D 42263土壤颗粒分析标准试验方法.docx
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D42263土壤颗粒分析标准试验方法
土壤颗粒分析标准试验方法1
本标准发布特定为D422，所显示的紧跟在后面的原采用年号，如有修订，则是最新的修订年号，圆括号给出的年号则为最新批准的年号，上标ε表示已经从最后一次修订和批准后，进行了改版。
1.范围
1.1本试验方法包括对土壤颗粒分布定量的测定。
用晒测定大于75μm（筛余在200号筛）的粒径颗粒分布。
当颗粒分布小于75μm时，用沉积过程测定，使用液体比重计获得必要的数据（说明1和说明2）。
说明1—可以用4号（4.75mm）、40号（425μm）或200号（75μm）筛代替10号筛进行分离，无论使用什么筛，筛号应当在报告中表明。
说明2—可以提供2种类型的分散装置：
（1）一种高速机械搅拌器，
（2）和空气分散装置。
广泛的调查显示空气分散装置产生较细致分散低于20μm的塑性土壤粒，和当使用于砂土时，产生明显对所有颗粒不太细致。
顺风空气分散装置的明确优点，故建议使用空气分散装置。
2种装置导致结果在极量，取决于土壤类型、导致土壤颗粒分布的明显差异，特别是粒径细于20μm颗粒。
2.参考文献
2.1ASTM标准：
D421干制备颗粒分析土壤试件并测定土壤常量的实施规范2。
E11试验用滤网筛规范3。
E100ASTM液体比重计规范4。
3.试验设备
4.分散剂（扩散剂）
4.1六偏磷酸钠（有时称为磷酸钠）溶液应当用于蒸馏和非矿物质水，配制成40g六偏磷酸钠/升的溶液（说明7）。
说明7—这种盐溶液，如果酸性，会缓慢地伴随离散作用减少的结果还原或水解回正磷酸。
溶液应当频繁配制（至少每月1次）或用碳酸钠调整pH值8或9，装溶液的瓶应标有数据。
4.2所有用的水应当是蒸馏水，用于液体比重计试验的水应当温度适当，以期在液体比重计试验过程中准确获得数据。
例如，如果如果沉积圆柱体放入水池中，使用的蒸馏水和矿泉水应当控制水池温度；如果沉浮圆柱体用于室内，应当控制室内的水温。
液体比重计试验的基本温度应当是68℉（20℃）。
小的温度变化不会引起颗粒物理意义的差异，也不防使用规
定的推导修正值。
5.试验样本
5.1按照D421实施规范准备力学分析试验样本，在准备过程中把样本准备2部分。
当1部分包含颗粒筛通过10号筛时，另部分仅筛余在10（200mm）号筛中。
用试验目的选择干燥透气土体按D421实施规范规定，应是满足力学分析的数量如下：
1本试验方法是D-18土壤与岩石ASTM委员会的权限下，并由D18.03土壤纹理结构、质地塑性和密度特点小组委员会直接负责。
现行版本批准于1963年11月21日。
原版1935年出版。
本版替代D422–62。
2ASTM标准年鉴，卷04.08。
3ASTM标准年鉴，卷14.02。
4ASTM标准年鉴，卷14.03。
5.1.1筛余在10号筛的颗粒大小，取决于最大颗粒。
按下表：
标称最大直径颗粒英寸（毫米）这部分的大约最小总量（克）
3/8（9.5）500
4/3（19.0）1000
1（25.4）2000
11/2（38.1）3000
2（50.8）4000
3（76.2）5000
5.1.2对于砂性土通过10号筛的颗粒大约115克，对于粉土和黏土，大约是65克。
5.2实施标准D421第5部分已制定了为试验目的选择干气土壤的称量，分别使用干筛和带水筛，带水的称量和干燥部分在10号筛中的筛余量方法的条文。
从这两部分筛余和通过的10号筛的百分比，可按12.1计算。
说明8—检查总量值和完全粉碎的土块称量通过10筛数量时可能留在10号筛中的数量，并在增加这部分带水重量的数值和烘干这部分留在10号筛中的重量数值。
筛余10号（200mm）筛的筛分
6.试验程序
6.1分离筛余10号（200mm）筛的材料，成一系列3英寸（75mm）、2英寸（50mm）、11/2英寸（37.5mm）、1英寸（25mm）、3/4英寸（19.0mm）3/8英寸（9.5mm）、4号筛（4.75mm）和10号筛若干小部分，或依据样本按需要可能多的小部分，或依据材料对试验测量的规定。
6.2用使筛竖向和侧向移动的方法操作筛。
为了保持样本的在筛的表面连续运动，操作伴随筛的颠簸。
在任何情况下都不能，用手转动和操作碎屑迫使其通过筛，继续筛，直到1分钟的过筛过程中，过该筛所剩的当使用机械筛时余渣不超过质量的1%。
当使用机械筛时，使用的操作方法完全和上述用手操作过筛的方法一样。
6.3用符合3.1条要求所确认的天平测定每一小部分质量。
测量结束后，所使用所有筛的筛余质量之和应接近等于原过筛材料质量的总量。
通过10号（200mm）部分的液体比重计和筛分
7.测定液体比重计读数的复合修正量
7.1剩余悬浮土壤的百分比公式已在14.3条中给出，公式是依据蒸馏水和非矿物质水的。
而在水中所使用的分散剂（扩散剂）和导出的液体比重应可适当大于蒸馏水或非矿物质水。
7.1.1在68℉（20℃）标定的土壤液体比重计和与本标准温度不同的温度变化产生实际不精确的液体比重计读数。
不精确量的增加随标准温度变化的增加而增加。
7.1.2生产商液体比重计的茎部，液体形成弯月面的底部标上液体比重计刻度读数。
因此在半月面的底部悬浮土壤不可能有可靠的读数，读数必须在顶部测读并加以修正。
7.1.3作为复合修正和试验性测定，所例举的3项净修正额是重要的。
7.2为了方便，准备一个系列温差为1°的预期可能试验范围的图表和复合修正表，并在必要时使用，应当在预期试验温度范围内做2个温度跨度复合修正的测量。
假设2个观察值之间是直线关系，用计算的中间值修正。
7.3准备1000mL由蒸馏水或非矿物质水与分散剂（扩散剂）等量比例的混合液体，在沉积液体比重计试验中首先取用。
放液体在沉积圆柱体中，并且是圆柱体在恒温的水池中，设置所使用的2个温度之一。
当液体温度变成恒量时，插入液体比重计，当液体比重计达到液体温度的短暂的时间间隔后，测读液体比重计茎部形成半月面顶部的读数。
液体比重计151H的复合修正，是这个读数和1之间差；液体比重计152的复合修正是此读数和0之间的差。
把液体和液体比重计放在另一个使用的温度中。
按前述确定复合修正。
8.吸湿度（吸着水）
8.1当做液体比重计试验样本称重时，称出10g～15g辅助部分放在一个小金属或玻璃容器中。
在230±9℉（110±5℃）的烘箱内烘干样本到质量恒量，再称重，记录其质量。
9.土样的离散
9.1当土壤的大多数是黏土和粉土颗粒时，称出大约50g风干土壤样本。
当土壤大多数是砂时，样本应当大约100g。
9.2把250mL样本放在烧杯中，覆盖125mL（40g/mL）六偏磷酸钠溶液。
搅拌土壤使其充分湿润。
使其浸泡至少16小时。
9.3在浸泡周期结束时，用搅拌设施A或B，进一步分散样本。
如果使用搅拌设施A，把水-土泥浆从烧杯中倒入图2所示的专用离散杯中。
用蒸馏水和无矿物质水洗掉烧杯中的余渣（说明9）。
如果有必要增加蒸馏水或无矿物质水，以便杯子装满一半飞的水。
搅拌周期为1分钟。
说明9—大号注射器是一种方便注水操作的器具。
其它器具包括水洗瓶和带喷嘴的连接到压力蒸馏水水箱的软管。
9.4如果使用搅拌设施B（图3）去掉盖帽和连接杯子用橡胶软管的方法施加空气压力。
气压表（计量器）必须在控制阀和杯子的连线上。
打开控制阀以便气压表（计量器）显示1psi（每平方英尺1磅）（7kPa）压力（说明10）。
把烧杯中的水-土泥浆倒入喷漆离散杯，用蒸馏水或非矿物质水冲洗。
如果有必要。
增加蒸馏水和非矿物质水，以便杯子总容积是250mL,但不得多于。
说明10—当把水-土混合物倒入离散杯时，要求1psi（每平方英尺1磅）的初始压力以防水-土混合物进入喷气室。
9.5用盖帽盖住杯子，打开空气控制阀直到气压表（计量器）显示20psi（140kPa）。
按下表离散土壤：
塑限指数
离散周期
分钟
5以下
5
6～20
10
20以上
15
含有大百分比云母的土壤离散仅需要1分钟。
离散周期后，预减少气压表（计量器）的压力到1psi，以便把水-土泥浆倒入沉淀圆柱体。
10.定液体比重计试验
10.1离散后，立即把水-土泥浆倒入玻璃沉积圆柱体，加入蒸馏水或非矿物质水直到总容积1000mL。
10.2用手掌盖住圆柱体开口端（或橡胶塞子开口端），倒置圆柱体并且再倒回，1分钟的周期完成泥浆搅动（说明11）,1分钟结束后，放置圆柱体方便的位置并在以下时间间隔测读液体比重计读数（测读从，沉积开始）或按需要增多测读次数，依据样本或试验材料的规范规定：
2、5、15、30、250和1440分钟。
如果使用水控池，沉积圆柱体应当放在水控池的适当位置测读2～5分钟。
说明11—在这1分钟的倒置次数应当大约60次，倒置和倒回计为2个回次。
在最初几个回次的过程中，当圆柱体颠倒位置时，有力地摇晃圆柱体，使任何保留在圆柱体底部的土壤疏松。
10.3当测读液体比重计读数理想时，在读数前，认真插入液体比重计约20～25秒至当采集读数时可以具有读数大约的深度。
尽快采集读数，小心翼翼的取出液体比重计，放在蒸馏水或非矿物质水中旋转运动逐渐涮净液体比重计。
说明12—在每次测读后立即取出液体比重计，读数应当在悬浮的茎周形成半月面的顶部测读，因为在半月面的底部不可能有可靠的读数。
10.4每次测读后，插入温度计到悬浮液测读温度。
11.筛分
11.1采读最后液体比重计读数后，把悬浮液倒入200号（75μm）筛并且用水龙头冲洗直到冲洗水是净水。
把200号筛中的材料倒入适当的容器里，在230±9℉（110±5℃）的烘箱内烘干并且用理想的多级系列筛，或根据材料的需要，即依据所试验材料的规范要求，做筛余部分的筛分。
计算与报告
12.粗于10号（2.00mm）筛部分的筛分值
12.1用通过10号筛的质量除以原在10号筛中用于分离土壤的质量，再乘100，计算通过10号筛的百分比。
从原来的质量中减去筛余在10号筛中的质量，获得通过10号的质量。
12.2通过10号筛的材料质量加上筛余在10号筛并通过4号筛的那部分质量，确定土壤通过4号（4.57mm）筛的总质量。
通过4号筛的总质量加上筛余在4号筛并通过3/8英寸那部分质量，确定土壤通过3/8英寸（9.5mm）筛的总质量。
用同样的方法连续计算剩余的系列筛。
12.3测定通过每一规格筛的总百分比。
总通过质量（见12.2）除以样本总质量，其结果在乘以100，测定通过每一规格筛的总百分比。
13.吸湿度修正系数
13.1吸湿度修正系数是烘干样本质量和风干质量风干前的质量之比。
这个数字小于1，除非没有吸湿时。
14.悬浮土壤的百分比
14.1用风干质量乘以吸湿度修正系数，计算土壤的烘干质量，用于液体比重计分析。
14.2用土壤质量计算总样本质量百分比，用于液体比重计试验，用烘干质量除以通过10号（2.00mm）百分比，在把结果乘以100。
这个值是公式中的重量W，悬浮液里的剩余百分比。
14.3在液体比重计测量的悬浮密度的水平位置，悬浮液中剩余土壤的百分比，可以计算如下（说明13）：
对于液体比重计151H：
P=[（100000W）×G/（G-G1）]（R-G1）
（1）
说明13—公式的括号部分对液体比重计151H一系列的读数是恒量，并且可以首先计算，然后乘以该圆括号的部分。
对液体比重计152H：
P=（Ra/W）×100
（2）
式中：
a=适用于液体比重计152H读数的修正系数（英文原文此处有印刷错误，译注）（用表1给出的修正系数，使用比重的2.65按比例所示的值计算），
P=在液体比重计测量悬浮液密度水平位置，悬浮液剩余土壤的百分比。
R=适用于复合修正的液体比重计读数（第7章）。
W=用土壤离散质量（见14.2）g代表的总试验样本的土壤烘干质量，
G=土壤颗粒的比重，和
G1=悬浮土壤颗粒中液体的比重。
用组成公式的两个数值中的一个。
先用可能不产生重要影响变化的那个，再用第2个。
R是依据其中一个G1的复合修正值。
15.土壤颗粒直径
15.1应按照斯道克定律（Stokes’low）计算对应液体比重计读数所显示给定的颗粒直径百分比。
在此基础上，悬浮表面的这种直径的颗粒开始沉积，并且沉降到液体比重计测量悬浮密度的水平位置。
所按照的道克定律：
见表2.
表1土壤颗粒不同比重的修正系数a值A
比重
修正系数A
2.95
0.94
2.90
0.95
2.85
0.96
2.80
0.97
2.75
0.98
2.70
0.99
2.65
1.00
2.60
1.01
2.55
1.02
2.50
1.03
2.45
1.05
A用于公式的当使用液体比重计152H时悬浮液中剩余土壤百分比
D=√[30n/980（G–G1）]×L/T（3）
式中：
D=颗粒粒径，mm
n=悬浮介质的粘度系数（如水）保持平衡（随悬浮介质温度变化而变化），
L=从悬浮液表面到测量悬浮液密度水平位置的距离，cm（对给定的液体比重计和沉积圆柱体，值的变化按液体比重计读数。
这个距离作为有效深度是已知的（见表2）），
T=从开始测读到采集读数的时间间隔，分钟，
G=土壤颗粒的比重，和
G1=悬浮介质的（相对密度）比重（对所有颗粒可取值1.000）。
说明14—由于斯道克定律考虑的是不受液体限制的一个球的自由沉降速度，计算的大小代表球的直径把土壤颗粒看成以同样的速率降落。
15.2为了方便计算上式可写成：
见表3
D=K√L/T（4）
式中：
K=恒量依据悬浮液的温度和土壤颗粒比重。
K值的范围和比重在表3中给出。
当L和T值变化时，试验生成的一系列读数的K值不能改变。
15.3使用普通的10英寸滑尺可以充分精确的计算D值。
说明15—L值是用比例A和比例B除以T计算的值，比例D用平方根表示，使用C或CI比例，不要确定平方根值就可以乘以K值。
16.细于10号（2.00mm）筛部分的筛分值
表2依据液体比重计和规定尺寸沉积圆柱体的有效深度值A
液体比重计151H液体比重计152H
液体比重计
实际读数
有效深度，
L，cm
液体比重计
实际读数
有效深度，
L，cm
液体比重计
实际读数
有效深度，
L，cm
1.000
16.3
0
16.3
31
11.2
1.001
16.0
1
16.1
32
11.1
1.002
15.8
2
16.0
33
10.9
1.0003
15.5
3
15.8
34
10.7
1.004
15.2
4
15.6
35
10.6
1.005
15.0
5
15.5
1.006
14.7
6
15.3
36
10.4
1.007
14.4
7
15.2
37
10.2
1.008
14.2
8
15.0
38
10.1
1.009
13.9
9
14.8
39
9.9
1.010
13.7
10
14.7
40
9.7
1.011
13.4
11
14.5
41
9.6
1.012
13.1
12
14.3
42
9.4
1.013
12.9
13
14.2
43
9.2
1.014
12.6
14
14.0
44
9.1
1.015
12.3
15
13.8
45
8.9
1.016
12.1
16
13.7
46
8.8
1.017
11.8
17
13.5
47
8.6
1.018
11.5
18
13.3
48
8.4
1.019
11.3
19
13.2
49
8.3
1.020
11.0
20
13.0
50
8.1
1.021
10.7
21
12.9
51
7.9
1.022
10.5
22
12.7
52
7.8
1.023
10.2
23
12.5
53
7.6
1.024
10.0
24
12.4
54
7.4
1.025
9.7
25
12.2
55
7.3
1.026
9.4
26
12.0
56
7.1
1.027
9.2
27
11.9
57
7.0
1.028
8.9
28
11.7
58
6.8
1.029
8.6
29
11.5
59
6.6
1.030
8.4
30
11.4
60
6.5
1.031
8.1
1.032
7.8
1.033
7.6
1.034
7.3
1.035
7.0
1.036
6.8
1.037
6.5
1.038
6.2
A从公式计算有效深度值：
L=L1+1/2[L2－（VB/A）]（5）
式中：
L=有效深度，cm，
L1=沿液体比重计茎部从泡顶部到液体比重计读数标记处的距离，cm，
L2=液体比重计泡的总长度，cm，
VB=液体比重计泡的体积，cm3，和
A=沉积圆柱体的横截面面积，cm2，
对于2种液体比重计，151H和152H，表2中用于计算的值如下：
L2=14.0cm
VB=67.0cm3
A=27.8cm2
对于液体比重计151H
L1=10.5cm读数为1.000
=2.3cm读数为1.031
对于液体比重计152H
L1=10.5cm读数为0g/升
=2.3cm读数为50g/升
16.1使用过筛法计算通过各种筛样本的部分。
这些样本部分包括液体比重计试验的几个步骤。
第一步是计算筛余在10号筛没有取出的该小部分的质量。
这一质量等于（通过100分钟的总百分比）筛余在10号筛中的总百分比乘所代表使用的土壤质量（按14.2计算）的总样本质量，其结果乘以100。
16.2接着计算通过200号筛的总质量。
把包括10号筛，筛余在所有系列筛中的质量加在一起，（按14.2计算）从总样本质量中减去这个和。
16.3接着用12.2给出的同样方法，计算通过其它各筛的质量总量。
16.4最后计算总百分比。
用（按16.3计算的）通过的总质量除以（按14.2计算的）样本总质量，在把结果乘以100。
17.图表
17.1当进行液体比重计进行分析时，应当做试验结果图表，绘制以对数比例的颗粒直径为横轴和以算术值比例绘制小于对应直径的百分比为纵轴。
当土壤的一部分不能做液体比重计分析时，可选择性地制备图表，因为可以从数据列表直接确定其值。
18.报告
18.1报告应包括以下内容：
18.1.1颗粒最大粒径，
18.1.2通过（或筛余）每一个筛的百分比，可以是列表或绘图（说明16）。
18.1.3对砂和砾石颗粒的描述：
18.1.3.1形状—圆形或有角的，
18.1.3.2硬度—硬、耐久、柔弱、或风化和易碎的，
18.1.4比重，如果不正常，是高，还是低，
18.1.5通过10号（2.00mm）筛的任何难以离散的部分，显示离散剂数量和类型的变化，和
表3液体比重计分析中计算颗粒直径所使用公式中的K值
温度，
℃
土壤颗粒比重
2.45
2.50
2.55
2.60
2.65
2.70
2.75
2.80
2.85
16
0.01510
0.01505
0.01481
0.01457
0.01435
0.01414
0.01394
0.01374
0.01356
17
0.01511
0.01486
0.01462
0.01439
0.01417
0.01396
0.01376
0.01356
0.01338
18
0.01492
0.01467
0.01443
0.01421
0.01399
0.01378
0.01359
0.01339
0.01321
19
0.01474
0.01449
0.01425
0.01403
0.01382
0.01361
0.01342
0.01323
0.01305
20
0.01456
0.01431
0.01408
0.01386
0.01365
0.01344
0.01325
0.01307
0.01289
21
0.01438
0.01414
0.01391
0.01369
0.01348
0.01328
0.01309
0.01291
0.01273
22
0.01421
0.01397
0.01374
0.01353
0.01332
0.01312
0.01294
0.01276
0.01258
23
0.01404
0.01381
0.01358
0.01337
0.01317
0.012
0.01279
0.01261
0.01243
24
0.01388
0.01365
0.01342
0.01321
0.01301
0.012
0.01264
0.01246
0.01229
25
0.01372
0.01349
0.01327
0.01306
0.01286
0.012
0.01249
0.01232
0.01215
26
0.01357
0.01334
0.01312
0.01291
0.01272
0.012
0.01235
0.01218
0.01201
27
0.01342
0.01319
0.01297
0.01277
0.01258
0.012
0.01221
0.01204
0.01188
28
0.01327
0.01304
0.01283
0.01264
0.01244
0.012
0.01208
0.01191
0.01175
29
0.01312
0.01290
0.01269
0.01249
0.01230
0.012
0.01195
0.01178
0.01162
30
0.01298
0.01276
0.01256
0.01236
0.01217
0.01199
0.01182
0.01165
0.01149
18.1.6所利用的离散装置和离散周期的程度。
说明16—图表所代表的试验样本的分级（级配）。
如果样本大于那些含量，在试验前应当去掉报告中应当说明最大的颗粒和其含量。
18.2所试验的材料应当符合规范的定义，水位符合规范的部分应当在报告中说明小于10号筛的部分应当在图表中可以读出。
18.3不显示符合规范定义的材料，当构成土壤的颗粒几乎完全通过4号（4.75mm）筛，在报告图表中应当可读出结果如下：
（1）砾石，通过3英寸，并且筛余在4号筛中……%
（2）砂，通过4号筛，并筛余在200号筛中……%
（a）粗砂，通过4号
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