모래의 비중 시험 방법

1. 시험 개요 및 목적

• 가) 비중(specific gravity, G) : 표준상태(4℃, 1 기압)에서 그 물체와 같은 부피를 갖는 증류수에 대한 물체 무게의 비.
  
  • G = 물체의 무게 / 물체와 부피가 같은 4℃증류수의 무게 = Ws/W０
  • 토질역학에서 흙의 비중이라 함은 토립자 비중(Gs）을 의미한다.
• 나) 흙의 비중은 흙의 기본 성질인 공극비와 포화도를 아는 데 필요할 뿐 아니라 흙의 견고한 정도나 유기질토에 있어서의 유기물 함유량을 구하는 데에 이용되며, 이를 위해 흙의 비중 시험을 하는 것이다.

이번 시험에서는 모래를 이용하여 시험을 통해 모래의 비중을 확인하려 한다.

 

2. 시험 준비물

• 가) 비중병(100㎖), 알코올 온도계, 알코올 램프, 모래, 정밀 저울

시험 도구

3. 안전 및 유의 사항

• 가) 시료는 될 수 있는 대로 비건조 시료의 사용을 피하고 습한 상태의 시료를 사용하면 좋다.
• 나) 비중병은 양․질로 체적 팽창이 적은 것을 사용한다.
• 다) 비중병을 사용할 경우에는 될 수 있는 한 큰 용기를 사용하는 것이 좋다. 들어가지 않는 조립의 흙은 메스플라스크를 사용한다.
• 라) 기포 제거를 위하여 비중병을 끓일 때 내용물이 끓어 넘지 않도록 해야 한다. 혹시 끓어 넘칠 우려가 있는 경우에는 온도를 내리거나 감압하는 것이 좋다. 또 다른 방법으로서 유리봉 등을 교차시켜 비중병 에 넣는 것도 좋다.
• 마) 비중병의 검정 온도와 내용물의 온도를 일치시키도록 노력하고 그 온도를 될 수 있는 한 낮추도록 한다.
• 바) 비중병에서 내용물을 다른 병에 옮길 때에는 미량이라도 잃지 않도록 주의한다.
• 사) 비중의 측정은 동일 종류의 시료에 대하여 3～5회 반복하고, 측정값 의 분산을 확인해 본다.
• 아) 노건조 시료를 사용할 경우 시료 무게 측정에 비중병에 시료를 넣어서 무게를 측정하면 시료의 분실을 피할 수 있다.
• 자) 계산에 있어서 동일 비중병을 이용하여 반복할 때에는 여러 종류의 온도 T에 대하여 Wa의 환산표, 또는 환산 도표를 준비하여 두면 계산 이 손쉽게 된다.
• 차) 기포 제거를 위하여 가열 시간은 10분 이상으로 규정되어 있지만 시험에 의하면 모래는 2～3시간, 흙에 따라서는 10시간 이상의 시간이 경과하지 않으면 측정값이 낮게 나오는 경우도 있다.
• 카) 소형 피크노메타 또는 메스플라스크에도 들어가지 않는 조립 시료에 대해서는 분쇄하여도 비중값이 변하지 않는 것은 비중병에 넣을 수 있는 크기로 분쇄하여 사용한다. 분쇄 함으로써 값에 변화가 있는 시료에 대해서는 KS F 2054의 조골재의 비중 측정법에 따른다.

4. 시험 방법 및 순서

가). 비중병 및 증류수의 무게 측정

• ⑴비중병의 무게(Wf)를 측정한다. : 비중병의 무게(Wf) = 52.27g
• ⑵ 비중병에 증류수를 채운 다음, 스토퍼(stopper)를 정확한 위치에 꽂고, 비중병 외부의 물을 마른걸레로 잘 닦은 후, 비중병의 무게 (wa′)를 측정하고, 그때의 증류수 온도(T′)도 측정한다. : 증류수를 채운 비중병의 무게(Wa') = 145.88g, 온도(T') = 13℃

비중병 무게 측정 및 온도 측정

나) 모래의 비중 측정

• (1) 시료(모래)의 무게를 잰다. 시료의 무게는 종이 위에 시료를 놓고 저울에 올려 측정한다.
• 종이의 무게 = 3.76g , 시료(모래)의 무게(Ws) = (종이의 무게 + 모래의 무게) - 종이의 무게 = 19.05g - 3.76g = 15.29g

 

종이 및 시료의 무게 측정

• (2) 잘 마른 비중병에 시료를 넣고, 증류수를 약 2/3까지 채운 뒤, 약 10분에서 15분가량 가열한다.
• (3) 약 1515분 정도 가열 후, 불을 끄고 충분히 식힌 후에 증류수를 비중병에 더 채운 후 스토퍼를 닫고 무게와 온도를 측정한다.  (비중병 + 모래 + 증류수)의 무게(Wb) = 155.18g, 온도(T) = 19℃

흙의 가열 및 온도 측정

5. 시험의 결과

(1) 시험의 결과

• 가) 시험에서 도출된 결과를 살펴보면,
  • - 비중병의 무게(Wf) = 52.27g,
  • - 증류수를 채운 비중병의 무게(Wa′) = 145.88g,
  • - 비중병에 든 증류수의 온도(T′) = 13℃
  • - 시료(모래)의 무게(Ws) = 15.29g
  • - (비중병 + 시료(모래) + 증류수)의 무게(Wb) = 155.18g
  • - (비중병 + 시료(모래) + 증류수)의 온도(T) = 19℃
• 나) 비중의 계산
  • 온도 T도에 대한 흙의 비중 (Gs) T는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.
  • ㄱ. (Gs) T = Ws / (Ws+Wa-Wb) 여기서, Ws = 15.29g, Wb = 155.18g , Wa = (Wa′-Wf) x T′℃일 때의 물의 단위중량 + Wf 이므로  T℃일 때의 물의 단위중량 = (145.88 - 52.27) x (0.99938/0.99841) + 52.2 = (93.61) x 1.0009 + 52.27 = 145.97 ∴ Wa = 145.97g
  • (Gs) T = 15.29/(15.29+145.97-155.18) = 15.29/6.08 = 2.514 ∴ (Gs)T = 2.514
  • ㄴ. (Gs) T를 표준온도 15℃에 대한 흙의 비중 Gs로 수정하려면, Gs = (Gs) T x K의 식으로 수정할 수 있고, 여기서 K는 T℃ 에 대한 보정계수이다. 따라서, Gs = 2.514 x 19℃일 때 보정계수 0.9993 = 2.514 x 0.9993 = 2.512 ∴ Gs = 2.512
  • ㄷ. 따라서, 모래의 비중 (Gs) = 2.512이다.