水洗法檢測綜合穩(wěn)定碎石膠凝材料劑量試驗研究

樸志海，姚瑞珊，孫明剛，池 波，王普夷

(1.龍建路橋股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150009；2.黑龍江建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

1 前 言

在綜合穩(wěn)定基層材料中，水泥劑量的傳統(tǒng)檢驗方法是EDTA滴定法，這是《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》中明確規(guī)定的標準方法，適用于檢測水泥或石灰的劑量。為了開拓綜合穩(wěn)定基層材料配合比設(shè)計思路，也是為了擴大礦物摻合料的使用范圍，提高基層穩(wěn)定材料的耐久性，經(jīng)過近幾年的不懈努力，我研究團隊參照“特貧混凝土”設(shè)計思路，研制了一種明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的綜合穩(wěn)定基層材料，其膠凝材料由50%水泥和50%粉煤灰組成，同時摻加復(fù)合聚羧酸鹽高性能外加劑(復(fù)合了減水劑、緩凝劑、引氣劑、膨脹劑或減縮劑、保坍劑等)?；谏鲜鲲@而易見的特點，在檢測膠凝材料劑量實踐中，為了與傳統(tǒng)檢測方法進行比對，也為了探索快速確切實用，又環(huán)保經(jīng)濟的檢測方法，經(jīng)過多年的研究和大量的實踐檢驗，我研究團隊推出了一種新的膠凝材料劑量檢測方法，暫且命名為水洗法。以下即是本項研究的基本思路和方案。

2 基礎(chǔ)試驗

2.1 粗集料系列試驗(JTG E42-2005)

粗集料系列試驗，包括篩分析(T0302-2005)、針片狀顆粒含量(T0312-2005)、壓碎指標值(T0316-2005)、堆積密度(T0309-2005)、表觀密度及吸水率(T0304-2005)、含泥量(T0310-2005)等。

2.2 粗集料篩分析

粗集料篩分析應(yīng)采用水洗法，篩分析試驗完成后可計算出小于0.075 mm篩下物質(zhì)的百分含量，設(shè)其含量用PG篩下表示。

2.3 細集料試驗(JTG E42-2005)

細集料試驗，包括篩分析(T0327-2005)、密度及吸水率(T0330-2005)、堆積密度(T0331-2005)、表觀密度(T0328-2005)、含泥量(T0333-2005)等。

2.4 水泥試驗(JTG E30-2005)

水泥試驗，包括比表面積(T0504-2005)、密度(T0503-2005)、比表面積(T0504-2005)、標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性(T0505-2005)、膠砂強度(T0506-2005)等。

2.5 檢測篩余物含量

2.6 粉煤灰試驗(GB/T1596-2017)

粉煤灰試驗，包括細度(GB/T1345-2017)、需水量比(GB/T1596-2017)、燒失量(GB/T1596-2017)、含水量(GB/T1596-2017)、安定性(GB/T1346-2017)、強度活性指數(shù)(GB/T1596-2017)等。

2.7 混凝土外加劑(GB8076-2008)試驗

混凝土外加劑試驗，包括減水率(GB8076-2008)、凝結(jié)時間差(GB8076-2008)、抗壓強度比(GB8076-2008)等。

3 檢測方案

3.1 試驗準備階段

步驟1:準備好綜合穩(wěn)定基層材料配合比，使用振動式攪拌機攪拌綜合穩(wěn)定基層材料，用以檢測綜合穩(wěn)定基層材料的實際含水率和水泥及粉煤灰劑量。

步驟2:將攪拌均勻的綜合穩(wěn)定基層材料，隨機稱取質(zhì)量相同的六份備用，單位g，精確至0.01 g。其中，三份用于烘干試驗，烘干后可以計算出綜合穩(wěn)定基層材料的含水率；另三份用于水洗試驗，水洗烘干后可以計算出水泥及粉煤灰質(zhì)量。烘干試驗和水洗以后，結(jié)合其他已知量，可以進一步計算出水泥及粉煤灰的劑量。

3.2 烘干試驗

步驟1:將其中任意三份綜合穩(wěn)定材料同時放入事先加熱到105±5 ℃的鼓風(fēng)烘干箱中，烘干至恒重；

步驟2:小心地取出烘干至恒重的試驗材料放入干燥器中，冷卻后稱取質(zhì)量，精確至0.01 g。

3.3 計算烘干物中水的質(zhì)量

以上各式中綜合穩(wěn)定基層材料和水的質(zhì)量單位均為g，計算精確至0.01 g。以三份綜合穩(wěn)定基層材料中水的質(zhì)量算術(shù)平均值作為測定值。

3.4 水洗試驗

步驟1:取3.1試驗準備階段中步驟2稱量好準備用于水洗試驗的三份綜合穩(wěn)定材料中的一份倒入0.075 mm方孔篩中。

步驟2:打開正對方孔篩的水龍頭，用流水充分沖洗方孔篩中的綜合穩(wěn)定基層材料，邊沖洗邊不斷地輕輕搖動方孔篩，持續(xù)約300～400 s。直到綜合穩(wěn)定基層材料中水泥及粉煤灰全部被沖洗干凈，下泄水流變得清澈透明為止，關(guān)閉水龍頭。

整個沖洗過程中必須十分仔細小心，其中大于0.075 mm的顆粒損失率不得超過樣品總質(zhì)量的0.1%。

步驟3:分別將剩余兩份準備水洗的綜合穩(wěn)定基層材料依次參照以上步驟完成水洗試驗。

3.5 計算膠凝材料劑量

將已經(jīng)過充分水洗的三份綜合穩(wěn)定基層材料篩上剩余物質(zhì)，分別小心仔細地轉(zhuǎn)移到合適的搪瓷盤中，然后同時將三個搪瓷盤放入事先加熱到105±5 ℃的鼓風(fēng)烘干箱中，烘干至恒重，小心取出放入干燥器中，冷卻后分別稱取質(zhì)量，精確至0.01 g。在操作過程中樣品的損失率不得超過樣品總質(zhì)量的0.1%。

3.6 計算水泥及粉煤灰平均質(zhì)量

水泥及粉煤灰平均質(zhì)量按下列公式計算。

3.7 計算綜合穩(wěn)定基層材料的含水率、水泥及粉煤灰劑量

(1)綜合穩(wěn)定基層材料的含水率按下式計算

(2)綜合穩(wěn)定基層材料的水泥及粉煤灰劑量

4 驗證實例

為驗證上述理論，進行了大量比對試驗，以下列表是兩次有代表性的驗證試驗。

表1 綜合穩(wěn)定基層材料實際含水率、

圖1 實配混合料膠凝材料劑量與其他兩種檢測方法檢測結(jié)果對比圖

表2 綜合穩(wěn)定基層材料實際含水率、膠凝材料劑量檢測試驗

圖2 實配混合料膠凝材料劑量與其他兩種檢測方法檢測結(jié)果對比圖

從以上兩次有代表性的驗證試驗中得出如下結(jié)論：使用“水洗法”與“EDTA”滴定法檢測材料劑量所得的結(jié)果具有很好的相關(guān)性，同時，用水洗法測得膠凝材料劑量與實配膠凝材料劑量偏差大小與下列因素有關(guān)。

(1)做粗集料水洗篩分試驗取樣的代表性；

(2)篩分的準確程度；

(3)特別是0.075 mm篩孔篩下物含量與待測試樣的一致性。

考慮到混合料配制理念已完全更新，研究團隊在本項目研究過程中增加了混合料含水率檢測項目，施工時可以實時掌握真實含水率，為保證混合料無側(cè)限抗壓強度提供了依據(jù)。

5 結(jié) 語

水洗法檢測綜合穩(wěn)定基層材料中膠凝材料劑量，是一種創(chuàng)新的檢測方法。經(jīng)我研究團隊大量實踐檢驗，本方法可操作性良好，與傳統(tǒng)ETA檢測方法相貫性良好。并且，與傳統(tǒng)檢測方法相比，本方法具有以下優(yōu)點。

(1)將綜合穩(wěn)定基層材料劃歸為特貧混凝土范疇。進行綜合穩(wěn)定基層材料配合比組成設(shè)計時，參考并融合進去水泥混凝土配合比設(shè)計的有益手段和方法。這種考量是基于多年研究和探索的基礎(chǔ)之上的，對綜合穩(wěn)定基層材料來說不啻是一場革命。

(2)等量，甚至是超大摻量粉煤灰的應(yīng)用。在綜合穩(wěn)定基層材料中摻加大于或等于50%Ⅱ級以上粉煤灰、摻加復(fù)合聚羧酸鹽高性能外加劑，既綠色環(huán)保，又可以降低混合料配合比的成本，其經(jīng)濟和社會效益十分顯著。

(3)攪拌無機結(jié)合料時，采用機械振動攪拌機攪拌，以此取代傳統(tǒng)的手工拌和方式(，有效提高了綜合穩(wěn)定基層材料配合比設(shè)計效率，與現(xiàn)場施工普遍使用的拌合機械做到了無縫銜接，同時有效改善了檢測人員勞動強度。

(4)用“水洗法”檢測綜合穩(wěn)定基層材料中膠凝材料計量，同時用烘干法檢測水的含量，此方法既準確快速實用，又環(huán)保經(jīng)濟。施工時根據(jù)實測數(shù)據(jù)對比設(shè)計膠凝材料劑量和最佳含水率之間的偏差，便于查找造成偏差的原因，及時糾正偏差，保證工程質(zhì)量。

(5)綜合穩(wěn)定基層材料容許延遲時間可靈活控制(由緩凝劑控制)，這樣就擴大了水泥的選材和適用范圍。