Kép: Depositphotos/bannafarsai@gmail.com

Az építőiparnak szüksége van a térfogatos és a tömegarányos víztartalomra is – nem egyszerűen a „víztartalomra”. Először a fogalmakat kell tisztázni, átláthatóvá és érthetővé tenni a víztartalommérés logikáját, mértékegységét. Jó példa erre a betontechnológia, ahol a tömegarányos szárazkeverék-tervezés mellett a víztartalmat liter/m³-ben tervezzük meg, és a víz/cement (v/c) tényezőnél döntő ennek az ismerete. A térfogatarányos víztartalmat ezért javasoljuk átnevezni VWC% (Volume Water Content), míg a tömegszázalékost az MWC%, azaz mass water content%-ra. A dielektromos állandó elvén működő korszerű berendezéseket (TDR300, Litronic FMS, TridentT–90, TT–100) gyakran olyan általánosított menüvel forgalmazzák, melyeknél csak az anyag típusa választható, effektív hézag nélküli anyagsűrűség bevitelére nem gondolnak, ezért csak általános, pontatlanabb meghatározást tesz lehetővé. Elméleti kutatásra volt szükség a frekvenciatartomány, mérő-tüske méret, öngerjesztési hajlam csökkentésére és a megcélzott alkalmazási területre legmegfelelőbb technikai kialakítás kiválasztásához. A mérő-tüske érintkezési felületétől is függ a mért eredmény.

A dielektromos állandó mérése mindig a térfogatos víztartalommal arányos számot, „direkt értéket” ad, beleértve a kristályközi víztartalmat is. Minden általános menü, minden regressziós analízis anyagfüggő, azaz megadhatunk a szoftverben egy átszámítást, de azt nem általánosnak tekinteni hiba, tulajdonképpen minden anyagnak a saját hézagmentes sűrűségét kellene alkalmazni. A kapacitív mérési elv szilárd fizikai alapokon nyugszik, és bizonyítottan egyértelmű kapcsolat van a fegyverzetek közé tett anyag mérhető kapacitásnagysága között, mely frekvenciafüggő. A víz dielektromos állandója olyan nagymértékben különbözik minden más anyagétól, hogy emiatt a víztartalom közvetett mérése ilyen módszerrel lehetségessé válik.

A talajmechanikában az optimális víztartalom pontos ismerete igen fontos. Már Kézdi Árpád professzor intett arra, hogy ha a száraz oldalon tömörítünk, akkor az a talajszerkezetet nem változtatja meg, ha viszont a nedves ágon, akkor a koagulált szerkezetből diszpergált kapcsolat lehet, ennek összes következményével. (Talajmechanika II. 420. o.)

Az s-l-v (háromszögdiagram, az „e” hézagtényező, az n% hézagtérfogat, „l” levegőtartalom, de a telítettség S = v%/n% is – mind térfogatarányokon alapuló fogalmak. A térfogatos arányok és az azokból levont következ­tetések ökölszabályszerűek, míg a tö­megszázalékos fogalmak mindig erősen anyag- (azaz sűrűség-) függőek, ezért sokszor nehezen átláthatók.

A megoldás tehát a térfogatos szemlélet elfogadása és ennek adaptálása, mely a víztartalom térfogatos mérését, annak meghatározását támasztja alá. A térfogatos víztartalmat Volume Water Content (VWC%), míg a tömegarányosat Mass Water Content (MWC%) jelöljük általában, a korábban alkalmazott hazai w% és v% helyett. Nézzünk egy Proctor-görbét térfogat%-os ábrázolásban. Látható, hogy lineárisokkal körbeírható, és nem kell hatodfokú polinommal vagy más, kézi módszerrel görbét „varázsolni” (1. ábra).

1. ábra. Proctor-minta térfogata és VWC% víztartalom összefüggése (Sagr)

A Proctor-vizsgálat térfogatos VWC% víztartalom és ρ_di száraz sűrű­ség ilyen ábrázolása hasznosabb, kapcsolata és emiatt széles alkalmazhatósága figyelemre méltó. Ez az összefüggés jellegzetes, és igen pontosan lehetne meghatározni az optimális víztartalmat. Érdemes rászokni arra, hogy az alkalmassági vizsgálat a hézag nélküli sűrűséget is vizsgálja és megadja.

Víztartalom helyszíni mérése is lehetséges ma már. A menüben jellemzően a következő anyagjelölések használatosak:

SAND – homok,
GRAVEL – homokos kavics – kavicsos homok,
CRUSHED Stone – zúzalék, kavics,
CLAY – agyagos talajok.

A mérőprogramok leggyakrabban általánosított hézag nélküli sűrűséget alkalmaznak, ezért közelítő jellegűek, és megadott tűréssel lehetne elfo­gadni (ha az meg lenne adva).

Az általunk javasolt megoldás mindezek alapján a térfogatos víztartalommérés, melynek méréshatára 0–100 VWC%. A térfogatos víztartalom a dielektromos állandóval arányos, és nem terheli az anyag általánosításából származó hiba. A VWC% értékéből számítható a MWC% (Mass Water Content) értéke is, persze a víz- és anyagsűrűségek, hőmérséklet, PH-érték stb. függvényében.
A hézag nélküli anyagsűrűség a talajoknál a ρs, vagy a hézaggal és tömörséggel együttesen figyelembe vett ρ_dmax lehet, utóbbit az MSZ EN 13286-2 szerinti Proctor-vizsgálattal – mely az alkalmassági vizsgálat része – mindig meghatározzuk. A jól ismert Proctor-görbe a ρ_di legnagyobb száraz (halmaz)sűrűség, és az ehhez tartozó víztartalom (MWC% tömegszázalék) összefüggését mutatja, és jellegzetességei (púposság, telítési vonalak, száraz-nedves ág stb.) közismertek. Ennek az ábrázolásnak nagy hátránya, hogy ez az összefüggés sűrűségfüggő, azaz teljesen más anyagok vizsgálatánál (pernye, kohósalak, kőzet, talaj) teljesen más információs tartalmat hordoz a tömegszázalék relativitása miatt. Ugyanakkor a térfogatos víztartalom is számítható lenne minden Proctorból.

Térfogatos Proctor-jellemzők

A szakma által megszokott w, w_t értékek mindig tömegszázalékban értendők. A háromfázisú rendszerben a minta víztartalma és a tömörsége közötti kapcsolatot tehát a Proctor-görbe írja le, mely szerint van egy „optimális” víztartalom (OWC), amihez a legnagyobb száraz sűrűség (MDD) tartozik, az ettől eltérő víztartalmaknál a tömörség kisebb, emiatt a sűrűség is kisebb. Ha az anyag nedvességérzékenységét akarjuk jellemezni, akkor a sűrűségek hányadosával mint nedvességkorrekciós együtthatóval jellemezhetjük.
ρ_di/ρ_dmax = T_rw
Értéke max. 1,00, és független a sűrűség abszolút értékétől, csak a „görbülete” számít. Ráadásul ritkán ábrázolunk úgy Proctor-görbéket, hogy az OWC optimális víztartalompontjától a +/-3%-ot ábrázoljuk csak. A beépítési víztartalom eltérésének megengedett értéke a tender Műszaki Feltételekben általában előírás is a kellő tömöríthetőség érdekében. Ekkor a görbék vízérzékenysége adja a görbületet és a ρ_dmax abszolút értéke indifferens lesz (2. ábra).

2. ábra

Ezért van az, hogy esetünkben a víztartalom térfogatos direkt értéke még értelmezhetetlen, hiszen a minta térfogata a rendszer két má­sik (méréskor ismeretlen) elemével van összhangban.

Kétfázisú rendszerek (pl. telített talajok S = 1 és S>1) esetében:
MCW% = 100*M_w/M_s = 100*(ρ_w* V_w)/ (ρ_s* V_s) = (ρ_w/ρ_s)*VWC%
azaz MWC% (Mass Water Contant%) = VWC% * ρ_w/ρ_s
ahol:
V_w a víz térfogata, V_s a minta térfogata és M_w a víz tömege, M_s a minta száraz tömege, ρ_w a víz sűrűsége adott hőmérsékleten és ρ_s az anyag hézag nélküli sűrűsége (az anyagnak nincs porozitása).

Háromfázisú rendszer víz-levegő és szilárd részből áll, mint a telítetlen talajok vagy földnedves beton. A telítettség (a keverékváz hézagtartalmának kitöltöttsége vízzel) és az anyagsűrűség szabja meg az átszámítást, melyet még befolyásol a tömörségi fok (Trρ% vagy n%) is. Ebből a rendszer víztérfogatát VWC%-ot a direkt érték (mért di­elekt­romos állandó) jellemzi, melynek ará­nya a többi rendszerelemtől függ.
Azaz MWC% (Mass Water Contant%) = VWC% * ρ_w/ρ_di
ahol:
ρ_di = ρs / (e+1), például ρ_di = 2,65/(1+0,5056) = 1,76 g/cm³ vagy
ρ_di = ρs * ([100-n%]/100), például ρ_di = 2,65 * ([100–33,58] /100) = 1,76 g/cm³
ρ_di maga a Proctor-görbéről le­olvasható adott víztartalomhoz tartozó Proctor-sűrűség.
Ha az ábrázolás VWC%-ρ_di, akkor értékelése is igen egyszerű (3., 4 ábra).

3. ábra. Proctor száraz sűrűség és VWC% térfogatos víztartalom összefüggése (Sagr)

4. ábra. Proctor száraz sűrűség és MWC% tömegszázalékos víztartalom összefüggése (Sagr)

A Proctor-féle alkalmassági vizsgálatból tehát bármilyen anyagra a pontos átszámítás elvégezhető, és térfogatos és tömegszázalékos víztartalommal is számítható, a közelítő görbe egyszerűbben ábrázolható. A térfogatos víztartalomból a liter/m³ értéke is egyszerűen számolható (tízszerese).

Összefoglalva: a víztartalom a talajok és szemcsés anyagok tömöríthetőségének alapvető paramétere. Megjelentek a gyors, helyszínen mérési eredményt szolgáltató víztartalommérési módszerek. Az egyik ilyen gyors mérési módszer a dielektromos állandó elvén történő mérési módszer. Ez a módszer lehetővé teszi – nagy mérési tartomány (1–35 VWC%) mellett – a magas pontossági követelmények teljesülését is.
Talajmechanikában az optimális víztartalom pontos ismerete és annak ellenőrzése igen fontos. A térfogatos és tömegarányok meghatározása mind a minőség-ellenőrzés, mind az alkalmazott építési technológia szempontjából alapvető jelentőségű. A térfogatos arányok és az azokból levont következtetések ökölszabály­szerűek, míg a tömegszázalékos fogalmak mindig erősen anyag- (sűrűség-) függőek, gyakran nehezen átláthatók. Javasolt tehát a térfogatos szemlélet adaptálása, ahol csak lehetséges.•

Címlapkép: Depositphotos/bannafarsai@gmail.com