微波烘干法測(cè)定土料含水率試驗(yàn)修正值研究

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1、引言

    西段村水庫是三門峽市槐扒引黃提水灌溉工程的調(diào)蓄水庫，由大壩、輸水洞、泄洪洞、溢洪道等建筑物組成。其中，大壩為均質(zhì)土壩，壩長650m，最大壩高46.6m，筑壩土料為重粉質(zhì)壤土，共計(jì)填筑土方157.6萬m³。     對(duì)壩體填筑質(zhì)量控制需要測(cè)定土料含水率和壓實(shí)干密度，其中，含水率是一個(gè)重要指標(biāo)，常規(guī)測(cè)定用標(biāo)準(zhǔn)烘干法，但標(biāo)準(zhǔn)法用時(shí)較長，影響施工進(jìn)度，實(shí)際施工中通常采用快速烘干法。本工程經(jīng)比較后選用微波爐烘干法測(cè)定土料含水率。微波烘干法的準(zhǔn)確性與土料性質(zhì)、烘干溫度、烘干時(shí)間等因素有關(guān)，在施工前，必須對(duì)微波烘干測(cè)定含水率與標(biāo)準(zhǔn)烘箱測(cè)定含水率進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，確定烘干時(shí)間和溫度，并用統(tǒng)計(jì)方法確定與標(biāo)準(zhǔn)法之間的誤差。本文就是通過兩種烘干測(cè)定含水率方法的對(duì)比試驗(yàn)，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求得其相關(guān)系數(shù)，為土方填筑質(zhì)量控制提供了一個(gè)快速、合理的含水率測(cè)定方法。   
    2、對(duì)比試驗(yàn)     2.1試驗(yàn)依據(jù)     本試驗(yàn)依據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）。     2.2實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備     2.2.1電熱恒溫電烘箱（北京中興偉業(yè)儀器公司101型）。     2.2.2格蘭仕微波爐，WP750L23-6型。     2.2.3電子天平，稱量500g，感量0.01g。     2.2.4瓷質(zhì)小碗若干、皿盒、量筒、玻璃棒、毛刷等。     2.3試樣選取     本試驗(yàn)所選土料為工程所用丁村土區(qū)Q₃粉質(zhì)壤土，有機(jī)質(zhì)含量5%。
    2.4試驗(yàn)步驟     勘察設(shè)計(jì)單位提供的《丁村土區(qū)工程地質(zhì)勘查報(bào)告》顯示土區(qū)土料最優(yōu)含水率為18.9%，故本次試驗(yàn)選用14%、18%、19%、20%、22%五種含水率的土樣進(jìn)行試驗(yàn)。     2.4.1不同含水率土樣制備     2.4.2標(biāo)準(zhǔn)含水率測(cè)定     采用電熱恒溫電烘箱，烘干時(shí)間采用8h，烘干溫度設(shè)定為110 ⁰C恒溫對(duì)5種土樣同時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)含水率測(cè)定。結(jié)果見表一。                                   表一                     標(biāo)準(zhǔn)含水率試驗(yàn)結(jié)果 試樣編號(hào) 1 2 3 4 5 標(biāo)準(zhǔn)含水率（%） 14.48 18.05 19.28 20.80 22.96 參數(shù)設(shè)定 t=8h，T=110⁰C恒溫       2.4.3微波烘干法含水率試驗(yàn)測(cè)定     采用WP-750L23-6型微波爐，結(jié)合土質(zhì)情況，烘干溫度擬定為中高火（低火烘干時(shí)間過長，高火易引起土料化學(xué)變化），烘干時(shí)間分別設(shè)定為7、9、11、13、15、17、19、21min。試驗(yàn)結(jié)果見表二。   時(shí)間設(shè)定（min） 試樣編號(hào) 7 9 11 13 15 17 19 21 1 13.4 14.03 12.68 13.84 13.93       2 16.98 17.32 16.24 17.47 17.61 17.65 17.71 17.96 3 19.15 18.14 17.23 18.11 18.79 19.32 18.98 18.78 4 20.44 19.67 19.71 20.56 20.37 20.58 21.73 20.99 5 22.54 21.96 22.29 21.53 21.40 22.10 21.81 22.73 溫度設(shè)定 中高火                                                                        表二微波  烘干法含水率試驗(yàn)結(jié)果
    3、試驗(yàn)結(jié)果分析　     3.1微波烘干時(shí)間的確定     3.1.1微波烘干法測(cè)定含水率與標(biāo)準(zhǔn)含水率差值見表三，五種含水率差值與烘干時(shí)間關(guān)系見圖一。   編號(hào)　 微波烘干時(shí)間（min） 7 9 11 13 15 17 19 21 與標(biāo)準(zhǔn)含水率差值（%） 1 -1.08 -0.45 -1.8 -0.64 -0.55 　 　 　 2 -1.07 -0.73 -1.81 -0.58 -0.44 -0.4 -0.34 -0.09 3 -0.13 -1.14 -2.05 -1.17 -0.49 0.04 -0.3 -0.5 4 -0.36 -1.13 -1.09 -0.24 -0.43 -0.22 0.93 0.19 5 -0.42 -1 -0.67 -1.43 -1.56 -0.86 -1.15 -0.23                                          表三            微波烘干法測(cè) 定含水率與標(biāo)準(zhǔn)含水率差值       3.1.2數(shù)據(jù)分析     結(jié)合表三，從W=14.48%曲線Ⅰ來看，微波烘干法在中高火檔位，烘干時(shí)間從7~15min，含水率均未達(dá)到14.48%，第三點(diǎn)為明顯偏離趨勢(shì)點(diǎn)，相差最小的點(diǎn)為9 min時(shí)0.45%。     從W=18.05%曲線Ⅱ來看，烘干時(shí)間從7~21 min，含水率均未達(dá)到18.05%，第三點(diǎn)為明顯偏離趨勢(shì)點(diǎn)，其余點(diǎn)較有規(guī)律，差值隨著時(shí)間第延趨近于零，相差最小的點(diǎn)為21 min時(shí)0.09%。     從W=19.28%曲線Ⅲ來看，第三點(diǎn)為明顯偏離趨勢(shì)點(diǎn)，其余點(diǎn)較有規(guī)律，差值隨著時(shí)間第延趨近于零并于17 min時(shí)基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，相差最小的點(diǎn)為21 min時(shí)0.09%。     從W=20.80%曲線Ⅳ來看，最佳烘干時(shí)間在17~19 min時(shí)，相差較小的點(diǎn)為17 min時(shí)0.22%和21分鐘的0.19%。     從W=22.96%曲線Ⅴ來看，最佳烘干時(shí)間在9 min或者17~19min時(shí)。     綜上，可靠的最佳烘干時(shí)間屆于17~19 min，含水率在14~22%之間，規(guī)律基本吻合，所以，選定18min為最終烘干時(shí)間。另外，從關(guān)系圖上可以看出第1、2、3點(diǎn)多呈現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)，亦即在7、9、11 min時(shí)，含水率反而在下降，推測(cè)和當(dāng)?shù)赝寥烙袡C(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)含量有關(guān)。     3.2選定微波烘干時(shí)間參數(shù)后對(duì)比試驗(yàn)     基于以上分析，針對(duì)土區(qū)土料試樣，修正微波烘干法試驗(yàn)參數(shù)：選定烘干時(shí)間為18 min，烘干溫度設(shè)定為中高火檔位，進(jìn)行17%、18%、19%、20%含水率測(cè)定對(duì)比試驗(yàn)。     3.2.1采用電熱恒溫烘箱測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)含水率結(jié)果見表四 試樣編號(hào) 組號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 標(biāo)準(zhǔn)含水率（%） 1 16.40 16.50 16.57 16.54 16.70 16.53 16.57 16.56 16.62 16.60 16.56 2 17.87 17.91 17.72 17.85 18.24 17.87 17.67 17.69 17.73 18.27 17.99 18.24 18.12 18.13 18.62 18.05 17.90         3 18.23 18.38 18.31 18.43 18.33 18.33 18.20 18.22 18.27 18.26 18.30 4 19.46 19.33 19.40 19.44 19.41 19.43 19.42 19.36 19.36 19.48 19.41 參數(shù)設(shè)定 t=8h，T=110 ⁰C恒溫                                                        表四                              標(biāo)準(zhǔn)含水率       3.2.2采用微波爐烘干測(cè)定含水率結(jié)果見表五                                      表五                         微波測(cè)定含水率 試樣編號(hào) 組號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 微波含水率（%） 1 16.62 16.75 16.88 16.70 16.78 16.72 16.60 16.76 16.70 16.51 16.70 2 18.23 18.19 18.13 18.28 18.15 18.18 18.21 18.01 17.98 18.18 18.19 18.32 18.11 18.11 18.32 18.41 18.28         3 18.55 18.52 18.24 18.44 18.18 18.79 17.96 18.17 18.48 18.51 18.38 4 19.59 19.53 19.39 19.58 19.26 19.48 19.66 19.86 19.59 19.70 19.56 參數(shù)設(shè)定 t=18min，T=中高火                       3.3相關(guān)分析     將以上W_標(biāo)、W_微數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)點(diǎn)繪到坐標(biāo)紙上（見圖二），可以看出，標(biāo)準(zhǔn)烘干法測(cè)定的含水率W_標(biāo)與對(duì)應(yīng)的微波烘干法測(cè)定的含水率W_微呈一元線性回歸關(guān)系。經(jīng)相關(guān)分析計(jì)算得相關(guān)系數(shù)r=0.978，相關(guān)關(guān)系較密切，另外兩個(gè)系數(shù)A=0.15，B=0.986，屬正相關(guān)。       線性方程為： W_標(biāo)= B*W_微+A     則：W_標(biāo)= 0.986 W_微+0.15     4、結(jié)論     綜上，得到修正公式為：W_標(biāo)= 0.986 W_微+0.15。在實(shí)際施工中，可以參照該公式對(duì)微波烘干法測(cè)定的土料含水率進(jìn)行修正。