浅析水稳碎石基层水泥剂量测定方法研究

2014-08-01陈雁，文林，谌强

黑龙江交通科技 2014年12期

陈雁，文林，谌强

(江西省公路桥梁工程局)

1 水泥计量系统研究

水泥稳定碎石基层对水泥剂量要求很高，如果水泥用量很大，水稳碎石基层就会出现较多的裂纹严重影响路面的使用性能;如果水泥剂量过小，水稳碎石基层很难达到设计强度，路用性能较差。同一路段中，水泥剂量的波动还会导致路面的强度和收缩性不一致，影响结构的整体性。因为，尽管水泥剂量仅占到水稳碎石基层材料的5%左右，但其基本占用了造价的一半，因此选择合适的水泥计量系统十分重要。

水泥计量装置一般分为容积式计量和称重式计量。容积式计量通过改变叶轮转速来调整水泥粉料量;称重式计量是采用动态反馈控制机构，通过给料器的测量装置调整螺旋转速控制给粉量，图1 为称重式剂量系统控制方框图。

水的计量装置一般基于重力、容积、流量三种方式。为了满足道路连续化摊铺的需求，水稳基层采用不间歇供料模式，这就要求有着较高的计量精度。工作人员往往采用间歇供料拌合，这就使水稳材料产生了不均匀偏差，致使水稳基层的强度刚度变差，将进一步分析水泥剂量的检测方法和影响因素。

图1 称重式剂量系统控制方框图

2 水泥剂量测定试验研究

水泥剂量测定采用EDTA 滴定法，其主要的试验原理为:先用10%浓度的氯化铵溶液溶解出水泥中的钙离子，然后用EDTA 标准溶液吸附游离出来钙离子，EDTA 标准溶液消耗量与钙离子的含量成近似线性关系。水泥中的主要成分为:硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等。

EDTA 的化学名称为乙二胺四乙酸，其分子式为C10H16N2O8，是一种白色固体粉末，微溶于水，易溶于碱性溶液。进行试验之前，先选择要试验的材料和级配，用不同水泥剂量进行滴定试验，得出各种剂量下的EDTA 滴定曲线。

试验研究表明，EDTA 标准溶液消耗量与钙离子的含量并非严格线性关系，EDTA 标准溶液消耗量仅能反应出水泥剂量的大小差异，不能反应出准确消耗量。引进了不同粒径集料比表面积的概念，认为相同岩性集料对水泥浆的吸附能力一致。试验得出了不同粒径的集料对EDTA 标准溶液的消耗量影响大小。

试验前，将水稳基层剂量粒径分为0 ～0.075 mm、0.075 ～0.6 mm、0.6 ～2.36 mm、2.36 ～4.75 mm、4.75 ～9.5 mm、9.5 ～19 mm、19 ～31.5 mm、31.5 ～37.5 mm 共计8 个区段，经计算其对应的比表面积依次是:592.59 cm2/g、65.84 cm2/g、15.02 cm2/g、6.25 cm2/g、3.12 cm2/g、1.56 cm2/g、0.88 cm2/g、0.64 cm2/g。不同粒径比表面积差异见图2。由图2 可以看出，最大最小两个区间的比表面积相差达到了1 000 倍，平均面积大小直接关系到EDTA 标准溶液消耗量大小。

图2 不同粒径比表面积差异

取某项目水稳基层集料，测定其密度为2.86 g /cm3，压碎值为12%，水泥采用张家口水泥厂生产的PO.32.5 型号，初凝时间为4 h，终凝时间为6 h 50 min。分别按照2%、4%、6%、8%四种水泥剂量进行EDTA 滴定试验，每个剂量进行2 次，取平均值作为试验结果，其试验结果列于表1。

表1 EDTA 滴定试验结果

将公路施工规范中推荐的2#级配编号为A;2#级配增加10%的4.75 mm 以上集料，减少10%的4.75 mm 以下集料，总集料质量不变，这个偏粗的级配编号为B;将2#级配减小10%的4.75 mm 以上集料，增加10%的4.75 mm 以下集料，总集料质量不变，这个偏细级配编号为C。三种混合集料的级配曲线见图3。

图3 三种合成集料级配曲线

查标准曲线可知，集料A 的水泥剂量为6%。对三种集料进行EDTA 滴定试验，测定三种集料的EDTA 标准溶液消耗量分别为15.7 ml、17.9 ml、14 ml。对应的集料A 的水泥剂量为6.5%;集料B 的水泥剂量为7.9%;集料C 的水泥剂量为5.5%。由实验可以得出EDTA 滴定法测定水泥剂量，受级配的影响较大，试验中当4.75 mm 筛孔通过质量上下变化10%时，直接水泥滴定实验测得结果相差37%，水泥剂量相差2.4%。

进行滴定试验取样，一般有五种方式:过2.36 mm 筛滴定法、过4.75 mm 筛滴定法、过9.5 mm 筛滴定法、按设计级配取4.75 mm 筛上、筛下两部分混合、全级配滴定法。这五种方式编号依次为:A、B、C、D、E。不同比表面积的集料颗粒对水泥剂量测定结果影响很大，因此选择一种最优的取样方法十分重要。经实验研究，五种方式的比表面积差异见图4。

由图4 可以看出，D、E 两种取样方式效果最好，其测定精确度要比给定的A 法高很多。