对密度计沉降法颗粒分析试验的一点改进

2009年6月Jun.　2009SHANXI　ARCHITECTURE文章编号:100926825(2009)1620173202

・173・

对密度计沉降法颗粒分析试验的一点改进

王敏　洪健

摘　要:对密度计沉降法颗粒分析试验的观测时间点作了一定的调整,并通过试验数据及理论推导对该调整的可行性及准确性进行证明。试验结果和理论推导证明这种调整是可行的,而且调整之后可以节省一定的人力物力,使试验具有更强的可操作性。

关键词:土工试验,颗粒分析,试验方法,沉降时间点中图分类号:TU502文献标识码:A

1　问题阐述

颗粒分析试验(以下简称颗分)是土工试验的重要组成部分,

也是其中操作比较繁琐的一个。合理安排颗分试验的工作进程,会显著提高试验的速度,乃至整个土工试验的速度。

密度计法颗分试验主要过程如下:将过0.075mm筛的悬液倒入1000mL量筒中,加入4%六偏磷酸钠10mL,再加纯水配制成1000mL悬液,沿悬液深度上下搅拌1min使大小颗粒在水中均匀分布;静止悬液,让土粒沉降,在土粒下沉过程中,用密度计测出在悬液中对应于不同时间不同悬液的密度,进而根据密度计读数和土粒的下沉时间,算出某粒径大小d(mm)以及小于该粒径d的颗粒占土样的百分数。

(文献对沉降时间点的选择及读数频率《土工试验与原理》,

(文献[4])中建议[1])和《土工测试技术》“测计0.5,1,2,5,15,各个搅拌阶段,时间误差应在±1s以内。

5)试件用振实台成型时,将空试模和模套固定在振实台上,用一个适当勺子(直径为85mm)直接从搅拌锅内将胶砂分两层装模。装第一层时,每个槽里先放入约300g胶砂,并用大播料器垂直架在模套顶部沿每个模槽来回一次将料层播平,接着振实60次,再装入第二层胶砂,用小播料器播平,再振实60次,移走模套,从振实台上取下试模,用金属直尺以近似90°的角度架在试模顶的一端,沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动,一次将超过试模部分的胶砂刮去,并用同一直尺在近乎水平的情况下将试件表面抹平。在试模上作标记或用加字条标明试件编号。

(本文所说的30,60,120,1440min的读数”“时间点”是指以搅拌

完成取出搅拌器为起点到读数时刻所经历的时间,下同),华宁土

工测试程序(5.0版)建议取“1,2,5,15,30,60,120,1440min”为时间点,但又提出“可为任意时间”。上述操作规程对时间点的选取充分考虑科学研究的精确性要求,设置了足够多的数据点,绘制的级配曲线也更精确。但是,在土样数目很多的情况下,过密的数据给读数也造成困难。试验一般由两个人协作完成,一个人负责搅拌悬液,其工作时间和力度都不容许兼作读数任务,另一人负责读数记录,记录者也应保证每一个土样数值时间准确,多个试样的多个时间点会重合在一起,根本来不及同时读。将0.5min和2min两个时间点取消不会产生大碍,但即使是这样,5min与1min及之后的15min两时间点也会有冲突。假设每个试样的搅拌间隔1min,则试样一(按搅拌先后编号,下同)的5min

2)当用勺子掏胶砂时,有一定的阻力,但阻力感不是很强,胶

砂表面出现乳状水泥浆液,且经60次振实后,表面有明显的“返浆”现象,此类水泥的标准稠度用水量一般介于125g～129g之间。

3)当用勺子掏胶砂时,胶砂阻力很小,且出现大量乳状水泥浆液;经60次振实后,表面出现近似“流动”的“返浆”现象,此类水泥的标准稠度用水量一般介于120g～124g之间。

4　结语

采用先做水泥胶砂试体成型的方法,从胶砂的外观和成型过程中粗略确定水泥的标准稠度用水量,结合自己的经验,一般经过两次或三次试验就能找出水泥的标准稠度用水量的“水量”,从而能比较快速完成试验,节省时间,且提高工作效率。参考文献:[1]　卞国炎.公路施工实验及检测[M].北京:人民交通出版社,

2003.

3　判断标准稠度用水量范围

1)当用勺子掏胶砂时,阻力感很强,且胶砂明显偏干,胶砂中

的粗颗粒砂子呈现松散状,粘聚性差;胶砂装模经振实60次后,胶砂表面出现少量“返浆”现象。此类水泥的标准稠度用水量一般介于130g～135g之间。

Onhowtoconfirmwaterconsumptionofnormalconsistencyforcementquickly

PENGGuo2hong

Abstract:Aimingatthecurrentsituationthatinthenormalexperiencesofcement,itisdifficulttofindoutthewaterconsumptionofnormalconsistencyforcementinoneortwotimeswhenthewaterconsumptionofnormalconsistencyforcementisdeterminedbasedonstandardmethod,accordingtoworkexperiences,theauthoranalyzesanddiscussesonhowtoconfirmwaterconsumptionofnormalconsistencyforce2mentquickly,thuspromotingworkefficiency.

Keywords:fastconfirmation,normalconsistencyforcement,waterconsumption

收稿日期:2009202204

作者简介:王　敏(19782),女,助理工程师,苏州中岩勘察有限公司,江苏苏州　215004

洪　健(19792),男,助理工程师,苏州市城市建筑设计院有限公司,江苏苏州　215004

・174・

第35卷第16期　　　　　　　　　　

山2009年6月

西建筑　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

读数与试样五的1min读数要同时进行,试样一的15min读数与

试样十的5min读数同时进行,各时间点的冲突也必将影响读数的准确性。为了避免冲突,有试验室在1min读数结束后再次搅拌,等5min之后再读第二时间点,这无疑增加了一遍工作量,但也不能消除5min与15min及30min的冲突。

为此,笔者根据工程经验将15min时间点取消,将5min时间点改作4.5min,这样在试样数小于30个的情况下,各试样的第一次读数1min与第二次读数4.5min及第三次读数30min都不会冲突,只用两个操作员就可以完成了。

土粒比重查得:

根据密度计使用说明书L=21.83-0.288R;md为试样干质量,取30g;R,mT由文献[2]查表;n为弯月面校正值,根据密度计使用说明书不需校正;CD为分散剂校正值,取0。

计算结果见表2,表3。

表2　试样颗粒粒径及试样质量占总质量的百分比

试样一方法一方法二d/mmX/%d/mmX/%

0.051930.024040.014110.010030.007110.005020.00402

36.336721.471713.874011.561710.24038.258337.9280

0.051920.025430.010030.007110.005010.00402

36.33719.8211.56210.248.25837.928

试样二

方法一方法二d/mmX/%d/mmX/%

0.052510.023520.013200.009610.006710.004720.00392

6.60675.28534.62473.96404.29434.29433.9640

0.052500.024800.009630.006690.004730.00387

6.6065.6154.2943.6332.9732.642

2　理论及试验证明

密度计法的理论基础是Stokes定律,即:当土粒在液体中靠

自重下沉时,较大的颗粒下沉较快,而较小的颗粒下沉则较慢;一般认为,当粒径为0.2mm～0.002mm的颗粒在液体中靠自重下沉时,作等速运动。颗粒分析的计算包括两部分,求出悬浮溶液中某土粒粒径的大小及小于该粒径的土粒所占的比例,最后分别以某土粒直径和小于该土粒直径之土粒质量百分数为横纵坐标建立单对数坐标系,连接所测各点形成土粒级配曲线。从理论上讲,只要最终绘制的曲线能反映土粒级配就是成功的颗分试验,稍微改变读数的时间不会造成直接的影响。以下为笔者以两组试样为例分别采用两种测量方法作颗分测量。方法一(改进前)测记时间点为:1min,5min,15min,30min,60min,120min,180min,方法二(改进后)测记时间点为:1min,4.5min,30min,60min,120min,180min。试样一为扰动样,灰色粉砂,取土样深度45.15m,试样二为原状样,灰色中密湿粉细砂,土质不均,局部夹粉黏土块,取土样深度24.00m。各时间点的温度及读数见表1。

表1　各时间点的温度及读数

试样一

方法一

时间

min

15153060120180

表3　计算结果试样一

方法一d/mmX/%试样二

方法二方法一

X/%

d/mm

X/%

方法二

d/mm

X/%

d/mm

0.020.010.010.010.010

19.213.911.610.28.267.93

0.030.010.010.010

19.811.610.28.267.93

0.020.010.010.010.010

19.514.911.69.918.266.94

0.0250.010.0070.0050.004

20.211.69.918.266.94

　　通过上述试验结果可以看出,两个试样采用方法一和方法二

测试的结果基本吻合,绘制的级配曲线也基本重合(见图1)。对沉降观测时间点作适当调整是可行的。

试样二

方法二

方法一

读数

R

方法二

读数

R

水温℃

101010101010.512

读数

R时间min

14.53060120180

水温℃

1010101010.512

时间min

15153060120180

水温℃

10101010101010

时间min

14.53060120180

水温℃

101010101010

读数

R

137.86.25.55.14.44.1

1385.55.14.44.1

9.57.96.55.554.54.1

9.58.15.554.54.1

3　结语

将沉降时间点作必要的调整对试验结果的准确性没有明显的影响,这样却能显著提高试验的可操作性和效率,节省一定的人力物力。需要指出的是,本文目的并非仅仅为证明微调沉降时间点的可行性,而是想通过一个实例说明在土工试验中有必要也有可能采取比较灵活的方法对操作规程进行改进,从而大大提高土工试验的效率,甚至准确性。参考文献:[1]　袁聚云.土工试验与原理[M].上海:同济大学出版社,2003.[2]　GB/T5012321999.土工试验方法标准[S].

[3]　陈希哲.土力学地基基础[M].北京:清华大学出版社,

2004:4.[4]　王保田.土工测试技术[M].南京:河海大学出版社,2005:2.

　　主要计算公式为GB/T5012321999土工试验方法标准中

7.2.521和7.2.6:小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比:

100(1)X=CG(R+mT+n-CD)

md

试样颗粒粒径:

d=

ηL1800×104××(Gs-GwT)ρtwTg

(2)

计算过程中部分参数的取法:

η1800×104×根据文献[1]中提供的表格4222,由温度和

(Gs-GwT)ρwTg

Someimprovementsonparticleanalysisexperimentbasedondensimetersettlementmethod

WANGMin　HONGJian

Abstract:Researchersmakeadjustmentontheobservationtimeoftheparticleanalysisexperimentbasedondensimetersettlementmethod,provesthefeasibilityandaccuracyofthisadjustmentbasedontheexperimentdataandtheoryderivation.Theexperimentresultsandtheoryderivationprovesthefeasibilityofthisadjustment,andthetimeafteradjustmentcansavecertainhumanandmaterialresources,whichmaketheexperimenthavemoremaneuverability.

Keywords:earthworkexperiment,particleanalysis,experimentmethod,settlementtime