水泥穩(wěn)定混合料的水洗篩分法

寇冠宇

(重慶交通大學(xué))

1 混合料水洗篩分簡介

1.1 集料的水洗篩分

集料的水洗篩分試驗是實際工程中廣泛使用的一種級配篩分方法，瀝青混合料和基層材料所用集料必須使用水洗篩分法進(jìn)行篩分。試驗所用集料需要烘干至恒重，然后加入清水浸泡，經(jīng)過攪拌后，通過固定套篩過濾懸浮液，最后將過濾后剩余集料烘干，篩底礦粉的質(zhì)量通過水洗前集料與過濾烘干后集料的質(zhì)量差值進(jìn)行計算，以克為單位，精確至0.1%。集料的水洗試驗可用于原材料的級配篩分如未篩碎石、級配碎石、天然砂礫、級配砂礫，也適用于按照級配混合后的集料級配檢測。在實際工程應(yīng)用中，集料的水洗篩分應(yīng)用的范圍主要是在集料、結(jié)合料和水進(jìn)行拌和之前。通過現(xiàn)有集料水洗篩分的經(jīng)驗的積累，研究水泥穩(wěn)定混合料的水洗篩分方法。

1.2 水泥穩(wěn)定混合料的水洗篩分

在實驗室成型水泥穩(wěn)定混合料試件時，所采用的粗集料與細(xì)集料都是經(jīng)過逐級篩分的單一粒徑礦料，不同粒徑礦料均能準(zhǔn)確控制。但是在施工現(xiàn)場使用的每檔礦料一般均包含多種粒徑的礦料，如果拌合站或者攤鋪機(jī)出現(xiàn)問題，混合料級配很容易受到影響。而且在混合料由拌合站運送到攤鋪現(xiàn)場后，混合料的實際級配狀況是否仍滿足設(shè)計級配要求，這些問題都需要現(xiàn)場對混合料進(jìn)行取樣，因此在水泥穩(wěn)定半剛性基層鋪筑過程中，有時需要對現(xiàn)場所取試樣進(jìn)行級配檢測。根據(jù)現(xiàn)有《公路工程集料試驗規(guī)程》、對于拌合后的混合料及路面實際鋪筑中的混合料并沒有詳細(xì)的水洗篩分方法，隨著試驗道路對研究要求的提高，有時需要對鋪筑過程中的道路基層水泥穩(wěn)定混合料進(jìn)行級配檢測，經(jīng)過試驗分析，發(fā)現(xiàn)使用水洗法可以得到水泥穩(wěn)定混合料的實際級配。

2 水泥穩(wěn)定混合料的水洗法

2.1 原材料介紹

(1)水泥:紅獅牌普通硅酸鹽水泥

(2)集料:廣西當(dāng)?shù)亓蠄? ～5 mm、5 ～10 mm、10 ～20 mm、20 ～30 mm 四檔集料。

2.2 設(shè)計級配

根據(jù)以往施工經(jīng)驗，再結(jié)合廣西半剛性基層路面的實際要求設(shè)計水泥穩(wěn)定混合料的級配，經(jīng)過擊實試驗及強(qiáng)度試驗，混合料指標(biāo)參數(shù)均滿足規(guī)范要求，水泥劑量5.5%，級配見表1。

表1 礦料設(shè)計級配

2.3 混合料的水洗原則

水泥穩(wěn)定混合料由水、水泥和集料組成，為了得到集料的級配曲線，通過水洗法過濾掉混合料中的水泥成分。施工現(xiàn)場和實驗室中套篩最小粒徑尺寸為0.075 mm，所以在過濾稀釋后的水泥漿時也會將篩底的礦粉過濾掉(篩底礦粉粒徑小于0.075 mm)，礦粉含量也是級配曲線的一部分，所以為了得到完整的級配曲線，還需使用計算法還原篩底礦粉含量。

2.4 混合料的水洗步驟

(1)混合料水洗試驗之前需要準(zhǔn)備0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm 孔徑的篩網(wǎng)各一只，容器一個(足夠放入一份試樣)，容器表面應(yīng)光滑清潔，避免殘留礦粉黏附，影響實驗準(zhǔn)確性;混合料放入容器后需要加水沖洗攪拌，沖洗過程中水泥漿不能溢出，因此容器邊沿高度需要高于加水后的水面高度;礦料經(jīng)過水洗后，為避免礦料損失，需要將礦料連同容器整體放入烘箱中，所以選用容器時要測量是否能夠放入烘箱。

(2)從現(xiàn)場取回至少取回三分混合料試樣，每份試樣重量應(yīng)不少于6 000 g，以保證混合料級配的完整性，將試樣倒入準(zhǔn)備好的容器內(nèi)，由于細(xì)集料容易粘附在承裝混合料的袋子上，所以需要用清水將袋子沖洗，沖洗后的水也要倒入容器內(nèi)，以免細(xì)集料流失對篩底換算造成影響。

(3)在容器內(nèi)加入足夠數(shù)量的潔凈水，水面要高于混合料，但不得使用任何洗滌劑、分散劑或表面活性劑。用攪拌棒充分?jǐn)嚢杌旌狭?，但不能破碎礦料或者使礦料和水濺出容器，將粗集料表面清洗干凈，使細(xì)集料和水泥懸浮于水中。

(4)攪拌均勻后，將容器內(nèi)的污水緩慢的倒入0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm 篩子組成的套篩中進(jìn)行過濾，注意傾倒污水時不要濺出、也不能從兩篩之間的縫隙中流出。

(5)重復(fù)過程3 和過程4，直到混合料加水?dāng)嚢韬笏|(zhì)清澈不混濁，證明混合料中的水泥漿全部水洗干凈。

(6)在水龍頭上套上膠皮管，打開水龍頭，用膠管流出的水緩慢的沖洗套篩最上層的0.3 mm 篩子，水流從0.075 mm 篩下流失不保留，直至流出的水色清澈為止。水洗過程中，可以適當(dāng)用手?jǐn)_動試樣，加速礦粉過篩，待0.3 mm 篩沖干凈后取除，接著從0.15 mm 篩上沖洗，但不得直接沖洗0.075 mm 篩。如果直接沖洗0.075 mm 篩，可能會使篩網(wǎng)下凹變形堵塞篩孔，或者造成礦粉與篩面發(fā)生共振，不能通過篩孔。

(7)分別將各篩反過來，將各篩篩余用小水流仔細(xì)沖洗入裝有水洗混合料的容器中，待篩余沉淀后，稍稍傾斜容器。仔細(xì)倒出清水，然后將容器和混合料一同放入烘箱中烘干至恒重。

(8)烘干集料冷卻后，使用標(biāo)準(zhǔn)套篩將集料逐級篩分，計算各個篩上的篩余。

2.5 篩底換算系數(shù)

混合料中的篩底細(xì)集料粒徑小于0.075 mm，混合料經(jīng)過水洗后，篩底和水泥一同被過濾掉了，礦料級配中缺少篩底的數(shù)據(jù)，無法畫出一條完整的級配曲線。所以采用計算法估算損失掉的篩底重量，經(jīng)分析篩底細(xì)集料主要存在于0 ～5 mm 檔的礦料里，這檔礦料包括4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm、0.075 mm 七種粒徑的細(xì)集料。按照《公路工程集料試驗規(guī)程》，從0 ～5 mm 料堆取樣進(jìn)行篩分。

按照試驗規(guī)范取樣篩分可以比較全面的表示出0 ～5 mm 檔集料的級配情況，同時0 ～5 mm 檔內(nèi)七種集料在0 ～5 mm集料中所占比例也可以確定，所以當(dāng)過濾混合料中不含有篩底數(shù)據(jù)時，可以用0.075 ～4.75 mm 七檔細(xì)集料中的其他四種細(xì)集料的分計篩余推算出篩底的分計篩余，即使用0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm、0.6 mm 四檔細(xì)集料的分計篩余推算篩底篩余，計算每檔礦料和篩底的相對比例，使用公式(1)計算。

注:y:篩底分計篩余換算比。本次試驗使用0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm、0.6 mm 四種篩余進(jìn)行篩底換算，所以有四個y 值，即y1、y2、y3、y4。

P1:0 ～5 檔集料篩分試驗中篩底分級篩余(%)。

P2:0 ～5 檔集料篩分實驗中用于換算的孔徑分級篩余(%)。

經(jīng)過計算，篩底篩余換算比見表2。

表2 篩底分計篩余換算系數(shù)

2.6 計算級配通過率

三份混合料水洗烘干后進(jìn)行篩分，篩分后的級配結(jié)果見下表3。

表3 水洗烘干后礦料篩分表

續(xù)表3

將三組混合料的0.075 ～0.6 mm 細(xì)集料分級篩余，使用表2 的換算比計算篩底的分級篩余。計算結(jié)果見表4。

表4 篩底篩余換算值

由表2 發(fā)現(xiàn)水洗烘干后的篩底分計篩余并不為零，這是由于水洗未洗凈的原因，但并不影響篩底換算，將表3 中的篩底值舍棄，將表4 中的三組計算篩底分計篩余值代入表3，然后再分別計算三組礦料的通過率，最后計算三組通過率的平均值，計算結(jié)果如表5 所示。

表5 完整級配表

3 結(jié) 論

水泥穩(wěn)定混合料水洗法經(jīng)過多次試驗驗證，準(zhǔn)確性可以達(dá)到混合料的篩分要求，而且取樣質(zhì)量越大，越能準(zhǔn)確描述所取混合料的級配情況?；旌狭习韬秃退吹拈g隔時間不易太久，否則水泥水化反應(yīng)程度過高會影響水洗效果，一般可在混合料拌合站出料口、運料車和攤鋪機(jī)攤鋪時取料，要注意取料的均勻性。通過施工經(jīng)驗可知，拌合站剛開始拌和出料的準(zhǔn)確性很難控制，往往和設(shè)計級配差距較大，對于一些需要精確施工的試驗路可以使用水洗法確定混合料拌和效果趨于穩(wěn)定的時機(jī)，能大大提高工程的施工效果。

［1］沙慶林.重載交通長壽命半剛性路面設(shè)計與施工［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］沙慶林.高等級公路半剛性基層瀝青路面［M］.北京:人民交通出版社，1997.