淺析水穩碎石基層水泥劑量測定方法研究

陳 雁，文 林，諶 強

(江西省公路橋梁工程局)

1 水泥計量系統研究

水泥穩定碎石基層對水泥劑量要求很高，如果水泥用量很大，水穩碎石基層就會出現較多的裂紋嚴重影響路面的使用性能;如果水泥劑量過小，水穩碎石基層很難達到設計強度，路用性能較差。同一路段中，水泥劑量的波動還會導致路面的強度和收縮性不一致，影響結構的整體性。因為，盡管水泥劑量僅占到水穩碎石基層材料的5%左右，但其基本占用了造價的一半，因此選擇合適的水泥計量系統十分重要。

水泥計量裝置一般分為容積式計量和稱重式計量。容積式計量通過改變葉輪轉速來調整水泥粉料量;稱重式計量是采用動態反饋控制機構，通過給料器的測量裝置調整螺旋轉速控制給粉量，圖1 為稱重式劑量系統控制方框圖。

水的計量裝置一般基于重力、容積、流量三種方式。為了滿足道路連續化攤鋪的需求，水穩基層采用不間歇供料模式，這就要求有著較高的計量精度。工作人員往往采用間歇供料拌合，這就使水穩材料產生了不均勻偏差，致使水穩基層的強度剛度變差，將進一步分析水泥劑量的檢測方法和影響因素。

圖1 稱重式劑量系統控制方框圖

2 水泥劑量測定試驗研究

水泥劑量測定采用EDTA 滴定法，其主要的試驗原理為:先用10%濃度的氯化銨溶液溶解出水泥中的鈣離子，然后用EDTA 標準溶液吸附游離出來鈣離子，EDTA 標準溶液消耗量與鈣離子的含量成近似線性關系。水泥中的主要成分為:硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣等。

EDTA 的化學名稱為乙二胺四乙酸，其分子式為C10H16N2O8，是一種白色固體粉末，微溶于水，易溶于堿性溶液。進行試驗之前，先選擇要試驗的材料和級配，用不同水泥劑量進行滴定試驗，得出各種劑量下的EDTA 滴定曲線。

試驗研究表明，EDTA 標準溶液消耗量與鈣離子的含量并非嚴格線性關系，EDTA 標準溶液消耗量僅能反應出水泥劑量的大小差異，不能反應出準確消耗量。引進了不同粒徑集料比表面積的概念，認為相同巖性集料對水泥漿的吸附能力一致。試驗得出了不同粒徑的集料對EDTA 標準溶液的消耗量影響大小。

試驗前，將水穩基層劑量粒徑分為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 共計8 個區段，經計算其對應的比表面積依次是: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。不同粒徑比表面積差異見圖2。由圖2 可以看出，最大最小兩個區間的比表面積相差達到了1 000 倍，平均面積大小直接關系到EDTA 標準溶液消耗量大小。

圖2 不同粒徑比表面積差異

取某項目水穩基層集料，測定其密度為2.86 g /cm3，壓碎值為12%，水泥采用張家口水泥廠生產的PO.32.5 型號，初凝時間為4 h，終凝時間為6 h 50 min。分別按照2%、4%、6%、8%四種水泥劑量進行EDTA 滴定試驗，每個劑量進行2 次，取平均值作為試驗結果，其試驗結果列于表1。

表1 EDTA 滴定試驗結果

將公路施工規范中推薦的2#級配編號為A;2#級配增加10%的4.75 mm 以上集料，減少10%的4.75 mm 以下集料，總集料質量不變，這個偏粗的級配編號為B;將2#級配減小10%的4.75 mm 以上集料，增加10%的4.75 mm 以下集料，總集料質量不變，這個偏細級配編號為C。三種混合集料的級配曲線見圖3。

圖3 三種合成集料級配曲線

查標準曲線可知，集料A 的水泥劑量為6%。對三種集料進行EDTA 滴定試驗，測定三種集料的EDTA 標準溶液消耗量分別為15.7 ml、17.9 ml、14 ml。對應的集料A 的水泥劑量為6.5%;集料B 的水泥劑量為7.9%;集料C 的水泥劑量為5.5%。由實驗可以得出EDTA 滴定法測定水泥劑量，受級配的影響較大，試驗中當4.75 mm 篩孔通過質量上下變化10%時，直接水泥滴定實驗測得結果相差37%，水泥劑量相差2.4%。

進行滴定試驗取樣，一般有五種方式:過2.36 mm 篩滴定法、過4.75 mm 篩滴定法、過9.5 mm 篩滴定法、按設計級配取4.75 mm 篩上、篩下兩部分混合、全級配滴定法。這五種方式編號依次為:A、B、C、D、E。不同比表面積的集料顆粒對水泥劑量測定結果影響很大，因此選擇一種最優的取樣方法十分重要。經實驗研究，五種方式的比表面積差異見圖4。

由圖4 可以看出，D、E 兩種取樣方式效果最好，其測定精確度要比給定的A 法高很多。

3 結 語

從水泥計量系統出發，研究了集料稱重系統和水計量系統的原理，隨后試驗研究分析級配變化和取樣方法對水泥劑量的影響，按四種方法進行試驗研究，得出了精確度最好的測定方法。并得出以下結論。

圖4 五種取樣方式集料比表面積測量值

(1)工作人員往往采用間歇供料拌合，這就使水穩材料產生了不均勻偏差，致使水穩基層的強度剛度變差，應該采用無間歇供料拌合模式。

(2)EDTA 標準溶液消耗量與鈣離子的含量并非嚴格線性關系，EDTA 標準溶液消耗量僅能反應出水泥劑量的大小差異，不能反應出準確消耗量。

(3)EDTA 滴定法測定水泥劑量，受級配的影響較大，試驗中當4.75 mm 篩孔通過質量上下變化10%時，直接水泥滴定實驗測得結果相差37%，水泥劑量相差2.4%。

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