颗粒分析试验成果影响因素分析

刘学芹

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300201）

0 前言

颗粒分析是测定土中各粒组质量占该土总质量的百分数，借以明了颗粒大小分布情况，根据粒度组成可进行土的分类及概略判定土的工程性质及建材选料之用。颗粒分析的方法主要有：筛析法、密度计法和移液管法。如果试验器具未经检定合格、不严格按规范进行操作，试验结果就会出现较大偏差。本文就常用的甲种密度计法（含筛析法）颗粒分析时产生误差的原因进行了对比、分析。

1 仪器设备的影响

甲种密度计法（含筛细法）主要设备有：TM-85甲种密度计（刻度 -5°～50°，最小分度值0.5°）、量筒、标准分析筛（孔径0.075～0.5 mm）。这三种仪器如果未经计量检定部门鉴定就直接投入使用，会对试验结果造成影响。

1.1 TM-85甲种密度计的影响

我院试验中心选用的密度计经检定，平均修正值为-0.4°（0°～30°读数范围内），弯液面校正值-0.2（将密度计放入20℃纯水中，密度计弯液面的上下缘读数之差），在处理软件中这两项合并为刻度弯液面系数Cm=-0.6°，若此项修正不考虑，会使结果有表1所示偏差。密度计有误差超过±1.0°而检定不合格的，若用这样的密度计进行试验且未作任何修正，其对试验结果的影响较大。

1.2 标准分析筛的影响

目前试验设备厂家鱼龙混杂，有的厂家生产的分析筛未能通过计量检定部门检定。

根据我院经验建议选用金属丝编织网筛并送检合格后使用。

表1 C m修正与否对试验结果影响对比表

1.3 量筒的影响

规范要求量筒的内径约为60 mm，容积1000 mL，高度约为420 mm，刻度精确至10 mL。标准量筒0～1000 mL刻度的高度为350 mm，属细高型，而市面上1000 mL的量筒多是粗矮型，刻度高多在300 mm左右，量筒高度对土粒的有效沉降距离有影响：

式（1）中：L——土粒有效沉降距离，cm；

L1——自最低刻度至玻璃杆上各刻度的距离，cm；

L0——浮泡中心至最低刻度的距离，cm；

Vb——密度计浮泡体积，cm3；

A——1000 mL量筒截面积，cm2。

式（1）又可简化成一个一元二次方程，即：

式（2）中：R——密度计读数；

a、b——常数。

由式（2）可知，量筒高度影响a值，所以在某些计算软件中，对量筒高度进行了考虑，在参数设置时，如选用非标准量筒，软件会自动选用量筒高度对应的a值进行计算。我院试验中心部分量筒为刻度高度为330 mm的非标准量筒（因为非专用量筒底部凹凸不平，0处难以测量，可采用100～1000 mL刻度的距离乘以10/9，可得到0～1000 mL刻度高），如果选用非标准量筒（刻度高为330 mm），而未进行校正有微小差别（见表2）。

表2 非标准量筒校正与否对试验结果影响对比表

2 试验过程的影响

2.1 取样质量的影响

试样为风干试样，按规范要求，应测其风干含水率，根据风干含水率确定试验所需土样的质量m0。例如，风干含水率为 1.8%，则 m0=30（1+0.01w0）≈30.5 g；若不考虑风干含水率直接取30 g土样进行试验，则会使结果偏离正常值（见表3）。

表3 风干含水率考虑与否对试验结果的影响对比表

2.2 易溶盐的影响

土中易溶盐的含量超过0.5%时，颗粒分析试验时应该先洗盐。规范条文说明中也列举了一些数据对洗盐和未洗盐的试验结果进行了分析，得出结论是：洗盐前粉粒含量高、粘粒含量低；洗盐后粉粒含量低、粘粒含量高。其数据中列举了新疆地区编号为147的土样，其粘性土含盐量达14.66%时对粘粒含量的影响为40.04%（洗盐前）、41.17%（洗盐后）。笔者认为，此数据与天津地区有一定差距，这与两地土质的矿物成分有关。笔者曾做过天津地区一含盐量为8%的粘性土的颗粒分析试验，其含盐量对粘粒含量的影响巨大，试验结果粘粒含量12.0%（洗盐前）、54.7%（洗盐后），具体结果如表4所示。

表4 含盐量8%的试样洗盐前后对试验结果的影响对比表

原因是易溶盐含量较高使细粒土在水中下沉的速度大大加快，使测量的粘粒含量偏小，因此盐渍土颗粒分析前必须进行洗盐处理。

当含盐量较小时，可不必洗盐，表5为一含盐量0.4%的试样洗盐前后的对比分析结果。

表5 含盐量0.4%的试样洗盐前后对试验结果的影响对比表

2.3 浸泡时间的影响

将试样放入500 mL的锥形瓶中，放入200 mL水浸泡过夜，煮沸40 min。此步骤使土颗粒充分分散，与未浸泡过夜，直接煮沸，冷却后进行试验结果对比（见表6）。

表6 浸泡时间对试验结果的影响对比表

2.4 温度的影响

密度计的刻制温度是20℃，颗粒下沉试验中的标准温度是20℃。温度的变化不仅影响密度计的读数及颗粒的下沉速度，同时将引起悬液体积的不均匀膨胀，而产生对流现象。此种对流会影响颗粒的匀速下沉，因此在读数过程中，应尽量控制温度变化在±2℃范围内，温度校正值在20℃左右每度相差0.3，温度计的精度是不容忽视的。

温度计精度至少要达到规范要求的0.5℃，建议选用精度为0.1℃，并经检定合格的精密温度计，要保证每次读数后立即量测温度，绝不能整个读数过程中只量测一次温度。

2.5 分散剂的影响

分散剂种类很多，根据土的pH值由低到高，可依次选用氨水、氢氧化钠、草酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠等。国标规定使用4%的六偏磷酸钠10 mL，六偏磷酸钠适用于碱性土（pH>7.5），这也与天津地区的土质相适应。

密度计的刻度系以纯水为标准，悬液中加入分散剂后相对密度增大，故须进行校正，排除其影响，分散剂校正系数即20℃下加入分散剂的水溶液与纯水的读数之差，用CD表示，参考值为-0.4。此项若不考虑对结果影响见表7。

表7 C D修正与否对试验结果影响对比表

3 其他因素的影响

除了以上因素的影响外，秒表精确与否、搅拌器的形状、人员读数误差等诸多因素也会对试验结果产生一定影响。

4 结语

综上所述，颗粒分析试验影响因素众多，如果多种因素叠加，其影响程度可想而知。试验人员应严格按照相关规范进行操作，使用检定合格的仪器设备，以严谨的工作态度和正确的工作方法得到最真实可靠的试验结果。

[1]GB/T 50123-1999，土工试验方法标准[S].

[2]JTG E40-2007，公路土工试验方法标准[S].

[3]朱福海,王华祥，姚长华，等.TM-85型土壤密度计试验原理[Z].上海：上海市标准计量技术开发咨询服务中心，1987.

[4]徐张建,刘南元.工程勘察试验员培训教程[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.