土径颗粒的筛选
发布时间：
2021-07-09
第一节 筛析法
一、目的
测定小于某粒径的颗粒或粒组占砂土质量的百分数，以便了解土的粒度成分，并作为砂土分类及土工建筑选料的依据。
二、基本原理
筛析法是利用一套孔径不同的标准筛来分离一定量的砂土中与筛孔径相应的粒组，而后称量，计算各粒组的相对含量，确定砂土的粒度成分。此法适用于分离粒径大于0.075mm的粒组。
三、仪器设备
1、标准筛一套(图1-1);
2、普通天平：称量500g，最小分度值0.1g;
3、磁钵及橡皮头研棒;
4、毛刷、白纸、尺等。
四、操作步骤
1、制备土样
(1) 风干土样，将土样摊成薄层，在空气中放1～2天, 使土中水分蒸发。若土样已干， 则可直接使用。
(2) 若试样中有结块时，可将试样倒入磁钵中，用橡皮头研棒研磨，使结块成为单独颗粒为止。但须注意，研磨力度要合适，不能把颗粒研碎。
(3) 从准备好的土样中取代表性试样，数量如下：
最大粒径小于2mm者，取100～300g;
最大粒径为2～10mm之间的，取300～1000g;
最大粒径为10～20mm之间的，取1000～2000g;
最大粒径为20～40mm之间的，取2000～4000g;
最大粒径大于40mm者，取4000g以上。
用四分法来选取试样，方法如下：将土样拌匀，倒在纸上成圆锥形(图1-2.1), 然后用尺以圆锥顶点为中心，向一定方向旋转(图1-2.2), 使圆锥成为1～2cm厚的圆饼状。继而用尺划两条相互垂直的直线，把土样分成四等份，取走相同的两份(图1-2.3、图1-2.4), 将留下的两份土样拌匀;重复上述步骤，直到剩下的土样约等于需要量为止。
2、过筛及称量
(1) 用普通天平称取一定量的试样, 准确至0.1g;
(2) 检查标准筛叠放顺序是否正确(大孔径在上，小孔径在下)，筛孔是否干净，若夹有土粒，需刷净。将已称量的试样倒入顶层筛盘中，盖好盖，用手或摇筛机摇振，持续时间一般为10～15min, 然后按从上至下的顺序取下筛盘，在白纸上用手轻叩筛盘，摇晃，直到筛净为止。将漏在白纸上的土粒倒入下一层筛盘内，按此顺序，直到最末一层筛盘筛净为止。
(3) 称量留在各筛盘上的土粒质量，准确至0.1g, 并测量试样中最大颗粒的直径。若大于2mm的颗粒超过50%，再用粗筛进行分析。
五、成果整理
1.各筛盘上土粒的质量之和与筛前所称试样的质量之差不得大于1%，否则应重新试验。若两者差值小于1%, 应分析试验过程中误差产生的原因，分配给某些粒组;最终，各粒组百分含量之和应等于100%，将试验数据填写在记录表中。
2、查土类
若粒径小于0.075mm的含量大于50% 则该土不是砂土，而是细粒土，将这一部分用密度计法(见第二节)继续分析。
3、在单对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线，求不均匀系数和曲率系数，说明该土的均一性,并确定土的名称。
4、填写试验报告。
六、注意事项
1、在筛析中，尤其是将试样由一器皿倒入另一器皿时，要避免微小颗粒的飞扬。
2、过筛后，要检查筛孔中是否夹有颗粒，若夹有颗粒，应将颗粒轻轻刷下，放入该筛盘上的土样中，一并称量。
七、思考题
1、“粒组”与“粒度成分”两术语有什么区别?
2、试分析试验过程中误差产生的原因及误差如何分配。
第二节 密度计法
一、试验目的
测定小于某粒径的颗粒占细粒土质量的百分数，以便了解土粒组成情况;并作为粉土和粘性土的分类和建筑选料之用。
二、基本原理
密度计法是依据斯托克斯(Stokes)定律进行测定的。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，对于粒径为0.2～0.002mm的颗粒，在液体中靠自重下沉时，作等速运动，这符合斯托克斯定律。密度计法是静水沉降分析法的一种，只适用于粒径小于0.075mm的土样。
密度计法，是将一定量的土样(粒径<0.075mm)放在量筒中，然后加纯水，经过搅拌，使土的大小颗粒在水中均匀分布，制成一定量的均匀浓度的土悬液(1000mL)。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的不同悬液密度，根据密度计读数和土粒的下沉时间，就可计算出粒径小于某一粒径d(mm)的颗粒占土样的百分数。
用密度计进行颗粒分析须作下列三个假定：
1、斯托克斯定律能适用于用土样颗粒组成的悬液。
2、试验开始时, 土的大小颗粒均匀地分布在悬液中。
3、所采用量筒的直径较比重计直径大得多。
三、仪器设备
1、密度计
目前通常采用的密度计有甲、乙两种，这两种密度计的制造原理及使用方法基本相同,但密度计的读数所表示的含义则是不同的，甲种密度计读数所表示的是一定量悬液中的干土质量;乙种密度计读数所表示的是悬液比重。
(1)甲种密度计，刻度单位以在20ºC时每1000mL悬液内所含土质量的克数来表示，刻度为-5～50，最小分度值为0.5。
(2)乙种密度计，刻度单位以在20ºC时悬液的比重来表示，刻度为0.995～1.020，最小分度值为0.0002。
2、量筒：容积1000mL;
3、漏斗式洗筛：孔径0.075mm;
4、搅拌器：轮径50mm，孔径3mm;
5、煮沸设备：电热器、锥形烧瓶;
6、分散剂：4%六偏磷酸钠或其他分散剂;
7、其他：温度计、研钵、秒表、烧杯、瓷皿、天平等。
四、操作步骤
1、密度计的校正
密度计在制造过程中, 其浮泡体积及刻度往往不易准确, 况且, 密度计的刻度是以20°C的纯水为标准的。由于受实验室多种因素的影响，密度计在使用前应对刻度、弯液面、土粒沉降距离、温度、分散剂等的影响进行校正。
(1)土粒沉降距离校正
① 测定密度计浮泡体积
在250mL量筒内倒入约130mL纯水，并保持水温为20°C，以弯液面上缘为准，测记水面在量筒上的读数并划一标记，然后将密度计缓慢放入量筒中，使水面达密度计的最低刻度处(以弯液面上缘为准)时，测记水面在量筒上的读数并再划一标记，水面在量筒上的两个读数之差即为密度计的浮泡体积，读数准确至1mL。
② 测定密度计浮泡体积中心
在测定密度计浮泡体积之后, 将密度计垂直向上缓慢提起，并使水面恰好落在两标记的中间，此时，水面与浮泡的相切处(弯液面上缘为准)，即为密度计浮泡的中心，将密度计固定在三角架上，用直尺量出浮泡中心至密度计最低刻度的垂直距离。
③ 测定1000mL量筒的内径(准确至1mm)，并计算出量筒的截面积。
④ 量出密度计最低刻度至玻璃杆上各刻度的距离, 每5格量距1次。
⑤ 计算土粒有效沉降距离
⑥ 计算出各相应的土粒有效沉降距离L值，并绘制密度计读数与土粒有效沉降距离的关系曲线，从而根据密度计的读数就可得出土粒有效沉降距离。
(2)刻度及弯液面校正
试验时密度计的读数应以弯液面的上缘为准，而密度计制造时其刻度是以弯液面的下缘为准(图1-3)，因此应对密度计刻度及弯液面进行校正。将密度计放入20ºC纯水中，此时密度计上弯液面的上、下缘的读数之差即为弯液面的校正值。因弯液面上缘刻度永远大于下缘刻度，故此值永远为正。某些密度计出厂时已注明以弯液面上缘为准，即校正值为零。
(3)温度校正
密度计刻度是在20ºC时刻制的, 但试验时的悬液温度不一定恰好等于20ºC, 而水的密度变化及密度计浮泡体积的膨胀，会影响到密度计的准确读数，因此需要加以温度校正。密度计读数的温度校正值可从表1-1查得。
(4)分散剂校正
为了使悬液充分分散，常加一定量的分散剂，悬液的密度则比原来的增大，因此应考虑分散剂对密度计读数的影响。具体方法是：将量筒内1000mL的纯水恒温至20ºC, 先测出密度计在20ºC纯水中的读数, 然后再加试验时采用的分散剂, 用搅拌器在量筒内沿整个深度上下搅拌均匀, 并将密度计放入溶液中测记密度计读数, 两者之差, 即为分散剂校正值。
(5)土粒比重校正
密度计刻度系假定悬液内土粒的比重为2.65制作的，若试验时土粒的比重不是2.65，则必须加以校正，甲、乙两种密度计的比重校正值可由表1-2查得。
|
表1-1 温度校正值 |
||||||||
|
悬液 |
甲种密度计温度 |
乙种密度计温度 |
悬液 |
甲种密度计温度 |
乙种密度计温度 |
悬液 |
甲种密度计温度 |
乙种密度计温度 |
|
10.0 |
-2.0 |
-0.0012 |
17.0 |
-0.8 |
-0.0005 |
24.0 |
1.3 |
0.0008 |
|
10.5 |
-1.9 |
-0.0012 |
17.5 |
-0.7 |
-0.0004 |
24.5 |
1.5 |
0.0009 |
|
11.0 |
-1.9 |
-0.0012 |
18.0 |
-0.5 |
-0.0003 |
25.0 |
1.7 |
0.0010 |
|
11.5 |
-1.8 |
-0.0011 |
18.5 |
-0.4 |
-0.0003 |
25.5 |
1.9 |
0.0011 |
|
12.0 |
-1.8 |
-0.0011 |
19.0 |
-0.3 |
-0.0002 |
26.0 |
2.1 |
0.0013 |
|
12.5 |
-1.7 |
-0.0010 |
19.5 |
-0.1 |
-0.0001 |
26.5 |
2.2 |
0.0014 |
|
13.0 |
-1.6 |
-0.0010 |
20.0 |
0 |
0 |
27.0 |
2.5 |
0.0015 |
|
13.5 |
-1.5 |
-0.0009 |
20.5 |
0.1 |
0.0001 |
27.5 |
2.6 |
0.0016 |
|
14.0 |
-1.4 |
-0.0009 |
51.0 |
0.3 |
0.0002 |
28.0 |
2.9 |
0.0018 |
|
14.5 |
-1.3 |
-0.0008 |
21.5 |
0.5 |
0.0003 |
28.5 |
3.3 |
0.0019 |
|
15.0 |
-1.2 |
-0.0008 |
22.0 |
0.6 |
0.0004 |
29.0 |
3.3 |
0.0021 |
|
15.5 |
-1.1 |
-0.0007 |
22.5 |
0.8 |
0.0005 |
29.5 |
3.5 |
0.0022 |
|
16.0 |
-1.0 |
-0.0006 |
23.0 |
0.9 |
0.0006 |
30.0 |
3.7 |
0.0023 |
|
16.5 |
-0.9 |
-0.0006 |
23.5 |
1.1 |
0.0007 |
|
|
|
|
表1-2 土粒比重校正值 |
||||||||||
|
土粒比重 |
2.50 |
2.52 |
2.54 |
2.56 |
2.58 |
2.60 |
2.62 |
2.64 |
2.66 |
|
|
校正值 |
甲种密度计 |
1.038 |
1.032 |
1.027 |
1.022 |
1.017 |
1.012 |
1.007 |
1.002 |
0.998 |
|
乙种密度计 |
1.666 |
1.658 |
1.649 |
1.641 |
1.632 |
1.625 |
1.617 |
1.609 |
1.603 |
|
|
土粒比重 |
2.68 |
2.70 |
2.72 |
2.74 |
2.76 |
2.78 |
2.80 |
2.82 |
2.84 |
|
|
校正值 |
甲种密度计 |
0.993 |
0.989 |
0.985 |
0.981 |
0.977 |
0.973 |
0.969 |
0.965 |
0.961 |
|
乙种密度计 |
1.595 |
1.588 |
1.581 |
1.575 |
1.568 |
1.562 |
1.556 |
1.549 |
1.543 |
|
2、处理土样及制备悬液
(1) 取代表性试样200～300g, 风干并测定试样的风干含水率，放入研钵中，用带橡皮头的研棒研散。
(2) 称风干试样30g，倒入500mL锥形瓶，注入纯水200ml, 浸泡过夜。
(3) 将盛土液的锥形瓶稍加摇晃后放在煮沸设备上进行煮沸，煮沸时间宜为40min。
(4) 将冷却后的悬液全部冲入烧杯中，用带橡皮头研棒研磨;静止约1min，将上部悬液倒在0.075mm洗筛上，经漏斗注入1000mL的大量筒内，遗留杯底沉淀物用橡皮头研棒研散，再加适量纯水搅拌，倒出上部悬液过筛入量筒内。如此反复，直至悬液澄清后将烧杯中全部试样过筛，冲洗干净;将筛上砂粒移入蒸发皿内，烘干后，按试验一步骤2过筛称量，并计算各粒组百分含量。
(5) 在大量筒中加入4%浓度的六偏磷酸钠10mL，再注入纯水至1000mL。
3、按时测定悬液的密度及温度
(1)将搅拌器放入量筒中，沿悬液深度上下搅拌1min，使土粒完全均布到整个悬液中。注意搅拌时勿使悬液溅出量筒外。
(2)取出搅拌器，同时立即开动秒表，将密度计放入悬液中，测记0.5、1、2、5、15、30、60、120和1440min时的密度计读数，并测定其相应的悬液温度。根据试验情况或实际需要，可增加密度计读数次数，或缩短最后一次读数时间。
(3) 每次读数时均应在预定时间前10～20s将密度计徐徐放入悬液中部，不得贴近筒壁，并使密度计竖直，还应在近似于悬液密度的刻度处放手，以免搅动悬液。
(4) 密度计读数以弯液面上缘为准。甲种密度计应准确至0.5, 估读至0.1;乙种密度计应准确至0.0002, 估读至0.0001。每次读数完毕，立即取出密度计，放入盛有清水的量筒中。
(5) 测定悬液温度，应准确至0.5ºC。
五、成果整理
1、试样颗粒粒径计算：
|
表1-3 粒径计算系数A值表 |
|||||||||
|
温度 |
土粒比重Gs |
||||||||
|
|
2.45 |
2.50 |
2.55 |
2.60 |
2.65 |
2.70 |
2.75 |
2.80 |
2.85 |
|
5 |
0.1385 |
0.1360 |
0.1399 |
0.1318 |
0.1298 |
0.1279 |
0.1261 |
0.1243 |
0.1226 |
|
6 |
0.1365 |
0.1342 |
0.1320 |
0.1299 |
0.1280 |
0.1261 |
0.1243 |
0.1225 |
0.1208 |
|
7 |
0.1344 |
0.1321 |
0.1300 |
0.1280 |
0.1260 |
0.1241 |
0.1224 |
0.1206 |
0.1189 |
|
8 |
0.1324 |
0.1302 |
0.1281 |
0.1260 |
0.1241 |
0.1223 |
0.1205 |
0.1188 |
0.1182 |
|
9 |
0.1305 |
0.1283 |
0.1262 |
0.1242 |
0.1224 |
0.1205 |
0.1187 |
0.1171 |
0.1164 |
|
10 |
0.1288 |
0.1267 |
0.1247 |
0.1227 |
0.1208 |
0.1189 |
0.1173 |
0.1156 |
0.1141 |
|
11 |
0.1270 |
0.1249 |
0.1229 |
0.1209 |
0.1190 |
0.1173 |
0.1156 |
0.1140 |
0.1124 |
|
12 |
0.1253 |
0.1232 |
0.1212 |
0.1193 |
0.1175 |
0.1157 |
0.1140 |
0.1124 |
0.1109 |
|
13 |
0.1235 |
0.1214 |
0.1195 |
0.1175 |
0.1158 |
0.1141 |
0.1124 |
0.1109 |
0.1094 |
|
14 |
0.1221 |
0.1200 |
0.1180 |
0.1162 |
0.1149 |
0.1127 |
0.1111 |
0.1095 |
0.1080 |
|
15 |
0.1205 |
0.1184 |
0.1165 |
0.1148 |
0.1130 |
0.1113 |
0.1096 |
0.1081 |
0.1067 |
|
16 |
0.1189 |
0.1169 |
0.1150 |
0.1132 |
0.1115 |
0.1098 |
0.1083 |
0.1067 |
0.1053 |
|
17 |
0.1173 |
0.1154 |
0.1135 |
0.1118 |
0.1100 |
0.1085 |
0.1069 |
0.1047 |
0.1039 |
|
18 |
0.1159 |
0.1140 |
0.1121 |
0.1103 |
0.1086 |
0.1071 |
0.1055 |
0.1040 |
0.1026 |
|
19 |
0.1145 |
0.1125 |
0.1108 |
0.1090 |
0.1073 |
0.1058 |
0.1031 |
0.1088 |
0.1014 |
|
20 |
0.1130 |
0.1111 |
0.1093 |
0.1075 |
0.1059 |
0.1043 |
0.1029 |
0.1014 |
0.1000 |
|
21 |
0.1118 |
0.1099 |
0.1081 |
0.1064 |
0.1043 |
0.1033 |
0.1018 |
0.1003 |
0.0990 |
|
22 |
0.1103 |
0.1085 |
0.1067 |
0.1050 |
0.1035 |
0.1019 |
0.1004 |
0.0990 |
0.0977 |
|
23 |
0.1091 |
0.1072 |
0.1055 |
0.1038 |
0.1023 |
0.1007 |
0.0993 |
0.0979 |
0.0966 |
|
24 |
0.1078 |
0.1061 |
0.1044 |
0.1028 |
0.1012 |
0.0997 |
0.0982 |
0.0960 |
0.0956 |
|
25 |
0.1065 |
0.1047 |
0.1031 |
0.1014 |
0.0999 |
0.0984 |
0.0970 |
0.0957 |
0.0943 |
|
26 |
0.1054 |
0.1035 |
0.1019 |
0.1003 |
0.0988 |
0.0973 |
0.0959 |
0.0945 |
0.0933 |
|
27 |
0.1041 |
0.1024 |
0.1007 |
0.0992 |
0.0977 |
0.0962 |
0.0948 |
0.0935 |
0.0923 |
|
28 |
0.1032 |
0.1014 |
0.0998 |
0.0982 |
0.0967 |
0.0953 |
0.0939 |
0.0926 |
0.0913 |
|
29 |
0.1019 |
0.1002 |
0.0986 |
0.0971 |
0.0956 |
0.0941 |
0.0928 |
0.0914 |
0.0903 |
|
30 |
0.1008 |
0.0991 |
0.0975 |
0.0960 |
0.0945 |
0.0931 |
0.0918 |
0.0905 |
0.0893 |
2、小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比可按式(1-4)或式(1-5)计算：
(1)甲种比重计
(2)乙种比重计
3、在半对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线，求不均匀系数Cu和曲率系数Cc，说明该土的均一性。
必须指出的是, 当试样中既有小于0.075mm的颗粒, 又有大于0.075mm的颗粒, 需进行密度计法和筛析法联合分析时, 应考虑到小于0.075mm的试样质量占试样总质量的百分比, 即应将按式(1-4)或式(1-5)所得的计算结果, 再乘以小于0.075mm的试样质量占试样总质量的百分数, 然后再分别绘制密度计法和筛析法所得的颗粒大小分布曲线, 并将两段曲线连成一条平滑的曲线。
4、填写试验报告。
六、注意事项
1、每次测得悬液密度后，均应将密度计轻轻放在盛水的量筒中。
2、读数要迅速准确，不宜将密度计在悬液中放置时间过久。在正式试验前，必须多次练习密度计的准确读数方法。
3、试验前，应将量筒放在固定平稳的地方，试验中不得移动，并保持悬液温度稳定。
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