路基土有機質含量測量不確定度評定

時來翔，張丹丹，劉 哲

（中鋼集團鄭州金屬制品研究院股份有限公司，河南 鄭州 450001）

0 引言

有機質通常指土中源于生命的物質。相關研究指出在路基土有機質含量越高，同時路堤填筑高度也較高的條件下，有機質腐爛后對路堤造成的沉降影響就越大。當路基土中不含有機質時，此種情況下只要路堤的筑高在原基底允許承載力范圍內，無論如何變化填筑高度，其因有機質腐爛造成路堤沉降的可能性幾乎為零[1]。TB 10751—2018《高速鐵路路基工程施工質量驗收標準》中規定化學改良土填料的原土料有機質的限量：用石灰改良時，有機質質量分數不大于5%；用水泥改良時，有機質質量分數不大于2%[2]。

GB/T 27025—2019《檢測和校準實驗室能力的通用要求》中明確規定，檢測機構應設定并應用評定測量不確定度的程序[3]。本文按照標準JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》開展對TB 10103—2008《鐵路工程巖土化學分析規程》中重鉻酸鉀容量法檢測路基土有機質含量不確定度的評定工作[4-5]，明確了過程中涉及的不確定度并利用數學模型量化處理計算得到方法的合成標準不確定度和擴展不確定度。

1 試驗部分

1.1 試驗方法

利用油浴對試樣加熱，使試樣中的有機質能夠被重鉻酸鉀-硫酸標準溶液完全氧化。使用硫酸亞鐵銨標準溶液對過量的重鉻酸鉀返滴定得到有機質被氧化消耗的重鉻酸鉀的量，結合經驗系數計算得到路基土有機質含量。

1.2 主要儀器設備及試劑

1.2.1 主要試驗儀器QUINTIX224-1 CN 型賽多利斯電子天平（0.000 1 g）、HH-S50 型數顯恒溫油浴鍋、玻璃試管、25 mL A 級滴定管、1 000 mL A 級容量瓶、10 mL 單標線移液管等。

1.2.2 試劑

濃硫酸、硫酸亞鐵銨、重鉻酸鉀、鄰菲羅啉、硫酸銀、二氧化硅。

1.3 數學模型

依據鐵路行業標準TB 10103—2008《鐵路工程巖土化學分析規程》，路基土中有機質含量的計算公式為式（1）[5]：

式中：Q 為有機質質量分數，%；c 為硫酸亞鐵銨標準溶液濃度，mol/L；V1為硫酸亞鐵銨標準溶液滴定試樣消耗體積，mL；V0為硫酸亞鐵銨標準溶液滴定空白消耗體積，mL；W 為風干路基土的含水量，以小數記；M（1/4C）為3 g/mol；1.1 為經驗系數；m 為試樣質量，g。

1.4 試驗數據

1.4.1 硫酸亞鐵銨標準溶液的標定

按照TB 10103—2008 標準要求，對硫酸亞鐵銨標準溶液進行8 次標定，標定數據見表1。

表1 硫酸亞鐵銨標準溶液的標定數據

1.4.2 空白試樣的重復測量

按照TB 10103—2008 標準要求進行8 次空白試驗，測量數據見表2。

表2 空白試樣的重復測量數據

1.4.3 路基土風干含水量的重復測量

按照TB 10103—2008 標準要求8 次測定路基土風干含水量，測量數據見表3。

表3 路基土風干含水量重復測量數據

1.4.4 路基土有機質含量的重復測量

按照TB 10103—2008 標準中重鉻酸鉀容量法要求對路基土試樣有機質含量進行重復測量，測量數據見表4。

表4 路基土試樣有機質含量重復測量數據

表5 重鉻酸鉀相對原子質量及標準差

2 不確定度的評定分析

2.1 各不確定度分量的評定

2.1.1 重鉻酸鉀-硫酸標準溶液配制過程中引入的不確定度

重鉻酸鉀摩爾質量引入的不確定度：

2.1.2 標定硫酸亞鐵銨標準溶液引入的不確定度

2.1.3 滴定空白試樣引入的不確定度

重復滴定空白試樣得到標準差S2=1.64×10-2mL，平均值，則滴定重復性引入的不確定度u11=5.80×10-3mol/L，u11rel=2.70×10-4。參照2.2.2，25 mL A 級滴定管引入的u12rel=1.01×10-3，u13rel=2.43×10-4。10 mL 單標移液管引入的u14rel=1.15×10-3，u15rel=2.42×10-4。合成得到滴定空白試樣引入的相對標準不確定度：urel（B）=1.59×10-3。

2.1.4 測量路基土風干含水量引入的不確定度

2.1.5 滴定路基土試樣引入的不確定度

參照2.2.2，25 mL A 級滴定管引入的u19rel=1.22×10-3，u20rel=2.43×10-4，10 mL 單標移液管引入的u21rel=1.15×10-3，u22rel=2.42×10-4。參照2.2.1，稱量引入的u23rel=1.01×10-3。參照2.2.3，重復滴定路基土試樣引入的u24rel=3.31×10-3。滴定路基土引入的相對標準不確定度可以合成為：urel（V）=3.86×10-3。

2.1.6 重復測量路基土試樣引入的不確定度

重復測量路基土得到標準差S4=1.77×10-2%，平均值則測量重復性引入的不確定度uR=6.26×10-3%，urel（R）=8.69×10-3。

2.2 合成各不確定度分量

合成各不確定度分量得到合成相對不確定度：

2.3 擴展不確定度

當置信概率為0.95 時[9]，取包含因子k=2，可得擴展不確定度U=kuc=0.01%

3 結論

1）測得該路基土試樣的有機質含量為0.72%±0.01%，k=2。

2）評定結果表明，最大的不確定度源于檢測結果的測量重復性。

3）重鉻酸鉀容量法使用油浴加熱，工作溫度控制在170～180 ℃，從試管內溶液沸騰時開始計時，煮沸5 min。煮沸時間、油浴溫度也會引入不確定度素，但若沒有獲得溫度、時間與有機質之間的關系，即沒有具體的數學表達式，可不考慮溫度、時間控制的不確定度。