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微波炉测试含水率研究

2007年
前言
  土工试验规范规定土的含水率是试样在105—110度下烘干到恒量时所失去的水质量和达到恒量后土质量的比值，以百分数表示。含水率试验主要以烘干法为室内试验的标准方法。在野外没有烘箱设备或要求快速测试含水率时，可以依据工程情况分别采用酒精燃烧法（适用于简易测定细颗粒土的含水率），比重法（适用于砂类土）以上两种试验适用于（泥炭，腐植质及其他）含量不超过干质量5%的土，当土中有机质含量在5%—10%之间，仍用规范规定的方法进行试验，但需要注明有机质含量。在工程施工过程往往是野外，试验条件有限，而且高强度施工进度要求及时提供试验数据满足工程质量要求，所以利用现代科技研究一种快速、简单的而且不影响土的工程性质的含水率测试方法，是每一个试验工作者所研究的目标，笔者在省内某大型水利工程工地对粘土的含水率进行数百组微波炉法测试。并对可行性试验数据进行分析。
1、试验用土的物理力学性指标
1.1粘土物理力学复查指标
 
 
项目
 
 
统计组数
比重
液限
塑限
塑性指数
颗粒组成百分数(%)
击实
砾粒
砂砾
粉粒
粘粒
最大干密度
最优含水率
细
粗
中
细
Gs
wL
wp
IP
粒径以毫米计(mm)
pdmax
wop
 
%
%
 
20~2
2~0.5
0.5~0.25
0.025~0.075
0.25~0.05
0.05~0.005
<0.005
g/cm3
%
A区
12
2.71
38.1
22.4
15.3
 
2.09
1.61
1.99
11.57
56.89
25.85
1.68
19.48
B区
11
2.7
36.5
22.3
14.3
 
2.59
3.02
3.48
10.43
50.18
28.45
1.72
17.9
平均值
11.5
2.71
37.3
22.35
14.8
 
4.01
2.32
2.74
11
53.54
27.15
1.70
18.69
[作者简介]：刘小伟（1967年）女，黑龙江省哈尔滨人，工程师
  1.2 有机质含量 小于2％
  1.3 水溶盐含量 小于3％
  1.4 PH值 小于7
2、试验仪器
  2.1三星牌 型号:N8C77微波炉 额定电压220V_50HZ 1250W
  输出:2450MHZ 700W
　2.2、LG牌型号:WP700(MS-2030T)微波炉
　产品号:(mc-2030tw) 额定电压:220V-50HZ
　输出功力：700W
　2.3、烘箱型号
  2. 4 电子天平型号ES-2000A和EX_2000A 感量0.01克
  2.5 试验用的容器,瓷制带盖的坩埚质量在50ML 100ML质量在 40_60克和 90_100克内
3、试验取分50克以下、50—100克 100—150克三组
4、试验时间
  4.1 微波炉时间为 20分钟 30分钟 40分钟
  4.2 烘箱时间是8_10小时
5、试验温度
  5.1烘箱温度控制在105_110度
  5.2微波炉温度采用中波
6、试验数据汇总
  在土坝施工现场取表观含水率变化均匀数量充足试验样,对所取试样分别采用微波法和标准试验方法烘箱法做对比试验,为了尽量减少试验误差,两种试验所用计量天平和盛土容器,取样数量相同,烘箱法采用规程规定的时间9小时,及其规定的取土质量进行试验,微波法采用调整时间和调整土样质量，调整微波炉品牌的方法进行对比试验。
6.1微波法时间变化,试样质量不变,微波炉型号不变
微波炉型号
温度
时间
试验组数
天平型号
所用试样质量
容器规格
平均含水率%
备注
LG牌WP700
中波
20分
10
ES-2000A
45克
50ml
19.5
随着时间变化,含水率的平行差小于0.5%
LG牌WP700
中波
30分钟
10
ES-2000A
45克
50ml
19.6
LG牌WP700
中波
40分钟
10
ES-2000A
45克
50ml
19.6
LG牌WP700
中波
20分
10
ES-2000A
90克
90ml
18.4
随着时间的变化含水率的平行差大于1%,说明中波20分钟不可取
LG牌WP700
中波
30分钟
10
ES-2000A
90克
90ml
19.5
LG牌WP700
中波
40分钟
10
ES-2000A
90克
90ml
19.6
LG牌WP700
中波
20分
10
ES-2000A
110克
90ml
17.0
随着时间的变化含水率的平行差大于1%,说明中波20分钟30分钟不可取,取40分钟.
LG牌WP700
中波
30分钟
10
ES-2000A
110克
90ml
18.0
LG牌WP700
中波
40分钟
10
ES-2000A
110克
90ml
19.5
 
烘箱型号
温度
时间
试验组数
天平型号
所用试样数量
容器规格
平均含水率
备注
 
105度
9小时
10
ES-2000A
45克
50ml
18.9
含水率平行差变化平稳。
 
105度
9小时
10
ES-2000A
90克
50ml
18.9
 
105度
9小时
10
ES-2000A
110克
50ml
18.8
 
6.2微波法时间不变,均取(30分钟)试样质量变化,微波炉型号不变
微波炉型号
温度
时间
试验组数
天平型号
所用试样数量
容器规格
平均含水率
备注
LG牌WP700
中波
30分钟
10
ES-2000A
45克
50ml
19.6
随着土样质量的变化,含水率平行差增大,
LG牌WP700
中波
30分钟
10
ES-2000A
90克
90ml
19.1
LG牌WP700
中波
30分钟
10
ES-2000A
110克
90ml
17.7
LG牌WP700
中波
40分钟
10
ES-2000A
45克
50ml
19.8
随着土样质量的变化,含水率平行差变化平稳
LG牌WP700
中波
40分钟
10
ES-2000A
90克
90ml
19.6
LG牌WP700
中波
40分钟
10
ES-2000A
110克
90ml
19.6
烘箱型号
温度
时间
试验组数
天平型号
所用试样数量
容器规格
平均含水率
备注
2020型
105度
9小时
10
ES-2000A
45克
50ml
18.9
 
2020型
105度
9小时
10
ES-2000A
90克
50ml
18.9
 
2020型烘干炉
105度
9小时
10
ES-2000A
110克
50ml
18.8
 
6.3 微波炉采用三星N8C77型,烘箱型号 电子天平型号 其他条件与6.1,6.2的试验条件相同,含水率变化与6.1,6.2相似,所以其数据略.
7、试验数据分析
  7.1采用两种不同品牌的，型号相同的微波炉，对45克土样，分别用中波20分钟、30分钟、40分钟烘干，做同等条件下用烘箱标准法做对比分析，试验结果表明45克土样，微波法烘干20分钟，30分钟，40分钟，与室内标准试验（烘箱法）对比含水率平行差变化不大0.7%在规程允许范围内(规范要求1%)。
  7.2采用两种不同品牌的，型号相同的微波炉，对90克土样，分别用中波20分钟、30分钟、40分钟烘干，做同等条件下用烘箱标准法做对比分析，试验结果表明90克土样，微波法烘干20分钟时未烘干到恒重,故舍去,30分钟，40分钟，含水率平行差变化在规范允许范围内,与室内标准试验（烘箱法）对比含水率平行差变化不大0.8%在规程允许范围内(规范要求1%)。
  7.3采用两种不同品牌的，型号相同的微波炉，对110克土样，分别用中波20分钟、30分钟、40分钟烘干，做同等条件下用烘箱标准法做对比分析，试验结果表明110克土样，微波法烘干20分钟,30分钟时未烘干到恒重,故舍去,40分钟，含水率平行差变化在规范允许范围内,与室内标准试验（烘箱法）对比含水率平行差变化不大0.8%在规程允许范围内。
  7.4采用两种不同品牌的，型号相同的微波炉，烘干时间在30分钟时,土的质量分别为45克,90克,110克时所测含水率与室内标准试验(烘箱法)对比,45克土样含水率平行差为0.7%,满足规范要求。90克土样含水率平行差0.2%,满足规范要求。110克土样含水率平行差1.1%。不满足规范要求。
  7.5采用两种不同品牌的，型号相似的微波炉，烘干时间在40分钟时,土的质量分别对45克,90克,110克时所测含水率与室内标准试验(烘箱法)对比,45克土样含水率平行差为0.9%,满足规范要求。90克土样含水率平行差0.7%,满足规范要求。110克土样含水率平行差0.8%。满足规范要求。
8、试验结论
  笔者通过对比试验，并通过对省内大型水利工程中的应用，3年来试验数据稳定方法可行，得出以下结论：
  8.1不同品牌,型号和功率相同的微波炉,在中波条件下,其试验结果与标准试验(烘箱法)试验结果对比,平行差满足规范要求,微波炉法比标准法高0.7%_0.8%,说明微波炉的品牌对试验结果无影响.
  8.2当土样质量在<50克时,采用中波烘20分钟的试验结果与标准试验(烘箱法)对比平行差满足规范要求,可取.
  8.3当土样质量在50_100克时,采用中波烘30分钟的时样结果与标准试验(烘箱法)对比平行差满足规范要求,可取.
  8.4当土样质量在100_150克时,采用中波烘40_60分钟的时样结果与标准试验(烘箱法)对比平行差满足规范要求,可取.
  8.5采用微波炉法做土的含水率试验，其试验结果具有科学可行性，可以提高工作效率，减低工程成本，可以满足现代化高强度施工要求。
参考文献：1《土工试验规程》SL237—1999

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