顆粒分析試驗成果影響因素分析

劉學芹

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300201）

0 前言

顆粒分析是測定土中各粒組質量占該土總質量的百分數，借以明了顆粒大小分布情況，根據粒度組成可進行土的分類及概略判定土的工程性質及建材選料之用。顆粒分析的方法主要有：篩析法、密度計法和移液管法。如果試驗器具未經檢定合格、不嚴格按規范進行操作，試驗結果就會出現較大偏差。本文就常用的甲種密度計法（含篩析法）顆粒分析時產生誤差的原因進行了對比、分析。

1 儀器設備的影響

甲種密度計法（含篩細法）主要設備有：TM-85甲種密度計（刻度 -5°～50°，最小分度值0.5°）、量筒、標準分析篩（孔徑0.075～0.5 mm）。這三種儀器如果未經計量檢定部門鑒定就直接投入使用，會對試驗結果造成影響。

1.1 TM-85甲種密度計的影響

我院試驗中心選用的密度計經檢定，平均修正值為-0.4°（0°～30°讀數范圍內），彎液面校正值-0.2（將密度計放入20℃純水中，密度計彎液面的上下緣讀數之差），在處理軟件中這兩項合并為刻度彎液面系數Cm=-0.6°，若此項修正不考慮，會使結果有表1所示偏差。密度計有誤差超過±1.0°而檢定不合格的，若用這樣的密度計進行試驗且未作任何修正，其對試驗結果的影響較大。

1.2 標準分析篩的影響

目前試驗設備廠家魚龍混雜，有的廠家生產的分析篩未能通過計量檢定部門檢定。

根據我院經驗建議選用金屬絲編織網篩并送檢合格后使用。

表1 C m修正與否對試驗結果影響對比表

1.3 量筒的影響

規范要求量筒的內徑約為60 mm，容積1000 mL，高度約為420 mm，刻度精確至10 mL。標準量筒0～1000 mL刻度的高度為350 mm，屬細高型，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——密度計浮泡體積，cm3；

A——1000 mL量筒截面積，cm2。

式（1）又可簡化成一個一元二次方程，即：

式（2）中：R——密度計讀數；

a、b——常數。

由式（2）可知，量筒高度影響a值，所以在某些計算軟件中，對量筒高度進行了考慮，在參數設置時，如選用非標準量筒，軟件會自動選用量筒高度對應的a值進行計算。我院試驗中心部分量筒為刻度高度為330 mm的非標準量筒（因為非專用量筒底部凹凸不平，0處難以測量，可采用100～1000 mL刻度的距離乘以10/9，可得到0～1000 mL刻度高），如果選用非標準量筒（刻度高為330 mm），而未進行校正有微小差別（見表2）。

表2 非標準量筒校正與否對試驗結果影響對比表

2 試驗過程的影響

2.1 取樣質量的影響

試樣為風干試樣，按規范要求，應測其風干含水率，根據風干含水率確定試驗所需土樣的質量m0。例如，風干含水率為 1.8%，則 m0=30（1+0.01w0）≈30.5 g；若不考慮風干含水率直接取30 g土樣進行試驗，則會使結果偏離正常值（見表3）。

表3 風干含水率考慮與否對試驗結果的影響對比表

2.2 易溶鹽的影響

土中易溶鹽的含量超過0.5%時，顆粒分析試驗時應該先洗鹽。規范條文說明中也列舉了一些數據對洗鹽和未洗鹽的試驗結果進行了分析，得出結論是：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。其數據中列舉了新疆地區編號為147的土樣，其粘性土含鹽量達14.66%時對粘粒含量的影響為40.04%（洗鹽前）、41.17%（洗鹽后）。筆者認為，此數據與天津地區有一定差距，這與兩地土質的礦物成分有關。筆者曾做過天津地區一含鹽量為8%的粘性土的顆粒分析試驗，其含鹽量對粘粒含量的影響巨大，試驗結果粘粒含量12.0%（洗鹽前）、54.7%（洗鹽后），具體結果如表4所示。

表4 含鹽量8%的試樣洗鹽前后對試驗結果的影響對比表

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

當含鹽量較小時，可不必洗鹽，表5為一含鹽量0.4%的試樣洗鹽前后的對比分析結果。

表5 含鹽量0.4%的試樣洗鹽前后對試驗結果的影響對比表

2.3 浸泡時間的影響

將試樣放入500 mL的錐形瓶中，放入200 mL水浸泡過夜，煮沸40 min。此步驟使土顆粒充分分散，與未浸泡過夜，直接煮沸，冷卻后進行試驗結果對比（見表6）。

表6 浸泡時間對試驗結果的影響對比表

2.4 溫度的影響

密度計的刻制溫度是20℃，顆粒下沉試驗中的標準溫度是20℃。溫度的變化不僅影響密度計的讀數及顆粒的下沉速度，同時將引起懸液體積的不均勻膨脹，而產生對流現象。此種對流會影響顆粒的勻速下沉，因此在讀數過程中，應盡量控制溫度變化在±2℃范圍內，溫度校正值在20℃左右每度相差0.3，溫度計的精度是不容忽視的。

溫度計精度至少要達到規范要求的0.5℃，建議選用精度為0.1℃，并經檢定合格的精密溫度計，要保證每次讀數后立即量測溫度，絕不能整個讀數過程中只量測一次溫度。

2.5 分散劑的影響

分散劑種類很多，根據土的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。國標規定使用4%的六偏磷酸鈉10 mL，六偏磷酸鈉適用于堿性土（pH>7.5），這也與天津地區的土質相適應。

密度計的刻度系以純水為標準，懸液中加入分散劑后相對密度增大，故須進行校正，排除其影響，分散劑校正系數即20℃下加入分散劑的水溶液與純水的讀數之差，用CD表示，參考值為-0.4。此項若不考慮對結果影響見表7。

表7 C D修正與否對試驗結果影響對比表

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、人員讀數誤差等諸多因素也會對試驗結果產生一定影響。

4 結語

綜上所述，顆粒分析試驗影響因素眾多，如果多種因素疊加，其影響程度可想而知。試驗人員應嚴格按照相關規范進行操作，使用檢定合格的儀器設備，以嚴謹的工作態度和正確的工作方法得到最真實可靠的試驗結果。

[1]GB/T 50123-1999，土工試驗方法標準[S].

[2]JTG E40-2007，公路土工試驗方法標準[S].

[3]朱福海,王華祥，姚長華，等.TM-85型土壤密度計試驗原理[Z].上海：上海市標準計量技術開發咨詢服務中心，1987.

[4]徐張建,劉南元.工程勘察試驗員培訓教程[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.