一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法

摘要

本发明提供一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，包括：A.进行水泥剂量a下水泥稳定碎石的击实试验，得到最大干密度ρ

说明书

技术领域

本发明属于交通土建工程领域，具体涉及一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法。

背景技术

击实试验方法和振动压实试验方法是确定最佳含水量和最大干密度最常用的两种方法，其中击实试验方法适用于细集料含量较多的级配，振动压实试验方法适用于粗集料含量较多的级配，现阶段规范规定方法为击实试验方法。

击实试验结果的影响因素众多，但是击实结果主要与集料的密度、吸水率和级配类型有关，相关资料表明相同级配不同水泥剂量下的击实结果差距不大。

水泥稳定碎石通常要进行多个水泥剂量下的强度试验，因此必须确定多个水泥剂量下的最佳含水量和最大干密度。按照规范至少要进行最大、最小和中值三个水泥剂量下的击实试验，其它水泥剂量下的最佳含水量和最大干密度采用内插法确定。

每个水泥剂量下的击实试验要进行两次平行试验，即同一级配至少应进行6次击实试验，工作量大，试验周期长。

发明内容

为了克服以上问题，本发明提供一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，能减少水泥稳定碎石材料击实试验的工作量，缩短试验周期，同时保证试最佳含水量和最大干密度数据的准确性。

为了达到本发明的目的，采用如下方案：

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，包括以下步骤：

A.进行水泥剂量a下水泥稳定碎石的击实试验，得到最大干密度ρ_a，对应最佳含水量ω_a；

B.计算任意水泥剂量b下的最佳含水量ω_b和最大干密度ρ_b，

其中ω_b＝ω_a+m(b-a)，

其中：ρ_cr—水泥密度；>

ρ_f—筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛下集料的表干密度；

ω_f—筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛下集料的饱和面干吸水率；

ρ_c—筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛上集料的表干密度；

ω_c—筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛上集料的吸水率；

m—水泥剂量a下的最佳水灰比；

N_c—筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛上集料的重量百分比；

N_f—筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛下集料的重量百分比；

i_c—水泥剂量a下的混合料水化增量百分比。

优选的是，水泥剂量a下的混合料水化增量百分比通过以下方法得到：拌合筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛上集料、筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛下集料和水泥剂量a的混合料，并立即进行烘干，并测定混合料水化增量百分比i_c。

上述任一方案中优选的是，混合料拌合完成后，立即放入100‐200℃烘箱进行烘干。最低烘干温度100℃可以保证混合料中不含自由水。

上述任一方案中优选的是，放入105℃烘箱进行烘干。

上述任一方案中优选的是，采用化学结合水法测定混合料水化增量百分比i_c。

上述任一方案中优选的是，水泥剂量a下的最佳水灰比m以水的密度为1g/cm³，以级配中0.6mm筛孔的累计通过率P_0.6mm计算得到。

上述任一方案中优选的是，最佳水灰比>

其中，采用下式集料表干体积百分比V_i：

$V_i=\frac{N_c(1+{\omega }_c)}{{\rho }_c}+\frac{N_f(1+{\omega }_f)}{{\rho }_f}$

上述任一方案中优选的是，实施步骤A时，击实试验进行两次。

上述任一方案中优选的是，步骤A中，水泥剂量a为3％‐6％。

上述任一方案中优选的是，步骤A中，水泥剂量a为3％‐4％。

上述任一方案中优选的是，步骤A中，水泥剂量a为3.3％‐3.5％。

上述任一方案中优选的是，步骤A中，水泥剂量a为3.4％‐3.5％。

上述任一方案中优选的是，步骤F中，i_c＝(混合料烘干质量‐混合料中水泥质量‐混合料中集料质量)/(混合料中水泥质量+混合料中集料质量)×100％。

上述任一方案中优选的是，筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛上集料的重量百分比N_c—和筛下集料的重量百分比N_f根据设计级配确定。

上述任一方案中优选的是，筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛上集料的表干密度ρ_c和吸水率ω_c通过测定得到。

上述任一方案中优选的是，筛孔直径2.36mm或4.75mm的筛下集料的表干密度ρ_f和饱和面干吸水率ω_f通过测定得到。

上述任一方案中优选的是，以当移去坍落筒第一次出现坍落时为饱和面干状态。

上述任一方案中优选的是，水泥密度ρ_cr通过测定得到。

上述任一方案中优选的是，所述水泥剂量b＝3％-6％。

上述任一方案中优选的是，所述水泥剂量b＝4％‐6％

本发明的基本原理在于：水泥稳定碎石材料中的水分包括①粗集料吸收水、②细集料吸收水、③水泥初步水化反应和润滑水泥砂浆所需的水。相同级配不同水泥剂量下①、②中的水几乎不变，③中的水只与水泥剂量有关。通过建立③中水与水泥剂量的线形关系求得水灰比m，根据m和低水泥剂量a下的最佳含水量推算高水泥剂量b下的最佳含水量。在击实功不变的情况下，不同水泥剂量下的击实结果中，增加的干重仅仅是增加的水化产物的重量，增加的体积仅仅是增加的水泥体积。

本发明提供的一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，能大大地减少水泥稳定碎石材料击实试验的工作量，缩短试验周期，同时保证试最佳含水量和最大干密度数据的准确性。

具体实施方式

为了更清楚地理解本发明的发明内容，下面结合具体实施例对本发明的发明 内容进行进一步的说明、阐述。

实施例1

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，包括以下步骤：

A.根据设计级配，确定筛孔直径4.75mm的筛上集料的重量百分比N_c，筛下集料的重量百分比N_f；

B.进行水泥剂量a下水泥稳定碎石的击实试验，得到最大干密度ρ_a，对应最佳含水量ω_a；

C.测定筛孔直径4.75mm的筛上集料(粗集料)的表干密度ρ_c和吸水率ω_c；

D.测定筛孔直径4.75mm的筛下集料(细集料)的表干密度ρ_f和饱和面干吸水率ω_f；

E.测定水泥密度ρ_cr；

F.拌合筛孔直径4.75mm的筛上集料、筛孔直径4.75mm的筛下集料和水泥计量a的混合料，并立即进行烘干，保证水泥水化程度接近击实时的水泥水化程度，并测定混合料水化增量百分比i_c，其中i_c＝混合料烘干质量/(混合料中水泥质量+混合料中集料质量)；

G.计算最佳水灰比m：

H.计算任意水泥剂量b下的最佳含水量ω_b和最大干密度ρ_b，

其中ω_b＝ω_a+m(b-a)>

${\rho }_b=\frac{(1+b)\times (1+i_c)}{\frac{(1+a)\times (1+i_c)}{{\rho }_a}+\frac{(b-a)}{{\rho }_{cr}}}---\left(2\right)$

其中：

ω_b—水泥剂量b下的最佳含水量；

ω_a—水泥剂量a下水泥稳定碎石最佳含水量ω_a；

m—水泥剂量a下的最佳水灰比；

b—需要确定最佳含水量及最大干密度的水泥剂量；

a—进行击实试验的水泥剂量；

ρ_b—水泥剂量b下水泥稳定碎石的最大干密度；

i_c—水泥剂量a下的混合料水化增量百分比；

ρ_a—水泥剂量a下水泥稳定碎石的最大干密度；

ρ_cr—水泥密度。>

实施步骤A时，采用规范规定级配范围中值作为设计级配，具体级配如下表所示：

筛孔尺寸 0 0.075 0.6 2.36 4.75 9.5 19 26.5 31.5 规范上限 0 7 22 35 49 67 89 100 100 规范下限 0 0 8 17 29 47 72 90 100 中值 0 3.5 15 26 39 57 80.5 95 100

从上表的级配中，采用规范规定级配范围中值作为设计级配，可以确定筛孔直径4.75mm的筛上集料(粗集料)的重量百分比为N_f＝61％，筛下集料(细集料)的重量百分比N_c为39％。

实施步骤B时，水泥剂量a为3％，根据击实试验规范JTJ E51‐2009中的T0804‐1994规定进行两次击实试验，得到水泥剂量为3％时，水泥稳定碎石的最大干密度ρ_a＝2.36g/cm³，对应最佳含水量ω_a＝4.1％。

实施步骤C时，根据规范T0308‐2005测得粗集料的表干密度ρ_c＝2.668g/cm3，吸水率ω_c＝2.63％。

实施步骤D时，采用石灰岩集料，根据规范T0330‐2005测得细集料的表干密度ρ_f＝2.553g/cm³，饱和面干吸水率ω_f＝3.28％。

实施步骤E时，采用42.5号复合硅酸盐水泥，根据规范GB/T208‐2014，测得水泥密度ρ_cr为3.0g/cm³。

实施步骤F时，将3％水泥剂量下的混合量在拌合完成后，立即放入105℃烘箱中进行烘干，测定得到3％水泥剂量下设计级配的混合料水化增量i_c为0.15％。

实施步骤G时，以水的密度为1g/cm³，以级配中0.6mm筛孔的累计通过率P_0.6mm计算最佳水灰比m，其中

$m=\frac{\frac{(1+a)\times (1+i_c)}{{\rho }_a}-V_i-\frac{a}{{\rho }_{cr}}}{a}\times \frac{a}{a+P_{0.6mm}}---\left(3\right)$

其中，采用下式集料表干体积百分比V_i：

$V_i=\frac{N_c(1+{\omega }_c)}{{\rho }_c}+\frac{N_f(1+{\omega }_f)}{{\rho }_f}---\left(4\right)$

ρ_c—粗集料的表干密度

ω_c—粗集料吸水率；

V_i—集料表干体积百分比；

P_0.6mm—级配中0.6mm筛孔的累计通过率；

ω_b—水泥剂量b下的最佳含水量；

ω_a—水泥剂量a下水泥稳定碎石最佳含水量ω_a；

m—水泥剂量a下的最佳水灰比；

b—需要确定最佳含水量及最大干密度的水泥剂量；

a—进行击实试验的水泥剂量；

ρ_b—水泥剂量b下水泥稳定碎石的最大干密度；

i_c—水泥剂量a下的混合料水化增量百分比；

ρ_a—水泥剂量a下水泥稳定碎石的最大干密度；

ρ_cr—水泥密度；>

N_c—筛上集料重量百分比；

N_f—筛下集料重量百分比；

ρ_f—细集料表干密度；

ω_f—细集料饱和面干吸水率。

级配中0.6mm筛孔的累计通过率P_0.6mm为15％，把各参数均带入公式(4)，计算得到集料表干体积百分比V_i＝0.3924，然后将V_i及其他参数带式公式(3)，计算得到最佳水灰比m＝0.2。

实施步骤H时，将水泥剂量b＝4％及相关参数带入公式(1)，计算得到水泥剂量为4％时，最佳含水量为4.3％；把相关参数带入公式(2)，计算得到水泥剂量为4％时，最大干密度约为2.36g/cm³。

采用击实试验，测得水泥剂量b为4％时，最佳含水量为4.2％，最大干密度为2.36g/cm³。

可见，采用本发明的方法，水泥剂量为4％时，计算得到的最大干密度及最佳含水量结果与击实试验结果误差((计算结果－击实试验结果)/击实试验结果)分别是2.38％和0，均在5％以内，说明本方法的有效性。且通过击实试验，需要进行最大、最小和中值三个水泥剂量的击实试验，从而通过内插法确定其他计量下的最佳含水量和最大干密度，需要进行至少6次击实试验。而本发明中，仅仅需要进行两次击实试验，大大的减少了工作量，缩短了试验周期。

本实施例中的步骤A‐F的实施顺序没有要求，先以任意顺序实施步骤A‐F，然后依次实施步骤G、H。

实施例2

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，本实施例中，在水泥剂量a为3％的基础上，采用本发明的方法计算水泥剂量为5％时的最佳含水量及最大干密度。

实施步骤H的时候，将水泥剂量b为5％带入公式(1)，计算得到水泥剂量为5％时，最佳含水量为4.5％；将相关参数带入公式(2)，计算得到水泥剂量为5％时，最大干密度为2.37g/cm³。

采用击实试验，测得水泥剂量b为5％时，最佳含水量为4.4％，最大干密度为2.37g/cm³。

可见，采用本发明的方法，水泥剂量为5％时，计算得到的最大干密度及最佳含水量结果与击实试验结果误差分别是2.27％和0，均在5％以内，说明本方法的有效性。

实施例3

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，本实施例中，在水泥剂量a为3％的基础上，采用本发明的方法计算水泥剂量为6％时的最佳含水量及最大干密度。

实施步骤H的时候，将水泥剂量b为6％带入公式(1)，计算得到水泥剂量 为5％时，最佳含水量为4.7％；将相关参数带入公式(2)，计算得到水泥剂量为5％时，最大干密度为2.37g/cm³。

采用击实试验，测得水泥剂量b为6％时，最佳含水量为4.5％，最大干密度为2.38g/cm³。

可见，采用本发明的方法，水泥剂量为6％时，计算得到的最大干密度及最佳含水量结果与击实试验结果误差分别是4.44％和0.42％，均在5％以内，说明本方法的有效性。

实施例4.1

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤B时，可以进行水泥剂量a(3.2％)下水泥稳定碎石的击实试验；实施步骤F时，计算水泥剂量为3.2％下的混合料水化增量百分比；实施步骤G和H时，其中的水泥剂量a均为3.2％。

实施例4.2

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤B时，可以进行水泥剂量a(3.3％)下水泥稳定碎石的击实试验；实施步骤F时，计算水泥剂量为3.3％下的混合料水化增量百分比；实施步骤G和H时，其中的水泥剂量a均为3.3％。

实施例4.3

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤B时，可以进行水泥剂量a(3.4％)下水泥稳定碎石的击实试验；实施步骤F时，计算水泥剂量为3.4％下的混合料水化增量百分比；实施步骤G和H时，其中的水泥剂量a均为3.4％。

实施例4.4

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤B时，可以进行水泥剂量a(3.5％)下水泥稳定碎石的击实试验；实施步骤F时，计算水泥剂量为3.5％下的混合料水化增量百分比；实施步骤G和H时，其中的水泥剂量a均为3.5％。

实施例4.5

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤B时，可以进行水泥剂量a(3.7％)下水泥稳定碎石的击实试验； 实施步骤F时，计算水泥剂量为3.7％下的混合料水化增量百分比；实施步骤G和H时，其中的水泥剂量a均为3.7％。

实施例4.6

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤B时，可以进行水泥剂量a(3.9％)下水泥稳定碎石的击实试验；实施步骤F时，计算水泥剂量为3.9％下的混合料水化增量百分比；实施步骤G和H时，其中的水泥剂量a均为3.9％。

实施例4.7

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤B时，可以进行水泥剂量a(3.8％)下水泥稳定碎石的击实试验；实施步骤F时，计算水泥剂量为3.8％下的混合料水化增量百分比；实施步骤G和H时，其中的水泥剂量a均为3.8％。

实施例4.8

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤B时，可以进行水泥剂量a(4％)下水泥稳定碎石的击实试验；实施步骤F时，计算水泥剂量为4％下的混合料水化增量百分比；实施步骤G和H时，其中的水泥剂量a均为4％。

本组实施例用以说明，进行击实试验的水泥剂量不局限在3％。

实施例5.1

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤F时，将3％水泥剂量下的混合量在拌合完成后，可以立即放入100℃烘箱中进行烘干。

实施例5.2

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤F时，将3％水泥剂量下的混合量在拌合完成后，可以立即放入110℃烘箱中进行烘干。

实施例5.3

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤F时，将3％水泥剂量下的混合量在拌合完成后，可以立即放入120℃烘箱中进行烘干。

实施例5.4

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤F时，将3％水泥剂量下的混合量在拌合完成后，可以立即放入130℃烘箱中进行烘干。

实施例5.5

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤F时，将3％水泥剂量下的混合量在拌合完成后，可以立即放入150℃烘箱中进行烘干。

实施例5.6

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤F时，将3％水泥剂量下的混合量在拌合完成后，可以立即放入180℃烘箱中进行烘干。

实施例5.7

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与实施例1不同的是，实施步骤F时，将3％水泥剂量下的混合量在拌合完成后，可以立即放入200℃烘箱中进行烘干。

本组实施例用来说明在实施步骤F时，混合料的烘干温度可以在100℃—200℃之间进行选择，不局限在列举出来的温度。

实施例6

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与上述实施例不同的是，实施步骤A时，筛孔直径由4.75mm换成2.36mm，还是将筛下集料定义为细集料，筛上集料定义为粗集料。

本实施例适用于最大公称粒径小，级配偏细的情况。

实施例7

一种水泥稳定碎石最佳含水量和最大干密度的确定方法，与上述实施例不同的是，通过击实试验测得较高水泥剂量(如4％-6％)下的最佳含水量和最大干密度，然后计算较低水泥剂量(3％-4％)下的最大干密度和最佳含水量。

需要说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分 或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。