颗粒分析筛试验筛在筛分粒径与粒径计粒径比较实验中的应用 www.tool-tool.com

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摘要：筛 分法与粒径计法是两种重要的颗粒分析方法。本文通过较为系统的实验发现 采用这两种方法所得到的实验结果之间存在较大的偏差。采用粒径计法测得的样品粒径较之用筛分法所得的结果明显偏大，说明用这两种原理不同的颗分方法所测出 的粒径数据不能不加换算地直接采用。由于目前有关筛分粒径与粒径计粒径转换关系的研究结果并不一致，所以文中比较了几家代表性研究成果之间的差异，重点讨 论了采用不同沉降速度公式进行计算时所得粒径计粒径之间的差异，探讨了各家结果不同的原因，对与颗粒粒径相关的研究具有参考价值。

关键词：颗粒分析；筛分粒径；粒径计粒径；筛分法；粒径计法

基金项目：本项研究得到国家自然科学基金(49625101)的资助。
作者简介：吴世亮（1975-），男，北京大学研究生。

1 引言

颗 粒分析是一种重要的实验研究手段，在多个学科中都有广泛应用。通过颗粒分析，可以得知某一特定地区或某一特定环境 下物质的粒度特点，从而为相关研究提供基础。例如，在沉积学中粒度是沉积物及沉积岩的主要特性之一，它可以作为沉积物及沉积岩分类的定量指标，可以反映沉 积作用的流体力学特征；在地貌学中物质的粒度特征可以用来研究各种介质的动力搬运过程及特点，作为分析同一地区的环境演化过程以及对比不同地区环境差异的 重要依据；在水利科学中可以通过研究河流泥沙的粒度特征来分析泥沙的来源、沉积、沿程分选以及随时间的变化等情况。

根据样品的种类、粒径范围、取样多少以及设备条件等情况的不同，有多种不同的颗粒分析方法，如尺量法、筛分法、粒径计法、吸管法、消光法、离心沉降法等^[1，2]。其中，后四种方法都要借助于水体，将样品放置于水溶液中进行分析，因此又都称之为水分析法。

水分析法依据的原理是：对于同种样品的颗粒，如果它们大小不同，则它们在水中沉降的速度也不同。因此，可以通过测量颗粒在静止清水中的沉降速度，将与其沉降速度相等且比重相同的球体直径当作泥沙的粒径，并称为沉降粒径，水分析法又称之为沉降法。

筛 分法中的筛类似农村常用的米筛，不过其分辨率更高。筛分法不借助水溶液，而是直接在干燥固体状态下，用孔径不同的 筛子将不同粒径级的颗粒直接筛分开来，故所得粒径称为筛分粒径。由于筛分法与沉降法所依据的原理及采用的设备都截然不同，因此分别用这两种方法测出的筛分 粒径和沉降粒径有所不同。

早在1970年，Sanford等^[3]就注意到了由筛分法与沉降法所得泥沙粒径有较大差别。他们分别用两种方法对从海滩上采集的沙样进行了颗粒分析，根据实测结果提出了二者之间的转换关系。两种颗分方法所得结果的“等值粒径”为0.094mm。赵伯良等^[4，5]认为由于泥沙颗粒群体在清水中沉降，在其开始阶段不可避免地将因清水与浑水密度的不同而产生群体异重沉降和扩散影响，导致测得的泥沙颗粒沉速偏大，计算粒径偏粗。这种影响随颗粒粒径减小和颗粒浓度增大而显著地增大，这是粒径计法的一个先天性缺陷。向治安等^[6，7]也曾专门研究了泥沙的筛分粒径与沉降粒径之间的关系，并根据实验资料，得出了两种粒径的“等值粒径”为0.15mm的结论。

由 此可见，用筛分法与沉降法两种颗粒分析方法所测出的颗粒粒径数据之间确实存在较大的差异，无法相互替代使用。这也 使得用不同分析方法所得结果之间缺乏可比性，并导致不同的颗分研究资料难以共享。此外，在研究中经常遇到沙样的级配范围较大，其中一部分需要用筛分法确定 其粒径大小，另一部分则需要用粒径计法，这时两部分结果也需要转化为同一标准下进行分析。为了对两种方法测量结果进行对比分析，本文采用粒径范围在 0.062～1.0mm之间的风成沙样进行实验，并与他人的实验结果进行比较。

2 两种分析方法的原理及实验设备

2.2 筛分析法

筛 分法是分析D>0.062mm的颗粒的主要方法。筛分法是最古老、最简单但却被广泛应用的一种方法。筛分法 通常有几种筛系，每一筛系由若干个具有不同分辨率的筛组成，每一个筛的分辨率用“目”表示筛孔的大小，“目”就是每英寸长度内有若干根编丝的数目，“目” 数越高，筛孔就越小，可以分辨的颗粒粒径也就越小。

用不同“目”的筛子对颗粒进行筛分实验时，将刚好 能通过颗粒的筛孔直径或边长定义为其筛分粒径。实际进行筛分实验 时，每组颗粒的粒径介于其上下两级筛孔孔径之间，有时也取该两级孔径的算术平均值或几何平均值作为这组颗粒的代表粒径。最后，根据各级筛分颗粒的大小和数 量，即可获得颗粒尺寸的大小及分布。

目前按不同的标准有不同的筛系，如美国TYLES筛系和ASTM 筛系，国际标准化组织ISO筛系，日本JIS筛系和 英国BS筛系。筛分法的最细“目”为30μm～40μm，也就决定了筛分法的最小分辨粒度大于30μm。目前，许多单位都购置了各种类型的自动筛分仪，如 音波振动式全自动筛分粒度仪等。这些新式筛分仪的基本原理与以前的机械式振筛机是完全一样的，其核心工作部分仍然是一系列孔径不同的筛子，只不过增加了一 些辅助设备或自动化程序，使得工作效率和精度得到提高而已。

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