路基土有机质含量测量不确定度评定

时来翔，张丹丹，刘 哲

（中钢集团郑州金属制品研究院股份有限公司，河南 郑州 450001）

0 引言

有机质通常指土中源于生命的物质。相关研究指出在路基土有机质含量越高，同时路堤填筑高度也较高的条件下，有机质腐烂后对路堤造成的沉降影响就越大。当路基土中不含有机质时，此种情况下只要路堤的筑高在原基底允许承载力范围内，无论如何变化填筑高度，其因有机质腐烂造成路堤沉降的可能性几乎为零[1]。TB 10751—2018《高速铁路路基工程施工质量验收标准》中规定化学改良土填料的原土料有机质的限量：用石灰改良时，有机质质量分数不大于5%；用水泥改良时，有机质质量分数不大于2%[2]。

GB/T 27025—2019《检测和校准实验室能力的通用要求》中明确规定，检测机构应设定并应用评定测量不确定度的程序[3]。本文按照标准JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》开展对TB 10103—2008《铁路工程岩土化学分析规程》中重铬酸钾容量法检测路基土有机质含量不确定度的评定工作[4-5]，明确了过程中涉及的不确定度并利用数学模型量化处理计算得到方法的合成标准不确定度和扩展不确定度。

1 试验部分

1.1 试验方法

利用油浴对试样加热，使试样中的有机质能够被重铬酸钾-硫酸标准溶液完全氧化。使用硫酸亚铁铵标准溶液对过量的重铬酸钾返滴定得到有机质被氧化消耗的重铬酸钾的量，结合经验系数计算得到路基土有机质含量。

1.2 主要仪器设备及试剂

1.2.1 主要试验仪器QUINTIX224-1 CN 型赛多利斯电子天平（0.000 1 g）、HH-S50 型数显恒温油浴锅、玻璃试管、25 mL A 级滴定管、1 000 mL A 级容量瓶、10 mL 单标线移液管等。

1.2.2 试剂

浓硫酸、硫酸亚铁铵、重铬酸钾、邻菲罗啉、硫酸银、二氧化硅。

1.3 数学模型

依据铁路行业标准TB 10103—2008《铁路工程岩土化学分析规程》，路基土中有机质含量的计算公式为式（1）[5]：

式中：Q 为有机质质量分数，%；c 为硫酸亚铁铵标准溶液浓度，mol/L；V1为硫酸亚铁铵标准溶液滴定试样消耗体积，mL；V0为硫酸亚铁铵标准溶液滴定空白消耗体积，mL；W 为风干路基土的含水量，以小数记；M（1/4C）为3 g/mol；1.1 为经验系数；m 为试样质量，g。

1.4 试验数据

1.4.1 硫酸亚铁铵标准溶液的标定

按照TB 10103—2008 标准要求，对硫酸亚铁铵标准溶液进行8 次标定，标定数据见表1。

表1 硫酸亚铁铵标准溶液的标定数据

1.4.2 空白试样的重复测量

按照TB 10103—2008 标准要求进行8 次空白试验，测量数据见表2。

表2 空白试样的重复测量数据

1.4.3 路基土风干含水量的重复测量

按照TB 10103—2008 标准要求8 次测定路基土风干含水量，测量数据见表3。

表3 路基土风干含水量重复测量数据

1.4.4 路基土有机质含量的重复测量

按照TB 10103—2008 标准中重铬酸钾容量法要求对路基土试样有机质含量进行重复测量，测量数据见表4。

表4 路基土试样有机质含量重复测量数据

表5 重铬酸钾相对原子质量及标准差

2 不确定度的评定分析

2.1 各不确定度分量的评定

2.1.1 重铬酸钾-硫酸标准溶液配制过程中引入的不确定度

重铬酸钾摩尔质量引入的不确定度：

2.1.2 标定硫酸亚铁铵标准溶液引入的不确定度

2.1.3 滴定空白试样引入的不确定度

重复滴定空白试样得到标准差S2=1.64×10-2mL，平均值，则滴定重复性引入的不确定度u11=5.80×10-3mol/L，u11rel=2.70×10-4。参照2.2.2，25 mL A 级滴定管引入的u12rel=1.01×10-3，u13rel=2.43×10-4。10 mL 单标移液管引入的u14rel=1.15×10-3，u15rel=2.42×10-4。合成得到滴定空白试样引入的相对标准不确定度：urel（B）=1.59×10-3。

2.1.4 测量路基土风干含水量引入的不确定度

2.1.5 滴定路基土试样引入的不确定度

参照2.2.2，25 mL A 级滴定管引入的u19rel=1.22×10-3，u20rel=2.43×10-4，10 mL 单标移液管引入的u21rel=1.15×10-3，u22rel=2.42×10-4。参照2.2.1，称量引入的u23rel=1.01×10-3。参照2.2.3，重复滴定路基土试样引入的u24rel=3.31×10-3。滴定路基土引入的相对标准不确定度可以合成为：urel（V）=3.86×10-3。

2.1.6 重复测量路基土试样引入的不确定度

重复测量路基土得到标准差S4=1.77×10-2%，平均值则测量重复性引入的不确定度uR=6.26×10-3%，urel（R）=8.69×10-3。

2.2 合成各不确定度分量

合成各不确定度分量得到合成相对不确定度：

2.3 扩展不确定度

当置信概率为0.95 时[9]，取包含因子k=2，可得扩展不确定度U=kuc=0.01%

3 结论

1）测得该路基土试样的有机质含量为0.72%±0.01%，k=2。

2）评定结果表明，最大的不确定度源于检测结果的测量重复性。

3）重铬酸钾容量法使用油浴加热，工作温度控制在170～180 ℃，从试管内溶液沸腾时开始计时，煮沸5 min。煮沸时间、油浴温度也会引入不确定度素，但若没有获得温度、时间与有机质之间的关系，即没有具体的数学表达式，可不考虑温度、时间控制的不确定度。