水泥穩定混合料的水洗篩分法

寇冠宇

(重慶交通大學)

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，篩底礦粉的質量通過水洗前集料與過濾烘干后集料的質量差值進行計算，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。在實際工程應用中，集料的水洗篩分應用的范圍主要是在集料、結合料和水進行拌和之前。通過現有集料水洗篩分的經驗的積累，研究水泥穩定混合料的水洗篩分方法。

1.2 水泥穩定混合料的水洗篩分

在實驗室成型水泥穩定混合料試件時，所采用的粗集料與細集料都是經過逐級篩分的單一粒徑礦料，不同粒徑礦料均能準確控制。但是在施工現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出現問題，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場后，混合料的實際級配狀況是否仍滿足設計級配要求，這些問題都需要現場對混合料進行取樣，因此在水泥穩定半剛性基層鋪筑過程中，有時需要對現場所取試樣進行級配檢測。根據現有《公路工程集料試驗規程》、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定混合料進行級配檢測，經過試驗分析，發現使用水洗法可以得到水泥穩定混合料的實際級配。

2 水泥穩定混合料的水洗法

2.1 原材料介紹

(1)水泥:紅獅牌普通硅酸鹽水泥

(2)集料:廣西當地料場0 ～5 mm、5 ～10 mm、10 ～20 mm、20 ～30 mm 四檔集料。

2.2 設計級配

根據以往施工經驗，再結合廣西半剛性基層路面的實際要求設計水泥穩定混合料的級配，經過擊實試驗及強度試驗，混合料指標參數均滿足規范要求，水泥劑量5.5%，級配見表1。

表1 礦料設計級配

2.3 混合料的水洗原則

水泥穩定混合料由水、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備0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm 孔徑的篩網各一只，容器一個(足夠放入一份試樣)，容器表面應光滑清潔，避免殘留礦粉黏附，影響實驗準確性;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)從現場取回至少取回三分混合料試樣，每份試樣重量應不少于6 000 g，以保證混合料級配的完整性，將試樣倒入準備好的容器內，由于細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，以免細集料流失對篩底換算造成影響。

(3)在容器內加入足夠數量的潔凈水，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。用攪拌棒充分攪拌混合料，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，使細集料和水泥懸浮于水中。

(4)攪拌均勻后，將容器內的污水緩慢的倒入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)重復過程3 和過程4，直到混合料加水攪拌后水質清澈不混濁，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，可以適當用手擾動試樣，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，可能會使篩網下凹變形堵塞篩孔，或者造成礦粉與篩面發生共振，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，使用標準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

混合料中的篩底細集料粒徑小于0.075 mm，混合料經過水洗后，篩底和水泥一同被過濾掉了，礦料級配中缺少篩底的數據，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，經分析篩底細集料主要存在于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 七種粒徑的細集料。按照《公路工程集料試驗規程》，從0 ～5 mm 料堆取樣進行篩分。

按照試驗規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 檔內七種集料在0 ～5 mm集料中所占比例也可以確定，所以當過濾混合料中不含有篩底數據時，可以用0.075 ～4.75 mm 七檔細集料中的其他四種細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

2.6 計算級配通過率

三份混合料水洗烘干后進行篩分，篩分后的級配結果見下表3。

表3 水洗烘干后礦料篩分表

續表3

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

表4 篩底篩余換算值

由表2 發現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，計算結果如表5 所示。

表5 完整級配表

3 結 論

水泥穩定混合料水洗法經過多次試驗驗證，準確性可以達到混合料的篩分要求，而且取樣質量越大，越能準確描述所取混合料的級配情況。混合料拌和和水洗的間隔時間不易太久，否則水泥水化反應程度過高會影響水洗效果，一般可在混合料拌合站出料口、運料車和攤鋪機攤鋪時取料，要注意取料的均勻性。通過施工經驗可知，拌合站剛開始拌和出料的準確性很難控制，往往和設計級配差距較大，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定的時機，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.