激光粒度分析儀法和密度計法在土工顆粒分析試驗(yàn)中的比較分析

耿瀟

摘要：該文對激光粒度分析儀法和密度計法在土工顆粒分析試驗(yàn)中的比較進(jìn)行分析，通過試驗(yàn)的方式，分別對兩種粒度測定方法進(jìn)行利用，詳細(xì)介紹了具體實(shí)驗(yàn)的步驟，再根據(jù)測試的結(jié)果，對2種方法進(jìn)行比對分析，從而有效確保了激光粒度分析儀法和密度計法的比對效果，便于實(shí)際土工顆粒分析試驗(yàn)中，能夠選擇適宜的方法，積極推動相關(guān)項目的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：激光粒度分析儀法密度計法土工顆粒分析試驗(yàn)比較分析

中圖分類號：TU41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2021）09（c）-0000-00

Comparative Analysis of Laser Particle Size analyzer Method and densitometer Method in Geotechnical Particle AnalysisTest

GENG Xiao

（Shanghai Shenyuan Geotechnical Engineering Co.， Ltd.， Shanghai， 200011 China）

Abstract：In this paper， the comparison of laser particle size analyzer method and densitometer method in geotechnical particle analysis test is analyzed. Through the test， the two particle size determination methods are used respectively， the specific experimental steps are introduced in detail， and then the two methods are compared and analyzed according to the test results， So as to effectively ensure the comparison effect of laser particle size analyzer method and densitometer method， facilitate the selection of appropriate methods in the actual geotechnical particle analysis test， and actively promote the smooth progress of relevant projects.

Key Words： Laser particle size analyzer; Densitometer method; Geotechnical particle analysis test; Comparative analysis

土工顆粒分析的試驗(yàn)是巖土工程中的重點(diǎn)試驗(yàn)，通過該項試驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)對土工顆粒的分析，能完成土工顆粒的種類確定、物理力學(xué)和動力特性等的分析。在實(shí)際的試驗(yàn)中，可供選擇的方法相對較多，包括篩分法、密度計法、移液管法等。在實(shí)際的應(yīng)用中，每種方法都有各自的限制，而激光粒度分析儀法也是一種有效的測量方法，能保證分析效果。基于此，該文對激光粒度分析儀法和密度計法在土工顆粒分析試驗(yàn)中的比較分析進(jìn)行研究，對它們進(jìn)行定量分析，明確它們的差異性和相關(guān)性，明確二者的轉(zhuǎn)化關(guān)系，以期促進(jìn)激光粒度分析儀法在土工顆粒分析試驗(yàn)中的合理應(yīng)用[1]。

1激光粒度分析儀法和密度計法的比較研究

密度計法是土工顆粒分析試驗(yàn)中的一種方法，實(shí)際運(yùn)用時，該方法能夠根據(jù)不同粒徑的顆粒在液體中的沉降差異性，來完成顆粒分布的分析。基本國策，是將樣品置于某種液體內(nèi)，促使它們形成懸濁液，且確保懸濁液的顆粒在重力或離心力的作用下發(fā)生沉降，不同粒徑顆粒的沉降速度是存在差異的。其中，大顆粒的沉降速度相對較高，小顆粒的沉降速度相對較慢。更小的顆粒，沉降速度就更慢，甚至可能會處于布朗運(yùn)動的狀態(tài)，從而導(dǎo)致更小顆粒的沉降難度更大。所以，在實(shí)際應(yīng)用中密度計法，應(yīng)用時會受到試驗(yàn)原理的影響，導(dǎo)致更小的顆粒那難以測量，所以這種方法的準(zhǔn)確性就存在一定的欠缺。激光粒度分析儀法與密度計法的原理不一樣，但是其可以克服密度計法的缺陷，這種測量方法的原理為激光衍射原理，是在激光發(fā)射器發(fā)射出單色光，且經(jīng)光路變化為平面波的平行光衍射光，會分散在介質(zhì)中，對大小不同的顆粒進(jìn)行散射、衍射，對光投向在不同方向的光信號進(jìn)行采集，之后再對這部分光信號進(jìn)行分析，就能將信息轉(zhuǎn)化為粒度的分布信息，從而完成土工顆粒分析試驗(yàn)[2]，并且能夠獲取準(zhǔn)確的測量結(jié)果。現(xiàn)以BT-9300SE激光粒度分析儀為例與密度計法做比較，可以得到如下表1的對比信息。

通過比較，可以發(fā)現(xiàn)，激光粒度分析儀法在測試范圍、樣品量和評價測量時間等領(lǐng)域都要的明顯優(yōu)于密度計法。為進(jìn)一步分析，需要通過土工顆粒試驗(yàn)分析的方式對它們進(jìn)行比較分析。

2激光粒度分析儀法和密度計法在土工顆粒分析試驗(yàn)中的比較分析

主要是通過土工顆粒分析試驗(yàn)的方式，實(shí)現(xiàn)對它們的比對分析。

2.1主要儀器設(shè)備和分散劑

密度計選擇型號為TM-85型的，至于水浴箱，則可以選擇的恒溫型的，并保證溫度在0～100℃。洗篩為0.075mm的規(guī)格，至于漏斗，則選擇直徑略大的。再配以攪拌器和煮沸設(shè)備，用于測定質(zhì)量的電子天平，還有量筒。另外，為保證測定效果，還要準(zhǔn)備4%濃度的六偏磷酸鈉、溫度計，且溫度范圍在0～50℃[3]。

這些就是實(shí)驗(yàn)中會用到的設(shè)備，在試驗(yàn)之前，需要對設(shè)備進(jìn)行檢查，確保設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2樣品制備

（1）使用電子天平，獲取樣品200～300g，在將其碾碎后，過篩，再通過計算，對出篩土與原本樣品的百分比。

（2）利用目測法，實(shí)現(xiàn)對樣品的檢測，確認(rèn)樣品是否需要進(jìn)行洗鹽，如果不需要進(jìn)行，則可以進(jìn)行下一步試驗(yàn)，其中經(jīng)過檢驗(yàn)后，確認(rèn)不需要洗鹽就可以不用進(jìn)行這一步，否則要進(jìn)行洗鹽。這樣才能保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行。

（3）選取2mm篩下的土樣，對其進(jìn)行測定，確認(rèn)土樣的含水率，再使用天平對其進(jìn)行稱重，選取30g用于密度計法樣品，1g用于激光粒度分析儀法的樣品，選取完成后，將樣品置于錐形瓶中，再注入水，選取200ml，浸泡1夜。

（4）經(jīng)過浸泡后，將錐形瓶置于煮沸設(shè)備中，再連接冷凝管，進(jìn)行煮沸作業(yè)。如果沒有冷凝管，就要對水分蒸發(fā)的問題進(jìn)行控制，否則煮沸分散法的效果就不能符合要求[4]。

而激光粒度儀法在實(shí)際的應(yīng)用中，要按照操作手冊進(jìn)行，其基本操作與密度計法的操作基本相似，但是樣本的量是有差異的，而且激光粒度儀法在實(shí)際的使用中，消耗的時間也更少。

2.3懸濁液的制備

（1）經(jīng)過上述工序，在樣品基本準(zhǔn)備完成后，選取4%六偏磷酸鈉溶液，選取量為10ml，加入選取好的樣品，充分?jǐn)嚢瑁蓱覞嵋骸?/p>

（2）之后，將液體導(dǎo)入洗篩中，注意錐形瓶底部殘留的土粒都要導(dǎo)入洗篩中。

（3）洗篩略微傾斜，促使沉淀物，可以位于洗篩底的一邊，之后，在對其進(jìn)行研磨，并使用膠頭滴管，對其進(jìn)行沖洗，經(jīng)過反復(fù)操作，獲取懸濁液，保證懸濁液澄清。

（4）懸濁液進(jìn)入量筒，注意這一過程，需要使用膠頭滴管進(jìn)行，再加上純水，確保量筒內(nèi)懸濁液的容量變?yōu)?000ml，之后，再對溫度進(jìn)行調(diào)整，加入恒溫水浴中，確保溫度到達(dá)20℃[5]。

激光粒度儀法與密度計法在懸濁液制備時是有差別的，注意制備時，要與密度計法進(jìn)行相應(yīng)的比較。在比較的過程中，要注意發(fā)現(xiàn)問題，并找出造成問題發(fā)生的原因，從而實(shí)現(xiàn)對問題的處置，進(jìn)而保證測量的可靠性。另外，激光粒度儀法在實(shí)際的試驗(yàn)中，是選擇濕法進(jìn)行的，如此可以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與可靠。

2.4攪拌機(jī)讀數(shù)。

（1）用溫度計對懸濁液的溫度進(jìn)行測定，其溫度為20℃，達(dá)到這一溫度后，可以進(jìn)行攪拌作業(yè)，攪拌，注意不要讓懸濁液濺出筒外。如果條件允許，實(shí)際的攪拌過程中，可以使用人工攪拌的方式對量筒底部的沉淀進(jìn)行攪拌，且確保攪拌次數(shù)的可靠，攪拌要在60次，確保懸濁液內(nèi)土粒的均勻分布。

（2）取出攪拌器。將密度計放入懸濁液中，之后進(jìn)行測定，選擇1、5、30、120、140min各個時間段的密度計讀數(shù)。此外，還可以根據(jù)需要，對密度計的讀數(shù)或縮短最后一次的讀數(shù)時間，且保證每次讀數(shù)在預(yù)定時間的30s之內(nèi)，再將密度計放入，以實(shí)現(xiàn)讀數(shù)的獲取，從而保證讀數(shù)的可靠性。并且，注意讀數(shù)過程中要控制誤差對數(shù)據(jù)的影響，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確[6]。

激光粒度儀法在實(shí)際的攪拌中，與這密度計法類似，但是樣品的使用量有差異。所以，需要注意激光粒度儀法的樣品使用量，同時讀數(shù)的時候也有明顯差異。激光粒度儀法是根據(jù)儀器顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀數(shù)，讀數(shù)時，要注意誤差的控制，避免誤差給讀數(shù)造成影響。

3兩種試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果的對比

3.1儀器選擇差異

為了確保兩種試驗(yàn)方法的比對分析，需要對兩種方法的差異進(jìn)行比較。首先，選擇的儀器設(shè)備是不一樣的。比如密度計法，使用的是TM-85型的密度計，這類密度計在實(shí)際的應(yīng)用中，能有效降低繁瑣的矯正過程，簡化試驗(yàn)的流程，同時還能對一些誤差進(jìn)行控制，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度。在兩種試驗(yàn)中，樣品的數(shù)量也有明顯差異，激光粒度儀法的用量要明顯低于密度計法，從而有效提高數(shù)據(jù)的精確度。

3.2懸濁液制備方法差異

制備時，要按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，且將冷卻后的懸濁液倒入瓷杯中，并靜置1min，之后再將其倒入到量筒內(nèi)部，底部沉淀則使用橡皮頭研杵細(xì)心研散，之后加水，均勻攪拌后，再靜置1min之后，將上部懸濁液倒入到量筒中，這樣反復(fù)操作進(jìn)行，以保證懸濁液的順利制作完成。

實(shí)際制作中，同樣還要按照規(guī)范進(jìn)行，并且進(jìn)行多次試驗(yàn)。試驗(yàn)時如果發(fā)現(xiàn)研磨的效果不佳，且存在水量難以控制時，就要注意瓷杯內(nèi)懸濁液未清澈前，當(dāng)達(dá)到1000ml的刻度后，研磨時間越長，耗費(fèi)的精力就越多，試驗(yàn)效果也不會特別好。而且由于細(xì)粒土未被完全洗進(jìn)量筒中，會造成密度計讀數(shù)小于實(shí)際值的情況，所以要對其進(jìn)行改進(jìn)，從而縮減試驗(yàn)時間，并且節(jié)省力氣，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

而激光粒度計法在懸濁液制備中，由于選用的樣品量少，所以可以有效縮短懸濁液的制備的時間。在制備過程中，也沒有因素會影響懸濁液的制備，可以得到較好的精度效果。

3.3兩種方法測試結(jié)果的總體特征

密度計法和激光粒度儀法這兩種方法，在實(shí)際的應(yīng)用中，需注意對級配曲線進(jìn)行觀看，從而可以看到密度計法和激光粒度儀法在變化趨勢基本一致，同時，兩種方法級配測定相差較均勻，所以結(jié)果出現(xiàn)系統(tǒng)偏差的原因是測試原理的差異。為了保證總體試驗(yàn)比數(shù)據(jù)有一個大概的了解，現(xiàn)假設(shè)密度計測定的結(jié)果為真值，那么激光粒度計測定的結(jié)果就為預(yù)測值，使用公式（1）對結(jié)果進(jìn)比對，并完成誤差的分析。

Mape= 1/n ∑_（i=1）^n?|（G_m-G_j）/G_m×100%（1）

按照上述公式，能夠計算得出各粒徑級相應(yīng)的平均決定百分誤差Mape，并且能夠得到二者的誤差主要集中在最小的粒徑。如表2所示，為兩種方法之間的相關(guān)系數(shù)情況。

通過表2可以發(fā)現(xiàn)兩種方法的自身結(jié)果穩(wěn)定，說明兩種方法之間具有較高的相關(guān)性。同時，使用多項擬合回歸方程對它們進(jìn)行評價，可以得到多項擬合回歸方程可以實(shí)現(xiàn)激光粒度儀法和密度儀法的二者轉(zhuǎn)換，說明這種方法是一種可行的方法，能夠滿足實(shí)際試驗(yàn)的測定需求。

4結(jié)語

為研究激光粒度分析儀法和密度計法在土工顆粒分析試驗(yàn)中的比較分析，該文先對激光粒度儀分析法和密度計法進(jìn)行簡單的對比，明確二者之間的差異;再結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)情況，對兩種方法的結(jié)果差異進(jìn)行比對和分析;最后，確認(rèn)激光密度儀分析法與密度儀法具有較好的相關(guān)性;同時，激光粒度儀分析法還可以有效地應(yīng)用到土工顆粒的分析試驗(yàn)中，并且能夠滿足試驗(yàn)的測定需求，獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

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