任务1.2 土的含水率试验
【任务描述】
土的含水率是指土样在105～110℃温度下烘到恒重时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值，以百分数表示。
含水率是土的基本物理性质指标之一，它反映了土的软硬、干湿状态，它的变化将使土的一系列物理力学性质随之发生变化，如黏性土的强度和压缩性、天然地基的承载力等；含水率是计算土的干密度、孔隙率、饱和度、液性指数、塑性指数等指标不可缺少的依据，也是控制建筑物地基、路堤、土坝等施工质量的重要指标。然而如何正确得到土的含水率指标？我们来学习土的含水率测试方法。
【任务分析】
本任务首先学习土的含水率测试方法、适用范围、仪器配备、步骤、数据的记录整理。掌握了土的含水率测试方法，再结合具体的工程实例进行实践操作和数据的分析整理，最后把成果运用于项目工程当中。
含水率试验方法主要有烘干法、酒精燃烧法、比重法等，其中以烘干法为室内含水率试验的标准方法。
【任务实施】
11.2.1 烘干法
烘干法是将土样放在温度能保持105～110℃的恒温烘箱中烘至恒量的试验方法。该法既操作简单，又能确保质量，是测定土的含水率的标准方法。
土中的含水率因烘干温度的不同而使蒸发量有所变化，因此在试验时必须规定烘干温度，目前国内外土工试验标准大多采用105～110℃。因为土中的强结合水需要温度高于120℃才能析出，因此对于黏性土，烘干法试验中测得的干土质量实际上是土粒质量与强结合水质量之和。
1.适用范围
烘干法适用于测定粗粒土、细粒土、有机质土和冻土的含水率。
2.仪器设备
（1）恒温烘箱。温度能保持105～110℃的电热恒温烘箱或其他能源恒温烘箱。
（2）天平。称量200g，最小分度值0.01g；称量1000g，最小分度值0.1g。在试验中，应根据试样质量的大小选择适当最小分度值的天平，以保证试验数据具有必要的有效数字。
（3）其他。装有干燥剂的干燥容器；恒质量的铝制称量盒。对于铝盒质量，由于磨损及氧化作用会随时间发生变化，因此应在使用3～6个月后测定一次铝盒质量。
3.操作步骤
（1）选取一定量的具有代表性试样（细粒土15～30g，砂类土、有机质土和整体状构造冻土50g，砂砾石1～2kg），放入称量盒内，立即盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g。试验所需试样的最低限量与试样的最大粒径和均匀程度密切相关，砂类土持水性差，颗粒大小相差悬殊，含水率易于变化，所以砂类土相对于细粒土应多取一些。对于有机质含量超过5%的土和整体状构造冻土，因土质不均匀，采用烘干法时，也应相应多取些。
（2）打开盒盖，将试样和称量盒一起放入烘箱内，在105～110℃的恒温下烘至恒量。试样烘干至恒量所需的时间与土的类别、取土数量和起始含水率等因素有关，一般情况下，粉土、黏性土烘干时间宜为8～10h，砂类土宜烘6～8h，但当某些试样数量过多或试样起始含水率过高时，需根据实际情况适当延长烘干时间。但对于含有机质的土，在105～110℃进行长时间烘干时，由于有机质会在烘干过程中逐渐分解而不断损失，使测得的含水率比实际的含水率偏大；而对于含有石膏或其他硫酸盐矿物的土，在105～110℃烘干时也会使其损失结晶水，所以对于有机质超过干土质量5%的土、含石膏或其他硫酸盐矿物的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下烘干12～15h。
（3）将烘干后的试样和称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥器内冷却至室温。冷却时间一般为0.5～1h。
（4）将试样和称量盒从干燥器内取出，称盒加干土质量，准确至0.01g。
4.结果整理
（1）计算。试样的含水率应按下式计算，计算至0.1%：
（2）试验记录。烘干法测含水率的试验记录格式见表1.6。
表1.6 含水率试验记录表
（3）允许平行差。烘干法试验应对两个试样进行平行测定，当两次测定含水率的差值在允许范围内时，取其算数平均值作为该土样的含水率。允许平行差值应符合表1.7规定。平行试验的含水率允许平行差值，是针对均匀的同一块土样在试验过程中取两个试样测定含水率时产生的误差，对于不同点取样的含水率试验结果，取平均值时不受此限制。
表1.7 含水率测定的允许平行差值
11.2.2 酒精燃烧法
酒精燃烧法是将土样和酒精拌和，点燃酒精，随着酒精的燃烧使土样水分快速蒸发的一种含水率测定方法。
1.适用范围
酒精燃烧法适用于快速简易且较准确测定细粒土（含有机质或石膏等硫酸盐的土除外）的含水率，特别适用于没有烘箱或土样较少的情况对细粒土进行含水率测试。由于酒精燃烧法无法控制燃烧温度，一般不能用于测定含有机质的土、含石膏或其他硫酸盐的土和重黏土等土体。对于粗粒土，因需耗费大量酒精，很不经济，故也不宜采用酒精燃烧法。
2.仪器设备
（1）称量盒。恒质量的铝制称量盒。
（2）天平。称量200g，最小分度值0.01g。
（3）酒精。纯度不低于95%。
（4）其他。滴管、火柴和调土刀等。
3.操作步骤
（1）选取一定量的具有代表性的试样（黏性土5～10g，砂类土20～30g），放入称量盒内，立即盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g。
（2）打开盒盖，用滴管将酒精注入放有试样的称量盒中，直至盒中出现自由液面为止。为使酒精在试样中充分混合均匀，可将盒底在试验台面上轻轻敲击。
（3）将盒中酒精点燃，并烧至火焰自然熄灭。
（4）将试样冷却数分钟后，按上述步骤（2）和（3）再重复燃烧两次，当第三次火焰熄灭后，立即盖上盒盖，称盒加干土质量，准确至0.01g。在试验中，为使酒精在试样中充分混合均匀，在燃烧时可轻敲称量盒，而且只有在确定上一次的酒精燃烧完全熄灭后才能加下一次酒精，以免发生危险。
4.结果整理
（1）试验记录。酒精燃烧法测定含水率的试验记录格式与烘干法相同，见表1.6。
（2）计算和允许平行差。酒精燃烧法试验同样应对两个试样进行平行测定，其含水率计算和允许平行差值与烘干法相同。
1.2.3 比重法
比重法是通过测定湿土体积，估计土粒比重，从而间接计算土的含水率的方法。在比重法试验时，由于没有考虑到温度的影响，因此所得的结果准确度较差。
1.适用范围
土体内气体能否充分排出，将直接影响到试验结果的精度，故比重法仅适用于砂类土。
2.仪器设备
（1）玻璃瓶。容积500mL以上。
（2）天平。称量1000g，最小分度值0.5g。
（3）其他。漏斗、小勺、吸水球、玻璃片、土样盘及玻璃棒等。
3.操作步骤
（1）选取具有代表性的砂类土试样200～300g，放入土样盘中。
（2）向玻璃瓶中注入清水至1/3左右，然后通过漏斗将土样盘中的试样全部倒入玻璃瓶内，并用玻璃棒搅拌1～2min，直到试样内所含气体完全排出为止。
（3）向玻璃瓶中加清水至全部充满，静置1min后用吸水球吸去泡沫，再加清水使其全部充满，盖上玻璃片，将瓶外壁擦干，称盛满混合液的玻璃瓶质量，准确至0.5g。
（4）倒去玻璃瓶中的混合液，并将玻璃瓶洗净，然后再向玻璃瓶中加清水至全部充满，盖上玻璃片，将瓶外壁擦干，称盛满清水的玻璃瓶质量，准确至0.5g。
4.结果整理
（1）计算。按式（1.12）计算土的含水率，结果计算至0.1%：
（2）试验记录。比重法测砂类土含水率的试验记录格式见表1.8。
（3）允许平行差。比重法试验同样应对两个试样进行平行测定，并取其算术平均值，平行测定结果的允许平行差值与烘干法相同。
表1.8 含水率试验记录表（比重法）
