تحليل المنخل

قياس الحبيبات
قياس الحبيبات
المفاهيم الأساسية
	حجم الجسيمات ، حجم الحبوب ، توزيع الحجم ، الشكل
الأساليب والتقنيات
	مقياس الشبكة ، قياس الحبيبات الضوئية ، تحليل المنخل، تدرج التربة
المفاهيم ذات الصلة
	التحبيب ، المواد الحبيبية ، الغبار المعدني ، التعرف على الأنماط ، التشتت الضوئي الديناميكي
	ف; ت; هـ;

تحليل المنخل ( أو اختبار التدرج ) هو ممارسة أو إجراء يستخدم في الجيولوجيا والهندسة المدنية [ ^1] والهندسة الكيميائية ^[2] لتقييم توزيع حجم الجسيمات (يسمى أيضًا التدرج ) لمادة حبيبية عن طريق السماح للمادة بالمرور عبر سلسلة من المناخل ذات حجم شبكة أصغر تدريجيًا ووزن كمية المادة التي يتم إيقافها بواسطة كل منخل كجزء من الكتلة الكلية.

غالبًا ما يكون توزيع الحجم ذا أهمية بالغة للطريقة التي تؤدي بها المادة عند الاستخدام. يمكن إجراء تحليل المنخل على أي نوع من المواد الحبيبية العضوية أو غير العضوية بما في ذلك الرمل والصخور المكسرة والطين والجرانيت والفلسبار والفحم والتربة ومجموعة واسعة من المساحيق المصنعة والحبوب والبذور ، وصولاً إلى الحد الأدنى من الحجم اعتمادًا على الطريقة الدقيقة. نظرًا لكونها تقنية بسيطة لتحديد حجم الجسيمات ، فمن المحتمل أنها الأكثر شيوعًا. ^[3]

إجراء

يتم إجراء اختبار التدرج على عينة من المواد الخام في المختبر. يستخدم تحليل المنخل النموذجي عمودًا من المناخل مع شاشات شبكية سلكية بحجم شبكي متدرج .

يتم صب عينة موزونة تمثيلية في المنخل العلوي الذي يحتوي على أكبر فتحات للشاشة. يحتوي كل منخل سفلي في العمود على فتحات أصغر من المنخل الموجود أعلاه. يوجد في القاعدة وعاء يسمى المستقبل.

يتم وضع العمود عادة في هزاز ميكانيكي، والذي يهز العمود، عادة لفترة محددة، لتسهيل تعريض كل المواد لفتحات الشاشة بحيث يمكن للجسيمات الصغيرة بما يكفي لتناسب الفتحات أن تسقط إلى الطبقة التالية. بعد اكتمال الهز، يتم وزن المواد على كل منخل. ثم يتم تقسيم كتلة العينة من كل منخل على الكتلة الإجمالية لإعطاء النسبة المئوية المحتفظ بها على كل منخل. ثم يتم تحليل حجم الجسيم المتوسط على كل منخل للحصول على نقطة قطع أو نطاق حجم محدد، والذي يتم التقاطه بعد ذلك على الشاشة.

يتم استخدام نتائج هذا الاختبار لوصف خصائص المجموع ومعرفة ما إذا كان مناسبًا لأغراض الهندسة المدنية المختلفة مثل اختيار المجموع المناسب لمخاليط الخرسانة ومخاليط الأسفلت بالإضافة إلى تحديد حجم شاشات آبار إنتاج المياه.

يتم توفير نتائج هذا الاختبار في شكل بياني لتحديد نوع تدرج الكتل. تم توضيح الإجراء الكامل لهذا الاختبار في الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد ( ASTM ) C 136 ^[4] والجمعية الأمريكية لمسؤولي الطرق السريعة والنقل ( AASHTO ) T 27 ^[5]

حجم منخل مناسب للركام الموجود أسفل عش المناخل لجمع الركام الذي يمر من خلال أصغر حجم. ثم يتم تحريك العش بالكامل، وتمرير المادة التي يكون قطرها أصغر من فتحة الشبكة عبر المناخل. بعد وصول الركام إلى المقلاة، يتم وزن كمية المادة المحتجزة في كل منخل. ^[6]

تحضير

لإجراء الاختبار، يجب الحصول على عينة كافية من المادة الخام من المصدر. ولتحضير العينة، يجب خلط المادة الخام جيدًا وتقليل حجمها إلى الحجم المناسب للاختبار. كما يلزم أيضًا معرفة الكتلة الكلية للعينة. ^[6]

نتائج

رسوم بيانية للنسبة المئوية التراكمية المارة مقابل حجم المنخل اللوغاريتمي.

يتم عرض النتائج في رسم بياني لنسبة المرور مقابل حجم المنخل. على الرسم البياني، يكون مقياس حجم المنخل لوغاريتميًا. للعثور على نسبة المواد الخام التي تمر عبر كل منخل، ابحث أولاً عن النسبة المئوية المحتجزة في كل منخل. للقيام بذلك، يتم استخدام المعادلة التالية،

%المحتفظ بها = ×100% ${\frac {W_{غربال}}{W_{الإجمالي}}}$

حيث W _Sieve هي كتلة الكتل في المنخل وW _Total هي الكتلة الكلية للركام. والخطوة التالية هي إيجاد النسبة المئوية التراكمية للركام المحتجز في كل منخل. للقيام بذلك، أضف الكمية الإجمالية للركام المحتجز في كل منخل والكمية الموجودة في المناخل السابقة. يتم إيجاد النسبة المئوية التراكمية للركام المارة عن طريق طرح النسبة المئوية المحتجزة من 100%.

%التراكمي الناجح = 100% - %التراكمي المحتفظ به.

يتم بعد ذلك رسم القيم على رسم بياني مع مرور النسبة المئوية التراكمية على المحور y وحجم المنخل اللوغاريتمي على المحور x. ^[6]

هناك نسختان من معادلات النسبة المئوية للنجاح. يتم تقديم صيغة القوة 0.45 على مخطط تدرج القوة 0.45، بينما يتم تقديم النسبة المئوية للنجاح الأكثر بساطة على مخطط تدرج شبه لوغاريتمي. يتم عرض نسخة من الرسم البياني لنسبة النجاح على مخطط القوة 0.45 وباستخدام صيغة النجاح 0.45.

صيغة نسبة النجاح .45

% النجاح = P _i = x100% ${\frac {الغربال_{الأكبر}}{الحجم_الأقصى}}}$

أين:

المنخل _الأكبر - أكبر قطر للمنخل المستخدم بوحدة (مم). _{الحجم الأقصى}
للركام - أكبر قطعة من الركام في العينة بوحدة (مم).

صيغة النسبة المئوية للنجاح

% النجاح = x100% ${\frac {W_{أدناه}}{W_{الإجمالي}}}$

أين:

W _أدناه - الكتلة الإجمالية للمجموع داخل المناخل أسفل المنخل الحالي، باستثناء مجموع المنخل الحالي.

W _Total - الكتلة الكلية لجميع المواد الكلية في العينة.

طُرق

هناك طرق مختلفة لإجراء تحليل الغربال، اعتمادًا على المادة المراد قياسها.

رمي الحركة

هنا تعمل حركة القذف على العينة. تتداخل حركة القذف الرأسية مع حركة دائرية طفيفة تؤدي إلى توزيع كمية العينة على سطح الغربلة بالكامل. تتسارع الجسيمات في الاتجاه الرأسي (ترمى لأعلى). في الهواء، تقوم بالدوران الحر وتتفاعل مع الفتحات في شبكة الغربال عندما تسقط للخلف. إذا كانت الجسيمات أصغر من الفتحات، فإنها تمر عبر الغربال. إذا كانت أكبر، فإنها تُرمى. تزيد الحركة الدورانية أثناء التعليق من احتمالية تقديم الجسيمات لاتجاه مختلف للشبكة عندما تسقط للخلف مرة أخرى، وبالتالي قد تمر في النهاية عبر الشبكة. تعمل هزازات الغربال الحديثة بمحرك كهرومغناطيسي يحرك نظام كتلة زنبركية وينقل التذبذب الناتج إلى كومة الغربال. يتم ضبط سعة ووقت الغربلة رقميًا ويتم مراقبتهما باستمرار بواسطة وحدة تحكم متكاملة. لذلك، تكون نتائج الغربلة قابلة للتكرار ودقيقة (شرط أساسي مهم لتحليل مهم). إن ضبط معلمات مثل السعة وزمن الغربلة يساعد على تحسين الغربلة لأنواع مختلفة من المواد. هذه الطريقة هي الأكثر شيوعًا في قطاع المختبرات. ^[7]

أفقي

في هزاز الغربال الأفقي، تتحرك كومة الغربال في دوائر أفقية في المستوى. تُستخدم هزازات الغربال الأفقية بشكل مفضل للعينات الإبرية أو المسطحة أو الطويلة أو الليفية، حيث يعني اتجاهها الأفقي أن عددًا قليلاً فقط من الجسيمات المشوشة تدخل الشبكة ولا يتم حظر الغربال بسرعة كبيرة. تتيح منطقة الغربلة الكبيرة غربلة كميات كبيرة من العينة، على سبيل المثال كما هو الحال في تحليل حجم الجسيمات لمواد البناء والكتل.

التنصت

تتداخل الحركة الدائرية الأفقية مع الحركة الرأسية التي تنشأ عن نبضة النقر. هذه العمليات الحركية هي سمة من سمات الغربلة اليدوية وتنتج درجة أعلى من الغربلة للجسيمات الأكثر كثافة (مثل المواد الكاشطة) مقارنة بهزازات الغربال ذات الحركة الرمية.

مبتل

يتم إجراء معظم تحليلات المنخل جافة. ولكن هناك بعض التطبيقات التي لا يمكن إجراؤها إلا بالنخل الرطب. وهذا هو الحال عندما تكون العينة المراد تحليلها عبارة عن معلق لا يجب تجفيفه؛ أو عندما تكون العينة عبارة عن مسحوق ناعم للغاية يميل إلى التكتل (في الغالب < 45 ميكرومتر) - في عملية النخل الجاف، يؤدي هذا الميل إلى انسداد شبكات المنخل وهذا من شأنه أن يجعل عملية النخل الإضافية مستحيلة. يتم إعداد عملية النخل الرطب مثل العملية الجافة: يتم تثبيت كومة المنخل على هزاز المنخل وتوضع العينة على المنخل العلوي. يتم وضع فوهة رذاذ الماء فوق المنخل العلوي والتي تدعم عملية النخل بالإضافة إلى حركة النخل. يتم إجراء الشطف حتى يصبح السائل الذي يتم تصريفه عبر المستقبل صافياً. يجب تجفيف بقايا العينة على المناخل ووزنها. عندما يتعلق الأمر بالنخل الرطب، من المهم جدًا عدم تغيير العينة في حجمها (لا تورم أو إذابة أو تفاعل مع السائل).

طائرة دائرية هوائية

تعتبر آلات غربلة النفث الهوائي مثالية للمساحيق الدقيقة جدًا التي تميل إلى التكتل ولا يمكن فصلها عن طريق الغربلة الاهتزازية. ويستند سبب فعالية طريقة الغربلة هذه إلى عنصرين: فوهة دوارة مشقوقة داخل حجرة الغربلة ومكنسة كهربائية صناعية قوية متصلة بالحجرة. تولد المكنسة الكهربائية فراغًا داخل حجرة الغربلة وتمتص الهواء النقي من خلال الفوهة المشقوقة. عند المرور عبر الشق الضيق للفوهة، يتم تسريع تيار الهواء ونفخه ضد شبكة الغربال، مما يؤدي إلى تشتيت الجسيمات. فوق الشبكة، يتم توزيع نفاثة الهواء على سطح الغربال بالكامل ويتم امتصاصها بسرعة منخفضة من خلال شبكة الغربال. وبالتالي يتم نقل الجسيمات الدقيقة من خلال فتحات الشبكة إلى المكنسة الكهربائية.

أنواع التدرج

تدرج كثيف: يشير التدرج الكثيف إلى عينة تتكون من كميات متساوية تقريبًا من أحجام مختلفة من الكتل. من خلال وجود تدرج كثيف، يتم ملء معظم الفراغات الهوائية بين المادة بالجسيمات. سيؤدي التدرج الكثيف إلى منحنى متساوٍ على الرسم البياني للتدرج. ^[8]
تدرج ضيق: يُعرف أيضًا بالتدرج المنتظم، والتدرج الضيق هو عينة بها مجموع من نفس الحجم تقريبًا. المنحنى على الرسم البياني للتدرج شديد الانحدار، ويشغل نطاقًا صغيرًا من المجموع. ^[6]
تدرج الفجوة: يشير تدرج الفجوة إلى عينة تحتوي على كمية قليلة جدًا من التكتل في نطاق الحجم المتوسط. وينتج عن هذا تكتل خشن ودقيق فقط. ويكون المنحنى أفقيًا في نطاق الحجم المتوسط على الرسم البياني للتدرج. ^[6]
تدرج مفتوح: يشير التدرج المفتوح إلى عينة مجمعة تحتوي على عدد قليل جدًا من جزيئات التجميع الدقيقة. وينتج عن هذا العديد من الفراغات الهوائية، لأنه لا توجد جزيئات دقيقة لملئها. ويظهر على الرسم البياني للتدرج كمنحنى أفقي في نطاق الحجم الصغير. ^[6]
تدرج غني: يشير التدرج الغني إلى عينة من الكتل التي تحتوي على نسبة عالية من الجسيمات ذات الأحجام الصغيرة. ^[8]

أنواع المناخل

مناخل شبكية سلكية منسوجة

تتوافق مناخل شبكة الأسلاك المنسوجة مع المتطلبات الفنية لـ ISO 3310-1. ^[9] عادةً ما يكون لهذه المناخل فتحة اسمية تتراوح من 20 ميكرومترًا إلى 3.55 مليمترًا، بأقطار تتراوح من 100 إلى 450 مليمترًا.

مناخل ذات صفائح مثقبة

تتوافق المناخل ذات الألواح المثقبة مع ISO 3310-2 ويمكن أن تحتوي على فتحات اسمية مستديرة أو مربعة تتراوح من 1 مليمتر إلى 125 مليمتر. ^[10] تتراوح أقطار المناخل من 200 إلى 450 مليمتر.

المناخل القياسية الأمريكية

تتوافق المناخل القياسية الأمريكية والمعروفة أيضًا باسم مناخل ASTM مع معيار ASTM E11. ^[11] تتراوح الفتحة الاسمية لهذه المناخل من 20 ميكرومترًا إلى 200 مليمتر، ومع ذلك فإن أحجام قطر هذه المناخل تبلغ 8 بوصات (203 مم) و12 بوصة (305 مم) فقط.

حدود تحليل المنخل

لقد تم استخدام تحليل المنخل بشكل عام لعقود من الزمن لمراقبة جودة المواد بناءً على حجم الجسيمات. بالنسبة للمواد الخشنة، الأحجام التي تتراوح حتى #100 شبكة (150 ميكرومتر)، فإن تحليل المنخل وتوزيع حجم الجسيمات دقيقان ومتسقان.

ومع ذلك، بالنسبة للمواد التي يقل حجمها عن 100 شبكة، يمكن أن تكون عملية الغربلة الجافة أقل دقة بشكل كبير. وذلك لأن الطاقة الميكانيكية المطلوبة لجعل الجسيمات تمر عبر الفتحة وتأثيرات الجذب السطحي بين الجسيمات نفسها وبين الجسيمات والشاشة تزداد مع انخفاض حجم الجسيمات. ويمكن استخدام تحليل الغربال الرطب حيث لا تتأثر المادة التي يتم تحليلها بالسائل - باستثناء تشتيتها. يؤدي تعليق الجسيمات في سائل مناسب إلى نقل المواد الدقيقة عبر الغربال بكفاءة أكبر بكثير من رج المادة الجافة.

يفترض تحليل الغربال أن جميع الجسيمات ستكون مستديرة (كروية) أو شبه كروية وستمر عبر الفتحات المربعة عندما يكون قطر الجسيم أقل من حجم الفتحة المربعة في الشاشة. بالنسبة للجسيمات الطويلة والمسطحة، لن يؤدي تحليل الغربال إلى نتائج موثوقة تعتمد على الكتلة، حيث يفترض حجم الجسيمات المبلغ عنها أن الجسيمات كروية، في حين أن الجسيم الطويل قد يمر عبر الشاشة من نهايتها، ولكن سيتم منعه من القيام بذلك إذا قدم نفسه من الجانب.

ملكيات

يؤثر التدرج على العديد من خصائص المواد الخام، بما في ذلك الكثافة الظاهرية والاستقرار الفيزيائي والنفاذية. مع الاختيار الدقيق للتدرج، من الممكن تحقيق كثافة ظاهرية عالية، واستقرار فيزيائي مرتفع، ونفاذية منخفضة. هذا مهم لأنه في تصميم الرصف، يعد الخليط القابل للعمل والمستقر مع مقاومة الماء مهمًا. مع التدرج المفتوح، تكون الكثافة الظاهرية منخفضة نسبيًا، بسبب نقص الجسيمات الدقيقة، والاستقرار الفيزيائي معتدل، والنفاذية عالية جدًا. مع التدرج الغني، ستكون الكثافة الظاهرية منخفضة أيضًا، والاستقرار الفيزيائي منخفض، والنفاذية منخفضة أيضًا. يمكن التأثير على التدرج لتحقيق الخصائص المرغوبة لتطبيق هندسي معين. ^[8]

التطبيقات الهندسية

عادة ما يتم تحديد التدرج لكل تطبيق هندسي يستخدم فيه. على سبيل المثال، قد تتطلب الأساسات فقط مجموعات خشنة، وبالتالي هناك حاجة إلى تدرج مفتوح. يحدد تحليل المنخل توزيع حجم الجسيمات لعينة تربة معينة وبالتالي يساعد في التعرف بسهولة على الخصائص الميكانيكية للتربة. تحدد هذه الخصائص الميكانيكية ما إذا كانت تربة معينة قادرة على دعم الهيكل الهندسي المقترح. كما يساعد في تحديد التعديلات التي يمكن تطبيقها على التربة وأفضل طريقة لتحقيق أقصى قدر من قوة التربة.

انظر أيضا

مراجع

^ أمستردام، إرول فان (2000). مواد البناء للهندسة المدنية. جوتا وشركاه المحدودة، ص 16. ISBN 978-0-7021-5213-9.
^ ألبرايت، لايل (2008-11-20). دليل ألبرايت للهندسة الكيميائية. مطبعة CRC. ص. 1718. ISBN 978-0-8247-5362-7.
^ ص231 في "توصيف المواد الصلبة السائبة" بقلم دونالد ماكجلينشي، مطبعة CRC، 2005.
^ ASTM International - Standards Worldwide. (2006). ASTM C136-06 . http://www.astm.org/cgi-bin/SoftCart.exe/DATABASE.CART/REDLINE_PAGES/C136.htm?E+mystore
^ AASHTO The Voice of Transportation. T0 27. (2006). http://bookstore.transportation.org/item_details.aspx?ID=659
^ abcdef Pavement Interactive. Gradation Test . (2007). http://pavementinteractive.org/index.php?title=Gradation_Test
^ وزارة النقل في تكساس (يناير 2016). "إجراء اختبار لتحليل المنخل للركام الناعم والخشن" (PDF) . وزارة النقل في تكساس . تم الاسترجاع في 2016-12-24 .
^ abc MS Mamlouk و JP Zaniewski، مواد للمهندسين المدنيين والبناء ، Addison-Wesley، Menlo Park CA، 1999
^ ISO/TC 24/SC 8. مناخل الاختبار - المتطلبات الفنية والاختبار - الجزء 1: مناخل اختبار القماش السلكي المعدني. ISO 3310-1:2000. ISO. ص. 15. {{cite book}}:CS1 maint: أسماء رقمية: قائمة المؤلفين ( الرابط )
^ ISO/TC 24/SC 8. مناخل الاختبار - المتطلبات الفنية والاختبار - الجزء 2: مناخل الاختبار للصفائح المعدنية المثقبة. ISO 3310-2:2013. ISO. ص. 9. {{cite book}}:CS1 maint: أسماء رقمية: قائمة المؤلفين ( الرابط )
^ اللجنة الفرعية: E29.01. المواصفات القياسية لأقمشة غربال الاختبار السلكية المنسوجة ومناخل الاختبار. ASTM E11 - 13. ASTM International. ص 9. {{cite book}}:CS1 maint: أسماء رقمية: قائمة المؤلفين ( الرابط )

روابط خارجية

قائمة طرق اختبار ASTM لتحليل المنخل للمواد المختلفة
ASTM C136 / C136M - 14 طريقة الاختبار القياسية لتحليل المنخل للركام الناعم والخشن
ASTM B214 - 16 طريقة الاختبار القياسية لتحليل المنخل لمساحيق المعادن