T0116-2007密度计法 

1 目的和适用范围
  本试验适用于分析粒径小于0.075mm 的细粒土。
2 仪器设备
2.1 密度计
2.1.1 甲种密度计：刻度单位以20℃时每1000mL 悬液内所含土质量的克数表示，刻度为-5～50，最小分度值为0.5。
2.1.2 乙种密度计：刻度单位以20℃时悬液的比重表示，刻度为0.995～1.020，最小分度值为.0002。 2.2 量筒：容积为1000mL，内径为60mm，高度为350±10mm，刻度为0～1000mL。
2.3 细筛：孔径为2mm、1mm、0.5mm、0.25mm；洗筛：孔径为0.075mm。
2.4 天平：称量200g，感量0.01g。
2.5 温度计：测量范围0～50℃，精度0.5℃。
2.6 洗筛漏斗：上口径略大于洗筛直径，下口直径略小于量筒直径。
2.7 煮沸设备：电热板或电砂浴。
2.8 搅拌器：底板直径50mm，孔径约3mm。
2.9 其他：离心机、烘箱、三角烧瓶（500mL）、烧杯（400mL）、蒸发皿、研钵、木碾、称量铝盒，秒表等。
3 试剂
浓度25%氨水、氢氧化钠（NaOH）、草酸钠（Na2C2O4）、六偏磷酸钠[（NaPO3）6]、焦磷酸钠Na4P2O7·10H2O）等，如须进行洗盐手续，应有10%盐酸、5%氯化钡、10%硝酸、5%硝酸银及6%双氧水等。
4 试样
密度计分析土样应采用风干土。土样应充分碾散，通过2mm 筛（土样风干可在烘箱内以不超过50℃鼓风干燥）。
求出土样的风干含水率，并按下式计算试样干质量为30g 时所需的风干土质量。准确至0.01g。
m＝ms（1＋0.01w） （T 0116-1）
式中： m——风干土质量（g），计算至0.01g；
ms——密度计分析所需干土质量（g）；
w——风干土的含水率（%）。
5 密度计校正
5.1 密度计刻度及弯月面校正：按《标准玻璃浮计检定规程》（JJG 86）进行，土粒沉降距离校正参见本试验条文说明。
5.2 温度校正：当密度计的刻制温度是20℃，而悬液温度不等于20℃时，应进行校正，校正值查表T 0116-1。 表 T 0116-1 温度校正值悬液温度 （℃）甲种密度计温度校正值mT乙种密度计温 度校正值mT ’悬液温度 （℃）甲种密度计温 度校正值 T乙种密度计温度 校正值 mT ’
10.0 -2.0 -0.0012 20.2  0.0 +0.0000
10.5 -1.9 -0.0012 20.5 +0.1 +0.0001
11.0 -1.9 -0.0012 21.0 +0.3 +0.0002
11.5 -1.8 -0.0011 21.5 +0.5 +0.0003
12.0 -1.8 -0.0011 22.0 +0.6 +0.0004
12.5 -1.7 -0.0010 22.5 +0.8 +0.0005
13.0 -1.6 -0.0010 23.0 +0.9 +0.0006
13.5 -1.5 -0.0009 23.5 +1.1 +0.0007
14.0 -1.4 -0.0009 24.0 +1.3 +0.0008
14.5 -1.3 -0.0008 24.5 +1.5 +0.0009
15.0 -1.2 -0.0008 25.0 +1.7 +0.0010
15.5 -1.1 -0.0007 25.5 +1.9 +0.0011
16.0 -1.0 -0.0006 26.0 +2.1 +0.0013
16.5 -0.9 -0.0006 26.5 +2.2 +0.0014
17.0 -0.8 -0.0005 27.0 +2.5 +0.0015
17.5 -0.7 -0.0004 27.5 +2.6 +0.0016
18.0 -0.5 -0.0003 28.0 +2.9 +0.0018
18.5 -0.4 -0.0013 28.5 +3.1 +0.0019
19.0 -0.3 -0.0002 29.0 +3.3 +0.0021
19.5 -0.1 -0.0001 29.5 +3.5 +0.0022
20.0 -0.0 -0.0000 30.0 +3.7 +0.0023
5.3 土粒比重校正：密度计刻度应以土粒比重2.65 为准。当试样的土粒比重不等于2.65时，应进行土粒比重校正。校正值查表T 0116-2。
表 T 0116-2 土粒比重校正值土粒比重
 甲种密度计 （CG）乙种密度计 （CG’）土粒比重甲种密度计 （CG）乙种密度计 （CG’）
2.50 1.038 1.666 2.70 0.989 1.588
2.52 1.032 1.658 2.72 0.985 1.581
2.54 1.027 1.649 2.74 0.981 1.575
2.56 1.022 1.641 2.76 0.977 1.568
2.58 1.017 1.632 2.78 0.973 1.562
2.60 1.012 1.625 2.80 0.969 1.556
2.62 1.007 1.617 2.82 0.965 1.549
2.64 1.002 1.609 2.84 0.961 1.543
2.66 0.998 1.603 2.86 0.958 1.538
2.68 0.993 1.595 2.88 0.954 1.532
5.4 分散剂校正：密度计刻度系以纯水为准，当悬液中加入分散剂时，相对密度增大，故须加以校正。
注纯水入量筒，然后加分散剂，使量筒溶液达1000mL。用搅拌器在量筒内沿整个深度上下搅拌均匀，恒温至20℃。然后将密度计放入溶液中，测记密度计读数。此时密度计读数与20℃时纯水中读数之差，即为分散剂校正值。
6 土样分散处理
土样的分散处理，采用分散剂。对于使用各种分散剂均不能分散的土样（如盐渍土等），须进行洗盐。
对于一般易分散的土，用25%氨水作为分散剂，其用量为：30g 土样中加氨水1mL。对于用氨水不能分散的土样，可根据土样的pH 值，分别采用下列分散剂：
6.1 酸性土（pH＜6.5），30g 土样加0.5mol/L 氢氧化钠20mL。溶液配制方法：称取20gNaOH（化学纯），加蒸馏水溶解后，定容至1000mL，摇匀。
6.2 中性土（pH=6.5～7.5），30g 土样加0.25mol/L 草酸钠18mL。溶液配制方法：称取3.5g Na2C2O4（化学纯），加蒸馏水溶解后，定容至1000mL，摇匀。
6.3 碱性土（pH＞7.5），30g 土样加0.083mol/L 六偏磷酸钠15mL。溶液配制方法：称取51g （NaPO3）6（化学纯），加蒸馏水溶解后，定容至1000mL，摇匀。
6.4 若土的pH 大于8，用六偏磷酸钠分散效果不好或不能分散时，则30g 土样加0.125mol/L 焦磷酸钠14mL。溶液配制方法：称取55.8g Na4P2O7·10H2O（化学纯），加蒸馏水溶解后，定容至1000mL，摇匀。
对于强分散剂（如焦磷酸钠）仍不能分散的土，可用阳离子交换树脂（粒径大于2mm的）100g 放入土样中一起浸泡，不断摇荡约2h，再过2mm 筛，将阳离子交换树脂分开，然后加入0.083mol/L 六偏磷酸15mL。
对于可能含有水溶盐，采用以上方法均不能分散的土样，要进行水溶盐检验。其方法是：取均匀试样约3g，放入烧杯内，注入4～6mL 蒸馏水，用带橡皮头的玻璃棒研散，再加25mL蒸馏水，煮沸5～10min，经漏斗注入30mL 的试管中，塞住管口，放在试管架上静置一昼夜。若发现管中悬液有凝聚现象（在沉淀物上部呈松散絮绒状），则说明试样中含有足以使悬液中土粒成团下降的水溶盐，要进行洗盐。
7 洗盐（过滤法）
7.1 将分散用的试样放入调土皿内，注入少量蒸馏水，拌和均匀。将滤纸微湿后紧贴于漏斗上，然后将调土皿中土浆迅速倒入漏斗中，并注入热蒸馏水冲洗过滤。附于皿上的土粒要全部洗入漏斗。若发现滤液混浊，须重新过滤。
7.2 应经常使漏斗内的液面保持高出土面约5mm。每次加水后，须用表面皿盖住。
7.3 为了检查水溶盐是否已洗干净，可用两个试管各取刚滤下的滤液3～5mL，管中加入数滴10%盐酸及5%氯化钡；另一管加入数滴10%硝酸及5%硝酸盐。若发现任一管中有白色沉淀时，说明土中的水溶盐仍未洗净，应继续清洗，直至检查时试管中不再发现白色沉淀时为止。将漏斗上的土样细心洗下，风干取样。
8 试验步骤
8.1 将称好的风干土样倒入三角烧瓶中，注入蒸馏水200mL，浸泡一夜。按前述规定加入分散剂。
8.2 将三角烧瓶稍加摇荡后，放在电热器上煮沸40min（若用氨水分散时，要用冷凝管装置；若用阳离子交换树脂时，则不须煮沸）。
8.3 将煮沸后冷却的悬液倒入烧杯中，静置1min，把上部悬液通过0.075mm 筛，注入1000mL 量筒中，杯中沉土用带橡皮头的玻璃棒细心研磨。加水入杯中，搅拌后静置1min，再将上部悬液通过.075mm 筛，倒入量筒。反复进行，直至静置lmin 后，上部悬液澄清为止。最后将全部土粒倒入筛内，用水冲洗至仅有大于0.075mm 净砂为止。注意量筒内的悬液总量不要超过1000mL。
8.4 将留在筛上的砂粒洗入皿中，风干称量，并计算各粒组颗粒质量占总土质量的百分数。
8.5 向量筒中注入蒸馏水，使悬液恰为1000mL（如用氨水作分散剂时，这时应再加入25%氨水0.5mL，其数量包括在1000mL 内）。
8.6 用搅拌器在量筒内沿整个悬液深度上下搅拌1min，往返各约30次，使悬液均匀分布。
8.7 取出搅拌器，同时开动秒表。测记0.5min、1min、5min、15min、30min、60min、120min、0min 及1440min 的密度计读数，直至小于某粒径的土重百分数小于10%为止。每次读数
前10～20s 将密度计小心放入量筒至约接近估计读数的深度。读数以后，取出密度计（0.5min及1min 读数除外），小心放入盛有清水的量筒中。每次读数后均须测记悬液温度，准确至0.5℃。
8.8 如一次作一批土样（20个），可先做完每个量筒的0.5min 及1min 读数，再按以上步骤将每个土样悬液重新依次搅拌一次。然后分别测记各规定时间的读数。同时在每次读数后测记悬液的温度。
8.9 密度计读数均以弯月面上缘为准。甲种密度计应准确至1，估读至0.1；乙种密度计应准确至.001，估读至0.0001。为方便读数，采用间读法，即0.001读作1，而0.0001读作0.1。这样既便于读数，又便于计算。
9 结果整理
9.1 小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比按下列公式计算：
9.1.1 甲种密度计
（T 0116-2）
式中： X——小于某粒径的土质量百分数，计算至0.1%；
Ms——试样质量（干土质量）（g）；
Cg——比重校正值，查表T 0116-2；
ps——土粒密度（g/cm3）；
pw20——20℃时水的密度（g/cm3）；
mt——温度校正值，查表T 0116-1；
n——刻度及弯月面校正值；
Cd——分散剂校正值；
Rm——甲种密度计读数。
9.1.2 乙种密度计
（T 0116-3）
式中： X——小于某粒径的土质量百分数，计算至0.1%；
V——悬液体积（＝1000mL）；
ms——试样质量（干土质量）（g）；
Cg ——比重校正值，查表T 0116-2；
ps——土粒密度（g/cm3）；
n’ ——刻度及弯月面校正值；
Cd——分散剂校正值；
Rm——乙种密度计读数；
pw20——20℃时水的密度（g/cm3）；
mt——温度校正值，查表T 0116-1。 
9.2 土粒直径按下列公式计算，也可按图T 0116-1 确定。（T 0116-4）
图T 0116-1 土粒直径列线图
式中： ——土粒直径（mm），计算至0.0001 且含两位有效数字；
——水的动力黏滞系数（参见“渗透试验”）（10-6kPa·s ）；
——4℃时水的密度（g/cm3）；
——土粒比重；
——温度t ℃时水的比重；
——某一时间ｔ内的土粒沉降距离（cm）；
——重力加速度（981cm/s2）；
——沉降时间（s）。
为了简化计算，公式（T 0116-4）可写成：，与悬液温度和土粒比重有关，其值见图T 0116-2。
9.3 以小于某粒径的颗粒百分数为纵坐标，以粒径（mm）为横坐标，在半对数纸上，绘制粒径分配曲线（图T 0116-3）。求出各粒组的颗粒质量百分数，并且不大于的数据点至少有一个。如系与筛分法联合分析，应将两段曲线绘成一平滑曲线。
图 T0116-3 粒径分配曲线
9.4 本试验记录格式如表T 0116-3。
表 T 0116-3 颗粒分析试验记录（甲种密度计）
工程名称---------- 土粒比重2.74        试 验 者----------
土样编号---------- 比重校正值---------- 计 算 者----------
土样说明---------- 密度计号     甲4    校 核 者----------
烘干土质量   g     量筒编号--------  -- 试验日期----------
下沉时间悬液温度密度计读数温度较正值分散剂校正值刻度及弯月面校正R RH土粒沉降落距粒径小于某粒径的土质量百分数t （min）t（℃）Rm mt CD n Rm+mt+n-CDRCG L（cm）
D（mm）X（%）
0.5 19.50 29.7 -0.1 1.3 2.06 30.36 29.78 10.49 0.0614 99.3
1 19.50 27.2 -0.1 1.3 2.10 27.90 27.37 12.25 0.0469 91.2
5 19.50 23.6 -0.1 1.3 2.03 24.23 23.77 12.43 0.0211 79.2
15 19.50 19.5 -0.1 1.3 2.00 20.10 19.72 12.94 0.0124 65.7
30 20.00 15.7 0.0 1.3 2.08 16.48 16.17 13.23 0.0088 53.9
60 20.00 9.4 0.0 1.3 1.95 10.05 9.86 13.93 0.0064 32.9
120 20.00 4.8 0.0 1.3 2.10 5.60 5.49 14.19 0.0046 18.3
240 20.00 2.4 0.0 1.3 1.92 3.02 2.96 15.74 0.0034 9.9
10 报告
10.1 土样状况描述。
10.2 颗粒分析试验记录表。
10.3 土的颗粒级配曲线。
 
条文说明
 
2 由于不同浓度溶液的表面张力不同，弯月面的上升高度也不同，密度计在生产后其刻度与密度计的几何形状、质量等均有关。因此，需进行刻度、有效沉降距离和弯月面的校正。
3 本试验选用的试剂供作分散处理和洗盐之用，其中六偏磷酸钠和焦磷酸钠属强分散剂。
4 密度计分析用的土样采用风干土，试样质量为30g，即悬液浓度为3％。
5 密度计进行温度、土粒比重和分散剂的校正。
6 根据对分散剂和分散方法的试验研究结果，特对分散剂和分散方法作如下规定：进行土的分散之前，用煮沸后的蒸馏水，按1：5的土水比浸泡土样，摇振3min，澄清约半小时后，用酸度计或pH试纸测定土样悬液的pH值。按照酸性土（pH≤6.5）、中性土（6.5＜pH≤7.5）、碱性土（pH＞7.5）分别选用分散剂。这样，就可避免采用一种分散剂所带来的偏差。
  对酸性土（30g土样），加0.5mol/L氢氧化钠20mL；对中性土（30g土样），加0.25mol/L草酸钠18mL；对碱性土（30g土样），加0.083mol/L六偏磷酸钠15mL。若土的pH值大于8，
  六偏磷酸钠分散效果不好或不好分散时，另用30g土样加0.125mol/L焦磷酸钠14mL进行分散。加入以上分散剂稍加振荡，煮沸40min，即可分散。
  对于用强分散剂（如焦磷酸钠）仍不能分散的土样，可用阳离子树酯（粒径大于2mm）100g投入浸泡的土样中，不断搅拌，使之进行交换，历时约2h，观察其不起泡时为止，说明此时离子交换基本完成。再过2mm筛，将阳离子树脂与土样悬液分开，然后在土样悬液中加入0.083mol/L六偏磷酸钠15mL，不煮沸即可分散。交换后的树脂，加盐酸处理，使之恢复后，仍能继续使用。
7 本规程规定对易溶盐含量超过总量0.5％的土样须进行洗盐，采用过滤法。
  洗盐的检验方法，本规程采用目测法。此外尚可采用“电导法”，其具体操作方法详见有关的试验规程。电导法效率高，操作方便、准确。它的原理是根据电导率在低浓度溶液范围内，与悬液中易溶盐成正比关系。由于导电率因盐性不同其值也不一，故对不同地区不同盐性的土类，做标准样试验。
  当对含有易溶盐超过0.5％的土进行密度计或移液管法颗粒分析时，若不洗盐，将对试验结果产生显著的影响。
8 本规程所规定的试验步骤适用于甲、乙两种密度计。
9 土粒直径计算公式，多采用以下两式表达： （T 0116-6）
以上两式中的、，其计量单位系力学单位制的导出单位，分别为[10-2g/（cm·s）]、（10-5g·s/cm2）。两者的换算关系为n=u×g（重力加速度981cm/s2）、u=n/g 。
10 密度计土粒沉降距离校正
（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℃，测定量筒内水面读数（以弯月面上缘为准）后画一标记。将密度计放入量筒中，使水面达密度计最低分度处（以弯月面上缘为准），同时测记水面在量筒上的读数（以弯月面上缘为准）后画一标记。两者之差，即为密度计浮泡的体积。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后，将密度计向上缓缓垂直提起，使水面恰落至两标记的正中间，此时水面与浮泡相切（以弯月面上缘为准），即为浮泡体积中心。将密度计固定于三足架上，用直尺准确量出水面至密度计最低分度的垂直距离。
（3）测定1000mL量筒内径（准确至1mm），并算出量筒面积。
（4）量出自密度计最低分度至玻璃杆上各分度处的距离，每隔5格或10格量距1次。
（5）按式（T0116-8）计算土粒有效沉降距离（图T 0116-4）。
式中：L——土粒有效沉降距离（cm）；
L1——自最低刻度至玻璃杆上各分度的距离（cm）；
L0——密度计浮泡中心至最低分度的距离（cm）；
Vb——密度计浮泡体积（cm3）；
A——1000mL量筒面积（cm2）。
（6）用所量出的不同L1代入本规程式（T 0116-8），计算出如图T 0116-4相应的L值。

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