工地實(shí)驗(yàn)室對于用EDTA滴定法快速測定灰劑量軟件的實(shí)現(xiàn)

1、.：.；工地實(shí)驗(yàn)室對于用EDTA滴定法快速測定灰劑量軟件的實(shí)現(xiàn)摘 要 : 準(zhǔn)確檢測控制水泥穩(wěn)定土中的水泥劑量，是路面基層施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。鑒于當(dāng)前工地實(shí)驗(yàn)室對于灰劑量的現(xiàn)場檢測是在EXCEL生成的規(guī)范曲線根底上采用人工估讀。經(jīng)過最小二乘法擬合多項(xiàng)式算法利用C#言語編程開發(fā)出適用于EDTA滴定法快速測定灰劑量的軟件。提高了該實(shí)驗(yàn)的檢測精度并節(jié)省了時間。關(guān)鍵詞 :EDTA；灰劑量；規(guī)范曲線；軟件；檢測引 言當(dāng)前，在我國高等級公路中，水泥或石灰穩(wěn)定土被廣泛地用于建筑路面基層或底基層。水泥穩(wěn)定土具有造價相對較低，取材容易，資料來源廣泛，強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，力學(xué)性能和板體性良好等優(yōu)點(diǎn)。但假設(shè)對其特點(diǎn)了解

2、缺乏，施工質(zhì)量控制不好，特別是水泥劑量控制不好，反而會呵斥嚴(yán)重的路面質(zhì)量隱患。水泥劑量小，強(qiáng)度缺乏，在外力荷載作用下極易裂碎；水泥劑量大，不經(jīng)濟(jì)，干縮、溫縮效應(yīng)顯著，易引起反射裂痕。因此，準(zhǔn)確檢測控制水泥穩(wěn)定土中的水泥劑量，是保證路面基層施工質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)1。對于路面基層資料灰劑量的測定，現(xiàn)行規(guī)范JTG F51-2021規(guī)定運(yùn)用EDTA滴定法快速測定工地現(xiàn)場的灰劑量。然而EDTA滴定法屬于對比實(shí)驗(yàn)，即首先在工地實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定出規(guī)范曲線，然后在工地施工現(xiàn)場對已完成的基層混合料進(jìn)展取樣并進(jìn)展快速滴定，將其滴定結(jié)果與先前標(biāo)定好的規(guī)范曲線比對，經(jīng)過規(guī)范曲線所反映出的EDTA二鈉耗費(fèi)量與灰劑量的關(guān)系可讀

3、出或得到工地現(xiàn)場混合料中的實(shí)踐灰劑量大小。由此可見，本實(shí)驗(yàn)中規(guī)范曲線的標(biāo)定尤為重要，其準(zhǔn)確性直接影響著現(xiàn)場灰劑量的測定結(jié)果。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)規(guī)程T0809-2021要求,假設(shè)施工現(xiàn)場所采用的土、水泥或石灰，如水泥編號、品牌的變化、粒料種類的變化、滴定溶液濃度的變化等任何條件的改動都要求重新標(biāo)定規(guī)范曲線，以確保規(guī)范曲線與工地實(shí)踐施工情況的一致性，從而最終保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確2。在實(shí)踐路面施工過程中，施工單位的工地實(shí)驗(yàn)室在標(biāo)定規(guī)范曲線時，往往只標(biāo)定一次，自始至終就固定運(yùn)用這一個規(guī)范曲線。分析其緣由，一方面是工地實(shí)驗(yàn)人員對于EDTA規(guī)范曲線的了解和認(rèn)識不夠，另一個緣由就是規(guī)范曲線的標(biāo)定繪制相對比較費(fèi)事?；?/p>

4、上述種種緣由，開發(fā)出工地實(shí)驗(yàn)室適用于的用EDTA快速測定灰劑量的軟件顯得尤為必要和重要。程序算法 大量工程實(shí)際闡明，石灰穩(wěn)定土或水泥穩(wěn)定土中石灰或水泥的劑量與滴定法測定灰劑量時所用的EDTA二鈉規(guī)范溶液的耗費(fèi)量大致成線性或二次拋物線關(guān)系3，故在規(guī)范曲線制定時，我們將預(yù)備規(guī)范曲線時的5個不同的灰劑量(%)看作Xi，其對應(yīng)的EDTA二鈉規(guī)范溶液耗費(fèi)量V(ml) 看作Yi,利用這5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Xi，Yii=1,2,3,4,5來擬合灰劑量X與EDTA二鈉規(guī)范溶液耗費(fèi)量Y之間的關(guān)系曲線。得到了擬合曲線公式，也就是找到灰劑量與與EDTA二鈉規(guī)范溶液耗費(fèi)量之間的規(guī)律，確定出了規(guī)范曲線公式。在此根底上，只需知道

5、任一滴定法測定灰劑量時所用的EDTA二鈉規(guī)范溶液的耗費(fèi)量，就可以利用其規(guī)范曲線公式快速得到其所對應(yīng)的灰劑量。1.1 最小二乘法擬合多項(xiàng)式算法本軟件采用的是最小二乘法來擬合EDTA規(guī)范曲線公式4。數(shù)據(jù)擬合的詳細(xì)作法是：對給定數(shù)據(jù),在取定的函數(shù)類中,求,使誤差的平方和最小，即 (1) 從幾何意義上講，就是尋求與給定點(diǎn)的間隔 平方和為最小的曲線圖1。函數(shù)稱為擬合函數(shù)或最小二乘解，求擬合函數(shù)的方法稱為曲線擬合的最小二乘法。前面曾經(jīng)提到，大量工程實(shí)際閱歷已闡明EDTA規(guī)范曲線公式多數(shù)情況下呈線性或二次拋物線規(guī)律，故本程序設(shè)計(jì)采用最小二乘法擬合多項(xiàng)式的算法來實(shí)現(xiàn)規(guī)范曲線的制定。 設(shè)是知的n組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該圖

6、1 最小二乘擬合 組數(shù)據(jù)于工地實(shí)驗(yàn)室制定EDTA二鈉規(guī)范曲線 階段，其中為預(yù)備規(guī)范曲線時的灰劑量值%，那么為滴定法測定其灰劑量時所用的EDTA二鈉規(guī)范溶液耗費(fèi)量ml。最小二乘法擬合規(guī)范曲線的問題就轉(zhuǎn)變成為求m次多項(xiàng)式： 2使獲得最小值。將分別代入多項(xiàng)式2的兩端，得到一個含有m+1個未知數(shù)的線性超定方程組： 3寫成矩陣方式為： 其中， 因此超定方程組3的最小二乘解就是使式1到達(dá)最小值的m次多項(xiàng)式的系數(shù)最小二乘解是其正規(guī)方程組的解，其中 1.2 C#編程 在確定出算法的根底上，采用C#言語來實(shí)現(xiàn)該軟件5。軟件算法主要代碼如下所示：namespace 多項(xiàng)式插值與擬合/ 多項(xiàng)式擬合 / / 數(shù)值對的

7、X值 / 數(shù)值對的Y值 / 多項(xiàng)式的系數(shù) / 相關(guān)系數(shù) / 多項(xiàng)式的階數(shù) public static void Fit(double x, double y, ref double coefficients, ref double r2, int degree) try if (excelApp = null) excelApp = new Microsoft.Office.Interop.Excel.Application(); wsf = excelApp.WorksheetFunction; bool Constant = true; bool Stats = true; int len

8、gthsArray = new int2 x.Length, degree ; int boundsArray = new int2 0, 1 ; double, xMatrix = (double,)Array.CreateInstance(typeof(double), lengthsArray, boundsArray); double, yMatrix = new doublex.Length, 1; for (int i = 0; i x.Length; i+) yMatrixi, 0 = yi; for (int i = 0; i x.Length; i+) for (int j

9、= 1; j = degree; j+) xMatrixi, j = Math.Pow(xi, j); 2.程序的實(shí)現(xiàn)本程序設(shè)計(jì)為兩大模塊，一是規(guī)范曲線的制定模塊，二是求解灰劑量模塊。此外，該程序兼具有規(guī)范曲線顯示繪制、保管和打印的功能，并且在界面下方我們可以選擇規(guī)范曲線多項(xiàng)式的階數(shù)及規(guī)范曲線系數(shù)的小數(shù)位數(shù)，還可以顯示規(guī)范曲線的公式及均方差。圖2 程序主界面2.1規(guī)范曲線制備模塊一為規(guī)范曲線的制定，也是本軟件點(diǎn)擊開后的初始默許界面，將工地實(shí)驗(yàn)室規(guī)范曲線預(yù)備實(shí)驗(yàn)得到的的實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接輸入或?qū)肽K一對應(yīng)的空格處。并設(shè)定好規(guī)范曲線二項(xiàng)式階數(shù)和系數(shù)小數(shù)位數(shù)，點(diǎn)擊窗口右下角“求解灰劑量按鈕，那么該窗口那

10、么會自動生成規(guī)范曲線公式和均方差，再單擊左上角“灰劑量與EDTA耗費(fèi)規(guī)范曲線那么軟件會自動生成規(guī)范曲線圖。詳細(xì)操作實(shí)現(xiàn)過程如下。第一步：輸入或?qū)牍さ貙?shí)驗(yàn)室制備規(guī)范曲線的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，見圖3。 圖3 規(guī)范曲線制定數(shù)據(jù)輸入第二步：規(guī)范曲線階數(shù)及系數(shù)小數(shù)位數(shù)設(shè)置及規(guī)范曲線公式的生成，見圖4。 圖4 規(guī)范曲線設(shè)置第三步：灰劑量與EDTA二鈉耗費(fèi)規(guī)范曲線圖的生成。見圖5 圖5 規(guī)范曲線2.2灰劑量的快速測定模塊二為快速測定灰劑量。規(guī)范曲線制定好后，就知了灰劑量與EDTA二鈉耗費(fèi)量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。有了規(guī)范曲線公式后，在得到工地施工現(xiàn)場取樣的室內(nèi)滴定實(shí)驗(yàn)結(jié)果即EDTA二鈉規(guī)范溶液耗費(fèi)量值的根底上，直接將其值輸

11、入相應(yīng)位置，那么軟件自動生成灰劑量值。詳細(xì)操作如下，首先單擊界面左上角“求解灰劑量%按鈕，然后輸入EDTA二鈉規(guī)范溶液耗費(fèi)量值，并單擊窗口右下角“求解灰劑量按鈕，那么自動生成其所對應(yīng)的灰劑量值%，并可進(jìn)展多次測定。且其結(jié)果可保管為EXCEL表格方式。詳見圖6和表1所示?；覄┝?平均EDTA二鈉規(guī)范溶液耗費(fèi)量ml3.71110.54.03211.25.34313.85.97314.93.4019.8圖6 灰劑量快速測定結(jié)果 表1 測定結(jié)果保管的EXCEL表 3 工程實(shí)例S246NJ-LM3標(biāo)段為S246省道溧水至蘇皖省界的路面施工工程。該工程起點(diǎn)樁號為K19+400，終點(diǎn)樁號為K45+566.2

12、7，全長26.2Km含延伸段2.7Km。設(shè)計(jì)基層采用水穩(wěn)碎石，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，工地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展水穩(wěn)碎石的配合比設(shè)計(jì)，根據(jù)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，最終決議采用5.0%的灰劑量。在進(jìn)展工地現(xiàn)場水穩(wěn)碎石灰劑量檢測時，首先工地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展室內(nèi)規(guī)范曲線的制定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2. 表2 水泥劑量與EDTA耗費(fèi)量關(guān)系表水泥劑量%03.04.55.05.56.09.0耗費(fèi)的EDTA量ml10.711.512.317.3運(yùn)用本軟件進(jìn)展水泥劑量的測定，首先將表2的數(shù)據(jù)輸入規(guī)范曲線制定模塊相應(yīng)位置，見圖7。. 圖7 S246NJ-LM3標(biāo)段水穩(wěn)規(guī)范曲線數(shù)據(jù)輸入運(yùn)用本軟件生成規(guī)范曲線公式為： 其中，為

13、預(yù)備規(guī)范曲線時的灰劑量值%，那么為測定其灰劑量時所用的EDTA二鈉規(guī)范溶液耗費(fèi)量ml。生成的規(guī)范曲線見圖8。 圖8 S246NJ-LM3標(biāo)段水穩(wěn)規(guī)范曲線圖從工地現(xiàn)場取了4個拌合好水穩(wěn)碎石試樣，根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)程T0809-2021每個試樣應(yīng)做平行實(shí)驗(yàn)的要求，共做了8次滴定實(shí)驗(yàn)，將其實(shí)驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用本軟件，自動快速測得8個灰劑量值。見圖9。 圖9 S246NJ-LM3標(biāo)段水穩(wěn)現(xiàn)場水泥劑量測定結(jié)果4本軟件的優(yōu)勢及推行 經(jīng)過本軟件在目前江蘇省公路在建工程S239高淳東段LM2標(biāo)段和S246NJ-LM3標(biāo)段的詳細(xì)運(yùn)用情況，可以看出該軟件在公路工程現(xiàn)場檢測灰劑量方面具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢。1.界面簡單，操作運(yùn)轉(zhuǎn)方便；

14、該軟件窗口設(shè)計(jì)適用簡單明了，便于工程現(xiàn)場檢測人員操作，用過的人都評價說一看就會或一用就會。2.精度高，計(jì)算準(zhǔn)確。由于本軟件在擬合規(guī)范曲線時，可選擇規(guī)范曲線的階數(shù)根據(jù)規(guī)律，最大階數(shù)為3及公式系數(shù)的小數(shù)位數(shù)，可大幅提高規(guī)范曲線公式的精準(zhǔn)性，普通擬合公式都能到達(dá)的精度。3.輸入或?qū)霐?shù)據(jù)方便靈敏，本軟件在輸入數(shù)據(jù)時設(shè)有兩種方式，一是手動輸入，二是由EXCEL文件導(dǎo)入。用戶可根據(jù)實(shí)踐情況自在選擇輸入方式。4.節(jié)省了時間，減少了人為讀數(shù)誤差。以往工地現(xiàn)場測灰劑量時，首先預(yù)備規(guī)范曲線實(shí)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸入EXCEL表格，利用EXCEL圖表功能生成反映灰劑量與EDTA耗費(fèi)關(guān)系的規(guī)范曲線，再將規(guī)范曲線打印出來，然后根據(jù)現(xiàn)場取樣的滴定結(jié)果即EDTA耗費(fèi)值，從打印出的規(guī)范曲線上人工讀取此EDTA耗費(fèi)值所對應(yīng)的灰劑量，作為該試樣的灰劑量檢測值。這種做法費(fèi)時不說，人工讀取灰劑量時又添加人為要素方面的誤差。運(yùn)用本軟件就消除了這方面的誤差，而且還節(jié)省了大量時間。5.與EXCEL對接，適用性強(qiáng)。由于本軟件數(shù)據(jù)輸入時除了設(shè)有手動鍵盤輸入外，還可采用直接導(dǎo)入EXCEL文件的方式，包括后面灰劑量測定時，也可導(dǎo)入EXCEL文件，且軟件自動算出其對應(yīng)灰劑量值時，結(jié)果可保管為EXCEL文件的方式。鑒于目前公路工程工地現(xiàn)場檢測實(shí)驗(yàn)記錄表或報(bào)告用的都是EXCE