水泥石灰综合稳定土水泥石灰剂量检测方法

杜乃红，叶其业

（天津市滨海新区塘沽滨海建筑工程质量检测中心有限公司，天津300456）

水泥石灰综合稳定土水泥石灰剂量检测方法

杜乃红，叶其业

（天津市滨海新区塘沽滨海建筑工程质量检测中心有限公司，天津300456）

现行标准检测水泥石灰综合稳定土中剂量的方法只能检测出结合料的剂量，而无法区分水泥和石灰各自的剂量，不利于准确控制施工质量。通过试验详细分析了现行标准检测方法中存在的问题，并根据EDTA滴定反应原理及水泥与石灰在氯化铵溶液中钙溶出速率的不同，提出新的检测方法，对不同配比进行室内试验验证。结果表明：新的检测方法能够准确测得水泥石灰稳定土中的水泥剂量和石灰剂量。该方法可进一步推广应用于其他公路无机结合料稳定材料的水泥（石灰）剂量的测定。

水泥石灰综合稳定土；水泥剂量；石灰剂量；检测方法

0 引言

在公路工程中，常采用石灰或水泥稳定材料作为道面的基层或底基层[1]。但石灰稳定土强度较低，只能用于底基层，水泥稳定土虽强度较高，但因其干缩和温缩特性十分明显，易导致裂缝。且两者对土质要求也较高，因此影响其适用性[2]。水泥石灰综合稳定土不仅兼具以上两者优点，还克服了对土质的要求，因此在道路施工中的应用日趋广泛，也在实践中取得了良好的效果。

但对于水泥石灰综合稳定土中水泥和石灰剂量的测定，现有标准规范仅给出了水泥和石灰综合稳定材料中结合料的剂量测定方法，而无法对水泥和石灰的准确剂量进行测定，而水泥和石灰剂量的准确性会直接影响道路施工质量。

本文对如何准确测定水泥石灰稳定土中水泥和石灰剂量进行探讨研究。

1 现行标准测定时存在的问题

1.1 水泥石灰稳定土标准曲线的制作方法不统一

根据对现行标准理解的不同，发现主要存在以下几种标准曲线的制作方法（假定水泥石灰稳定土的设计配比为：水泥∶石灰∶土=a∶b∶100）：

1）将水泥石灰稳定土中水泥剂量固定a不变，石灰剂量按b±2%递增（减）做标准曲线；

2）将水泥石灰稳定土中石灰剂量固定b不变，水泥剂量按a±2%递增（减）做标准曲线；

3）将水泥石灰稳定土中结合料剂量按照[（a±1）%+（b±1）%]递增（减）做标准曲线；

4）将水泥石灰稳定土中结合料剂量按照[（a+b）±2%]递增（减）且a/b不变做标准曲线。

1.2 不同标准曲线制作方法会导致测定结果有较大的差异

1）以水泥∶石灰∶土=4∶6∶100的水泥石灰稳定土为例对以上4种情况进行分析比较。

已知该水泥石灰稳定土最大干密度为1.80 g/cm3，最佳含水量为15.2%，按JTG E51—2009标准T 0809—2009进行试验[3]，分别制作出以上4种情况标准曲线如图1～图4。

图1 水泥剂量固定4%标准曲线Fig.14%cement dose fixed standard curve

图2 石灰剂量固定6%标准曲线Fig.26%lime dose fixed standard curve

图3 水泥剂量（4依1）%+石灰剂量（6依1）%变化标准曲线Fig.3Change standard curve of cement dosage(4依1)% and lime dose(6依1)%

图4 结合料剂量[（4+6）依2）]%变化标准曲线Fig.4Changestandardcurveofbinderdosage [(4+6)依2)]%

2）若现对一水泥石灰稳定土样按JTG E51—2009标准进行剂量滴定，EDTA耗量为36.0 mL，则分别按图1～图4计算得样品配比结果如表1所示。可以看出：按不同标准曲线测得（水泥+石灰）结合料剂量结果基本一致；但计算出水泥和石灰剂量结果却相差较大（剂量最大差值为1.3%），试验结果可信度和准确度差，样品实际配比结果不能确定。

表1 不同标准曲线制作方法测得水泥石灰稳定土水泥和石灰剂量试验结果Table 1The test results of cement and lime dose of the cement lime stabilized soil by different standard curve methods

2 试验方案

根据上述分析可知，即使对于相同的原材料，在测定石灰水泥剂量试验时EDTA的耗量相同时，对于不同曲线，可以得出不同的剂量结果。而在实际施工中，水泥或石灰的剂量可能会存在较大的变化区间，出现对应的配比情况也就很多，因此有必要对EDTA耗量相同时水泥石灰稳定土配比存在的可能性进行分析。

1）仍以上述水泥石灰稳定土（即设计配比水泥∶石灰∶土=4∶6∶100）为例，根据水泥和石灰剂量可能变化区间（0～10）%，设计多个配比进行标准曲线试验，试验结果见图5、图6。

图5不同石灰剂量固定值对应标准曲线

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

图6 不同水泥剂量固定值对应标准曲线Fig.6The corresponding standard curve of different cement dose fixed value

2）将以上标准曲线（图5、图6）用线性回归法计算得出与设计配比EDTA标液耗量相同（V0= 33.4 mL）的稳定材料的配比共有8种，分别为：

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）不同配比对稳定材料强度的影响

对以上8个配比分别按标准进行击实试验得出各配比的最大干密度（ρmax）和最佳含水量（ωop），并进行P①～P⑧及设计配比（P0）7 d无侧限抗压强度（R7）试验。不同配比击实及无侧限抗压强度试验结果如表2所示。可以看出：P①、P②和P③三个配比（水泥剂量均低于设计配比）的水泥石灰稳定土的7 d无侧限抗压强度均低于设计配比（P0）的强度值。若施工实际配比为以上3种，即使测得其结合料剂量合格，其强度也难以满足施工设计要求，因此准确测定施工现场水泥石灰稳定土的实际配比是十分必要的。

表2 不同配比水泥石灰稳定土击实及无侧限抗压强度试验结果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 水泥石灰稳定土剂量测定（EDTA滴定法）的反应原理

水泥石灰稳定土中加入氯化铵溶液，其主要化学反应为水泥水化产物及石灰中Ca（OH）2与氯化铵的反应，即：Ca（OH）2+2NH4Cl→CaCl2+ 2NH3↑+2H2O；试液中加入氢氧化钠溶液和钙红指示剂，用EDTA标准溶液滴定至试液颜色由玫红色变为蓝色即为终点。

3.2 方法确定

3.2.1 理论依据

水泥早期水化产物Ca（OH）2主要是由C3S水化生成的，且C3S早期水化能在10 min左右达到峰值[4-5]，但水化产物Ca（OH）2的溶出与其凝结有密切关系。故水泥土中加入氯化铵溶液搅拌十几分钟左右溶液中钙离子才能达到峰值，而石灰土中加入氯化铵溶液几分钟溶液中钙离子就能达到峰值，利用水泥和石灰中钙离子溶出的时间差即可区分水泥石灰稳定土中水泥和石灰剂量。

3.2.2 方法提出

1）取试验用土样（按设计配比计算300 g混合料所需量），加水（按最佳含水量计算300 g混合料所需量）及600 mL 10%氯化铵溶液，以（200±20）r/min搅拌3 min，静置10 min倾倒出上部清液，取10 mL进行滴定测得土样EDTA标液耗量为V0。

2）分别取试验用水泥样15 g、石灰样30 g加入与步骤1）试验相同的土样、水拌匀后，加入氯化铵溶液搅拌测定：第1次搅拌3 min，第2次将第1次试验取出的上部清液重新倒入试样中继续搅拌10 min，静置10 min再次倾倒出上部清液，搅取10 mL进行滴定，分别测得水泥样、石灰样前后2次滴定EDTA标液耗量分别为V1-1、V1-2；V2-1、V2-2。

3）取现场有代表性的水泥石灰稳定土样300 g，加入600 mL 10%氯化铵溶液进行2次搅拌试验，测得其前后2次EDTA标液耗量分别为V3-1、V3-2。

4）将现场水泥石灰稳定土样在（105±5）℃烘箱中烘干8 h以上，测得其含水量w，计算出干料质量md（md=300/（1+w），w=（m1-m2）/m2）。

5）计算水泥含量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

联立方程解得x，y值。

6）计算干土质量mt=md-（x+y）。

7）计算水泥剂量a：a=100x/mt，%；石灰剂量b：b=100y/mt，%。

8）试验中各符号含义：

V0为土样滴定消耗EDTA标液的体积，mL；V1-1（V2-1）为水泥样（石灰样）第1次搅拌3 min后滴定消耗EDTA标液的体积，mL；V1-2（V2-2）为水泥样（石灰样）第2次搅拌10 min后滴定消耗EDTA标液的体积，mL；V3-1（V3-2）为水泥石灰稳定土样第1次（第2次）滴定消耗EDTA标液的体积，mL。

3.2.3 方法验证

以前述配比号为P0、P②、P③、P④和P⑥的水泥石灰稳定土为例对提出方法进行验证，试验结果如表3所示。可以看出：用上述方案进行水泥石灰稳定土中水泥和石灰剂量的测定，结果误差最大为0.4%，测定结果基本可以真实反映出现拌稳定材料的实际配比。

考虑到现场测定实际情况，路拌混合材料不能及时试验，稳定土中水泥和石灰剂量会随时间衰减[6]，尤其对于水泥剂量影响较大，故应对水泥样的溶出率进行修正，即按现场混合料拌合后存放的时间对V1-1、V1-2修正后再进行剂量计算。

表3 不同配比水泥石灰稳定土水泥、石灰剂量试验结果Table 3Cement and lime dose test results of the cement and lime stabilized soils with different ratios

4 结语

1）通过试验研究验证，本文提出的水泥石灰综合稳定土中水泥和石灰剂量的测定方法是可行的，能够比较真实反映施工实际配比，能为现场施工质量控制提供及时信息和技术保证。

2）同时本文提出的方法还可以用于其他公路无机结合料稳定材料的水泥（石灰）剂量的测定，且较现行JTG E51—2009标准省略了标准曲线制作，简化了试验过程，试验结果更加准确。

3）本方法实际应用中注意事项：

①在保证原材料质量稳定的前提下，土、水泥及石灰样的剂量试验滴定（即V0、V1-1、V1-2、V2-1及V2-2值的测定）可在施工前完成，也可与现场混合料剂量试验同时进行。

②因温度对水泥早期水化影响较大，所以在进行滴定试验时要保证试验材料温度与现场材料温度的一致性（温度变化最好控制在±2℃范围内），以确保检测结果的准确性。

③因现场混合料的含水量对结果影响不是很大，若考虑到检测结果及时性，可不进行水泥稳定土的含水量测定，含水量可按工地混合料最佳含水量计。

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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

杜乃红（1970—），女，天津市人，高级工程师，从事试验检测工作。E-mail：1349132238@qq.com