Lấy mẫu đất thí nghiệm trong xây dựng đường bộ là một trong những công tác rất quan trọng. Nếu lấy mẫu không đúng theo quy trình và quy định theo tiêu chuẩn sẽ ảnh hưởng rất lớn tới kết quả đánh giá chất lượng và độ an toàn của công trình giai đoạn trước và sau khi thi công đưa vào sử dụng.

Theo đó, Tiêu chuẩn TCVN 14134-2:2024 về đất dùng trong xây dựng đường bộ - phương pháp thử - phần 2 về chuẩn bị mẫu ướt mẫu đất do Bộ Khoa học và Công nghệ công bố đưa ra các hướng dẫn, mô tả cách chuẩn bị mẫu đất ướt được lấy từ hiện trường để đưa về phòng thí nghiệm tiến hành các phân tích cơ học và xác định các đặc tính của đất.

Tiêu chuẩn hướng dẫn 2 phương pháp chuẩn bị mẫu đất ướt. Trong đó phương pháp A theo cách làm khô mẫu mới lấy từ hiện trường về bằng cách sấy khô ở nhiệt độ không quá 60°C sau khi phân tích này mẫu đất trên sàng 0,425 mm. Phương pháp B theo cách giữ độ ẩm của mẫu đất lấy từ hiện trường về trong điều kiện độ ẩm môi trường bằng hoặc lớn hơn độ ẩm tự nhiên của mẫu đất. Do vậy cần phải bảo quản mẫu đất ướt trong các thùng/ hộp kín tránh thất thoát độ ẩm trước khi thí nghiệm.

Nếu không chỉ rõ phương pháp nào được yêu cầu thì mặc định chuẩn bị mẫu ướt theo phương pháp A. Tiêu chuẩn được dùng trong xây dựng đường bộ và có thể áp dụng trong các lĩnh vực xây dựng khác.

Yêu cầu về khối lượng mẫu để thực hiện các thí nghiệm được tiêu chuẩn này hướng dẫn như sau: Cần phân tích thành phần hạt của đất theo AASHTO T 88). Đối với phân tích thành phần hạt, khối lượng vật liệu lọt qua sàng 2,00 mm yêu cầu xấp xỉ bằng 110g đối với đất cát và bằng 60g đối với đất bụi hoặc đất sét.

Cần đảm bảo đủ lượng vật liệu giữ lại trên sàng 4,75 mm hoặc sàng 2,00 mm để thu được mẫu đại diện có đủ khối lượng. Tùy thuộc vào kích thước hạt tối đa, không được ít hơn khối lượng tối thiểu quy định. Cụ thể nếu cỡ hạt lớn nhất danh định là 9,5mm thì khối lượng tối thiểu là 0,5kg; Nếu cỡ hạt lớn nhất danh định là 25mm thì khối lượng là 2,0kg; Cỡ hạt lớn nhất danh định là 50mm thì khối lượng là 4,0kg; Cỡ hạt lớn là 75mm thì khối lượng tối thiểu là 5,0kg.

Lấy mẫu đất thí nghiệm trong xây dựng đường bộ theo tiêu chuẩn giúp đánh giá chất lượng và độ an toàn khi sử dụng. Ảnh minh họa

Trình tự chuẩn bị mẫu khô khi áp dụng phương pháp A thì mẫu đất được lấy từ hiện trường phải được làm phơi khô, trong tủ sấy có nhiệt độ không quá 60°C hoặc bằng thiết bị khác mà không làm tăng nhiệt độ của mẫu quá 60°C. Các mẫu đất này phải được nghiền trong cối bằng chày bọc cao su hoặc thiết bị cơ khí thích hợp sao cho tránh làm thay đổi kích thước tự nhiên của các hạt riêng biệt. Sau đó, sử dụng phương pháp chia tư hoặc dụng cụ lấy mẫu chuyên dụng để lấy được một mẫu thí nghiệm đại diện với khối lượng cần thiết để thực hiện các thí nghiệm mong muốn.

Phần mẫu được làm khô trong không khí được lựa chọn cho mục đích phân tích các chỉ tiêu cơ học và các thí nghiệm phân tích (xác định) các tính chất vật lý phải được cân và khối lượng được ghi lại là khối lượng của tổng số mẫu chưa được hiệu chỉnh về độ ẩm hút nước. Sau đó, mẫu thí nghiệm phải được phân chia thành hai phần (phần lọt sàng 0,425 mm và phần trên sàng 0,425 mm) bằng sàng 0,425 mm. Vật liệu lọt qua sàng 0,425 mm phải được dự trữ cho việc phối trộn lại tiếp theo với vật liệu bổ sung.

Vật liệu sót lại trên sàng 0,425 mm sẽ được đổ vào ngâm trong một khay/ chậu ngập nước từ (2-24)h cho đến khi liên kết đất với các hạt sỏi sạn trở nên mềm yếu hoặc tách rời nhau. Nếu vật liệu sót lại trên sàng 0,425 mm chứa các cục chưa bị làm vỡ vụn hoặc tán nhỏ thì có thể dùng tay bóp vụn hoặc bóp nát sao cho thu được các hạt lọt qua sàng 0,425 mm, các cục đó phải được làm tan ra và rửa qua sàng đang đựng trong khay. Sau khi tất cả các cục đã được làm tan ra, sàng phải được giữ ở vị trí bên trên đất và nước trong khay và vật liệu sót lại trên sàng sẽ được rửa bằng một lượng nhỏ nước sạch. Vật liệu đã được rửa sạch sót lại trên sàng 0,425 mm phải được chuyển sang một khay sạch khác.

Tiếp tục lấy vật liệu ngâm, có khối lượng không quá 0,45 kg phải được đổ lên trên sàng 0,425 mm và được rửa sạch. Vật liệu sót lại trên sàng 0,425 mm phải được làm khô và sàng khô bằng sàng 0,425 mm. Phần vật liệu lọt qua sàng 0,425 mm sẽ được thêm vào vật liệu lọt qua sàng 0,425 mm thu được. Vật liệu sót lại trên sàng 0,425 mm phải được dự trữ để sử dụng cho phân tích các chỉ tiêu cơ học của vật liệu thô.

Sau khi tất cả các vật liệu ngâm đã được rửa sạch, khay chứa nước rửa sẽ được để sang một bên và không bị làm xáo trộn trong khoảng thời gian vài giờ cho đến khi tất cả các hạt đất đã lắng xuống đáy khay và nước ở trên đất trở nên sạch. Sau đó gạn hoặc hút nước sạch ra khỏi khay càng nhiều càng tốt. Đất còn lại trong khay phải được làm khô ở nhiệt độ không quá 60°C. Đất khô phải được nghiền trong cối bằng chày bọc cao su hoặc thiết bị cơ khí thích hợp và phối trộn với vật liệu lọt qua sàng 0,425 mm thu được.

Lưu ý trong một số trường hợp, nước rửa sẽ không sạch trong một khoảng thời gian nhất định (thích hợp), trong trường hợp đó, toàn bộ thể tích phải được làm bay hơi.

Trình tự chuẩn bị mẫu ướt khi áp dụng bằng phương pháp B thì để thu được các kết quả phân tích các chỉ tiêu cơ học nhanh dựa vào khối lượng khô của vật liệu ban đầu, chọn và cân một phần đại diện của vật liệu để xác định độ ẩm bằng tủ sấy. Mẫu được sấy khô đến nhiệt độ (110 ± 5) °C để xác định độ ẩm.

Chọn ra một phần mẫu đại diện để đánh giá, phần này gồm đủ lượng hạt lọt qua sàng 0,425 mm để thực hiện các thí nghiệm cần thiết cho việc xác định các hằng số của đất. Ngâm phần đã chọn này của mẫu ẩm trong nước cho đến khi liên kết giữa các hạt trở lên mềm yếu. Các mẫu chỉ chứa các hạt lọt qua sàng 0,425 mm có thể được sử dụng trong các thí nghiệm xác định các hằng số của đất mà không cần rửa trước trên sàng 0,425 mm.

Lưu ý ở một số khu vực, nếu sử dụng nước máy ngâm và rửa mẫu, các ion dương của muối có trong nước máy có thể trao đổi với các ion dương trong đất và làm thay đổi đáng kể các đặc tính của đất. Nếu không biết trong nước máy không chứa ion dương muối, nên sử dụng nước cất hoặc nước khử khoáng. Công tác ngâm rửa sẽ loại bỏ các muối hòa tan có trong đất. Khi có các muối hòa tan trong đất, nước rửa phải được giữ lại và được làm bay hơi, và muối sẽ được thu hồi trở lại mẫu đất.

Nên nhớ cần phải bóp vụn hoặc nghiền nhỏ bất kỳ cục nào chưa được làm bở vụn bằng các ngón tay. Nâng sàng lên trên mặt nước trong khay chứa và hoàn tất thao tác rửa bằng cách sử dụng một lượng nhỏ nước sạch. Trước khi thực hiện công tác rửa phần vật liệu đã ngâm khác tiếp theo trên sàng, phải loại bỏ vật liệu đã rửa sót lại trên sàng. Trong trường hợp có đất sét nặng, có thể sử dụng máy khuấy cơ học để tạo thành dạng bùn sệt, khi đó sẽ dễ dàng lọt qua sàng 0,425 mm.

Để đảm bảo cần đặt khay đựng nước rửa thải sang một bên trong khoảng thời gian một vài giờ hoặc cho đến khi nước phía trên các hạt lắng ở đáy khay trở lên sạch và trong. Chắt phần nước trong, dùng ống pipet hoặc ống siphon hút nước trong ra ngoài càng nhiều càng tốt.

Ngoài ra, sau khi tất cả các vật liệu ngâm đã được rửa sạch, lọc bỏ hầu hết nước trong vật liệu bằng cách lọc nước rửa trên một hoặc nhiều phễu Buchner được trang bị giấy lọc hoặc bằng cách sử dụng dụng cụ lọc dạng nến. Lọc đất ẩm khỏi giấy lọc hoặc dụng cụ lọc dạng nến, và phối trộn với cặn lắng sót lại trong khay thu được.

Giảm bớt độ ẩm của vật liệu lọt qua sàng 0,425 mm cho đến khí khối vật liệu đạt độ sệt giống như bột bả matít (tương đương có số lần đập từ 30 đến 35 trong thí nghiệm xác định giới hạn chảy) nhưng không bao giờ thấp hơn độ ẩm tự nhiên. Việc làm giảm độ ẩm có thể được thực hiện bằng cách cho mẫu tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ phòng thông thường, bằng cách sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ không quá 110°C, bằng cách đun sôi, bằng cách lọc trên phễu Buchner hoặc bằng cách sử dụng dụng cụ lọc dạng nến.

Trong quá trình bay hơi và làm mát, thường xuyên khuấy trộn mẫu vừa đủ để ngăn ngừa hiện tượng khô quá mức tại các mép và phần đỉnh mẫu đất thuộc phạm vi bề mặt làm mát các mẫu đã gia nhiệt đến nhiệt độ phòng thông thường trước khi thí nghiệm. Đối với mẫu đất có chứa muối hòa tan, sử dụng phương pháp khử nước sẽ không loại bỏ được muối hòa tan khỏi mẫu thử. Bảo quản mẫu đã chuẩn bị trong dụng cụ chứa kín hơi ẩm, không làm khô thêm nữa cho đến khi tất cả các thí nghiệm cần thiết được thực hiện.