การทดสอบด้วยเมทิลีนบลูสำหรับดินเหนียว มวลรวม และดิน

ผู้ผลิตคอนกรีตปฏิเสธทรายที่ส่งมา เพราะค่าเมทิลีนบลูสูงกว่าเกณฑ์ในข้อกำหนด ผู้จัดจำหน่ายคัดค้านว่าห้องปฏิบัติการของตนวัดค่าได้ต่ำกว่าสำหรับทรายเดียวกัน ห้องปฏิบัติการทั้งสองแห่งใช้เมทิลีนบลู และรายงานผลเป็นกรัมต่อกิโลกรัมเหมือนกัน แต่มีเพียงแห่งเดียวที่ทดสอบช่วงขนาดอนุภาคตามที่ระบุในข้อกำหนด และค่าทั้งสองก็ไม่สามารถนำมาเปรียบเทียบกันได้ตั้งแต่แรก

ปัญหานี้มีรากฐานมาจากความเข้าใจเชิงแนวคิด คำว่า “การทดสอบด้วยเมทิลีนบลู” ฟังดูเหมือนเป็นเครื่องมือชนิดเดียวที่มีมาตรวัดเดียว แต่ในทางปฏิบัติ นี่คือกลุ่มวิธีทดสอบที่ใช้สีย้อมชนิดเดียวกัน แต่กำหนดปริมาณที่มุ่งวัดต่างกัน ทั้งวัสดุ ช่วงขนาดอนุภาค จุดยุติ และฐานการรายงาน ข้อผิดพลาดคือการถือว่าชื่อสีย้อมที่เหมือนกันหมายถึงผลทดสอบแบบเดียวกัน เนื้อหาต่อไปนี้จะแยกวิธีต่าง ๆ ในกลุ่มนี้ เพื่อให้ผู้อ่านเลือกวิธีให้ตรงกับวัสดุและตีความค่าแต่ละค่าตามบริบทของวิธีนั้น

สีย้อมตรวจวัดอะไรจริง ๆ

เมทิลีนบลูเป็นสีย้อมประจุบวก แร่ดินเหนียวที่มีความว่องไวของพื้นผิวสูงจะดูดซับสีย้อมนี้ได้มาก ขณะที่ควอตซ์และวัสดุเม็ดละเอียดเฉื่อยชนิดอื่นรับสีย้อมไว้น้อยกว่ามาก ดังนั้น การเติมสีย้อมทีละน้อยลงในสารแขวนลอยที่กำลังกวนจึงเป็นการไทเทรตพื้นผิวที่ไวต่อการดูดซับ สีย้อมอิสระจะปรากฏในสารละลายก็ต่อเมื่อตำแหน่งดูดซับเหล่านั้นถูกครอบครองแล้ว นี่คือเหตุผลที่การทดสอบดินเหนียวด้วยเมทิลีนบลูตอบสนองต่อปริมาณและลักษณะของแร่ดินเหนียวที่ไวต่อการดูดซับ ไม่ใช่เพียงปริมาณวัสดุเม็ดละเอียดทั้งหมด

ข้อเท็จจริงนี้มีผลตามมาสองประการ ประการแรก ผลทดสอบขึ้นอยู่กับว่าอนุภาคใดอยู่ในส่วนตัวอย่างที่นำมาทดสอบ วิธีที่ทดสอบช่วงขนาด 0/2 mm กับวิธีที่ทดสอบเฉพาะฝุ่นที่ละเอียดที่สุดจะให้ค่าต่างกันจากตัวอย่างรวมเดียวกัน เพราะมีสัดส่วนดินเหนียวเข้มข้นต่างกัน ประการที่สอง หน่วยที่รายงานจะมีความหมายก็ต่อเมื่อระบุช่วงขนาดอนุภาคนั้นด้วย คำถามว่ากรัมของสีย้อมต่อกิโลกรัมของอะไรแน่ เป็นส่วนหนึ่งของผลทดสอบ คู่มือประกอบเรื่องการวัดการดูดซับเมทิลีนบลู อธิบายพฤติกรรมพื้นฐานของการรับสีย้อมไว้โดยละเอียดเพิ่มเติม

การทดสอบมวลรวม: EN 933-9 กำหนดสองค่า ไม่ใช่ค่าเดียว

มาตรฐานอ้างอิงของยุโรปคือ EN 933-9 การทดสอบสมบัติทางเรขาคณิตของมวลรวม ส่วนที่ 9: การประเมินวัสดุเม็ดละเอียด การทดสอบด้วยเมทิลีนบลู ฉบับปัจจุบันคือ EN 933-9:2022 ซึ่งใช้แทนฉบับปี 2009 พร้อมฉบับแก้ไขเพิ่มเติมปี 2013 โดยมีสรุปขอบข่ายอยู่ในพอร์ทัลมาตรฐาน CEN และ CENELEC มาตรฐานนี้กำหนดค่าที่แตกต่างกันสองค่า ค่า MB วัดจากช่วงขนาด 0/2 mm ส่วน MB_F ซึ่งอธิบายไว้ในภาคผนวกเชิงบังคับ วัดจากช่วงขนาด 0/0.125 mm การเรียกผลของช่วงขนาด 0/2 mm ว่า “MB_F” เป็นข้อผิดพลาดในการจัดประเภท ไม่ใช่ทางเลือกในการปัดเศษ

ขั้นตอนนี้นำส่วนตัวอย่างทดสอบมาแขวนลอยในน้ำประมาณ 500 mL แล้วเติมสีย้อมจากสารละลายความเข้มข้น 10 g/L ขณะกวน หลังการเติมแต่ละครั้ง ผู้ปฏิบัติงานหยดสารแขวนลอยลงบนกระดาษกรองตามที่กำหนด จุดยุติเป็นการทดสอบแบบหยดบนกระดาษตามวิธีดั้งเดิม โดยสีย้อมอิสระจะปรากฏเป็นวงสีฟ้าอ่อนกว้างประมาณ 1 mm รอบจุดตรงกลาง และคงอยู่เป็นเวลาห้านาที รายงานผลเป็นกรัมของเมทิลีนบลูต่อกิโลกรัมของส่วนตัวอย่างแห้งในช่วงขนาดที่ทดสอบ ดังนั้น MB จึงมีหน่วยเป็น g/kg ของวัสดุขนาด 0/2 mm ส่วน MB_F มีหน่วยเป็น g/kg ของวัสดุขนาด 0/0.125 mm ทรายเดียวกันอาจผ่านเกณฑ์ MB แต่ไม่ผ่านเกณฑ์ MB_F นี่จึงเป็นเหตุผลสำคัญที่ข้อกำหนดต้องระบุให้ชัดว่าหมายถึงค่าใด

วิธีทดสอบมวลรวมของสหรัฐอเมริกาใช้หลักการต่างกัน

ในสหรัฐอเมริกา มีสองวิธีที่ครอบคลุมงานคล้ายกันแต่ใช้เครื่องมือต่างกัน ASTM C1777-20 ซึ่ง ASTM ระบุว่ายังมีผลใช้งานอยู่ กำหนดค่าเมทิลีนบลูของวัสดุที่ผ่านตะแกรง 4.75 mm (No. 4) โดยอ่านค่าด้วยเครื่องวัดสีที่ 610 nm แทนการทดสอบแบบหยดบนกระดาษกรอง ส่วน AASHTO T 330 ซึ่งมีจำหน่ายผ่านร้านค้า AASHTO ยังคงใช้จุดยุติจากการสังเกตด้วยตาในการทดสอบแบบหยด และทดสอบส่วนที่ผ่านตะแกรง 75 µm ทั้งสองวิธีรายงานการรับสีย้อมไว้ต่อหน่วยมวล ซึ่งเทียบเท่ากับกรัมต่อกิโลกรัมในเชิงมิติ แต่ ASTM เตือนไว้อย่างชัดเจนว่าผลจาก C1777, AASHTO T 330 และ EN 933-9 อาจแตกต่างกันอย่างมาก ส่วนตัวอย่างที่ทดสอบถูกกำหนดต่างกัน มีสัดส่วนดินเหนียวเข้มข้นต่างกัน และการอ่านค่าด้วยเครื่องวัดสีไม่ใช่การวัดแบบเดียวกับการตัดสินวงสีบนกระดาษ

สำหรับผู้ซื้อทราย การตีความผลทดสอบมวลรวมด้วยเมทิลีนบลูในทางปฏิบัติจึงต้องพิจารณาเงื่อนไขประกอบ ค่าที่ได้ใช้คัดกรองดินเหนียวที่ไวต่อการดูดซับและอาจส่งผลเสีย ในช่วงขนาดอนุภาคและตามขั้นตอนที่กำหนด ห้องปฏิบัติการที่ทดสอบคนละช่วงขนาด หรืออ่านจุดยุติด้วยหลักการต่างกัน กำลังทำการทดสอบคนละแบบ แม้จะใช้สีย้อมจากขวดแบบเดียวกันก็ตาม

การทดสอบดิน: VBS ของฝรั่งเศสใช้กับงานดิน ไม่ใช่คอนกรีต

ดินมีวิธีทดสอบเฉพาะของตนเองในกลุ่มนี้ ค่าเมทิลีนบลูของดิน หรือ valeur de bleu de sol ซึ่งย่อว่า VBS วัดการรับเมทิลีนบลูไว้ของดิน เพื่อใช้จำแนกประเภทดินในงานดินและการก่อสร้างถนน ขั้นตอนที่ใช้ในอดีตคือมาตรฐานฝรั่งเศส NF P94-068 ซึ่งมีรายการอยู่ในแค็ตตาล็อก AFNOR มาตรฐานปี 1998 นี้ถูกถอนและแทนที่ด้วย NF EN 17542-3:2022 แล้ว ดังนั้น ขั้นตอนที่อ้างอิง NF P94-068 โดยไม่ตรวจสอบฉบับปัจจุบันจึงเป็นการทำงานโดยใช้เอกสารที่ถูกแทนที่ไปแล้ว

การทดสอบ VBS แบบหยดคล้ายกับการทดสอบมวลรวมแบบหยด โดยเติมสีย้อมลงในสารแขวนลอยของดินและน้ำทีละขั้น แล้วหยดลงบนกระดาษกรองจนเกิดวงสีรอบนอกที่คงอยู่ แต่ปริมาณที่มุ่งวัดต่างกัน ห้องปฏิบัติการทดสอบส่วนขนาด 0/5 mm และตามธรรมเนียมรายงาน VBS เป็นกรัมของสีย้อมสีน้ำเงินต่อดินแห้ง 100 g โดยอ้างอิงกับวัสดุขนาด 0/50 mm อย่าแปลงค่า VBS เป็นค่า MB ตาม EN 933-9 ด้วยการคูณหรือหารด้วยสิบ ตัวประกอบสิบใช้แปลงหน่วย แต่ไม่ได้แปลงช่วงขนาดอนุภาค การเตรียมตัวอย่าง หรือการปรับค่าให้เป็นฐานเดียวกัน ค่า VBS ของดินและค่า MB ของมวลรวมตอบคำถามทางวิศวกรรมต่างกัน และค่าเกณฑ์แต่ละค่าต้องใช้กับวิธีของตนเอง

เบนโทไนต์และโคลนเจาะ: ความว่องไวและความสามารถ ไม่ใช่ความสะอาด

อีกแขนงหนึ่งของกลุ่มวิธีทดสอบนี้ไม่เกี่ยวกับการยอมรับหรือปฏิเสธมวลรวมเลย ในของไหลเจาะ การทดสอบโคลนเจาะด้วยเมทิลีนบลูวัดว่าโคลนมีดินเหนียวที่ทำปฏิกิริยาได้อยู่แล้วมากเพียงใด ทั้งเบนโทไนต์เชิงพาณิชย์และของแข็งจากการเจาะที่ทำปฏิกิริยาได้ พร้อมทั้งประมาณความสามารถในการแลกเปลี่ยนแคตไอออนทั้งหมด ขั้นตอนปัจจุบันอยู่ใน API RP 13B-1 การทดสอบของไหลเจาะฐานน้ำ ซึ่งฉบับที่หกระบุวันที่เป็นเดือนมกราคม 2026 โดยแค็ตตาล็อกมาตรฐาน API เป็นแหล่งข้อมูลทางการสำหรับตรวจสอบฉบับที่มีผลใช้บังคับ ตัวอย่างโคลนถูกทำให้เป็นกรดและผ่านการจัดการด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เพื่อกำจัดสารอินทรีย์ที่รบกวน จากนั้นจึงไทเทรตด้วยสีย้อมจนถึงจุดยุติที่เกิดวงสีบนกระดาษกรอง ผลที่ได้เรียกว่าความสามารถในการรับเมทิลีนบลู รายงานต่อปริมาตรของของไหลเจาะ และสามารถแปลงเป็นปริมาณเบนโทไนต์เทียบเท่าได้ภายใต้สมมติฐานที่ระบุเกี่ยวกับความสามารถในการแลกเปลี่ยนของเบนโทไนต์

การวิเคราะห์ลักษณะของเบนโทไนต์แห้งเองก็ใช้แนวทางต่างออกไปอีก API RP 13I ครอบคลุมการทดสอบในห้องปฏิบัติการ รวมถึงขั้นตอนทดสอบด้วยเมทิลีนบลูบนเบนโทไนต์ที่กระจายตัวแล้ว ซึ่งรายงานค่าประมาณความสามารถในการแลกเปลี่ยนเป็นมิลลิอิควิวาเลนต์ต่อ 100 g ส่วน ASTM C837 วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับดัชนีเมทิลีนบลูของดินเหนียว ซึ่งฉบับแก้ไขปัจจุบันคือ C837-09(2024) และยังมีผลใช้งานอยู่ วัดการดูดซับสีย้อมของดินเหนียวเอง และอธิบายว่าดัชนีนี้เกี่ยวข้องกับความสามารถในการแลกเปลี่ยนแคตไอออนและสมบัติอื่น ๆ ของดินเหนียว การวัดเหล่านี้เป็นการวัดความว่องไวของดินเหนียว การนำค่าเกณฑ์ความสะอาดของมวลรวมไปใช้กับดัชนีเบนโทไนต์ หรือการนำค่าความสามารถของเบนโทไนต์ไปใช้กับโคลนเจาะ จึงเป็นการทำข้อผิดพลาดเดิมซ้ำกับวัสดุชนิดใหม่

การเปรียบเทียบวิธีทดสอบ

ตารางต่อไปนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงหลักของบทความนี้ ก่อนเปรียบเทียบค่าทั้งสอง ให้ตรวจสอบว่าข้อมูลในแถวที่เกี่ยวข้องตรงกัน

ตรวจสอบฉบับของมาตรฐานทุกฉบับก่อนเผยแพร่ขั้นตอนทดสอบจากตารางนี้ มาตรฐานมีการปรับปรุงแก้ไข และตารางนี้บันทึกฉบับที่ตรวจสอบไว้ระหว่างการค้นคว้า ไม่ใช่รายการอ้างอิงที่ใช้ได้ตลอดไป การใช้สีย้อมนี้ในการทดสอบวัสดุที่เกี่ยวข้อง รวมถึงการทดลองกับเมมเบรนและพอลิเมอร์ มีอธิบายไว้ในคู่มือประกอบเรื่องการทดสอบวัสดุด้วยเมทิลีนบลู

เหตุใดค่าเกณฑ์ของวิธีหนึ่งจึงนำไปใช้กับอีกวิธีไม่ได้

กลับมาที่ทรายซึ่งถูกปฏิเสธ สมมติว่าค่าเกณฑ์ในข้อกำหนดเขียนไว้สำหรับ EN 933-9 MB บนช่วงขนาด 0/2 mm แต่ห้องปฏิบัติการของผู้จัดจำหน่ายรายงาน MB_F บนช่วงขนาด 0/0.125 mm หรือรายงานค่าจากการวัดสีตาม ASTM C1777 ช่วงขนาดที่ละเอียดกว่ามีสัดส่วนดินเหนียวเข้มข้นกว่า จึงให้ค่าสูงกว่าจากลักษณะของวิธีเอง ส่วนเครื่องวัดสีอ่านสัญญาณทางกายภาพต่างจากวงสี ความไม่ตรงกันเพียงข้อใดข้อหนึ่งก็อาจทำให้ผลจากผ่านกลายเป็นไม่ผ่านได้ ข้อพิพาทนี้ไม่ได้อยู่ที่ว่าใครไทเทรตได้ดีกว่า แต่อยู่ที่ปริมาณที่มุ่งวัดสองชนิดต่างกันซึ่งใช้ชื่อสีย้อมเดียวกัน

กฎจึงต้องเคร่งครัด ค่าเกณฑ์ในข้อกำหนดใช้ได้เฉพาะกับวิธีทดสอบ ช่วงขนาดอนุภาค และฐานการรายงานที่ใช้สร้างค่าเกณฑ์นั้นเท่านั้น การกำหนดค่าเกณฑ์สำหรับวิธีทดสอบที่นำมาใช้แทนต้องอาศัยความสัมพันธ์เชิงประจักษ์จากวัสดุที่เป็นตัวแทนซึ่งทดสอบด้วยทั้งสองวิธี ไม่ใช่การแปลงหน่วย และเนื่องจากการทดสอบดินเหนียวที่ไวต่อการดูดซับด้วยเมทิลีนบลูตอบสนองทั้งต่อลักษณะและปริมาณของดินเหนียว แม้ความสัมพันธ์ที่ได้จากแหล่งธรณีวิทยาหนึ่งจะดี ก็อาจใช้กับอีกแหล่งไม่ได้

รายการตรวจสอบสั้น ๆ ก่อนทดสอบ

จดวัสดุ มาตรฐานพร้อมปีของฉบับ ช่วงขนาดอนุภาคที่ทดสอบ เกณฑ์จุดยุติ และฐานการรายงาน ก่อนเตรียมสารละลายใด ๆ ตรวจสอบกับหน่วยงานผู้ออกมาตรฐานว่าฉบับที่อ้างอิงเป็นฉบับปัจจุบัน จากนั้นจึงเตรียมความเข้มข้นของสีย้อม การสอบเทียบ และการควบคุมตามวิธีนั้น รายงานที่ระบุครบทั้งห้ารายการช่วยให้ผู้อ่านทุกคนทำการวัดซ้ำได้ และป้องกันไม่ให้ชื่อสีย้อมมาแทนที่ข้อมูลซึ่งควรอธิบายไว้ในรายละเอียดของวิธีทดสอบ