水泥稳定混合料的水洗筛分法

寇冠宇

(重庆交通大学)

1 混合料水洗筛分简介

1.1 集料的水洗筛分

集料的水洗筛分试验是实际工程中广泛使用的一种级配筛分方法，沥青混合料和基层材料所用集料必须使用水洗筛分法进行筛分。试验所用集料需要烘干至恒重，然后加入清水浸泡，经过搅拌后，通过固定套筛过滤悬浮液，最后将过滤后剩余集料烘干，筛底矿粉的质量通过水洗前集料与过滤烘干后集料的质量差值进行计算，以克为单位，精确至0.1%。集料的水洗试验可用于原材料的级配筛分如未筛碎石、级配碎石、天然砂砾、级配砂砾，也适用于按照级配混合后的集料级配检测。在实际工程应用中，集料的水洗筛分应用的范围主要是在集料、结合料和水进行拌和之前。通过现有集料水洗筛分的经验的积累，研究水泥稳定混合料的水洗筛分方法。

1.2 水泥稳定混合料的水洗筛分

在实验室成型水泥稳定混合料试件时，所采用的粗集料与细集料都是经过逐级筛分的单一粒径矿料，不同粒径矿料均能准确控制。但是在施工现场使用的每档矿料一般均包含多种粒径的矿料，如果拌合站或者摊铺机出现问题，混合料级配很容易受到影响。而且在混合料由拌合站运送到摊铺现场后，混合料的实际级配状况是否仍满足设计级配要求，这些问题都需要现场对混合料进行取样，因此在水泥稳定半刚性基层铺筑过程中，有时需要对现场所取试样进行级配检测。根据现有《公路工程集料试验规程》、对于拌合后的混合料及路面实际铺筑中的混合料并没有详细的水洗筛分方法，随着试验道路对研究要求的提高，有时需要对铺筑过程中的道路基层水泥稳定混合料进行级配检测，经过试验分析，发现使用水洗法可以得到水泥稳定混合料的实际级配。

2 水泥稳定混合料的水洗法

2.1 原材料介绍

(1)水泥:红狮牌普通硅酸盐水泥

(2)集料:广西当地料场0 ～5 mm、5 ～10 mm、10 ～20 mm、20 ～30 mm 四档集料。

2.2 设计级配

根据以往施工经验，再结合广西半刚性基层路面的实际要求设计水泥稳定混合料的级配，经过击实试验及强度试验，混合料指标参数均满足规范要求，水泥剂量5.5%，级配见表1。

表1 矿料设计级配

2.3 混合料的水洗原则

水泥稳定混合料由水、水泥和集料组成，为了得到集料的级配曲线，通过水洗法过滤掉混合料中的水泥成分。施工现场和实验室中套筛最小粒径尺寸为0.075 mm，所以在过滤稀释后的水泥浆时也会将筛底的矿粉过滤掉(筛底矿粉粒径小于0.075 mm)，矿粉含量也是级配曲线的一部分，所以为了得到完整的级配曲线，还需使用计算法还原筛底矿粉含量。

2.4 混合料的水洗步骤

(1)混合料水洗试验之前需要准备0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm 孔径的筛网各一只，容器一个(足够放入一份试样)，容器表面应光滑清洁，避免残留矿粉黏附，影响实验准确性;混合料放入容器后需要加水冲洗搅拌，冲洗过程中水泥浆不能溢出，因此容器边沿高度需要高于加水后的水面高度;矿料经过水洗后，为避免矿料损失，需要将矿料连同容器整体放入烘箱中，所以选用容器时要测量是否能够放入烘箱。

(2)从现场取回至少取回三分混合料试样，每份试样重量应不少于6 000 g，以保证混合料级配的完整性，将试样倒入准备好的容器内，由于细集料容易粘附在承装混合料的袋子上，所以需要用清水将袋子冲洗，冲洗后的水也要倒入容器内，以免细集料流失对筛底换算造成影响。

(3)在容器内加入足够数量的洁净水，水面要高于混合料，但不得使用任何洗涤剂、分散剂或表面活性剂。用搅拌棒充分搅拌混合料，但不能破碎矿料或者使矿料和水溅出容器，将粗集料表面清洗干净，使细集料和水泥悬浮于水中。

(4)搅拌均匀后，将容器内的污水缓慢的倒入0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm 筛子组成的套筛中进行过滤，注意倾倒污水时不要溅出、也不能从两筛之间的缝隙中流出。

(5)重复过程3 和过程4，直到混合料加水搅拌后水质清澈不混浊，证明混合料中的水泥浆全部水洗干净。

(6)在水龙头上套上胶皮管，打开水龙头，用胶管流出的水缓慢的冲洗套筛最上层的0.3 mm 筛子，水流从0.075 mm 筛下流失不保留，直至流出的水色清澈为止。水洗过程中，可以适当用手扰动试样，加速矿粉过筛，待0.3 mm 筛冲干净后取除，接着从0.15 mm 筛上冲洗，但不得直接冲洗0.075 mm 筛。如果直接冲洗0.075 mm 筛，可能会使筛网下凹变形堵塞筛孔，或者造成矿粉与筛面发生共振，不能通过筛孔。

(7)分别将各筛反过来，将各筛筛余用小水流仔细冲洗入装有水洗混合料的容器中，待筛余沉淀后，稍稍倾斜容器。仔细倒出清水，然后将容器和混合料一同放入烘箱中烘干至恒重。

(8)烘干集料冷却后，使用标准套筛将集料逐级筛分，计算各个筛上的筛余。

2.5 筛底换算系数

混合料中的筛底细集料粒径小于0.075 mm，混合料经过水洗后，筛底和水泥一同被过滤掉了，矿料级配中缺少筛底的数据，无法画出一条完整的级配曲线。所以采用计算法估算损失掉的筛底重量，经分析筛底细集料主要存在于0 ～5 mm 档的矿料里，这档矿料包括4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm、0.075 mm 七种粒径的细集料。按照《公路工程集料试验规程》，从0 ～5 mm 料堆取样进行筛分。

按照试验规范取样筛分可以比较全面的表示出0 ～5 mm 档集料的级配情况，同时0 ～5 mm 档内七种集料在0 ～5 mm集料中所占比例也可以确定，所以当过滤混合料中不含有筛底数据时，可以用0.075 ～4.75 mm 七档细集料中的其他四种细集料的分计筛余推算出筛底的分计筛余，即使用0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm、0.6 mm 四档细集料的分计筛余推算筛底筛余，计算每档矿料和筛底的相对比例，使用公式(1)计算。

注:y:筛底分计筛余换算比。本次试验使用0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm、0.6 mm 四种筛余进行筛底换算，所以有四个y 值，即y1、y2、y3、y4。

P1:0 ～5 档集料筛分试验中筛底分级筛余(%)。

P2:0 ～5 档集料筛分实验中用于换算的孔径分级筛余(%)。

经过计算，筛底筛余换算比见表2。

表2 筛底分计筛余换算系数

2.6 计算级配通过率

三份混合料水洗烘干后进行筛分，筛分后的级配结果见下表3。

表3 水洗烘干后矿料筛分表

续表3

将三组混合料的0.075 ～0.6 mm 细集料分级筛余，使用表2 的换算比计算筛底的分级筛余。计算结果见表4。

表4 筛底筛余换算值

由表2 发现水洗烘干后的筛底分计筛余并不为零，这是由于水洗未洗净的原因，但并不影响筛底换算，将表3 中的筛底值舍弃，将表4 中的三组计算筛底分计筛余值代入表3，然后再分别计算三组矿料的通过率，最后计算三组通过率的平均值，计算结果如表5 所示。

表5 完整级配表

3 结 论

水泥稳定混合料水洗法经过多次试验验证，准确性可以达到混合料的筛分要求，而且取样质量越大，越能准确描述所取混合料的级配情况。混合料拌和和水洗的间隔时间不易太久，否则水泥水化反应程度过高会影响水洗效果，一般可在混合料拌合站出料口、运料车和摊铺机摊铺时取料，要注意取料的均匀性。通过施工经验可知，拌合站刚开始拌和出料的准确性很难控制，往往和设计级配差距较大，对于一些需要精确施工的试验路可以使用水洗法确定混合料拌和效果趋于稳定的时机，能大大提高工程的施工效果。

［1］沙庆林.重载交通长寿命半刚性路面设计与施工［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面［M］.北京:人民交通出版社，1997.