土的含水率试验三种比对方法探讨

曹辉亮

摘要:介绍土工试验中3种含水率试验方法,即烘干法、酒精燃烧法和微波法,并通过比对这3种方法的试验数据,认为用微波法在测定含水率的方法中较其他两种方法更经济和实用,准确度也较高。

关键词:烘干法 酒精燃烧法 微波法 含水率

0 引言

根据国家标准,土的含水率定义为试样在105~110℃温度下烘至恒量时所失去的水质量和达恒量后干土质量的比值,以百分数表示。土在天然状态下的含水率称为天然含水率。含水率是土的基本物理性质指标之一,它的变化将会使土的物理、力学性质发生一系列的变化,可使土在半固态、可塑状态和流动状态之间转变, 或者表现出稍湿、很湿或饱和状态,也可造成土在压缩性和稳定性上的差异。测定土的含水率,了解土的含水情况,为计算土的孔隙比、液性指数、饱和度以及土的其他物理、力学试验提供必要的数据,也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。

在国家标准GB/T 50123-1999(2008)里提供的试验方法只有一种,即烘干法来测定土的含水率,而含水率试验方法有多种,本文就拿另外两种试验方法,即酒精燃烧法和微波法来与烘干法一同对同一土样测试来进行比对。

1 测定土的含水率的3 种方法

1.1 烘干法 烘干法是测定土的含水率的标准方法,烘干设备是温控烘干箱,其温度可以进行控制,烘干温度采用105～110 ℃,这是取决于土的水理性质。但对含有机质超过干土质量5%的土,规定烘干温度为65～70 ℃,因为含有机质土在105~110℃温度下经过长时间烘干后,有机质特别是腐植酸会在烘干过程中逐渐分解而不断损失,使测得的含水率比实际的含水率大,土中有机质含量越高误差就越大。烘干法试验应对同一土样的两个试样进行平行测定,并取两个含水率测值的算术平均值。当含水率小于40%时,允许的平行测定差值为1%;当含水率等于、大于40%时,允许的平行测定差值为2%。

1.2 酒精燃烧法 此方法是采用浓度为95%以上的酒精燃烧来烘干土样,所用的器皿为铝盒。此方法存在的一些缺点是燃烧时间长,不易观察火苗,酒精燃烧产生的水蒸汽又可能被土样吸收,使含水率不易测准。一般适用于土样质量较小,不含有机质的粘土、粉土、砂土等,否则会造成含水量偏高。

1.3 微波法 此方法是利用超高频电磁波对土样进行微波作用,使土样中的水分子在微波场作用下不断快速排列和换向,土样内部温度升高,水分从而不断蒸发。此方法时间短,烘干速度快,均匀性好,测定准确,效率较高,而且一次可进行多个土样烘干。经测试,10min可将30g 的多个土样烘干。因土质及含水率的不同,可调节微波炉的功率。试验前可用同一土样先烘10min并记录其干土质量,再以每级5min递增和记录,直到干土质量不变(精确到0. 01 g)从而确定合适的烘干时间。当土样的含水率较大,蒸气来不及从微波炉的排气口排出时,应停机待炉内部分蒸气排出后,并将凝聚在门上的蒸气擦掉,然后再开机,这样一来有利于缩短烘干时间。

2 3种试验数据对比

为了比较这3种试验方法,在实验室用这3种方法同时对同一土样进行平行试验,最终比较3种方法的试验数据。为了使试验数据更加准确,所选取的土样应注意其均匀性,以免含水率测定存在较大误差,影响数据对比。

在室内将同一土样分为均匀的3份,分别用3种方法进行测定,取各平均值对比,试验数据如表1 :

从试验结果数据上看,虽试验次数不多,但仍可看到微波法得到的含水率与烘干法得到的含水率相近。当试验要求不高时,可用微波法的结果代替烘干法的结果;但当试验要求较高时,不能用微波法的结果简单取代烘干法的结果,而应该结合实际情况采用回归分析法进行换算得到更适当的含水率测定值。特别是当所测土样较多时,用

微波法能快速而准确地测定出土样的含水率,并能基本满足工程检测的需要。

3 结束语

土工试验中含水率是土的基本物理指标之一,它的正确与否,不仅影响其他物理指标的变化,还影响土的力学指标。3种测定方法中的烘干法操作简便,结果准确,但需时间长,效率较低;酒精燃烧法需时也较长,且结果偏差大,无法满足现场需要;只有微波法既能以较快的速度测定土样含水率,结果也较为准确,所以笔者认为其是提高检测效率较为有效,在实际工作中可根据具体情况考虑采用的一种方法。

参考文献:

[1]GB/T50123-1999(2008).土工试验方法标准[S].

[2]SL237-1999.土工试验规程[S].

[3]吴湘兴.土力学及地基基础[M].武汉:武汉大学出版社.1995.