tenziométerben a mérés kezdetekor atmoszferikus nyomású vízé. A talajvíz szívást gyakorol a tenziométerben levő vízre, és az a kerámiacsészén keresztül addig áramlik a talajba, amíg a tenziométercsőben kialakuló vákuum egyensúlyt nem tart a talajvíz szívásával. Ezt a szívásértéket a manométerről leolvashatjuk. A mérési tartomány a kerámia levegő-belépési szívásáig tart, ez általában 0-800 vízoszlop-centiméter. ([1] 143-150. old) tenziométer 3.2 A teljes víztartási görbe meghatározása laboratóriumi módszerekkel A víztartási görbe laboratóriumi mérésénél a talajmintát különböző, szabályozott szívásértékeknek teszik ki. Ennek hatására a mintából az egyensúly beálltával eltávozik az összes víz, amelyet a szívóerőnél gyengébb erővel kötött meg a talaj. A mérés folyamán a talajminta tömegét mérik, amiből számítható a talaj nedvességtartalma. A kapott értékpárokból áll össze a víztartási görbe, ám a teljes függvény kimérése hosszadalmas és nehézkes folyamat. Hosszadalmas, mert nagy szívás-értékeknél kicsi a talaj vízáteresztő-képessége, így az egyensúly lassan, hosszú idő alatt áll be, és nehézkes, mert nincs olyan mérőberendezés, amivel minden szívástartományban mérni lehetne. A víztartalom-szívás-értékpárokból szerkeszthető a víztartási görbe. Ha a nedvességtartalmat térfogatszázalékban, a szívóerőt a vízoszlop-cm logaritmusaként ábrázolják, pf-görbének hívják a függvényt (ezt használják a talajtanban). A szívóerő megadható kpa-ban logaritmikus ábrázolásban, és a nedvességtartalom tömegszázalékban, ez a talajmechanikában használatos víztartási görbe. A víztartási görbe mérésére szolgáló laboratóriumi módszerek 3 nagyobb csoportra oszthatók: kémiai módszerek: u a u w >2500 kpa 6
mechanikai módszerek: víznyomást szabályozva: megcsapolt vízoszlop módszer u a u w <20 kpa függő vízoszlop módszer u a u w <100 kpa levegő-és víznyomást szabályozva nyomásmembrános eljárás 100 kpa<u a u w <1600 kpa feszültségkamrás eljárás u a u w <600 kpa Kémiai módszerek A módszer alapelve, hogy a minta víztartalma és a mintát körülvevő levegő páratartalma között egyensúlyi állapot alakul ki. A páranyomás szabályozható kénsav-oldattal, vagy sóoldatokkal, a telítési páranyomás csak az oldat koncentrációjától és a hőmérséklettől függ. A módszert magas szívástartományban alkalmazzák. Megcsapolt vízoszlop A talajoszlopot magába foglaló csövet az alsó végén kapcsolatba hozzák egy állandó szintű szabad vízfelszínnel, így az oszlop minden pontjában a vízfelszíntől való távolsággal arányos szívás alakul ki. A módszer korlátai: magas, homogén talajoszlop kialakítása nehéz, a lecsapolási idő hosszú. Függő vízoszlop A szívást ennél a módszernél úgy hozzák létre, hogy a szabad vízfelszín magasságát változtatják a mintához képest. Ezen az elven működik a részletesebben bemutatásra kerülő porózuslapos berendezés. Nyomásmembrános készülék Az eljárás a tengelyeltolási technikára épül: a mintát körülvevő levegő nyomását növelik, miközben a mintára ható víznyomást szabályozzák (az értékét a minta alján 0-ra állítják be), így hozzák létre a szívást. A talajmintát egy féligáteresztő hártyára teszik, ami ennél a berendezésnél celofán. A membrán a létrehozott légnyomásnál a vizet átereszti, a levegőt nem. Feszültségkamrás eljárás A készülék elvi működése megegyezik a nyomásmembrános készülékkel, de celofán helyett magas levegő belépési szívású szűrőkövet használnak membránként. A szűrőkő olyan kaolin- vagy kerámialap, amely a levegőt nem, de a vizet átengedi. A mérési tartomány felső határa a szűrőkő levegő belépési szívása, ami gyártmánytól függően 100-600 kpa között mozog. ([3] 37-41. old) Nyomásmembrános készülék Feszültségkamrás készülék 7
4. A porózuslapos eszköz és mérési módszer 4.1 A módszer bemutatása A porózuslapos módszer a függő, vagy negatív vízoszlop elvére épül. A szívást a szabad vízfelszín magasságának állításával hozzuk létre. Amíg a membránon keresztül nem jut levegő a szívótérbe, addig a függő, negatív vízoszlopot vákuum, azaz szívóerő tartja egyensúlyban, aminek értéke megegyezik a negatív vízoszlop súlyával. Mivel a membrán a vizet átengedi, ugyanez a szívás alakul ki a talajmintákban is. Így a szívóerő egyenlő a vízfelszín és a minta középvonala közötti vízoszlop súlyával. A szívás mértékét meg lehet adni vízoszlop-cm-ben, ennek a negatív logaritmusával (pf), és kpa-ban. Ezek természetesen átszámolhatók egymásba. A legegyszerűbben a készüléken a vízoszlop-cm-t lehet feltüntetni. A talajmintát a membránra helyezzük, és az egyensúly beálltával megmérjük a tömegét 0,1 g-os pontosságú mérlegen. A mérés elméleti korlátja a rendszerben fellépő kavitáció, de a gyakorlati korlát az üzemeltetésből adódó korlátozott magasság. Box szerelvényekkel, fedél nélkül Porózuslapos készülék elvi elrendezése Várallyai-féle pf-mérő box Tömegméréshez használt mérleg 4.2 A berendezés bemutatása A bemutatott berendezést az MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézetben fejlesztették ki, és Várallyai-féle pf-mérő box -ként, vagy TAKI-módszerként vált ismertté. A TAKI-ban ma is használatos berendezéseket kb. 30 éve építették össze, és azóta üzemelnek előre beállított szívásértékeken. Minták a porózuslapos készülékben Fix szíváson működő box A berendezéshez szükséges eszközök: 9 mm vastag átlátszó plexiből készített 350x330 mm belső alapterületű, 170 mm belső magasságú kád, benne 10mm vastag, 4mm átmérőjű furatokkal ellátott, 25 mm magas, 13x13mm-es lábakon álló kivehető plexi tartólap, azbesztgyapot szűrőréteg, porózus töltőanyag, szitaszövet, átlátszatlan PVC fedél, műanyagcsövek, nívópalack és kiegészítő szerelvények. A kád: az átlátszóság fontos, hogy a szívótérben esetlegesen megjelenő buborékok vagy homokfolyás észlelhető legyen, ezen kívül a sarkok illesztésére különös gondot kell fordítani, mert régebbi daraboknál előfordult levegőszivárgás. 8
A fedél: az átlátszatlanság az algák megtelepedése ellen fontos, a jó illeszkedés a közel légzáróságot biztosítja, ami megakadályozza a pára elillanását (pl. szellőztetéskor; a mérés alapfeltevése, hogy a folyamat során a légnyomás és a páratartalom állandó). A tartólap: alatta helyezkedik el a szívótér. Egyrészt vízáteresztőnek kell lennie,ezért vannak rajta a furatok (4 mm előírás szerint, de az általunk összeépített boxban 3 mm-es furatok voltak 1x1 cm-es raszterben), másrészt a terhelés hatására nem szabad jelentősen alakváltozzon, ennek megfelel az előírt 10 mm-es vastagság. A fenti három elemet műanyagipari műhely készíti. Plexi kád tartólappal Fedél Tartólap A nívópalack és tartozékai: a nívópalack biztosítja a vízoszlop szinten tartását. A nívópalack egy túlfolyóval ellátott henger, amelyik egy rugalmas műanyagcsövön keresztül csatlakozik a kádhoz. Felülről egy vízpótló lombik csatlakozik hozzá, ez biztosítja emeléskor a víz automatikus pótlását. Állvány: a nívópalackot egy megfelelő magasságú (felérjen a talajminta végleges szintjéig) állványra kell mozgathatóan rögzíteni. Az állvány függőlegesen kell álljon, és el kell helyezni rajta egy szívásérték-skálát (célszerűen cm-beosztású skálát, aminek a 0 vonása a talajminták középvonalánál van). A nívópalackot oldhatóan kell rá rögzíteni, ha a szívást változtatni szeretnénk a mérés folyamán) Kiegészítő csövek, dugó: a nívópalackot egy műanyagcsövön keresztül csatlakoztatjuk a kádhoz, annak alsó kivezető toldatán keresztül. A csőtoldatot egy két furattal rendelkező dugóval zárjuk le, amin átvezetjük az egyenes csövet és a ferde csövet. Azt egyenes csőhöz kapcsoljuk a nívópalackot, a ferde csőhöz a levegőbuborékok kivezető csövét, amit csipesszel zárunk el. Nívópalack, vízpótló tartály, állvány skálával és rugalmas cső Kád csőtoldata dugóval, egyenes és ferde csővel. A membrán anyaga: A membránnak a mért szívástartományban nem szabad átengednie a levegőt, de jó vízáteresztő-képességűnek kell lennie. Ilyen anyag nincs: a durva szemcsés anyagoknak kicsi a levegő belépési szívásuk, a finomabb szemcséjű anyagoknak kis szívásértékeknél kicsi a vízáteresztő-képességük, így lassan állna be az egyensúly. Ezért a különböző szívástartományokhoz különböző anyagokat használunk membránnak. Kis szívásnál (pf 1,0-ig; 10 cm vízoszlop) durva homok töltőanyagot használunk, nagyobb szívásnál (pf 1,0-2,0; 10-100 cm vízoszlop) finom homokot, és 100-316 cm-ig (pf 2-2,5) kaolin és kvarcliszt keverékét. A töltőanyagok szemeloszlási görbéi a Függelékben találhatóak. Szűrőréteg: feladata a homokréteg szívótérbe jutásának megakadályozása. Fontos, hogy mikrobiológiailag inaktív legyen, hogy az algák ne tudjanak megtelepedni benne. Az eredeti recept azbesztgyapotot ír elő szűrőrétegnek. Az azbesztgyapot porszerű anyag, igen rövid szálakból áll. Vizes szuszpenzióként kerül a kádba, és vákuum alatt jól tömöríthető. Látszólag a 9
homoklapnak alárendelt szerepű, de a megfelelő bekészítése a legkényesebb feladat az eszköz összerakása során! Mivel azbesztet 2005. jan. 1. óta nem lehet forgalomba hozni, ezért új szűrőréteg után kellett nézni. Az új anyagokkal szemben támasztott legfontosabb követelmény a gyapot (vatta) szerkezet volt, ami tömöríthető, és nincs meghatározott lyukmérete, mint a szőtt anyagoknak. (Ilyen anyagokra használja az angol a nonwoven kifejezést.) A gyapotszerkezetű anyagok 3 csoportba sorolhatók: biológiai eredetűek: selyem, gyapjú, gyapot ásványi eredetűek: azbeszt, üveg, kőzet, kerámia vegyi eredetűek: természetes cellulózból vagy szintetikus polimerekből (PA, PET, PVC, PP, nylon) Mindhárom anyag teljesíti a biológiai inaktivitás követelményét. Különböző gyártási technológiájú gyapotszerű anyagok elektronmikroszkópos képei jól kivehető a szálak véletlenszerű elhelyezkedése Szempont volt a kiválasztásnál az anyag testsűrűsége és alakíthatósága. Kipróbálásra kerültek: geotextílial, 500 g/m 2 bazaltgyapot (testsűrűségről nincs adat) kerámiagyapot, 128 kg/m 3 (az egyes anyagokkal szerzett tapasztalatokat a beépítés leírásánál fejtem ki) 4.3 A berendezés összeépítése, tapasztalatok A pf-mérő berendezés üzembe helyezése két lépcsőre bontható: a szűrőréteg kialakítása (ez mindegyik töltőanyagnál azonos) és a membránréteg betöltése (ez a töltőanyag típusától függ). A szűrőréteg kialakítása: Bedugózzuk a kád alján a csőtoldatot, a dugóba elhelyezzük a csatlakozó csöveket, a helyére tesszük a tartólapot, majd a kádat vízszintes helyzetbe állítjuk. Felállítjuk az állványra a nívópalackot, összekötjük a káddal, majd a nívópalackon keresztül feltöltjük a kádat kiforralt desztillált vízzel, míg a vízszint a tartólap fölé kb. 1 cm-rel ér. A kiforralt desztillált vízben alig van oldott oxigén, így működés közben kevesebb buborék válik ki a vízből. Ezután a perforált lapra szitaszövetet helyezünk (esetünkben PA anyagú, 100μm lyukátmérőjű szövet). Erre került eredetileg az azbeszt szuszpenzió (4-500 g azbeszt 2-2,5 l vízbe áztatva), esetünkben először a geotextília, utána a kőzetgyapot, majd a kerámiagyapot. 10
Kád feltöltése Geotextília előkészítése Bazaltgyapot előkészítése Tapasztalatok a geotextíliával: A geotextíliából 500 g/m 2 -est használtunk. Előnye, hogy könnyen formára lehet vágni, jól tömörített. A feladatra alkalmatlannak bizonyult, mert több réteg esetén sem tud elég sűrű szálszerkezetet biztosítani a finom homok megszűréséhez, és a víznél kisebb sűrűsége miatt felúszik. Geotextília beépítve Tapasztalatok a bazaltgyapottal: A bazaltgyapot hőszigetelő paplanból származott. Nagy hézagtérfogata miatt úgy döntöttünk, hogy átgyúrjuk a könnyebb tömöríthetőség érdekében. Ebből származott a képen látható reszelék - jelleg. Egy szempontunkból kellemetlen mellékhatása az üveggyapot és a kőzetgyapot gyártási folyamatának, hogy a szálakat műgyantával kezelik a rugalmasság és alakíthatóság növelése miatt. A Toplan cég képviselője megkeresésünkre elmondta, hogy kis mennyiségben elvileg lehetséges műgyanta nélküli üveggyapot gyártása is, de ezt nem sikerült kipróbálnunk. Ez a műgyanta vízben oldódik, és sárgásra festi a vizet, ami rontja a szívótér átláthatóságát. A kőzetgyapot jól tömörödött vákuum hatására, de az átgyúrás miatt szétszakított szálszerkezet nem tudott elég szorosan összeállni, és átengedte a homokliszt szuszpenzióját. Érdemes lenne kipróbálni a műgyanta nélküli, átgyúratlan szerkezetű kőzet- vagy üveggyapotpaplant, mert olcsó, aránylag könnyen beszerezhető szűrőréteget adna. A műgyanta vízfestése A betömörített kőzetgyapot Átszivárgó homokliszt 11
A kiemelt kőzetgyapot-réteg felső és alsó felülete. Látható, hogy a csomók közötti hézagokon is átszűrődött a homok Tapasztalatok a kerámiagyapottal A felhasznált kerámiagyapot a Rath Hungaria Tűzálló Rt. gyártmánya, Alsitra Mat 1260-as típusú, 128 kg/m3 testsűrűségű, 1 (25 mm) vastagságú, normál szálhosszúságú (l átl <70 mm) alumíniumszilikát-gyapot paplan volt. Kémiai összetétele 48% Al 2 O 3, 52% SiO 2, tehát mikrobiológiailag inaktív. Jól formára szabható, könnyen beilleszthető a kádba. Kb. 1 cm-es túlvágással az oldalak mentén szoros illeszkedés érhető el. A beillesztésnél az oldalak mentén bent maradó buborékok injekciós tűvel eltávolíthatók. Kerámiagyapot A szűrőréteg beillesztése utána a következő lépés a tömörítés. Ez két lépcsőben történik: először egy második tartólapot a lábaival felfelé a szűrőrétegre teszünk, majd nagyobb súllyal terheljük kb. 10 percig. (Azbesztnél 4 kg-os terhelés ajánlott, mi a kerámiagyapot szerkezetére tekintettel nagyobb, kb.11-12 kg-os terhelést alkalmaztunk.) 10 perc elteltével a súlyt levesszük, a lapot cellofánnal vonjuk be, aminek a széleit a kád falához simítjuk. Vízlégszivattyúval a buborékok eltávozásáig szívatjuk a szűrőréteget. (Ez a bekészítés legkényesebb művelete, a cellofán sarkainál hamar bemegy a levegő, és ha levegős lesz a szűrőréteg, fel kell tölteni vízzel és lehet elölről kezdeni a szivattyúzást.) Feltételezésem szerint a tömöríthetőség a szálhosszúságtól és a kezdeti testsűrűségtől is függ. Terhelés súllyal Cellofán előkészítése Szűrőréteg vízlégszivattyúzás előtt vízlégszivattyúzás után (az alsó, fehér réteg a szűrő) 12
A berendezés feltöltése: A megfelelően tömör és szilárd szűrőrétegre ráöntjük a homok desztillált vizes szuszpenzióját. Beállítjuk a keveréknek megfelelő szívásértéket, és az egyenletes ülepedést a leterhelésnél használt rács mozgatásával érjük el. Végül szitaszövetet helyezünk a homokrétegre, rátesszük a kádra a fedelet, és néhány napos állás után kezdetjük a mérést. Tapasztalatok a kerámiagyapottal A DIN 90-es homokliszt-szuszpenzió ülepítése közben a szívást kb. 100-110 vízoszlop-cm-re állítottuk. Pár perc után a szívótérben homokszivárgás (valószínűleg a homokliszt finomfrakciója) jelent meg, ami kb. 10 perc után abbamaradt, az átszivárgott homokliszt leülepedett. Ugyanez a kerámiagyapot létezik szálőrleményként is (100-250μm-es szálhosszúsággal), ami valószínűleg az azbesztgyapothoz hasonló módon lenne bedolgozható. Ezt sajnos nem volt lehetőségünk kipróbálni. Homokszivárgás Leülepedett homok Kész box Javaslatok, észrevételek: A tartólap és a kád fala közötti rést ki lehetne tölteni vizes környezetben kötő rugalmas fugázóanyaggal (pl. Sziloplaszt), így megszűnne a homok szívótérbe jutási lehetősége az oldalfal mentén. A mostani (kétszeres töréssel kialakított) ferde csövet célszerű lenne szétbontani egy egyenes üvegcsőre (ami a dugóban foglalna helyet), egy rövidebb, egyszeresen megtört ferde csőre (ami ugyanott végződne, mint a mostani ferde cső), és a kettőt összekötő rugalmas gumicsőre. A javaslat oka, hogy összeszerelésnél és az esetleges szétszerelésnél a ferde cső könnyen eltörhet, balesetet okozva. A berendezés üzembe helyezését Firgi Tiborral végeztük. 5. Összegzés A Várallyai-féle pf-mérő berendezés egy aránylag egyszerű, könnyen működtethető berendezés a víztartási görbe meghatározására. A kerámiagyapot szűrőréteg az azbeszt nagy valószínűséggel beválik, de még éles körülmények között nem vizsgázott. Ha nem sikerül, még érdemes kísérletezni a kerámiaszál-őrleménnyel, vagy a műgyanta nélküli üveggyapottal. Ezzel a berendezés megőrizheti a versenyképességét (mind árban, mind a kezelés egyszerűségében) a területen létező laboreszközök között. 13
6. Irodalomjegyzék [1] Talaj- és agrokémiai vizsgálati módszerkönyv 1. (szerk:buzás). Inda 4231 kiadó, Budapest, 1993. [2] A szemeloszlás és a telítetlen talajok függvényeinek kapcsolata. Havrán Krisztina (diplomamunka, BME GTT) 2005. [3] A telítetlen talajok víztartási görbéjének laboratóriumi meghatározása. Firgi Tibor (diplomamunka, BME GTT) 1999. 7. Köszönetnyilvánítás Köszönetet mondok a konzulenseimnek, dr. Imre Emőkének, a BME Geotechnikai Tanszékről Firgi Tibornak, a SZIE-YMMFK Közmű- és Mélyépítési Tanszékéről dr. Rajkai Kálmánnak, az MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézetéből 14
Függelék Az [1] 152.old. szerinti töltőanyagok szemeloszlási görbéi a következő táblázatban láthatók: Szemcseméret [mm] % Anyag 1-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001 Kaolin 100 95,76 84,02 70,62 28,80 Finom homok Durva homok 100 96,12 32,65 15,39 2,47 100 44,78 0,67 0 Szemeloszlási görbék 120 100 80 % 60 40 20 0 1 0,25 0,05 0,01 0,005 0,001 [mm] Kaolin Finom homok Durva homok A box összerakásánál finom homokként DIN 90-es homoklisztet használtunk, szemeloszlási görbéje a következő oldalon látható. 15