工地實驗室對于用EDTA滴定法快速測定灰劑量軟件的實現(xiàn)1docdeflate

1、工地實驗室對于用EDTA滴定法快速測定灰劑量軟件的實現(xiàn)摘 要 : 準確檢測控制水泥穩(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。鑒于當前工地實驗室對于灰劑量的現(xiàn)場檢測是在EXCEL生成的標準曲線基礎(chǔ)上采用人工估讀。通過最小二乘法擬合多項式算法利用C#語言編程開發(fā)出適用于EDTA滴定法快速測定灰劑量的軟件。提高了該試驗的檢測精度并節(jié)省了時間。關(guān)鍵詞 :EDTA；灰劑量；標標準曲線；軟軟件；檢測引 言當前，在我國高高等級公路中中，水泥或石石灰穩(wěn)定土被被廣泛地用于于修建路面基基層或底基層層。水泥穩(wěn)定定土具有造價價相對較低，取取材容易，材材料來源廣泛泛，強度高，穩(wěn)穩(wěn)定性好，力力學(xué)性能和板板體性良好

2、等等優(yōu)點。但如如果對其特點點了解不足，施施工質(zhì)量控制制不好，特別別是水泥劑量量控制不好，反反而會造成嚴嚴重的路面質(zhì)質(zhì)量隱患。水水泥劑量小，強強度不足，在在外力荷載作作用下極易裂裂碎；水泥劑量大大，不經(jīng)濟，干干縮、溫縮效效應(yīng)顯著，易易引起反射裂裂縫。因此，準準確檢測控制制水泥穩(wěn)定土土中的水泥劑劑量，是保證證路面基層施施工質(zhì)量的一一個重要環(huán)節(jié)節(jié)1。對于路面基層材材料灰劑量的的測定，現(xiàn)行行規(guī)范公路路工程無機結(jié)結(jié)合料穩(wěn)定材材料試驗規(guī)程程（JTGG F51-22009）規(guī)規(guī)定使用EDDTA滴定法法快速測定工工地現(xiàn)場的灰劑量。然而EDTTA滴定法屬屬于對比試驗驗，即首先在工地地實驗室標定定出標準曲線線，然

3、后在工工地施工現(xiàn)場場對已完成的的基層混合料料進行取樣并并進行快速滴定，將其滴定結(jié)果果與先前標定定好的標準曲曲線比對，通通過標準曲線線所反映出的的EDTA二二鈉消耗量與與灰劑量的關(guān)關(guān)系可讀出或或得到工地現(xiàn)現(xiàn)場混合料中中的實際灰劑劑量大小。由由此可見，本本試驗中標準準曲線的標定定尤為重要，其其準確性直接接影響著現(xiàn)場場灰劑量的測測定結(jié)果。根根據(jù)本試驗規(guī)規(guī)程T08009-20009要求,如如果施工現(xiàn)場場所采用的土土、水泥或石石灰，如水泥泥編號、品牌牌的變化、粒粒料種類的變變化、滴定溶溶液濃度的變變化等任何條條件的改變都都要求重新標標定標準曲線線，以確保標標準曲線與工工地實際施工工情況的一致致性，從而最

4、最終保證試驗驗結(jié)果的正確確2。在實實際路面施工工過程中，施施工單位的工工地試驗室在在標定標準曲曲線時，往往往只標定一次次，自始至終終就固定使用用這一個標準準曲線。分析析其原因，一一方面是工地地實驗人員對對于EDTAA標準曲線的的理解和認識識不夠，另一一個原因就是是標準曲線的的標定繪制相相對比較麻煩煩?；谏鲜鍪龇N種原因，開開發(fā)出工地試試驗室適用于于的用EDTTA快速測定定灰劑量的軟軟件顯得尤為為必要和重要要。程序算法 大量工程程實踐表明，石石灰穩(wěn)定土或或水泥穩(wěn)定土土中石灰或水水泥的劑量與滴定法法測定灰劑量量時所用的EEDTA二鈉鈉標準溶液的的消耗量大致致成線性或二二次拋物線關(guān)關(guān)系3，故在標準曲

5、曲線制定時，我我們將準備標標準曲線時的的5個不同的的灰劑量(%)看作Xii，其對應(yīng)的的EDTA二二鈉標準溶液液消耗量V(ml) 看看作Yi,利用這5組實驗數(shù)據(jù)（XXi，Yi）（i=1,2,3,44,5）來擬擬合灰劑量XX與EDTAA二鈉標準溶溶液消耗量YY之間的關(guān)系系曲線。得到到了擬合曲線線公式，也就就是找到灰劑劑量與與EDDTA二鈉標標準溶液消耗耗量之間的規(guī)規(guī)律，確定出出了標準曲線線公式。在此此基礎(chǔ)上，只只要知道任一一滴定法測定定灰劑量時所所用的EDTTA二鈉標準準溶液的消耗耗量，就可以以利用其標準準曲線公式快快速得到其所所對應(yīng)的灰劑劑量。1.1 最小二二乘法擬合多多項式算法本軟件采用的是是

6、最小二乘法法來擬合EDDTA標準曲曲線公式44。數(shù)據(jù)擬合的的具體作法是是：對給定數(shù)數(shù)據(jù),在取定的函函數(shù)類中,求求,使誤差的平方和最小，即即 (1) 從幾何意義上講講，就是尋求求與給定點的的距離平方和和為最小的曲曲線（圖1）。函函數(shù)稱為擬合合函數(shù)或最小小二乘解，求求擬合函數(shù)的的方法稱為曲曲線擬合的最最小二乘法。前面已經(jīng)提到，大大量工程實踐踐經(jīng)驗已表明明EDTA標標準曲線公式式多數(shù)情況下下呈線性或二二次拋物線規(guī)規(guī)律，故本程程序設(shè)計采用用最小二乘法法擬合多項式式的算法來實實現(xiàn)標準曲線線的制定。 設(shè)是已知知的n組試驗驗數(shù)據(jù)，該圖1 最小二乘擬合 組數(shù)據(jù)來自于于工地實驗室室制定EDTTA二鈉標圖1 最小

7、二乘擬合 階段，其中為準準備標準曲線線時的灰劑量量值（%），則為滴定法測定其灰劑量時所用的EDTA二鈉標準溶液消耗量（ml）。最小二乘法擬合標準曲線的問題就轉(zhuǎn)變成為求m次多項式： （2）使取得最小值。將分別代入多項項式（2）的的兩端，得到到一個含有mm+1個未知知數(shù)的線性超超定方程組： （3）寫成矩陣形式為為： 其中， 因此超定方程組組（3）的最最小二乘解就就是使式（11）達到最小小值的m次多項式的系系數(shù)最小二乘乘解是其正規(guī)規(guī)方程組的解解，其中 1.2 C#編編程 在確定出出算法的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，采用CC#語言來實實現(xiàn)該軟件5。軟件件算法主要代碼碼如下所示：namespaace 多項項式插值與擬擬合

8、/ 多項式式擬合 / / 數(shù)值對的的X值 / 數(shù)值對的的Y值 / 多項式式的系數(shù) / 相關(guān)系系數(shù) / 多項式的的階數(shù) publlic statiic void FFit(doouble x, doublle yy, reff doublle ccoeffiicientts, reef doublle r2, int deegree) try iif (exxcelAppp = null) exxcelAppp = nnew Miicrosooft.Offfice.Interrop.Exxcel.AAppliccationn(); wwsf = excellApp.WWorkshheetFuun

9、ctioon; bbool CConstaant = true; bbool SStats = truue; iint lengtthsArrray = new int2 x.Lengtth, deegree ; iint bounddsArraay = nnew int2 0, 1 ; doubble, xMattrix = (douuble,)Arrray.CrreateIInstannce(tyypeof(doublle), leengthssArrayy, bouundsArrray); doublee, yyMatriix = nnew doubllex.LLengthh, 1; f

10、oor (int i = 0; i xx.Lenggth; ii+) yyMatriixi, 0 = yi; ffor (int i = 0; i xx.Lenggth; ii+) for (int j = 1; j = degreee; j+) xxMatriixi, j = Math.PPow(xi, jj); 2.程序的實現(xiàn)現(xiàn)本程序設(shè)計為兩兩大模塊，一是標準曲曲線的制定模模塊，二是求求解灰劑量模模塊。此外，該程程序兼具有標標準曲線顯示示繪制、保存存和打印的功功能，并且在在界面下方我我們可以選擇擇標準曲線多多項式的階數(shù)數(shù)及標準曲線線系數(shù)的小數(shù)數(shù)位數(shù)，還能能夠顯示標準準曲線的公式式及均方差。

11、圖2 程序主主界面2.1標準曲線線制備模塊一為標準曲曲線的制定，也是本軟件點擊開后的初始默認界面，將工地實驗室標準曲線準備實驗得到的的試驗結(jié)果直接輸入或?qū)肽K一對應(yīng)的空格處。并設(shè)定好標準曲線二項式階數(shù)和系數(shù)小數(shù)位數(shù)，點擊窗口右下角“求解灰劑量”按鈕，則該窗口則會自動生成標準曲線公式和均方差，再單擊左上角“灰劑量與EDTA消耗標準曲線”則軟件會自動生成標準曲線圖。具體操作實現(xiàn)過程如下。第一步：輸入或或?qū)牍さ貙崒嶒炇抑苽錁藰藴是€的試試驗數(shù)據(jù)，見見圖3。 圖3 標標準曲線制定定數(shù)據(jù)輸入第二步：標準曲曲線階數(shù)及系系數(shù)小數(shù)位數(shù)數(shù)設(shè)置及標準準曲線公式的的生成，見圖圖4。 圖圖4 標準曲曲線設(shè)置第三步

12、：灰劑量量與EDTAA二鈉消耗標標準曲線圖的的生成。見圖圖5 圖5 標準曲線2.2灰劑量的的快速測定模塊二為快速測測定灰劑量。標準曲線制定好后，就已知了灰劑量與EDTA二鈉消耗量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。有了標準曲線公式后，在得到工地施工現(xiàn)場取樣的室內(nèi)滴定試驗結(jié)果即EDTA二鈉標準溶液消耗量值的基礎(chǔ)上，直接將其值輸入相應(yīng)位置，則軟件自動生成灰劑量值。具體操作如下，首先單擊界面左上角“求解灰劑量（%）”按鈕，然后輸入EDTA二鈉標準溶液消耗量值，并單擊窗口右下角“求解灰劑量”按鈕，則自動生成其所對應(yīng)的灰劑量值（%），并可進行多次測定。且其結(jié)果可保存為EXCEL表格形式。詳見圖6和表1所示。灰劑量（%）平均

13、EDTA二二鈉標準溶液液消耗量（mml）3.71110.54.03211.25.34313.85.97314.93.4019.8圖6 灰劑量量快速測定結(jié)結(jié)果 表1 測定結(jié)結(jié)果保存的EEXCEL表表 3 工程實例例S246NJ-LM3標段段為S246省省道溧水至蘇蘇皖省界的路路面施工工程程。該項目起點樁樁號為K199+400，終終點樁號為KK45+5666.27，全全長26.22Km（含延延伸段2.77Km）。設(shè)計基層層采用水穩(wěn)碎碎石，根據(jù)設(shè)設(shè)計要求，工工地實驗室進進行水穩(wěn)碎石石的配合比設(shè)設(shè)計，根據(jù)擊擊實試驗和無無側(cè)限抗壓強強度試驗，最最終決定采用用5.0%的的灰劑量。在在進行工地現(xiàn)現(xiàn)場水穩(wěn)碎石

14、石灰劑量檢測測時，首先工工地實驗室進進行室內(nèi)標準曲線線的制定試驗驗，結(jié)果見表表2. 表2 水泥劑劑量與EDTTA消耗量關(guān)關(guān)系表水泥劑量（%）03.04.55.05.56.09.0消耗的EDTAA量（ml）10.711.512.317.3運用本軟件進行行水泥劑量的的測定，首先先將表2的數(shù)數(shù)據(jù)輸入標準準曲線制定模模塊相應(yīng)位置置，見圖7。. 圖7 S2246NJ-LM3標段段水穩(wěn)標準曲曲線數(shù)據(jù)輸入入運用本軟件生成成標準曲線公公式為： 其中，為準備標標準曲線時的的灰劑量值（%），則為測測定其灰劑量量時所用的EEDTA二鈉鈉標準溶液消消耗量（mll）。生成的的標準曲線見見圖8。 圖8

15、SS246NJJ-LM3標標段水穩(wěn)標準準曲線圖從工地現(xiàn)場取了了4個拌合好水穩(wěn)碎碎石試樣，根根據(jù)試驗規(guī)程程T08099-20099每個試樣應(yīng)應(yīng)做平行試驗驗的要求，共共做了8次滴滴定試驗，將將其試驗結(jié)果果運用本軟件件，自動快速速測得8個灰灰劑量值。見見圖9。 圖99 S2446NJ-LLM3標段水水穩(wěn)現(xiàn)場水泥泥劑量測定結(jié)結(jié)果4本軟件的優(yōu)勢勢及推廣 通過過本軟件在目前前江蘇省公路路在建項目SS239高淳淳東段LM22標段和S2246NJ-LM3標段段的具體運用用情況，可以以看出該軟件件在公路工程程現(xiàn)場檢測灰灰劑量方面具具有以下特點點和優(yōu)勢。1.界面簡單，操操作運行方便便；該軟件窗窗口設(shè)計實用用簡單明

16、了，便便于工程現(xiàn)場檢測測人員操作，用用過的人都評評價說一看就就會或一用就就會。2.精度高，計計算準確。由由于本軟件在在擬合標準曲曲線時，可選選擇標準曲線線的階數(shù)（根根據(jù)規(guī)律，最最大階數(shù)為33）及公式系系數(shù)的小數(shù)位位數(shù)，可大幅幅提高標準曲曲線公式的精精準性，一般般擬合公式都都能達到的精精度。3.輸入或?qū)肴霐?shù)據(jù)方便靈靈活，本軟件件在輸入數(shù)據(jù)據(jù)時設(shè)有兩種種方式，一是是手動輸入，二二是由EXCCEL文件導(dǎo)導(dǎo)入。用戶可可根據(jù)實際情情況自由選擇擇輸入方式。4.節(jié)省了時間間，減少了人人為讀數(shù)誤差。以往工工地現(xiàn)場測灰灰劑量時，首首先準備標準準曲線試驗，把把試驗結(jié)果輸輸入EXCEEL表格，利利用EXCEEL圖

17、表功能能生成反映灰劑劑量與EDTTA消耗關(guān)系系的標準曲線線，再將標準準曲線打印出出來，然后根根據(jù)現(xiàn)場取樣樣的滴定結(jié)果果即EDTAA消耗值，從從打印出的標標準曲線上人人工讀取此EEDTA消耗耗值所對應(yīng)的的灰劑量，作為該試樣樣的灰劑量檢檢測值。這種做法法費時不說，人人工讀取灰劑劑量時又增加加人為因素方方面的誤差。使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EXCEEL對接，實實用性強。由由于本軟件數(shù)數(shù)據(jù)輸入時除除了設(shè)有手動鍵盤盤輸入外，還還可采用直接接導(dǎo)入EXCCEL文件的的形式，包括括后面灰劑量量測定時，也也可導(dǎo)入EXXCEL文件件，且軟件自自動算出其對對應(yīng)灰劑量值值時，結(jié)果可可保存為EXXCEL文件件的形式。鑒鑒于目前公路路工程工地現(xiàn)現(xiàn)場檢測試驗驗記錄表或報報告用的都是是EXCELL文件，軟