劉學(xué)芹

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300201）

0 前言

顆粒分析是測(cè)定土中各粒組質(zhì)量占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，借以明了顆粒大小分布情況，根據(jù)粒度組成可進(jìn)行土的分類及概略判定土的工程性質(zhì)及建材選料之用。顆粒分析的方法主要有：篩析法、密度計(jì)法和移液管法。如果試驗(yàn)器具未經(jīng)檢定合格、不嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行操作，試驗(yàn)結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)較大偏差。本文就常用的甲種密度計(jì)法（含篩析法）顆粒分析時(shí)產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行了對(duì)比、分析。

1 儀器設(shè)備的影響

甲種密度計(jì)法（含篩細(xì)法）主要設(shè)備有：TM-85甲種密度計(jì)（刻度 -5°～50°，最小分度值0.5°）、量筒、標(biāo)準(zhǔn)分析篩（孔徑0.075～0.5 mm）。這三種儀器如果未經(jīng)計(jì)量檢定部門(mén)鑒定就直接投入使用，會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。

1.1 TM-85甲種密度計(jì)的影響

我院試驗(yàn)中心選用的密度計(jì)經(jīng)檢定，平均修正值為-0.4°（0°～30°讀數(shù)范圍內(nèi)），彎液面校正值-0.2（將密度計(jì)放入20℃純水中，密度計(jì)彎液面的上下緣讀數(shù)之差），在處理軟件中這兩項(xiàng)合并為刻度彎液面系數(shù)Cm=-0.6°，若此項(xiàng)修正不考慮，會(huì)使結(jié)果有表1所示偏差。密度計(jì)有誤差超過(guò)±1.0°而檢定不合格的，若用這樣的密度計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)且未作任何修正，其對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響較大。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)分析篩的影響

目前試驗(yàn)設(shè)備廠家魚(yú)龍混雜，有的廠家生產(chǎn)的分析篩未能通過(guò)計(jì)量檢定部門(mén)檢定。

根據(jù)我院經(jīng)驗(yàn)建議選用金屬絲編織網(wǎng)篩并送檢合格后使用。

表1 C m修正與否對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響對(duì)比表

1.3 量筒的影響

規(guī)范要求量筒的內(nèi)徑約為60 mm，容積1000 mL，高度約為420 mm，刻度精確至10 mL。標(biāo)準(zhǔn)量筒0～1000 mL刻度的高度為350 mm，屬細(xì)高型，而市面上1000 mL的量筒多是粗矮型，刻度高多在300 mm左右，量筒高度對(duì)土粒的有效沉降距離有影響：

式（1）中：L——土粒有效沉降距離，cm；

L1——自最低刻度至玻璃桿上各刻度的距離，cm；

L0——浮泡中心至最低刻度的距離，cm；

Vb——密度計(jì)浮泡體積，cm3；

A——1000 mL量筒截面積，cm2。

式（1）又可簡(jiǎn)化成一個(gè)一元二次方程，即：

式（2）中：R——密度計(jì)讀數(shù)；

a、b——常數(shù)。

由式（2）可知，量筒高度影響a值，所以在某些計(jì)算軟件中，對(duì)量筒高度進(jìn)行了考慮，在參數(shù)設(shè)置時(shí)，如選用非標(biāo)準(zhǔn)量筒，軟件會(huì)自動(dòng)選用量筒高度對(duì)應(yīng)的a值進(jìn)行計(jì)算。我院試驗(yàn)中心部分量筒為刻度高度為330 mm的非標(biāo)準(zhǔn)量筒（因?yàn)榉菍Ｓ昧客驳撞堪纪共黄剑?處難以測(cè)量，可采用100～1000 mL刻度的距離乘以10/9，可得到0～1000 mL刻度高），如果選用非標(biāo)準(zhǔn)量筒（刻度高為330 mm），而未進(jìn)行校正有微小差別（見(jiàn)表2）。

表2 非標(biāo)準(zhǔn)量筒校正與否對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響對(duì)比表

2 試驗(yàn)過(guò)程的影響

2.1 取樣質(zhì)量的影響

試樣為風(fēng)干試樣，按規(guī)范要求，應(yīng)測(cè)其風(fēng)干含水率，根據(jù)風(fēng)干含水率確定試驗(yàn)所需土樣的質(zhì)量m0。例如，風(fēng)干含水率為 1.8%，則 m0=30（1+0.01w0）≈30.5 g；若不考慮風(fēng)干含水率直接取30 g土樣進(jìn)行試驗(yàn)，則會(huì)使結(jié)果偏離正常值（見(jiàn)表3）。

表3 風(fēng)干含水率考慮與否對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響對(duì)比表

2.2 易溶鹽的影響

土中易溶鹽的含量超過(guò)0.5%時(shí)，顆粒分析試驗(yàn)時(shí)應(yīng)該先洗鹽。規(guī)范條文說(shuō)明中也列舉了一些數(shù)據(jù)對(duì)洗鹽和未洗鹽的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，得出結(jié)論是：洗鹽前粉粒含量高、粘粒含量低；洗鹽后粉粒含量低、粘粒含量高。其數(shù)據(jù)中列舉了新疆地區(qū)編號(hào)為147的土樣，其粘性土含鹽量達(dá)14.66%時(shí)對(duì)粘粒含量的影響為40.04%（洗鹽前）、41.17%（洗鹽后）。筆者認(rèn)為，此數(shù)據(jù)與天津地區(qū)有一定差距，這與兩地土質(zhì)的礦物成分有關(guān)。筆者曾做過(guò)天津地區(qū)一含鹽量為8%的粘性土的顆粒分析試驗(yàn)，其含鹽量對(duì)粘粒含量的影響巨大，試驗(yàn)結(jié)果粘粒含量12.0%（洗鹽前）、54.7%（洗鹽后），具體結(jié)果如表4所示。

表4 含鹽量8%的試樣洗鹽前后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響對(duì)比表

原因是易溶鹽含量較高使細(xì)粒土在水中下沉的速度大大加快，使測(cè)量的粘粒含量偏小，因此鹽漬土顆粒分析前必須進(jìn)行洗鹽處理。

當(dāng)含鹽量較小時(shí)，可不必洗鹽，表5為一含鹽量0.4%的試樣洗鹽前后的對(duì)比分析結(jié)果。

表5 含鹽量0.4%的試樣洗鹽前后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響對(duì)比表

2.3 浸泡時(shí)間的影響

將試樣放入500 mL的錐形瓶中，放入200 mL水浸泡過(guò)夜，煮沸40 min。此步驟使土顆粒充分分散，與未浸泡過(guò)夜，直接煮沸，冷卻后進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比（見(jiàn)表6）。

表6 浸泡時(shí)間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響對(duì)比表

2.4 溫度的影響

密度計(jì)的刻制溫度是20℃，顆粒下沉試驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)溫度是20℃。溫度的變化不僅影響密度計(jì)的讀數(shù)及顆粒的下沉速度，同時(shí)將引起懸液體積的不均勻膨脹，而產(chǎn)生對(duì)流現(xiàn)象。此種對(duì)流會(huì)影響顆粒的勻速下沉，因此在讀數(shù)過(guò)程中，應(yīng)盡量控制溫度變化在±2℃范圍內(nèi)，溫度校正值在20℃左右每度相差0.3，溫度計(jì)的精度是不容忽視的。

溫度計(jì)精度至少要達(dá)到規(guī)范要求的0.5℃，建議選用精度為0.1℃，并經(jīng)檢定合格的精密溫度計(jì)，要保證每次讀數(shù)后立即量測(cè)溫度，絕不能整個(gè)讀數(shù)過(guò)程中只量測(cè)一次溫度。

2.5 分散劑的影響

分散劑種類很多，根據(jù)土的pH值由低到高，可依次選用氨水、氫氧化鈉、草酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等。國(guó)標(biāo)規(guī)定使用4%的六偏磷酸鈉10 mL，六偏磷酸鈉適用于堿性土（pH>7.5），這也與天津地區(qū)的土質(zhì)相適應(yīng)。

密度計(jì)的刻度系以純水為標(biāo)準(zhǔn)，懸液中加入分散劑后相對(duì)密度增大，故須進(jìn)行校正，排除其影響，分散劑校正系數(shù)即20℃下加入分散劑的水溶液與純水的讀數(shù)之差，用CD表示，參考值為-0.4。此項(xiàng)若不考慮對(duì)結(jié)果影響見(jiàn)表7。

表7 C D修正與否對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響對(duì)比表

3 其他因素的影響

除了以上因素的影響外，秒表精確與否、攪拌器的形狀、人員讀數(shù)誤差等諸多因素也會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，顆粒分析試驗(yàn)影響因素眾多，如果多種因素疊加，其影響程度可想而知。試驗(yàn)人員應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作，使用檢定合格的儀器設(shè)備，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和正確的工作方法得到最真實(shí)可靠的試驗(yàn)結(jié)果。

[1]GB/T 50123-1999，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]JTG E40-2007，公路土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]朱福海,王華祥，姚長(zhǎng)華，等.TM-85型土壤密度計(jì)試驗(yàn)原理[Z].上海：上海市標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量技術(shù)開(kāi)發(fā)咨詢服務(wù)中心，1987.

[4]徐張建,劉南元.工程勘察試驗(yàn)員培訓(xùn)教程[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.