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微波烘干法测定土料含水率试验修正值研究
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摘要：对坝体填筑质量控制需要测定土料含水率和压实干密度，其中，含水率是一个重要指标，常规测定用标准烘干法，但标准法用时较长，影响施工进度，实际施工中通常采用快速烘干法。本工程经比较后选用微波炉烘干法测定土料含水率。微波烘干法的准确性与土料性质、烘干温度、烘干时间等因素有关，在施工前，必须对微波烘干测定含水率与标准烘箱测定含水率进行对比试验，确定烘干时间和温度，并用统计方法确定与标准法之间的误差。本文就是通过两种烘干测定含水率方法的对比试验，用数理统计方法求得其相关系数，为土方填筑质量控制提供了一个快速、合理的含水率测定方法。
关键词：含水率试验微波修正
1引言
西段村水库是三门峡市槐扒引黄提水灌溉工程的调蓄水库，由大坝、输水洞、泄洪洞、溢洪道等建筑物组成。其中，大坝为均质土坝，坝长650m，最大坝高46.6m，筑坝土料为重粉质壤土，共计填筑土方157.6万m3。
对坝体填筑质量控制需要测定土料含水率和压实干密度，其中，含水率是一个重要指标，常规测定用标准烘干法，但标准法用时较长，影响施工进度，实际施工中通常采用快速烘干法。本工程经比较后选用微波炉烘干法测定土料含水率。微波烘干法的准确性与土料性质、烘干温度、烘干时间等因素有关，在施工前，必须对微波烘干测定含水率与标准烘箱测定含水率进行对比试验，确定烘干时间和温度，并用统计方法确定与标准法之间的误差。本文就是通过两种烘干测定含水率方法的对比试验，用数理统计方法求得其相关系数，为土方填筑质量控制提供了一个快速、合理的含水率测定方法。
2对比试验
2.1试验依据
本试验依据《土工试验规程》（sl237-1999）。
2.2实验仪器、设备
2.2.1电热恒温电烘箱（北京中兴伟业仪器公司101型）。
2.2.2格兰仕微波炉，wp750l23-6型。
2.2.3电子天平，称量500g，感量0.01g。
2.2.4瓷质小碗若干、皿盒、量筒、玻璃棒、毛刷等。
2.3试样选取
本试验所选土料为工程所用丁村土区q3粉质壤土，有机质含量5。
2.4试验步骤
勘察设计单位提供的《丁村土区工程地质勘查报告》显示土区土料最优含水率为18.9，故本次试验选用14、18、19、20、22五种含水率的土样进行试验。
2.4.1不同含水率土样制备
2.4.2标准含水率测定
采用电热恒温电烘箱，烘干时间采用8h，烘干温度设定为1100c恒温对5种土样同时进行标准含水率测定。结果见表一。
表一标准含水率试验结果
试样编号
1
2
3
4
5
标准含水率（）
14.48
18.05
19.28
20.80
22.96
参数设定
t=8h，t=1100c恒温
2.4.3微波烘干法含水率试验测定
采用wp-750l23-6型微波炉，结合土质情况，烘干温度拟定为中高火（低火烘干时间过长，高火易引起土料化学变化），烘干时间分别设定为7、9、11、13、15、17、19、21min。试验结果见表二。
时间设定（min）
试样编号
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
温度设定
中高火
表二微波烘干法含水率试验结果
3.3相关分析
将以上w标、w微数据相对应点绘到坐标纸上（见图二），可以看出，标准烘干法测定的含水率w标与对应的微波烘干法测定的含水率w微呈一元线性回归关系。经相关分析计算得相关系数r=0.978，相关关系较密切，另外两个系数a=0.15，b=0.986，属正相关。
线性方程为：w标=b*w微 a
则：w标=0.986w微 0.15
4结论
综上，得到修正公式为：w标=0.986w微 0.15。在实际施工中，可以参照该公式对微波烘干法测定的土料含水率进行修正。
3试验结果分析
3.1微波烘干时间的确定
3.1.1微波烘干法测定含水率与标准含水率差值见表三，五种含水率差值与烘干时间关系见图一。
编号
微波烘干时间（min）
7
9
11
13
15
17
19
21
与标准含水率差值（）
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
表三微波烘干法测定含水率与标准含水率差值
3.1.2数据分析
结合表三，从w=14.48曲线ⅰ来看，微波烘干法在中高火档位，烘干时间从7~15min，含水率均未达到14.48，第三点为明显偏离趋势点，相差最小的点为9min时0.45。
从w=18.05曲线ⅱ来看，烘干时间从7~21min，含水率均未达到18.05，第三点为明显偏离趋势点，其余点较有规律，差值随着时间第延趋近于零，相差最小的点为21min时0.09。
从w=19.28曲线ⅲ来看，第三点为明显偏离趋势点，其余点较有规律，差值随着时间第延趋近于零并于17min时基本达到标准值，相差最小的点为21min时0.09。
从w=20.80曲线ⅳ来看，最佳烘干时间在17~19min时，相差较小的点为17min时0.22和21分钟的0.19。
从w=22.96曲线ⅴ来看，最佳烘干时间在9min或者17~19min时。
综上，可靠的最佳烘干时间届于17~19min，含水率在14~22之间，规律基本吻合，所以，选定18min为最终烘干时间。另外，从关系图上可以看出第1、2、3点多呈现下降态势，亦即在7、9、11min时，含水率反而在下降，推测和当地土壤有机质、矿物质含量有关。
3.2选定微波烘干时间参数后对比试验
基于以上分析，针对土区土料试样，修正微波烘干法试验参数：选定烘干时间为18min，烘干温度设定为中高火档位，进行17、18、19、20含水率测定对比试验。
3.2.1采用电热恒温烘箱测定标准含水率结果见表四
试样编号
组号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均
标准含水率（）
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
参数设定
t=8h，t=1100c恒温
表四标准含水率
3.2.2采用微波炉烘干测定含水率结果见表五
表五微波测定含水率
试样编号
组号
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
参数设定
t=18min，t=中高火
关键词：含水率试验微波修正
1引言
西段村水库是三门峡市槐扒引黄提水灌溉工程的调蓄水库，由大坝、输水洞、泄洪洞、溢洪道等建筑物组成。其中，大坝为均质土坝，坝长650m，最大坝高46.6m，筑坝土料为重粉质壤土，共计填筑土方157.6万m3。
对坝体填筑质量控制需要测定土料含水率和压实干密度，其中，含水率是一个重要指标，常规测定用标准烘干法，但标准法用时较长，影响施工进度，实际施工中通常采用快速烘干法。本工程经比较后选用微波炉烘干法测定土料含水率。微波烘干法的准确性与土料性质、烘干温度、烘干时间等因素有关，在施工前，必须对微波烘干测定含水率与标准烘箱测定含水率进行对比试验，确定烘干时间和温度，并用统计方法确定与标准法之间的误差。本文就是通过两种烘干测定含水率方法的对比试验，用数理统计方法求得其相关系数，为土方填筑质量控制提供了一个快速、合理的含水率测定方法。
2对比试验
2.1试验依据
本试验依据《土工试验规程》（sl237-1999）。
2.2实验仪器、设备
2.2.1电热恒温电烘箱（北京中兴伟业仪器公司101型）。
2.2.2格兰仕微波炉，wp750l23-6型。
2.2.3电子天平，称量500g，感量0.01g。
2.2.4瓷质小碗若干、皿盒、量筒、玻璃棒、毛刷等。
2.3试样选取
本试验所选土料为工程所用丁村土区q3粉质壤土，有机质含量5。
2.4试验步骤
勘察设计单位提供的《丁村土区工程地质勘查报告》显示土区土料最优含水率为18.9，故本次试验选用14、18、19、20、22五种含水率的土样进行试验。
2.4.1不同含水率土样制备
2.4.2标准含水率测定
采用电热恒温电烘箱，烘干时间采用8h，烘干温度设定为1100c恒温对5种土样同时进行标准含水率测定。结果见表一。
表一标准含水率试验结果
试样编号
1
2
3
4
5
标准含水率（）
14.48
18.05
19.28
20.80
22.96
参数设定
t=8h，t=1100c恒温
2.4.3微波烘干法含水率试验测定
采用wp-750l23-6型微波炉，结合土质情况，烘干温度拟定为中高火（低火烘干时间过长，高火易引起土料化学变化），烘干时间分别设定为7、9、11、13、15、17、19、21min。试验结果见表二。
时间设定（min）
试样编号
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
温度设定
中高火
表二微波烘干法含水率试验结果
3.3相关分析
将以上w标、w微数据相对应点绘到坐标纸上（见图二），可以看出，标准烘干法测定的含水率w标与对应的微波烘干法测定的含水率w微呈一元线性回归关系。经相关分析计算得相关系数r=0.978，相关关系较密切，另外两个系数a=0.15，b=0.986，属正相关。
线性方程为：w标=b*w微 a
则：w标=0.986w微 0.15
4结论
综上，得到修正公式为：w标=0.986w微 0.15。在实际施工中，可以参照该公式对微波烘干法测定的土料含水率进行修正。
3试验结果分析
3.1微波烘干时间的确定
3.1.1微波烘干法测定含水率与标准含水率差值见表三，五种含水率差值与烘干时间关系见图一。
编号
微波烘干时间（min）
7
9
11
13
15
17
19
21
与标准含水率差值（）
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
表三微波烘干法测定含水率与标准含水率差值
3.1.2数据分析
结合表三，从w=14.48曲线ⅰ来看，微波烘干法在中高火档位，烘干时间从7~15min，含水率均未达到14.48，第三点为明显偏离趋势点，相差最小的点为9min时0.45。
从w=18.05曲线ⅱ来看，烘干时间从7~21min，含水率均未达到18.05，第三点为明显偏离趋势点，其余点较有规律，差值随着时间第延趋近于零，相差最小的点为21min时0.09。
从w=19.28曲线ⅲ来看，第三点为明显偏离趋势点，其余点较有规律，差值随着时间第延趋近于零并于17min时基本达到标准值，相差最小的点为21min时0.09。
从w=20.80曲线ⅳ来看，最佳烘干时间在17~19min时，相差较小的点为17min时0.22和21分钟的0.19。
从w=22.96曲线ⅴ来看，最佳烘干时间在9min或者17~19min时。
综上，可靠的最佳烘干时间届于17~19min，含水率在14~22之间，规律基本吻合，所以，选定18min为最终烘干时间。另外，从关系图上可以看出第1、2、3点多呈现下降态势，亦即在7、9、11min时，含水率反而在下降，推测和当地土壤有机质、矿物质含量有关。
3.2选定微波烘干时间参数后对比试验
基于以上分析，针对土区土料试样，修正微波烘干法试验参数：选定烘干时间为18min，烘干温度设定为中高火档位，进行17、18、19、20含水率测定对比试验。
3.2.1采用电热恒温烘箱测定标准含水率结果见表四
试样编号
组号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均
标准含水率（）
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
参数设定
t=8h，t=1100c恒温
表四标准含水率
3.2.2采用微波炉烘干测定含水率结果见表五
表五微波测定含水率
试样编号
组号
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
参数设定
t=18min，t=中高火
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