颗粒分析实验 文档

密度计法测土的颗粒分析试验

1、岩土试验的目的、意义、重要性及应用

2、土工试验室满足生产和科研各应具备的设备条件

3、密度计法测土的颗粒分析试验

3.1试验目的和意义

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，绘制颗粒大小分配曲线；并作为粉土和粘性土的分类和建筑选料之用。 3.2试验的基本原理与方法

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。

3.3主要仪器设备及耗材

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

1

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。 3.4试验步骤

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 按下式计算土粒有效沉降距离

L?L??VbV?L1?(L0?b) 2A2A (1-2)

式中，L为土粒有效沉降距离，cm；L?为水面至密度计浮泡中心的距离，cm；L1为最低刻度至玻璃杆上各刻度的距离，cm；L0为密度计浮泡中心至最低刻度的距离，cm；Vb为密度计浮泡体积，cm3；A为1000mL量筒的截面积，cm。

⑥ 用所量出的最低刻度至玻璃杆上各刻度的不同距离L1值代入式(1-2), 可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

图 1-3 弯液面校正

2

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 甲种密度计乙种密度计温度 温度 温度（℃） 校正值 校正值 悬液 甲种密度计乙种密度计温度 温度 温度（℃） 校正值 校正值 悬液 甲种密度计乙种密度计温度 温度 温度（℃） 校正值 校正值 表1-2 土粒比重校正值 土粒比重 校正值 甲种密度计 乙种密度计 土粒比重 校正值 甲种密度计 乙种密度计 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

3

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。 3.5实验数据记录

实验数据记录如下

3.6结果整理分析

1、试样颗粒粒径按斯托克斯公式(1-3)计算：

1800?104?LLd???A(Gs?Gwt)?wtgtt (1-3)

式中，d 为土颗粒粒径，mm；? 为水的动力粘滞系数（kPa·s×106）；Gs为土粒比重；

－

Gwt为 toC 时水的比重；ρwt为4oC时纯水的密度，g/cm3；L为土粒下沉距离，cm；t 为土

4

粒下沉时间，s；g为重力加速度(cm/s2)；A为粒径计算系数，与悬液温度和土粒比重有关，可由表1-3查得。

表1-3 粒径计算系数A值表 温度 t (℃) 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 土粒比重Gs 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

X?1?CG?(R?mt?n?CD)?100％ ms (1-4)

式中，X为小于某粒径的试样质量的百分比，％；ms为土样干质量，g；CG为土粒比重校正值, 查表1-2；R 为甲种密度计读数；mt为悬液温度校正值，查表1-1；n为弯液面校

5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1d82.html