EDTA法检测路基石灰改良土影响因素分析

2020-11-18严卓辉解长渊

公路工程 2020年5期

严卓辉，解长渊

(1.南通市城市建设工程管理中心，江苏南通 226007；2.中交一公局第二工程有限公司，江苏苏州 215000)

在我国公路建设中，鉴于地质条件、经济性考虑等原因，路基施工时需要对土体进行改良处理。石灰改良土作为目前常用的有效方式之一，被广泛使用于各级公路建设中[1-3]。石灰改良土中石灰剂量的多少直接决定着石灰改良土的力学性能，目前常用的检测方式为EDTA滴定法，包括现场对拌和石灰改良土的检测以及碾压完成后土体石灰掺量检测。上述现场检测完成后，通过与室内制定的EDTA标准曲线进行对比，即可推算出现场检测的石灰剂量。严格来说，制定EDTA标准曲线时试样制备应尽量与现场检测条件及环境保持一致。而实际检测过程中并未对相关影响因素进行深入考虑，相关分析也仅对部分因素进行了研究[4-6]，因此有必要对可能影响检测结果准确性的相关因素进行试验分析。

1 试验方案设计

为了确保现场检测准确性，必须保证室内试验室试样准备与现场检测样品具有较高的一致性，才能采用“类比”试验根据EDTA消耗量直接通过EDTA标准曲线完成现场石灰掺量的检测[7-8]。但实际操作过程中，试验室试样与现场样品难免会存在一定差异，为此有必要对潜在的差异因素进行罗列，并分析各因素对测试结果准确性的影响程度，为更好地完成EDTA法灰量检测提供有效指导。研究拟通过室内试验方法，对比分析EDTA法进行石灰改良土石灰剂量检测过程中，延迟时间、压实度、含水率及养生温度等因素对检测结果的影响，主要试验结果及分析如下。

2 影响因素分析

2.1 延迟时间影响

《公路路面基层施工技术细则(JTG/T F20-2015)》中对延迟时间定义为无机结合料加水、结合料拌和后开始计算所经过的时间，本文借用此概念表示土体与石灰加水拌和后经历时间。现场石灰改良土施工完成后，由于条件差异，各段落并不能保证在同一时间进行灰量检测，而施工完成后延迟时间长短是否会对检测结果产生较大影响，有必要从试验及原理分析两方面进行相关探究[9]。在室内制备5%剂量石灰改良土，储存不同时间进行EDTA法滴定试验，试验结果如图1所示。

图1 石灰改良土EDTA消耗量随延迟时间变化Figure 1 Consumption of EDTA in lime-modified soil as a function of delay time

由图1分析可知：

a.随着延迟时间增加，相同质量石灰改良土EDTA消耗量呈现持续减小趋势，其中前期(前1 d)加速减缓，后期降幅减缓且呈现线性趋势。由于EDTA滴定原理为EDTA试液与石灰改良土中石灰有效游离Ca2+、Mg2+反应所需消耗量，当石灰品种确定后其单位质量所含游离Ca2+、Mg2+比例一定，因此可通过EDTA消耗量推算石灰掺合料。上述变化表明，随着延迟时间增加，石灰中有效游离Ca2+、Mg2+逐渐与土体及水反应，进而改善了石灰改良土理化及力学性能。

b.当延迟时间为1 d时，EDTA消耗量减小10%，减小幅度相对较大。因此在制作EDTA滴定标准曲线时，有条件情况下可进行延迟时间对EDTA消耗量影响曲线，以保证具有与现场检测条件一致的室内滴定曲线，从而更好地指导现场检测工作。

c.从滴定曲线可知，石灰改良土前1 d为石灰反应加速区，表明实际施工中在石灰改良土混合料完成拌和之后应尽量在1 d之内完成碾压施工，以避免强度形成后再次碾压造成强度衰减。

2.2 压实度影响

在进行上述延迟时间对EDTA消耗量影响分析时，采用了与规范相同的制样方法，即采用拌和后混合料进行滴定试验。而现场检测过程中，当路基石灰改良土已经碾压成型后再需进行检测验证时，其状态将与室内制样存在一定差异。因此研究采用对比分析法，类比分析土样在松散和密实状态下对EDTA滴定试验的影响。首先确定最佳含水率及最大干密度，然后采用室内击实试验制备压实度为98%试样[10]。上述两种试样制备完成后均包裹放置于室温条件下，不同密实状态下石灰改良土在不同延迟时间下滴定试验结果如图2所示。

图2 石灰改良土EDTA消耗量随密实状态变化Figure 2 Consumption of EDTA in lime-modified soil varies with compaction

由图2分析可知：

a.不论是松散状态还是压实状态，随着延迟时间增长石灰改良土EDTA消耗量均呈现减小趋势。

b.相较松散状态，密实状态下石灰改良土EDTA消耗量较小。这可能是由于碾压过程中石灰改良土发生机械重组，石灰与土体接触更为紧密，更有利于二者反应的发生，因此可中和EDTA的游离钙、镁离子减小更快，故其EDTA消耗量相对较小。

c.根据上述分析，若现场检测为在取土坑取样时，应制定松散状态下的EDTA标准曲线；当对碾压后土体进行取样检测时，应制定密实状态下EDTA标准曲线。

随着碾压机械的发展，大厚度压实技术逐渐运用到路基路面施工中，而已有研究显示在全厚度平均压实度满足规范要求前提下，大厚度压实存在上下压实度存在一定压实度差这一问题。而上述试验分析表明，压实度对EDTA标准曲线制定具有一定影响。为了进一步研究压实度对EDTA消耗量影响，另制备了90%、85%两种压实度状态与上述压实度为98%试样进行对比，试验结果如图3所示。由试验结果可知，相同延迟时间下，不同压实度石灰改良土EDTA消耗量差异较小，可认为在同一试样的平行试验误差之内。表明碾压状态下，压实度差异不会影响石灰改良土EDTA标准曲线制定。

图3 石灰改良土EDTA消耗量随压实度变化Figure 3 EDTA consumption of lime-modified soil as a function of compaction

2.3 含水率影响

石灰改良土现场施工前，应进行现场试验确定特定石灰剂量下石灰改良土的最大干密度与最佳含水率。但现场施工时，由于施工工艺控制差异会导致现场实际含水率会出现一定差异。本次室内确定石灰改良土最大干密度为1.671 g/cm3、最佳含水率为16.1%。为了研究石灰改良土含水率对检测结果影响，除最佳含水率外，分别制备12%、19%两个含水率下松散状态试样。不同含水率石灰改良土在不同延迟时间下滴定试验结果如图4所示：

图4 石灰改良土EDTA消耗量随含水率变化(松散状态)Figure 4 Consumption of EDTA in lime-modified soil as a function of water content (loose state)

由图4分析可知：

a.整体而言，不同含水率石灰改良土随着延迟时间增长EDTA消耗量均呈现减小趋势，且不同时间衰减趋势基本一致，这与上述研究结论一致。

b.相同延迟时间下，石灰改良土含水率越大，EDTA消耗量越小。表明石灰改良土含水率越大，可反应的游离Ca2+、Mg2+数量越少。这可能是由于高含水率下，游离Ca2+、Mg2+移动速率更快，加速了石灰改良土内部反应形成。但应注意的是，加大含水率促进了石灰改良土内部强度形成的同时也会降低石灰改良土形成强度上限，即会减小最终成型强度。

c.上述研究表明，进行标准EDTA标准曲线制定时，有条件时可制定不同含水率下标准曲线。同时现场检测时，应根据实时检测含水率对最终检测结果进行修正。

2.4 养生温度影响

相较于路面工程中水泥稳定碎石基层施工，对路基施工碾压完成后养生环节重视相对较弱，多数项目并未根据项目冬季施工影响制定特定的养生方案，导致路基石灰改良土实际养生条件存在较大差异。为研究养生条件对EDTA滴定试验影响，采用室内试验模拟方法，分别制备松散状态下两种不同养生条件试样。其中，一种试样放置于5 ℃恒温箱中，另一种放置于20 ℃恒温箱中，两种试样均采用塑料袋包裹以保持含水率的稳定。不同含水率石灰改良土在不同延迟时间下滴定试验结果如图5所示。