工地實(shí)驗(yàn)室對(duì)于用EDTA滴定法快速測定灰劑量軟件的實(shí)現(xiàn)1docdeflate

1、工地實(shí)驗(yàn)室對(duì)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(duì)于灰劑量的現(xiàn)場檢測是在EXCEL生成的標(biāo)準(zhǔn)曲線基礎(chǔ)上采用人工估讀。通過最小二乘法擬合多項(xiàng)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(yàn)的檢測精度并節(jié)省了時(shí)間。關(guān)鍵詞 :EDTA；灰劑量；標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線；軟軟件；檢測引 言當(dāng)前，在我國高高等級(jí)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(jià)價(jià)相對(duì)較低，取取材容易，材材料來源廣泛泛，強(qiáng)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(diǎn)。但如如果對(duì)其特點(diǎn)點(diǎn)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(huì)造成嚴(yán)嚴(yán)重的路面質(zhì)質(zhì)量隱患。水水泥劑量小，強(qiáng)強(qiáng)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(jì)，干干縮、溫縮效效應(yīng)顯著，易易引起反射裂裂縫。因此，準(zhǔn)準(zhǔn)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(gè)重要環(huán)節(jié)節(jié)1。對(duì)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(jī)結(jié)結(jié)合料穩(wěn)定材材料試驗(yàn)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(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)，即首先在工地地實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定定出標(biāo)準(zhǔn)曲線線，然

3、后在工工地施工現(xiàn)場場對(duì)已完成的的基層混合料料進(jìn)行取樣并并進(jìn)行快速滴定，將其滴定結(jié)果果與先前標(biāo)定定好的標(biāo)準(zhǔn)曲曲線比對(duì)，通通過標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際灰劑劑量大小。由由此可見，本本試驗(yàn)中標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)曲線的標(biāo)定定尤為重要，其其準(zhǔn)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(yàn)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(hào)、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(biāo)標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)曲線線，以確保標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線與工工地實(shí)際施工工情況的一致致性，從而最

4、最終保證試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果的正確確2。在實(shí)實(shí)際路面施工工過程中，施施工單位的工工地試驗(yàn)室在在標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)曲曲線時(shí)，往往往只標(biāo)定一次次，自始至終終就固定使用用這一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)曲線。分析析其原因，一一方面是工地地實(shí)驗(yàn)人員對(duì)對(duì)于EDTAA標(biāo)準(zhǔn)曲線的的理解和認(rèn)識(shí)識(shí)不夠，另一一個(gè)原因就是是標(biāo)準(zhǔn)曲線的的標(biāo)定繪制相相對(duì)比較麻煩煩?；谏鲜鍪龇N種原因，開開發(fā)出工地試試驗(yàn)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(shí)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(shí)所用的EEDTA二鈉鈉標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)曲

5、曲線制定時(shí)，我我們將準(zhǔn)備標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)的的5個(gè)不同的的灰劑量(%)看作Xii，其對(duì)應(yīng)的的EDTA二二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液液消耗量V(ml) 看看作Yi,利用這5組實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗耗量之間的規(guī)規(guī)律，確定出出了標(biāo)準(zhǔn)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(shí)所所用的EDTTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)溶液的消耗耗量，就可以以利用其標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)曲線公式快快速得到其所所對(duì)應(yīng)的灰劑劑量。1.1 最小二二乘法擬合多多項(xiàng)式算法本軟件采用的是是

6、最小二乘法法來擬合EDDTA標(biāo)準(zhǔn)曲曲線公式44。數(shù)據(jù)擬合的的具體作法是是：對(duì)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(diǎn)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(shí)踐踐經(jīng)驗(yàn)已表明明EDTA標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)采用用最小二乘法法擬合多項(xiàng)式式的算法來實(shí)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線線的制定。 設(shè)是已知知的n組試驗(yàn)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室室制定EDTTA二鈉標(biāo)圖1 最小

7、二乘擬合 階段，其中為準(zhǔn)準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)曲線線時(shí)的灰劑量量值（%），則為滴定法測定其灰劑量時(shí)所用的EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量（ml）。最小二乘法擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線的問題就轉(zhuǎn)變成為求m次多項(xiàng)式： （2）使取得最小值。將分別代入多項(xiàng)項(xiàng)式（2）的的兩端，得到到一個(gè)含有mm+1個(gè)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(dá)到最小小值的m次多項(xiàng)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(shí)實(shí)現(xiàn)該軟件5。軟件件算法主要代碼碼如下所示：namespaace 多項(xiàng)項(xiàng)式插值與擬擬合

8、/ 多項(xiàng)式式擬合 / / 數(shù)值對(duì)的的X值 / 數(shù)值對(duì)的的Y值 / 多項(xiàng)式式的系數(shù) / 相關(guān)系系數(shù) / 多項(xiàng)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)本程序設(shè)計(jì)為兩兩大模塊，一是標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)曲線多多項(xiàng)式的階數(shù)數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)曲線線系數(shù)的小數(shù)數(shù)位數(shù)，還能能夠顯示標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)曲線的公式式及均方差。

11、圖2 程序主主界面2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線線制備模塊一為標(biāo)準(zhǔn)曲曲線的制定，也是本軟件點(diǎn)擊開后的初始默認(rèn)界面，將工地實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)曲線準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)得到的的試驗(yàn)結(jié)果直接輸入或?qū)肽K一對(duì)應(yīng)的空格處。并設(shè)定好標(biāo)準(zhǔn)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，則該窗口則會(huì)自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)曲線公式和均方差，再單擊左上角“灰劑量與EDTA消耗標(biāo)準(zhǔn)曲線”則軟件會(huì)自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。具體操作實(shí)現(xiàn)過程如下。第一步：輸入或或?qū)牍さ貙?shí)實(shí)驗(yàn)室制備標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線的試試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見見圖3。 圖3 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線制定定數(shù)據(jù)輸入第二步：標(biāo)準(zhǔn)曲曲線階數(shù)及系系數(shù)小數(shù)位數(shù)數(shù)設(shè)置及標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)曲線公式的的生成，見圖圖4。 圖圖4 標(biāo)準(zhǔn)曲曲線設(shè)置第三步

12、：灰劑量量與EDTAA二鈉消耗標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線圖的的生成。見圖圖5 圖5 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yàn)結(jié)果即EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量值，并單擊窗口右下角“求解灰劑量”按鈕，則自動(dòng)生成其所對(duì)應(yīng)的灰劑量值（%），并可進(jìn)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?；覄┝浚?）平均

13、EDTA二二鈉標(biāo)準(zhǔn)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(shí)例例S246NJ-LM3標(biāo)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(xiàng)目起點(diǎn)樁樁號(hào)為K199+400，終終點(diǎn)樁號(hào)為KK45+5666.27，全全長26.22Km（含延延伸段2.77Km）。設(shè)計(jì)基層層采用水穩(wěn)碎碎石，根據(jù)設(shè)設(shè)計(jì)要求，工工地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)進(jìn)行水穩(wěn)碎石石的配合比設(shè)設(shè)計(jì)，根據(jù)擊擊實(shí)試驗(yàn)和無無側(cè)限抗壓強(qiáng)強(qiáng)度試驗(yàn)，最最終決定采用用5.0%的的灰劑量。在在進(jìn)行工地現(xiàn)現(xiàn)場水穩(wěn)碎石

14、石灰劑量檢測測時(shí)，首先工工地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)進(jìn)行室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)曲線線的制定試驗(yàn)驗(yàn)，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(yùn)用本軟件進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)曲線制定模模塊相應(yīng)位置置，見圖7。. 圖7 S2246NJ-LM3標(biāo)段段水穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)曲曲線數(shù)據(jù)輸入入運(yùn)用本軟件生成成標(biāo)準(zhǔn)曲線公公式為： 其中，為準(zhǔn)備標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)的的灰劑量值（%），則為測測定其灰劑量量時(shí)所用的EEDTA二鈉鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消消耗量（mll）。生成的的標(biāo)準(zhǔn)曲線見見圖8。 圖8

15、SS246NJJ-LM3標(biāo)標(biāo)段水穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)曲線圖從工地現(xiàn)場取了了4個(gè)拌合好水穩(wěn)碎碎石試樣，根根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程程T08099-20099每個(gè)試樣應(yīng)應(yīng)做平行試驗(yàn)驗(yàn)的要求，共共做了8次滴滴定試驗(yàn)，將將其試驗(yàn)結(jié)果果運(yùn)用本軟件件，自動(dòng)快速速測得8個(gè)灰灰劑量值。見見圖9。 圖99 S2446NJ-LLM3標(biāo)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(xiàng)目SS239高淳淳東段LM22標(biāo)段和S2246NJ-LM3標(biāo)段段的具體運(yùn)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(diǎn)點(diǎn)和優(yōu)勢。1.界面簡單，操操作運(yùn)行方便便；該軟件窗窗口設(shè)計(jì)實(shí)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(píng)評(píng)價(jià)說一看就就會(huì)或一用就就會(huì)。2.精度高，計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確。由由于本軟件在在擬合標(biāo)準(zhǔn)曲曲線時(shí)，可選選擇標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)曲曲線公式的精精準(zhǔn)性，一般般擬合公式都都能達(dá)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(shí)設(shè)有兩種種方式，一是是手動(dòng)輸入，二二是由EXCCEL文件導(dǎo)導(dǎo)入。用戶可可根據(jù)實(shí)際情情況自由選擇擇輸入方式。4.節(jié)省了時(shí)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(shí)，首首先準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)曲線試驗(yàn)，把把試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)曲線線，再將標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)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(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線上人人工讀取此EEDTA消耗耗值所對(duì)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(fèi)時(shí)不說，人人工讀取灰劑劑量時(shí)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(shí)間。5.與EXCEEL對(duì)接，實(shí)實(shí)用性強(qiáng)。由由于本軟件數(shù)數(shù)據(jù)輸入時(shí)除除了設(shè)有手動(dòng)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(shí)，也也可導(dǎo)入EXXCEL文件件，且軟件自自動(dòng)算出其對(duì)對(duì)應(yīng)灰劑量值值時(shí)，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(yàn)驗(yàn)記錄表或報(bào)報(bào)告用的都是是EXCELL文件，軟