土的含水率試驗三種比對方法探討

曹輝亮

摘要:介紹土工試驗中3種含水率試驗方法,即烘干法、酒精燃燒法和微波法,并通過比對這3種方法的試驗數(shù)據(jù),認(rèn)為用微波法在測定含水率的方法中較其他兩種方法更經(jīng)濟(jì)和實用,準(zhǔn)確度也較高。

關(guān)鍵詞:烘干法 酒精燃燒法 微波法 含水率

0 引言

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn),土的含水率定義為試樣在105~110℃溫度下烘至恒量時所失去的水質(zhì)量和達(dá)恒量后干土質(zhì)量的比值,以百分?jǐn)?shù)表示。土在天然狀態(tài)下的含水率稱為天然含水率。含水率是土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一,它的變化將會使土的物理、力學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列的變化,可使土在半固態(tài)、可塑狀態(tài)和流動狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變, 或者表現(xiàn)出稍濕、很濕或飽和狀態(tài),也可造成土在壓縮性和穩(wěn)定性上的差異。測定土的含水率,了解土的含水情況,為計算土的孔隙比、液性指數(shù)、飽和度以及土的其他物理、力學(xué)試驗提供必要的數(shù)據(jù),也是建筑物地基、路堤、土壩等施工質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。

在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50123-1999(2008)里提供的試驗方法只有一種,即烘干法來測定土的含水率,而含水率試驗方法有多種,本文就拿另外兩種試驗方法,即酒精燃燒法和微波法來與烘干法一同對同一土樣測試來進(jìn)行比對。

1 測定土的含水率的3 種方法

1.1 烘干法 烘干法是測定土的含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法,烘干設(shè)備是溫控烘干箱,其溫度可以進(jìn)行控制,烘干溫度采用105～110 ℃,這是取決于土的水理性質(zhì)。但對含有機(jī)質(zhì)超過干土質(zhì)量5%的土,規(guī)定烘干溫度為65～70 ℃,因為含有機(jī)質(zhì)土在105~110℃溫度下經(jīng)過長時間烘干后,有機(jī)質(zhì)特別是腐植酸會在烘干過程中逐漸分解而不斷損失,使測得的含水率比實際的含水率大,土中有機(jī)質(zhì)含量越高誤差就越大。烘干法試驗應(yīng)對同一土樣的兩個試樣進(jìn)行平行測定,并取兩個含水率測值的算術(shù)平均值。當(dāng)含水率小于40%時,允許的平行測定差值為1%;當(dāng)含水率等于、大于40%時,允許的平行測定差值為2%。

1.2 酒精燃燒法 此方法是采用濃度為95%以上的酒精燃燒來烘干土樣,所用的器皿為鋁盒。此方法存在的一些缺點是燃燒時間長,不易觀察火苗,酒精燃燒產(chǎn)生的水蒸汽又可能被土樣吸收,使含水率不易測準(zhǔn)。一般適用于土樣質(zhì)量較小,不含有機(jī)質(zhì)的粘土、粉土、砂土等,否則會造成含水量偏高。

1.3 微波法 此方法是利用超高頻電磁波對土樣進(jìn)行微波作用,使土樣中的水分子在微波場作用下不斷快速排列和換向,土樣內(nèi)部溫度升高,水分從而不斷蒸發(fā)。此方法時間短,烘干速度快,均勻性好,測定準(zhǔn)確,效率較高,而且一次可進(jìn)行多個土樣烘干。經(jīng)測試,10min可將30g 的多個土樣烘干。因土質(zhì)及含水率的不同,可調(diào)節(jié)微波爐的功率。試驗前可用同一土樣先烘10min并記錄其干土質(zhì)量,再以每級5min遞增和記錄,直到干土質(zhì)量不變(精確到0. 01 g)從而確定合適的烘干時間。當(dāng)土樣的含水率較大,蒸氣來不及從微波爐的排氣口排出時,應(yīng)停機(jī)待爐內(nèi)部分蒸氣排出后,并將凝聚在門上的蒸氣擦掉,然后再開機(jī),這樣一來有利于縮短烘干時間。

2 3種試驗數(shù)據(jù)對比

為了比較這3種試驗方法,在實驗室用這3種方法同時對同一土樣進(jìn)行平行試驗,最終比較3種方法的試驗數(shù)據(jù)。為了使試驗數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確,所選取的土樣應(yīng)注意其均勻性,以免含水率測定存在較大誤差,影響數(shù)據(jù)對比。

在室內(nèi)將同一土樣分為均勻的3份,分別用3種方法進(jìn)行測定,取各平均值對比,試驗數(shù)據(jù)如表1 :

從試驗結(jié)果數(shù)據(jù)上看,雖試驗次數(shù)不多,但仍可看到微波法得到的含水率與烘干法得到的含水率相近。當(dāng)試驗要求不高時,可用微波法的結(jié)果代替烘干法的結(jié)果;但當(dāng)試驗要求較高時,不能用微波法的結(jié)果簡單取代烘干法的結(jié)果,而應(yīng)該結(jié)合實際情況采用回歸分析法進(jìn)行換算得到更適當(dāng)?shù)暮蕼y定值。特別是當(dāng)所測土樣較多時,用

微波法能快速而準(zhǔn)確地測定出土樣的含水率,并能基本滿足工程檢測的需要。

3 結(jié)束語

土工試驗中含水率是土的基本物理指標(biāo)之一,它的正確與否,不僅影響其他物理指標(biāo)的變化,還影響土的力學(xué)指標(biāo)。3種測定方法中的烘干法操作簡便,結(jié)果準(zhǔn)確,但需時間長,效率較低;酒精燃燒法需時也較長,且結(jié)果偏差大,無法滿足現(xiàn)場需要;只有微波法既能以較快的速度測定土樣含水率,結(jié)果也較為準(zhǔn)確,所以筆者認(rèn)為其是提高檢測效率較為有效,在實際工作中可根據(jù)具體情況考慮采用的一種方法。

參考文獻(xiàn):

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[2]SL237-1999.土工試驗規(guī)程[S].

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