水泥石灰綜合穩(wěn)定土水泥石灰劑量檢測方法

杜乃紅，葉其業(yè)

（天津市濱海新區(qū)塘沽濱海建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，天津300456）

水泥石灰綜合穩(wěn)定土水泥石灰劑量檢測方法

杜乃紅，葉其業(yè)

（天津市濱海新區(qū)塘沽濱海建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，天津300456）

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測水泥石灰綜合穩(wěn)定土中劑量的方法只能檢測出結(jié)合料的劑量，而無法區(qū)分水泥和石灰各自的劑量，不利于準(zhǔn)確控制施工質(zhì)量。通過試驗詳細(xì)分析了現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測方法中存在的問題，并根據(jù)EDTA滴定反應(yīng)原理及水泥與石灰在氯化銨溶液中鈣溶出速率的不同，提出新的檢測方法，對不同配比進(jìn)行室內(nèi)試驗驗證。結(jié)果表明：新的檢測方法能夠準(zhǔn)確測得水泥石灰穩(wěn)定土中的水泥劑量和石灰劑量。該方法可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于其他公路無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的水泥（石灰）劑量的測定。

水泥石灰綜合穩(wěn)定土；水泥劑量；石灰劑量；檢測方法

0 引言

在公路工程中，常采用石灰或水泥穩(wěn)定材料作為道面的基層或底基層[1]。但石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度較低，只能用于底基層，水泥穩(wěn)定土雖強(qiáng)度較高，但因其干縮和溫縮特性十分明顯，易導(dǎo)致裂縫。且兩者對土質(zhì)要求也較高，因此影響其適用性[2]。水泥石灰綜合穩(wěn)定土不僅兼具以上兩者優(yōu)點，還克服了對土質(zhì)的要求，因此在道路施工中的應(yīng)用日趨廣泛，也在實踐中取得了良好的效果。

但對于水泥石灰綜合穩(wěn)定土中水泥和石灰劑量的測定，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范僅給出了水泥和石灰綜合穩(wěn)定材料中結(jié)合料的劑量測定方法，而無法對水泥和石灰的準(zhǔn)確劑量進(jìn)行測定，而水泥和石灰劑量的準(zhǔn)確性會直接影響道路施工質(zhì)量。

本文對如何準(zhǔn)確測定水泥石灰穩(wěn)定土中水泥和石灰劑量進(jìn)行探討研究。

1 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)測定時存在的問題

1.1 水泥石灰穩(wěn)定土標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作方法不統(tǒng)一

根據(jù)對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)理解的不同，發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾種標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作方法（假定水泥石灰穩(wěn)定土的設(shè)計配比為：水泥∶石灰∶土=a∶b∶100）：

1）將水泥石灰穩(wěn)定土中水泥劑量固定a不變，石灰劑量按b±2%遞增（減）做標(biāo)準(zhǔn)曲線；

2）將水泥石灰穩(wěn)定土中石灰劑量固定b不變，水泥劑量按a±2%遞增（減）做標(biāo)準(zhǔn)曲線；

3）將水泥石灰穩(wěn)定土中結(jié)合料劑量按照[（a±1）%+（b±1）%]遞增（減）做標(biāo)準(zhǔn)曲線；

4）將水泥石灰穩(wěn)定土中結(jié)合料劑量按照[（a+b）±2%]遞增（減）且a/b不變做標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2 不同標(biāo)準(zhǔn)曲線制作方法會導(dǎo)致測定結(jié)果有較大的差異

1）以水泥∶石灰∶土=4∶6∶100的水泥石灰穩(wěn)定土為例對以上4種情況進(jìn)行分析比較。

已知該水泥石灰穩(wěn)定土最大干密度為1.80 g/cm3，最佳含水量為15.2%，按JTG E51—2009標(biāo)準(zhǔn)T 0809—2009進(jìn)行試驗[3]，分別制作出以上4種情況標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1～圖4。

圖1 水泥劑量固定4%標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.14%cement dose fixed standard curve

圖2 石灰劑量固定6%標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.26%lime dose fixed standard curve

圖3 水泥劑量（4依1）%+石灰劑量（6依1）%變化標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3Change standard curve of cement dosage(4依1)% and lime dose(6依1)%

圖4 結(jié)合料劑量[（4+6）依2）]%變化標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.4Changestandardcurveofbinderdosage [(4+6)依2)]%

2）若現(xiàn)對一水泥石灰穩(wěn)定土樣按JTG E51—2009標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劑量滴定，EDTA耗量為36.0 mL，則分別按圖1～圖4計算得樣品配比結(jié)果如表1所示。可以看出：按不同標(biāo)準(zhǔn)曲線測得（水泥+石灰）結(jié)合料劑量結(jié)果基本一致；但計算出水泥和石灰劑量結(jié)果卻相差較大（劑量最大差值為1.3%），試驗結(jié)果可信度和準(zhǔn)確度差，樣品實際配比結(jié)果不能確定。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)曲線制作方法測得水泥石灰穩(wěn)定土水泥和石灰劑量試驗結(jié)果Table 1The test results of cement and lime dose of the cement lime stabilized soil by different standard curve methods

2 試驗方案

根據(jù)上述分析可知，即使對于相同的原材料，在測定石灰水泥劑量試驗時EDTA的耗量相同時，對于不同曲線，可以得出不同的劑量結(jié)果。而在實際施工中，水泥或石灰的劑量可能會存在較大的變化區(qū)間，出現(xiàn)對應(yīng)的配比情況也就很多，因此有必要對EDTA耗量相同時水泥石灰穩(wěn)定土配比存在的可能性進(jìn)行分析。

1）仍以上述水泥石灰穩(wěn)定土（即設(shè)計配比水泥∶石灰∶土=4∶6∶100）為例，根據(jù)水泥和石灰劑量可能變化區(qū)間（0～10）%，設(shè)計多個配比進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線試驗，試驗結(jié)果見圖5、圖6。

圖5不同石灰劑量固定值對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線

Fig.5The corresponding standard curve of different lime dose fixed value

圖6 不同水泥劑量固定值對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.6The corresponding standard curve of different cement dose fixed value

2）將以上標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖5、圖6）用線性回歸法計算得出與設(shè)計配比EDTA標(biāo)液耗量相同（V0= 33.4 mL）的穩(wěn)定材料的配比共有8種，分別為：

P①石灰∶土=8.9∶100；P②水泥∶石灰∶土=1.4∶8∶100；P③水泥∶石灰∶土=2∶7.4∶100；P④水泥∶石灰∶土=6∶4.6∶100；P⑤水泥∶石灰∶土=6.6∶4∶100；P⑥水泥：石灰∶土=8∶3.0∶100；P⑦水泥∶石灰∶土=9.3∶2∶100；P⑧水泥∶石灰∶土=10∶1.6∶100。

3）不同配比對穩(wěn)定材料強(qiáng)度的影響

對以上8個配比分別按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擊實試驗得出各配比的最大干密度（ρmax）和最佳含水量（ωop），并進(jìn)行P①～P⑧及設(shè)計配比（P0）7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（R7）試驗。不同配比擊實及無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果如表2所示?？梢钥闯觯篜①、P②和P③三個配比（水泥劑量均低于設(shè)計配比）的水泥石灰穩(wěn)定土的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均低于設(shè)計配比（P0）的強(qiáng)度值。若施工實際配比為以上3種，即使測得其結(jié)合料劑量合格，其強(qiáng)度也難以滿足施工設(shè)計要求，因此準(zhǔn)確測定施工現(xiàn)場水泥石灰穩(wěn)定土的實際配比是十分必要的。

表2 不同配比水泥石灰穩(wěn)定土擊實及無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果Table 2Compaction and unconfined compressive strength test results of the cement and lime stabilized soils with different ratios

3 方法研究

3.1 水泥石灰穩(wěn)定土劑量測定（EDTA滴定法）的反應(yīng)原理

水泥石灰穩(wěn)定土中加入氯化銨溶液，其主要化學(xué)反應(yīng)為水泥水化產(chǎn)物及石灰中Ca（OH）2與氯化銨的反應(yīng)，即：Ca（OH）2+2NH4Cl→CaCl2+ 2NH3↑+2H2O；試液中加入氫氧化鈉溶液和鈣紅指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至試液顏色由玫紅色變?yōu)樗{(lán)色即為終點。

3.2 方法確定

3.2.1 理論依據(jù)

水泥早期水化產(chǎn)物Ca（OH）2主要是由C3S水化生成的，且C3S早期水化能在10 min左右達(dá)到峰值[4-5]，但水化產(chǎn)物Ca（OH）2的溶出與其凝結(jié)有密切關(guān)系。故水泥土中加入氯化銨溶液攪拌十幾分鐘左右溶液中鈣離子才能達(dá)到峰值，而石灰土中加入氯化銨溶液幾分鐘溶液中鈣離子就能達(dá)到峰值，利用水泥和石灰中鈣離子溶出的時間差即可區(qū)分水泥石灰穩(wěn)定土中水泥和石灰劑量。

3.2.2 方法提出

1）取試驗用土樣（按設(shè)計配比計算300 g混合料所需量），加水（按最佳含水量計算300 g混合料所需量）及600 mL 10%氯化銨溶液，以（200±20）r/min攪拌3 min，靜置10 min傾倒出上部清液，取10 mL進(jìn)行滴定測得土樣EDTA標(biāo)液耗量為V0。

2）分別取試驗用水泥樣15 g、石灰樣30 g加入與步驟1）試驗相同的土樣、水拌勻后，加入氯化銨溶液攪拌測定：第1次攪拌3 min，第2次將第1次試驗取出的上部清液重新倒入試樣中繼續(xù)攪拌10 min，靜置10 min再次傾倒出上部清液，攪取10 mL進(jìn)行滴定，分別測得水泥樣、石灰樣前后2次滴定EDTA標(biāo)液耗量分別為V1-1、V1-2；V2-1、V2-2。

3）取現(xiàn)場有代表性的水泥石灰穩(wěn)定土樣300 g，加入600 mL 10%氯化銨溶液進(jìn)行2次攪拌試驗，測得其前后2次EDTA標(biāo)液耗量分別為V3-1、V3-2。

4）將現(xiàn)場水泥石灰穩(wěn)定土樣在（105±5）℃烘箱中烘干8 h以上，測得其含水量w，計算出干料質(zhì)量md（md=300/（1+w），w=（m1-m2）/m2）。

5）計算水泥含量x和石灰含量y

x（V1-1-V0）/15+y（V2-1-V0）/30=V3-1-V0x（V1-2-V1-1）/15+y（V2-2-V2-1）/30=V3-2-V3-1

聯(lián)立方程解得x，y值。

6）計算干土質(zhì)量mt=md-（x+y）。

7）計算水泥劑量a：a=100x/mt，%；石灰劑量b：b=100y/mt，%。

8）試驗中各符號含義：

V0為土樣滴定消耗EDTA標(biāo)液的體積，mL；V1-1（V2-1）為水泥樣（石灰樣）第1次攪拌3 min后滴定消耗EDTA標(biāo)液的體積，mL；V1-2（V2-2）為水泥樣（石灰樣）第2次攪拌10 min后滴定消耗EDTA標(biāo)液的體積，mL；V3-1（V3-2）為水泥石灰穩(wěn)定土樣第1次（第2次）滴定消耗EDTA標(biāo)液的體積，mL。

3.2.3 方法驗證

以前述配比號為P0、P②、P③、P④和P⑥的水泥石灰穩(wěn)定土為例對提出方法進(jìn)行驗證，試驗結(jié)果如表3所示?？梢钥闯觯河蒙鲜龇桨高M(jìn)行水泥石灰穩(wěn)定土中水泥和石灰劑量的測定，結(jié)果誤差最大為0.4%，測定結(jié)果基本可以真實反映出現(xiàn)拌穩(wěn)定材料的實際配比。

考慮到現(xiàn)場測定實際情況，路拌混合材料不能及時試驗，穩(wěn)定土中水泥和石灰劑量會隨時間衰減[6]，尤其對于水泥劑量影響較大，故應(yīng)對水泥樣的溶出率進(jìn)行修正，即按現(xiàn)場混合料拌合后存放的時間對V1-1、V1-2修正后再進(jìn)行劑量計算。

表3 不同配比水泥石灰穩(wěn)定土水泥、石灰劑量試驗結(jié)果Table 3Cement and lime dose test results of the cement and lime stabilized soils with different ratios

4 結(jié)語

1）通過試驗研究驗證，本文提出的水泥石灰綜合穩(wěn)定土中水泥和石灰劑量的測定方法是可行的，能夠比較真實反映施工實際配比，能為現(xiàn)場施工質(zhì)量控制提供及時信息和技術(shù)保證。

2）同時本文提出的方法還可以用于其他公路無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的水泥（石灰）劑量的測定，且較現(xiàn)行JTG E51—2009標(biāo)準(zhǔn)省略了標(biāo)準(zhǔn)曲線制作，簡化了試驗過程，試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3）本方法實際應(yīng)用中注意事項：

①在保證原材料質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，土、水泥及石灰樣的劑量試驗滴定（即V0、V1-1、V1-2、V2-1及V2-2值的測定）可在施工前完成，也可與現(xiàn)場混合料劑量試驗同時進(jìn)行。

②因溫度對水泥早期水化影響較大，所以在進(jìn)行滴定試驗時要保證試驗材料溫度與現(xiàn)場材料溫度的一致性（溫度變化最好控制在±2℃范圍內(nèi)），以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

③因現(xiàn)場混合料的含水量對結(jié)果影響不是很大，若考慮到檢測結(jié)果及時性，可不進(jìn)行水泥穩(wěn)定土的含水量測定，含水量可按工地混合料最佳含水量計。

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Detection method of cement dose and lime dose of cement lime composite stabilized soil

DU Nai-hong，YE Qi-ye
（Tianjin Binhai New District Tanggu Binhai Construction Engineering Quality Inspection Center Co.,Ltd., Tianjin 300456,China）

The current standard method for detecting the doses of cement and lime composite stabilized soil can only detect the binder dosage,but unable to distinguish the individual dose of cement and lime,which is not conducive to accurately control the construction quality.Through experiment,we analyzed the problems existing in the current standard testing methods,and according to the principle of EDTA titration reaction and cement and lime in ammonium chloride solution of calcium dissolution rate,we put forward a new detection method,and carried out indoor experiment on different proportion.The results show that the new test method can accurately measure the cement dose of cement lime stabilized soil and lime dose.This method can be further applied to other highway stable inorganic binder materials of cement(lime)dose determination.

cement lime composite stabilized soil;cement dose;lime dose;detection method

U654

A

2095-7874（2017）06-0053-04

10.7640/zggwjs201706012

2017-02-16

2017-03-28

杜乃紅（1970—），女，天津市人，高級工程師，從事試驗檢測工作。E-mail：1349132238@qq.com