水泥稳定砂砾水泥剂量测定(EDTA滴定法)

文章编号:1671-2579(2007)02-0151-03水泥稳定砂砾水泥剂量测定(ED TA 滴定法)沈学峰1,汪晓波2(1.宁夏交通科研所,宁夏银川　750001;2.宁夏路桥工程股份有限公司) 摘　要:通过分析水泥稳定砂砾各组成成分,阐明了水泥剂量测定的主要影响因素:由于样本太小,样本的砂砾级配并不能反映水泥稳定砂砾中砂砾的真实级配情况,致使水泥剂量测定结果与实际相差较大。

笔者用拌和好的混合料过4.75mm 筛,取通过的颗粒300g ,作为样本测定水泥剂量标准曲线,并在现场检测时也采用标准曲线测定时的方法,解决了样本太小的问题,提高了测定的精确度。

关键词:水泥稳定砂砾;水泥剂量;标准曲线;4.75mm 筛;砂砾级配收稿日期:2006-09-19作者简介:沈学峰,男,大学本科,工程师.E -mail :sxf1204@ 由于对《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(J TJ 057-94)在无机结合料稳定材料剂量测定方面理解不一致,导致公路工程技术人员对水泥稳定砂砾(以下讨论的问题同样适用于二灰砂砾、综合稳定砂砾等无机结合料稳定粗集料)水泥剂量(以下简称剂量)测定方法的理解不一。

方法不同测定结果差异大,而最精确的方法只有一种,本文将分析水泥稳定砂砾剂量测定的影响因素,并提出到目前为止最精确的采用ED TA 滴定法的剂量测定办法。

1　剂量测定的主要影响因素水泥稳定砂砾由三部分组成:水、水泥、砂砾。

剂量测定的主要影响因素是含水量及砂砾级配。

1.1　含水量对水泥剂量测定的影响测定标准曲线时,完全按最佳含水量配制水泥稳定砂砾。

施工中含水量很难控制在最佳含水量,总有一定的偏差。

为了便于分析,假设施工中剂量始终控制在设计剂量,举例说明:某水泥稳定砂砾设计剂量x =5%,最佳含水量w 0=6%,含水量控制在w 0±1%。

(1)当含水量控制在最佳含水量时集料质量为100g ,混合料质量M :M =100(1+x )(1+w 0)=100(1+5%)(1+6%)=111.3g水泥质量m :m =100×x =100×5%=5g(2)当含水量为控制上限w 1=7%时取混合料111.3g ,则其中水泥质量m 1:m 1=M ×x(1+w 1)(1+x )=111.3×5%(1+7%)(1+5%)=4.95g (3)当含水量为控制下限w 2=5%时取混合料111.3g ,则其中水泥质量m 2:m 2=M ×x(1+w 2)(1+x )=111.3×5%(1+5%)(1+5%)=5.05g 剂量测定中剂量与相同质量混合料中的水泥质量呈线性关系。

水泥质量5g 时,剂量为5%,当水泥质量为5.05g 、4.95g 时,剂量分别为5.05%、4.95%。

含水量在控制界限时,测定剂量与实际剂量只相差±0.05%,可据此判定含水量对剂量测定影响不大,可以忽略不计。

1.2　砂砾级配对剂量测定的影响为了便于分析,笔者在试验室做了以下两种情况剂量标准曲线测定:①不过筛;②过4.75mm 筛,从筛底取样。

151第27卷　第2期2007年4月中　外　公　路 试样制备:取5kg砂砾(集料设计最大粒径为37.5mm,样本能代表砂砾的真实级配),根据最佳含水量加水拌和,闷料1d(主要是集料经风干或烘干后,开口孔隙内没有水分,加水拌和后,水分不能迅速进入开口孔隙,因此必须闷料1d,才能保证水分充满开口孔隙),加设定剂量水泥拌和均匀立即试验。

测定结果见表1。

表1　水泥剂量标准曲线测定结果水泥剂量/%ED TA耗量/mL不过筛(大颗粒多)(大颗粒少)过4.75mm筛28.912.6412.919.120.1614.826.2821.531.21019.934.4 注:“不过筛”中4%剂量随机取了两份300g样本,目测一份大颗粒多,一份大颗粒少;其余剂量只随机取了一份300g样本从理论上来说,剂量大的水稳砂砾消耗的ED TA 大于剂量小的,但表1可以看到,不过筛的10%剂量的ED TA耗量反而小于8%剂量的;6%剂量的ED2 TA耗量反而小于4%剂量大颗粒少的样本的;同样4%剂量,大颗粒少的样本的ED TA耗量大于大颗粒多的样本的,这完全与理论不符。

按照数理统计的原理,样本越大,其代表性越高。

集料级配筛分试验,当最大粒径为53mm,至少取样8 kg;集料最大粒径为37.5mm时,至少取样5kg;集料最大粒径为16mm时,至少取样1kg;细集料时,至少取样500g。

二级公路基层集料最大粒径为53mm,严格时最大粒径为37.5mm。

剂量测定中混合料取样只有300g,除去水和水泥的质量,集料只有270g 左右,与筛分试验的样本相比,样本质量太小,不能真实反映其级配。

一颗53mm粒级的颗粒大约160g,是270g集料的60%,一颗37.5mm的粒级颗粒大约70g,是270g集料的25%。

这么大的比例,多取少取一颗最大粒级颗粒甚至次一级粒级的颗粒,都会使级配变化很大。

集料级配变化必然导致比表面积变化,集料越粗,比表面积越小;集料越细,比表面积越大。

表面粘附假定认为水泥稳定砂砾中水泥颗粒总是粘附在集料颗粒表面上,且集料单位表面积粘附的水泥颗粒一样多。

比表面积越小,粘附的水泥颗粒越少,ED2 TA耗量越少,测定的剂量越小;反之,测定的剂量越大。

这就是在不过筛的样本中出现诸多与理论不符的原因。

水泥稳定砂砾剂量测定(不过筛)的样本太小,没有代表性,测定的数据变异太大,同样剂量的两个样本ED TA耗量相差这么大,如果是现场检测,会出现一个样本检测合格,另一样本检测不合格的现象;而且从图1(剂量与ED TA耗量的关系呈二元一次方程关系,但其曲率很小,为了便于分析,采用一元一次方程关系)可以看出标准曲线相关系数为:不过筛(大颗粒少)其相关系数为0.759,不过筛(大颗粒多)其相关系数为0.939,与显著性水平0.05和自由度n-2相应的相关系数临界值r0.05=0.878,得0.759<0.878, 0.939>0.878,不过筛(大颗粒少)标准曲线相关性不显著,而不过筛(大颗粒多)标准曲线相关性也仅仅刚达到显著,这就需要解决标准曲线相关性不显著和现场检测变异大的问题。

图1　水泥剂量标准曲线水泥稳定砂砾里的砂砾集料必须符合规范级配要求,即使在二级及以下公路建设中,规范级配要求较宽,但料场的砂砾的天然级配是一致或变化不大的。

最大粒径越小,具有代表性的样本量可以越小。

如果将混合料通过某一细筛孔后取样测定剂量,那么样本所含集料具有足够的代表性,完全能反映出料场砂砾某一细筛孔通过部分的实际级配,当然其级配也是一致或变化不大的。

也就是说样本所含集料的比表面积不会因取样方法的差异而产生较大变化,只会产生微小的变化,对水泥剂量的测定结果影响甚微。

过4.75 mm筛的标准曲线的相关系数r0.05=0.989≈1,几乎完全相关,就可以证明这一点。

从表1可以看出过4.75mm筛标准曲线各剂量的ED TA耗量比不过筛的要多,同一单位质量细颗粒表面积要比粗颗粒表面积大得多,细颗粒所粘附水泥颗粒比粗颗粒多得多,况251 中　外　公　路 27卷　且部分粗颗粒粘附的水泥颗粒在摇筛的过程中脱落,过筛后在细颗粒范围内,这就是过4.75mm筛的ED2 TA耗量比不过筛的要大的原因。

ED TA耗量的增加不会引起测定剂量的增加,如果现场检测时也过4.75mm筛,操作过程以标准曲线操作过程为标准,所取300g样本粘附的水泥颗粒与标准曲线某一剂量样本一样多,参照过4.75mm筛的标准曲线,测定值就会在混合料剂量真值的允许范围内。

只要测定标准曲线时过细筛,现场检测时也过细筛,就能解决标准曲线相关性不显著和现场检测变异大的问题。

综上所述,由于规程规定的样本太小,样本难具代表性,不能真实反映混合料各组成的实际掺加比例。

只有通过过细筛的方法,才能使样本具有代表性,使混合料各组成的实际掺加比例得到真实反映,尤其是剂量。

2　筛孔尺寸的选择筛孔尺寸的选择应能使300g样本具有代表性,且易于通过。

过2.36、4.75mm筛后样本都能具有代表性,根据实践经验,2.36mm筛孔由于拌和料湿润,容易堵塞,不易通过,因此,4.75mm是最佳的筛孔尺寸。

3　剂量测定经常出现的4种情况目前水泥稳定砂砾施工中水泥剂量测定经常会出现以下4种情况。

(1)标准曲线测定时不过筛,现场检测时不过筛两个过程虽然保持了一致性,但其在测定结果上变异较大,作为检测手段难具说服性。

(2)标准曲线测定时不过筛,现场检测时过筛用图1不过筛(大颗粒多)、过4.75mm筛的两个标准曲线来分析,首先,标准曲线与现场检测没有一致性,标准曲线不能称为标准;其次,假使现场检测过4.75mm筛,测得的ED TA耗量为14.8mL,如果采用不过筛的标准曲线查得剂量为5.5%,水泥剂量合格。

但从保证一致性的角度考虑,采用过4.75mm筛的标准曲线查得剂量只有2.4%。

也就是说采用不过筛测出的剂量偏高,会导致把不合格的样品测定为合格。

(3)标准曲线测定时过筛,现场检测时不过筛这种情况与(2)相反,但其结论一致,会导致不合格样品测定为合格。

(4)标准曲线测定时过筛,现场检测时过筛首先,两个过程保证一致性;其次,检测结果变异小,应是最佳的水泥稳定砂砾剂量的测定方法。

4　结语(1)水稳砂砾水泥剂量测定的精确操作方法标准曲线测定时,必须取超过与最大粒径相对应的最小质量的砂砾样本,根据最佳含水量加水拌和,闷料1d,加设定剂量水泥拌和制备成试样,然后过4.75 mm筛后取300g样本,测定其ED TA耗量,绘制标准曲线;现场检测时,过4.75mm筛后取300g样本,测定其ED TA耗量,根据标准曲线确定其水泥剂量。

(2)水稳砂砾水泥剂量测定需注意的问题①规程(J TJ057-94)中的前后矛盾,表述不清造成了剂量测定方法的理解不一,必须予以充分注意。

②标准曲线必须是现场检测的标准;现场检测时的操作步骤、取样方法等必须与标准曲线时完全一致。

③由于规程(J TJ057-94)中剂量测定规定的混合料的样本只有300g,样本太小,不能反映混合料中集料的实际级配,必然会造成集料比表面积的变化,测定的剂量自然也会变化,而这种变化的变异很大,直接取样检测是不适合的。

通过过筛的办法,解决了样本太小的问题。

④对于300g混合料样本,理论最佳的过筛筛孔尺寸为2.36mm(忽略水和水泥的质量,300g是最大粒径为2.36mm集料的最小样本量),但实际应用时不便操作,故采用最大粒径为4.75mm集料的最小样本量为500g,但相对于更大的筛孔尺寸,4.75mm更具有代表性。