اندازه گیری درصد رطوبت

مواد لازم جهت ازمایش:

 

خشک کن-انبر-شیشه مربا-خاک(کربنات کلسیم)-ترازو با دقت یک صدم گرم-دسیکاتور.

دسیکاتور:

 

هدف ازمایش:

 

در این ازمایش باید بتوانیم میزان خاکی را که برای دسترسی به میزان مشخصی خاک خشک مورد نیاز با توجه به درصد رطوبت خاک تعیین کرده و از صرف زمان و هزینه اضافی بکاهی

 

تئوری ازمایش:                                         

 "اندازه گیری رطوبت خاک"

در اندازه گیری رطوبت توسط دستگاه نوترون متر لازم است ابتدا دستگاه را واسنجی نمود . البته دستگاهها در کارخانه سازنده واسنجی می شوند ولی بهتر آن خواهد بود که با توجه به نوع خاک منطقه دستگاه را تنظیم نموده و رابطه بین درصد رطوبت و تعداد نبضهای اندازه گیری شده در هر دقیقه را به صورت منحنی یا معادله به دست آورد . برای این منظور در هر اندازه گیری ابتدا تعداد تپ های الکتریکی قرائت شده و سپس از منطقه کره تاثیر نمونه خاک را برداشت کرده و به روش جرمی رطوبت آن سنجیده می شود . پس از چندین اندازه گیری در رطوبت های مختلف امکان به دست آوردن معادله یا منحنی واسنجی وجود خواهد داشت . منحنی واسنجی دستگاه نوترون متر غالبا به شکل خط مستقیم می باشد که معادله آن به صورت زیر است . معمولا قرائت استاندارد در همان محل اندازه گیری و در وضعیتی که میله نوترون متر هنوز از داخل محفظه خود خارج نشده است به دست می آید . بدین ترتیب که با روشن کردن دستگاه و انجام شمارش در همان دوره زمانی استاندارد یک دقیقه صورت گرفته و عدد به دست آمده به عنوان شمارش استاندارد در نظر گرفته می شود . توصیه می شود قرائت استاندارد ، یک بار قبل از آزمایش و بار دیگر پس از آزمایش تعیین و میانگین آنها در محاسبات لحاظ شود . پس از به دست آوردن قرائت استاندارد میله از داخل دستگاه بیرون آورده شده و در داخل خاک در موقعیت مورد نظر ، شمارش نوترونی صورت می گیرد ... با توجه به آنچه گفته شد ملاحظه می شود که دستگاه نوترون متر از نظر سرعت کار بر سایر روشها ارجحیت دارد ولی نباید از نظر دور داشت که گران بودن دستگاه خطرات احتمالی ناشی از نشت تابشهای رادیواکتیو از معایبی است که بر این روش گرفته می شود . از نظر حفاظتی میله دستگاه که چشمه رادیواکتیو در آن قرار دارد در وضعیت معمولی در داخل محفظه پر از پارافین قرار می گیرد و لذا خطرات نشت تابش از آن بسیار اندک است . البته این امر خود باعث سنگینی دستگاه می شود که یکی دیگر از معایب آن به شمار می رود . دستگاه تابش گاما : یکی دیگر از روشهای تابشی برای تعیین رطوبت خاک استفاده از دستگاههایی است که تابش گاما را به داخل خاک گسیل می دهد . اگر نمونه ای از خاک را انتخاب و از یک طرف تابش گاما وارد آن کنیم ، خاک باعث می شود که از شدت تابش کاسته شود . اگر در طرف دیگر نمونه شدت تابش را اندازه گیری کنیم ملاحظه خواهد شد که از مقدار آن کاسته شده است . کاهش شدت تابش بستگی به دانسیته و رطوبت خاک و فاصله ای دارد که تابش در خاک طی می کند دارد و اگر دانسیته خاک ثابت باقی بماند می توان گفت که تغییرات شدت تابش بستگی به رطوبت خاک دارد . از مزایای روش رطوبت سنجی با تابش گاما این است که بر خلاف روش نوترونی که در آن متوسط رطوبت خاک در حجم کره ای به شعاع تقریبی 20 سانتی متر اندازه گیری می شد ، با این روش می توان رطوبت را در هر مقطعی از خاک تعیین کرد . البته این روش بیشتر در کارهای تحقیقاتی استفاده شده و کاربرد آن در کارهای صحرایی کم است. در روش رطوبت سنجی گاما معمولا از یک چشمه رادیواکتیو 25 میلی کوری سزیوم 137 استفاده می شود که انرژی آن کم و در حدود 661/0 میلیون الکترون ولت است . چشمه رادیواکتیو در داخل محفظه سربی قرار گرفته است تا در حالت عادی خطرات ناشی از آن به حداقل برسد . پس از آنکه تابشهای تولید شده توسط چشمه از داخل خاک عبور کرد در طرف دیگر به وسیله حساس تابشهای مستهلک شده را دریافت و ثبت می نماید .

بلوک گچی - یکی دیگر از روشهای ساده برای اندازه گیری رطوبت خاک:

بلوک گچی : یکی دیگر از روشهای ساده برای اندازه گیری رطوبت خاک استفاده از قالب یا بلوکهای گچی است که به نام بلوکهای مقاومت نیز معروفند . برای ساختن بلوک گچی قالب مکعبی شکل به ابعاد 5/1*3*4 سانتی متر را تهیه کنید ، سپس دو قطعه تور سیمی از فولاد ضد زنگ به ابعاد 2*1 سانتی متر انتخاب کرده و به هر کدام یک سیم را لحیم کنید . این صفحات را که الکترود می نامیم به فاصله کمی از هم به طور موازی در داخل قالب قرار دهید و با قاب یا بست پلاستیک آنها را محکم کنید . پس از آماده شدن قالب و الکترودها گچ دندان پزشکی را به نسبت 1 به 1 با آب مقطر مخلوط کرده و خوب به هم زده و آن را یک دفعه اما به آرامی داخل قالب بریزد . با ضربه زدن به قالب سعی کنید هوای محبوس شده را خارج کنید . پس از آن گچ به اندازه کافی سفت شده و می توان آن را از قالب خارج کرد . بلوکها را حداقل به مدت یک شبانه روز در سایه خشک کنید آنگاه آنها را داخل آب قرار دهید تا به مدت 5/0 ساعت اشباع شوند و در همین وضعیت مقاومت دو سر الکترود را با دستگاه مقاومت سنج اندازه گیری کنید ، اگر عدد قرائت شده در بعضی از بلوکها از 5 درصد متوسط قرائت ها تجاوز کرد از آنها استفاده نکنید . بلوکهای آماده شده را داخل خاک گلدان قرار داده و پس از آبیاری مقاومت را در زمانهای مختلف اندازه گیری کرده و همزمان با برداشت نمونه رطوبت خاک را به دست آورید . با رسم منحنی تغییرات مقاومت بلوک و درصد رطوبت خاک بلوکها واسنجی می شوند . حال اگر این بلوکها را در خاک نصب کنیم کافی است فقط مقاومت را اندازه گیری کرده و از روی این منحنی ها می توان درصد رطوبت خاک را به دست آورد . در هنگام آزمایش بلوکهای گچی پس از آنکه آنها را داخل آب قرار دادید تفاوت قرائت بلوکها نباید از 50 اهم بیشتر باشد . در اینصورت بلوکها یکنواخت نخواهد بود . اگر قرائت بلوکها در داخل آب همگی صفر باشند ایده آل است اما اگر قرائت ها اعدادی تا حدود 400 اهم را نشان دهند باز هم می توان با اعمال ضریب اصلاحی از آنها استفاده کرد ولی اگر قرائت بلوک در آب بسیار زیاد بود حتما توصیه می شود که از آن استفاده نشود . در حد ظرفیت زراعی باید قرائت بلوک حدود 500 تا 600 و در حد پژمردگی 50000 تا 75000 اهم باشد . البته بلوک گچی باید قادر باشد تا مقاومت 1000000 و 200000 اهم را هم اندازه گیری کند . برای جلوگیری از پلاریزه شدن الکترودها و امکان بروز اشتباه در اندازه گیری رطوبت توصیه می شود از مقاومت سنجهایی استفاده شود که در آنها جریان برق مستقیم باطری به جریان متناوب تبدیل می شود . برای این منظور معمولا مقاومت سنج های 1000 سیکلی به کار برده می شود ، زیرا با انجام این کار از عمل قطبی شدن جلوگیری شده و در اندازه گیریها کمتر اشتباه بروز می کند . مهمترین مزیت بلوکهای گچی علاوه بر سرعت اندازه گیری درجه دقت آنها در رطوبت های کم است . علاوه بر این بلوکها ارزان بوده و می توان تعداد زیادی از آنها را با هزینه کم در داخل خاک نصب کرد . بزرگترین مشکل در بلوکهای گچی حساسیت آنها به شوری محلول خاک است . وجود نمک در آب باعث می شود که هدایت الکتریکی بلوک افزایش یافته و این امر باعث اشتباه در تخمین رطوبت گردد . زیرا اساس اندازه گیری رطوبت با بلوک گچی این است که وقتی یک بلوک خشک در خاک قرار می گیرد به دلیل خشک بودن بلوک هدایت الکتریکی بین دو سر الکترود صفر یا بسیار اندک است . اما چون بلوک از گچ با دانه های ریز درست شده است بلافاصله به لحاظ پتانسیلی با خاک تبادل رطوبت کرده و از این نظر با آن متعادل می شود . جذب آب توسط بلوک باعث افزایش هدایت الکتریکی می شود . حال اگر خاک شور باشد آبی که جذب بلوک می شود حاوی نمک بوده و لذا هدایت الکتریکی بیشتر افزایش می یابد . به طوریکه در دو خاک مشابه با رطوبت یکسان ، اگر یکی شور بود و دیگری شور نباشد ، عدد قرائت شده با بلوک یکسان نخواهد بود . با توجه به نیاز تعادل پتانسیلی بین بلوک و خاک لازم است که پس از نصب بلوک به مدت چندین ساعت صبر کرد تا این تعادل برقرار شود . برای این منظور بلوکها قبل از آبیاری در خاک قرار داده می شوند و معمولا در تمام فصل رشد در خاک باقی مانده و فقط سیمهای متصل شده به الکترودها از خاک خارج می باشد که در موقع اندازه گیری به دو سر مقاومت سنج وصل شوند . گرچه در خاکهای معمولی بلوک می تواند تا 5 سال مورد استفاده واقع شود ولی در خاکهای شور یا آلی و خاکهای مرطوب بیش از یک سال عمر نخواهند کرد . در استفاده از بلوکهای گچی توصیه می شود فاصله آنها از یکدیگر در خاک کمتر از 30 سانتی متر نباشد بلوکها نسبت به درجه حرارت حساس بوده و در هنگام واسنجی آنها باید مساله در نظر گرفته شود .

پیزومتر : برای اندازه گیری پتانسیل فشاری در خاک معمولا از لوله های پیزومتر استفاده می شود . پیزومتر یک لوله ساده است که دو سر آن باز می باشد . اگر یک سر لوله را در خاک و نقطه مورد نظر قرار دهیم در صورت وجود پتانسیل فشاری آب در لوله بالا خواهد آمد . ارتفاعی که آب در لوله بالا می آید برابر پتانسیل فشاری در آن نقطه است    

 

روند ازمایش :

 

ابتدا شیشه مربایی را کامل می شوییم و خشک کرده سپس داخل خشک کن گذاشته بعد از انکه کامل خشک شد با انبر (به دلیل عدم انتقال رطوبت )از  خشک کن خارج کرده با ترازو ان را وزن میکنیم.(وزن شیشه15/204)

بعد از وزن کردن شیشه ان را داخل دسیکاتور قرار داده تا رطوبت جذب شده در این فاصله توسط دسیکاتور گرفته شود.

50 گرم خاک مورد نظر  را در شیشه ریخته (21/50) وان را به مدت حداقل 24 ساعت در دمای 90 الی 110 درجه حرارت میدهیم.

(برای نمونه ما زمان حدود 24 ساعت ودما 110  درجه بود)

بعد از طی این مدت دوباره شیشه و خاک محتوی ان را وزن میکنیم.

(35/254)

حال با استفاده از رابطه زیر درصد رطوبت خاک را محاسبه میکنیم:

 

 

                   W3 – W2

درصد رطوبت بر مبنای خشک:    ____________  * 100

                                               W3-W1

MD% = 0/0199

 

                                              W3 – W2

درصد رطوبت بر مبنای تر :        ____________  * 100

                                               W2- W1

 

Mw% = 0/0199

 

اشتباهات معمول:

بر اساس Rolling and Rollings (1996): اشتباهات معمول آزمایشگاهی در مورد آزمایش درصد رطوبت بشرح زیر است:

1-      استفاده از ترازوی کالیبره نشده یا بد کالیبره شده.

2-      از دست رفتن خاک بین وزن کردن اولیه و ثانویه.

3-      از دست رفتن رطوبت نمونه قبل از وزن کردن اولیه.

4-      اضافه شدن رطوبت به نمونه پس از خشک کردن و قبل از وزن کردن ثانویه.

5-      دمای نامناسب ظرف، نمونه خیلی کوچک یا وزن غلط ظرف.

6-      خارج نمودن نمونه ازظرف قبل از دستیابی به وزن خشک ثابت.

7-      وزن کردن نمونه هنگامیکه هنوز داغ است (برای ترازوهای حساس به دما).

      اشتباه معمول دیگر لبریز کردن ظرف با نمونه‌ خاک است. در چنین شرایطی جریان هوا محدود شده و احتمال اینکه نمونه‌بطور کامل خشک نشوند وجود دارد

بحث ونتیجه گیری :

نتایج به دست امده از سایر گروه ها به شرح زیر است:

 

نام خاک

MD

Mw

گروه 1

بنتونیت

3/33%

3/22%

گروه2

کائولن تاکستان

0/5%

0/5%

گروه3

کربنات کلسیم

0/02%

0/02%

گروه4

دولومیت

1/7%

1/7%

 

مقدار درصد رطوبت خاک غالباً‌ بر حسب نزدیکترین 1/0 یا 1 درصد بیان می‏شود. درصد رطوبت خاک می‌تواند بین 0 تا 1200 درصد متغیر باشد. درصد رطوبت صفر بیانگر یک خاک خشک است. نمونه‌ای از یک خاک خشک، شن یا ماسه تمیز در شرایط آب و هوایی بسیار گرم است. خاکهای آلی بیشترین درصد رطوبت را دارند.

بر اساس دسته بندی خاک ها از نظر پلاستیک و غیر پلاستیک بودن میتوان نتیجه گرفت که:

خاکهای پلاستیک مانند بنتونیت درصد رطوبت بالاتری دارند و جذب رطوبت انها بالا ست.

 

اثرات دما

چنانکه قبلاً ذکرگردید، دمای استاندارد جهت خشک نمودن خاک 110 درجه سانتیگراد می‌باشد .

 

جامدات محلول

بسیاری از خاکها حاوی جامدات محلول می‌باشند.  برای مثال در مورد خاکهای واقع در کف اقیانوس، آب بین ذرات جامد خاک احتمالاً‌ دارای همان غلظت نمک آب دریا خواهد بود.  مثال دیگر وجود کاتیونهای متمایل به سطوح ذرات رسی می‌باشد.  بهنگام خشک کردن خاک، این کانیها و یونهای محلول، جزیی از جرم جامدات  می‌شوند.  درمورد اغلب خاکها این اثر، حداقل تغییرات را در درصد رطوبت ایجاد می‏کند.

 

منابع و ماخذ:

 

 

1. کاربرد روش چهار الکترودی برای اندازه گیری غیر مستقیم رطوبت خاک, /نویسنده : میکائیل یوسف زاده فرد، سعید اسلامی.

 

2. دانشگاه تبریز، دانشکده فنی، مجله, دوره : -، شماره : 21، پاییز و زمستان 1377، ص. 89 تـا 97

 

 3.گروه علمی تحقیقاتی ارکیده توسط سمانه شیرین منش.

 

4.وبلاگ تخصصی گرانیت و سرامیک.

 

 

 

 

فیروز رضائی ; ۱٠:٥٠ ‎ق.ظ ; ۱۳٩٠/۱٢/۸