杭州公路工程监理咨询有限公司
摘要：水泥在公路水泥稳定基层施工中起着举足轻重的作用，水泥相关试验工作历来受到重视。水泥胶结材料的强度和耐久性使得其在工程建设中应用非常广泛。为保证工程质量，工程技术人员应当熟悉水泥性能，本文以水泥部分相关试验为切入点，希望能够对同行的工作有所帮助。
关键词：水稳稳定基层、水泥、无侧限抗压强度、EDTA滴定试验
本文以富阳杭新景高速公路东洲岛互通整治工程为例，水泥稳定基层采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。水泥的相关检测项目有：水泥密度、比表面积、胶砂强度、胶砂流动度、安定性、标准稠度用水量、凝结时间等。部分合格标准在《通用硅酸盐水泥》（GB/175-2007）中有详细规定。
1 水泥密度
在进行该试验时，先将水泥过0.9mm方孔筛，在110℃±5℃温度下烘干1h，放在干燥器内冷却，室温控制在20℃±1℃。称取60g水泥备用。将无水煤油注入李氏瓶内，至0ml到1ml之间的刻度线之间，盖上瓶塞放到恒温水浴箱内，刻度部分要浸入水中。水稳到达20℃±1℃时，读取第一次读数V1。将李氏瓶从水中取出，装入称好的水泥，盖上瓶塞置于恒温水槽，恒温30min后，读取第二次读数V2。两次读数水槽内温差不超过0.2℃。水泥密度取两次结果的算术平均值，两次结果不大于0.02g/cm3。计算公式ρ= m/（V2 -V 1）。
2 比表面积
试验条件中，相对湿度除比表面积试验要求不大于50%外，其余水泥物理性能试验要求相对湿度大于50%，这是比表面积试验与其他水泥物理性能试验要求的不同之处。
该试验需要在测定水泥密度基础上进行。经过漏气试验，进行孔隙率的确定，普通硅酸盐水泥的孔隙率取0.530。根据已经标定好的试料层体积（V）、水泥密度（ρ）、孔隙率（ε）计算试样质量，计算公式m=ρV（1-ε）。试料层制备好以后，经过透气试验，记录下压力计玻璃管内液面从第一条刻度线到第二条刻度线的通过时间（T），并记录下试验时的温度（℃）。为方便计算，试验时的温度与校准温度之差≤3℃，采用最简单的计算公式S=Ss*√T/√TS。Ss：标准样品比表面积；TS：标准时间。当比较面积≧300cm2/g时，合格。
3 水泥胶砂强度
该试验需要的材料数量（g）：水泥450±2，标准砂1350±5，水225±1。试验前先将搅拌锅和叶片润湿，把水加进砂浆搅拌机锅里，再加进水，固定好锅，推动手柄将其上升到固定处，然后开动机器。由于现在的水泥胶砂搅拌机多是微机控制，可以实现自动化。30s后，搅拌机上部漏斗自动打开加砂，高速拌30s。停拌90s，放下锅，在15秒内用刮刀将叶片和锅壁上的胶砂刮到锅中。再次将锅推上固定位置，高速搅拌60s。
将拌好的砂浆分两次装入振动成型台上的模具里，第一次放完后用大播料器来回一次将砂浆播平，振实60次。再装入第二层胶砂，用小的播料器播平，再振60次。之后取下试模，用刮刀近似垂直的角度一次刮去多余的砂浆。去掉试模外面的胶砂，立即将试模放入数控水泥砼标准养护箱内，保持温度20℃±2℃，湿度≧90%，养护24h。第二天脱模后，再放入恒温水养护箱内进行养护。
P.O42.5水泥胶砂强度合格标准：3天抗折强度≧3.5Mp，抗压强度≧17Mp；28天抗折强度≧6.5Mp，抗压强度≧42.5Mp。需要注意的是，抗折抗压强度试验时，将试块从养护箱内拿出来时，要立即用水润的毛巾覆盖好，抗折试验做好以后也将断掉的试块放到毛巾里面包裹好，防止水分蒸发。
3 无侧限抗压强度
无侧限抗压强度首先是圆形试件的制作，对于粗集料来讲，试模的直径×高=?150mm×150mm。一个试件约需干土5700～6000g。对于该试件的制作过程可以参见《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009），在此不在细述，仅对两点笔者认为重要的事项加以说明。一个是将称好的土按照浸润时间进行闷料时，不能一次将所需水加完，而是要预留最佳用水量的1%～2%。在试件成型前前一个小时内，加入水泥拌和均匀后再将预留的水加入土中。二是水泥用量分内掺和外掺之分，假设每个试件的干料（包括干土和水泥）总质量：m1（g），水泥含量为α（%），水泥用量m2（g）。采用外掺法时水泥用量m2=m1×α/（1+α），采用内掺法时水泥用量m2=m1×α。这是我们计算时要注意的地方。
无侧限抗压强度试件经过7d标养，最后一天浸水。将试件从水中取出以后，用软布吸去试件表面的水分，放在压力机上进行抗压试验。结果整理时，同一组大试件有2～3个异常值，是正常的，超过了试验要重做。大试件的变异系数CV（%）满足CV≦15%。如果不能满足变异系数的要求，则按照10%～90%的概率增加计算需要的试件数量，直到变异系数满足要求。
4 EDTA滴定法
EDTA滴定法适用于工地快速测定水泥或石灰稳定材料中水泥或石灰的计量，同时可以检查现场拌和和摊铺的均匀性。但要注意的是，本方法适用于在水泥终凝之前进行测定。路拌法施工的石灰稳定土类应在路拌后尽快测定，否则需要用相同龄期的EDAT二钠标准曲线确定，这在工地上是不现实的。
EDTA二钠消耗量的标准曲线确定。该试验所需仪器种类较多，滴定管、滴定台、大肚移液管、锥形瓶、烧杯、容量瓶等有二十项。在做试验前应配齐所有器材，以免试验时手忙脚乱出错。首先进行试剂的配制，包括0.1mol/m3EDTA二钠标准溶液（EDTA二钠37.23g，用蒸馏水定容至1000mL）；10%氯化铵溶液（500g氯化铵，4500mL蒸馏水）；1.8%氢氧化钠溶液（18g氢氧化钠，1000mL蒸馏水，2mL三乙醇胺）；钙红指示剂（0.2g钙试剂羧酸钠，20g硫酸钾）。在计算各种材料用量时需要注意的是，水泥质量的计算应和水稳拌合站的计算方法一直，统一使用内掺法或是外掺法，否则会造成结果的不准确，导致误判。
准备5种不同水泥含量的试样，标准曲线的水泥剂量可以为0、2、4、6、8。取大小合适的容器，根据试样质量的两倍加入10%氯化铵溶液（如湿料为1000g，则氯化铵溶液为2000mL）。搅拌3min，沉淀10min，用移液管吸取液面上层悬浮液10mL放入200mL的三角瓶内，用量管取1.8%氢氧化钠溶液50mL倒入三角瓶中，此时PH值在12.5～13.0之间，然后加入钙红指示剂约0.2g，摇匀，此时溶液呈玫瑰红色。读取滴定管中EDTA二钠标准溶液初读数V1，开始边滴定边摇匀，仔细观察颜色变化。在颜色变为紫色时放慢速度，直到纯蓝色为终点，读取滴定管中终读数V2。V2-V1即为EDTA二钠标准溶液的消耗量。对其他几个剂量的试样用同样的方法试验，记录各自的EDTA二钠标准溶液的消耗量。以水泥剂量（%）为横坐标，EDTA二钠标准溶液消耗量为（mL）的平均值为纵坐标，两者的关系应该是一元一次方程的线性关系。
施工中，现场根据材料粒径取样，对稳定中、粗粒土取3000g左右，对稳定细粒土取1000g左右。试验时细粒土取300g左右，粗粒土取1000g左右，对应的10%氯化铵溶液的用量分别为600mL，2000mL。然后重复前述试验步骤测定EDTA二钠标准溶液消耗量。利用先前绘制的标准曲线，根据EDTA二钠标准溶液消耗量确定混合料中石灰或水泥的剂量。经过两次平行测定，取算术平均值，精确到0.1mL。两次结果大于5%时，试验重做。
实践当中，水泥物理性能试验还有标准稠度用水量、胶砂流动度、凝结时间等性能要求，在此不在一一赘述。作为胶结材料的水泥，在水稳施工中起着关键作用。水稳无侧限抗压强度试验和EDTA滴定试验都是保证水稳强度的重要措施，笔者在此和同行分享学习，并对一些试验细节提出个人观点，希望大家多指导。
参考文献：
[1]交通部公路科学研究院，公路工程无机结合料稳定材料试验规程，JTG E51-2009
论文作者:杨晓
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/26
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