寇冠宇

(重慶交通大學(xué))

1 混合料水洗篩分簡(jiǎn)介

1.1 集料的水洗篩分

集料的水洗篩分試驗(yàn)是實(shí)際工程中廣泛使用的一種級(jí)配篩分方法，瀝青混合料和基層材料所用集料必須使用水洗篩分法進(jìn)行篩分。試驗(yàn)所用集料需要烘干至恒重，然后加入清水浸泡，經(jīng)過攪拌后，通過固定套篩過濾懸浮液，最后將過濾后剩余集料烘干，篩底礦粉的質(zhì)量通過水洗前集料與過濾烘干后集料的質(zhì)量差值進(jìn)行計(jì)算，以克為單位，精確至0.1%。集料的水洗試驗(yàn)可用于原材料的級(jí)配篩分如未篩碎石、級(jí)配碎石、天然砂礫、級(jí)配砂礫，也適用于按照級(jí)配混合后的集料級(jí)配檢測(cè)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，集料的水洗篩分應(yīng)用的范圍主要是在集料、結(jié)合料和水進(jìn)行拌和之前。通過現(xiàn)有集料水洗篩分的經(jīng)驗(yàn)的積累，研究水泥穩(wěn)定混合料的水洗篩分方法。

1.2 水泥穩(wěn)定混合料的水洗篩分

在實(shí)驗(yàn)室成型水泥穩(wěn)定混合料試件時(shí)，所采用的粗集料與細(xì)集料都是經(jīng)過逐級(jí)篩分的單一粒徑礦料，不同粒徑礦料均能準(zhǔn)確控制。但是在施工現(xiàn)場(chǎng)使用的每檔礦料一般均包含多種粒徑的礦料，如果拌合站或者攤鋪機(jī)出現(xiàn)問題，混合料級(jí)配很容易受到影響。而且在混合料由拌合站運(yùn)送到攤鋪現(xiàn)場(chǎng)后，混合料的實(shí)際級(jí)配狀況是否仍滿足設(shè)計(jì)級(jí)配要求，這些問題都需要現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混合料進(jìn)行取樣，因此在水泥穩(wěn)定半剛性基層鋪筑過程中，有時(shí)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所取試樣進(jìn)行級(jí)配檢測(cè)。根據(jù)現(xiàn)有《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》、對(duì)于拌合后的混合料及路面實(shí)際鋪筑中的混合料并沒有詳細(xì)的水洗篩分方法，隨著試驗(yàn)道路對(duì)研究要求的提高，有時(shí)需要對(duì)鋪筑過程中的道路基層水泥穩(wěn)定混合料進(jìn)行級(jí)配檢測(cè)，經(jīng)過試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)使用水洗法可以得到水泥穩(wěn)定混合料的實(shí)際級(jí)配。

2 水泥穩(wěn)定混合料的水洗法

2.1 原材料介紹

(1)水泥:紅獅牌普通硅酸鹽水泥

(2)集料:廣西當(dāng)?shù)亓蠄?chǎng)0 ～5 mm、5 ～10 mm、10 ～20 mm、20 ～30 mm 四檔集料。

2.2 設(shè)計(jì)級(jí)配

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合廣西半剛性基層路面的實(shí)際要求設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定混合料的級(jí)配，經(jīng)過擊實(shí)試驗(yàn)及強(qiáng)度試驗(yàn)，混合料指標(biāo)參數(shù)均滿足規(guī)范要求，水泥劑量5.5%，級(jí)配見表1。

表1 礦料設(shè)計(jì)級(jí)配

2.3 混合料的水洗原則

水泥穩(wěn)定混合料由水、水泥和集料組成，為了得到集料的級(jí)配曲線，通過水洗法過濾掉混合料中的水泥成分。施工現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室中套篩最小粒徑尺寸為0.075 mm，所以在過濾稀釋后的水泥漿時(shí)也會(huì)將篩底的礦粉過濾掉(篩底礦粉粒徑小于0.075 mm)，礦粉含量也是級(jí)配曲線的一部分，所以為了得到完整的級(jí)配曲線，還需使用計(jì)算法還原篩底礦粉含量。

2.4 混合料的水洗步驟

(1)混合料水洗試驗(yàn)之前需要準(zhǔn)備0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm 孔徑的篩網(wǎng)各一只，容器一個(gè)(足夠放入一份試樣)，容器表面應(yīng)光滑清潔，避免殘留礦粉黏附，影響實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性;混合料放入容器后需要加水沖洗攪拌，沖洗過程中水泥漿不能溢出，因此容器邊沿高度需要高于加水后的水面高度;礦料經(jīng)過水洗后，為避免礦料損失，需要將礦料連同容器整體放入烘箱中，所以選用容器時(shí)要測(cè)量是否能夠放入烘箱。

(2)從現(xiàn)場(chǎng)取回至少取回三分混合料試樣，每份試樣重量應(yīng)不少于6 000 g，以保證混合料級(jí)配的完整性，將試樣倒入準(zhǔn)備好的容器內(nèi)，由于細(xì)集料容易粘附在承裝混合料的袋子上，所以需要用清水將袋子沖洗，沖洗后的水也要倒入容器內(nèi)，以免細(xì)集料流失對(duì)篩底換算造成影響。

(3)在容器內(nèi)加入足夠數(shù)量的潔凈水，水面要高于混合料，但不得使用任何洗滌劑、分散劑或表面活性劑。用攪拌棒充分?jǐn)嚢杌旌狭?，但不能破碎礦料或者使礦料和水濺出容器，將粗集料表面清洗干凈，使細(xì)集料和水泥懸浮于水中。

(4)攪拌均勻后，將容器內(nèi)的污水緩慢的倒入0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm 篩子組成的套篩中進(jìn)行過濾，注意傾倒污水時(shí)不要濺出、也不能從兩篩之間的縫隙中流出。

(5)重復(fù)過程3 和過程4，直到混合料加水?dāng)嚢韬笏|(zhì)清澈不混濁，證明混合料中的水泥漿全部水洗干凈。

(6)在水龍頭上套上膠皮管，打開水龍頭，用膠管流出的水緩慢的沖洗套篩最上層的0.3 mm 篩子，水流從0.075 mm 篩下流失不保留，直至流出的水色清澈為止。水洗過程中，可以適當(dāng)用手?jǐn)_動(dòng)試樣，加速礦粉過篩，待0.3 mm 篩沖干凈后取除，接著從0.15 mm 篩上沖洗，但不得直接沖洗0.075 mm 篩。如果直接沖洗0.075 mm 篩，可能會(huì)使篩網(wǎng)下凹變形堵塞篩孔，或者造成礦粉與篩面發(fā)生共振，不能通過篩孔。

(7)分別將各篩反過來，將各篩篩余用小水流仔細(xì)沖洗入裝有水洗混合料的容器中，待篩余沉淀后，稍稍傾斜容器。仔細(xì)倒出清水，然后將容器和混合料一同放入烘箱中烘干至恒重。

(8)烘干集料冷卻后，使用標(biāo)準(zhǔn)套篩將集料逐級(jí)篩分，計(jì)算各個(gè)篩上的篩余。

2.5 篩底換算系數(shù)

混合料中的篩底細(xì)集料粒徑小于0.075 mm，混合料經(jīng)過水洗后，篩底和水泥一同被過濾掉了，礦料級(jí)配中缺少篩底的數(shù)據(jù)，無(wú)法畫出一條完整的級(jí)配曲線。所以采用計(jì)算法估算損失掉的篩底重量，經(jīng)分析篩底細(xì)集料主要存在于0 ～5 mm 檔的礦料里，這檔礦料包括4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm、0.075 mm 七種粒徑的細(xì)集料。按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》，從0 ～5 mm 料堆取樣進(jìn)行篩分。

按照試驗(yàn)規(guī)范取樣篩分可以比較全面的表示出0 ～5 mm 檔集料的級(jí)配情況，同時(shí)0 ～5 mm 檔內(nèi)七種集料在0 ～5 mm集料中所占比例也可以確定，所以當(dāng)過濾混合料中不含有篩底數(shù)據(jù)時(shí)，可以用0.075 ～4.75 mm 七檔細(xì)集料中的其他四種細(xì)集料的分計(jì)篩余推算出篩底的分計(jì)篩余，即使用0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm、0.6 mm 四檔細(xì)集料的分計(jì)篩余推算篩底篩余，計(jì)算每檔礦料和篩底的相對(duì)比例，使用公式(1)計(jì)算。

注:y:篩底分計(jì)篩余換算比。本次試驗(yàn)使用0.075 mm、0.15 mm、0.3 mm、0.6 mm 四種篩余進(jìn)行篩底換算，所以有四個(gè)y 值，即y1、y2、y3、y4。

P1:0 ～5 檔集料篩分試驗(yàn)中篩底分級(jí)篩余(%)。

P2:0 ～5 檔集料篩分實(shí)驗(yàn)中用于換算的孔徑分級(jí)篩余(%)。

經(jīng)過計(jì)算，篩底篩余換算比見表2。

表2 篩底分計(jì)篩余換算系數(shù)

2.6 計(jì)算級(jí)配通過率

三份混合料水洗烘干后進(jìn)行篩分，篩分后的級(jí)配結(jié)果見下表3。

表3 水洗烘干后礦料篩分表

續(xù)表3

將三組混合料的0.075 ～0.6 mm 細(xì)集料分級(jí)篩余，使用表2 的換算比計(jì)算篩底的分級(jí)篩余。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 篩底篩余換算值

由表2 發(fā)現(xiàn)水洗烘干后的篩底分計(jì)篩余并不為零，這是由于水洗未洗凈的原因，但并不影響篩底換算，將表3 中的篩底值舍棄，將表4 中的三組計(jì)算篩底分計(jì)篩余值代入表3，然后再分別計(jì)算三組礦料的通過率，最后計(jì)算三組通過率的平均值，計(jì)算結(jié)果如表5 所示。

表5 完整級(jí)配表

3 結(jié) 論

水泥穩(wěn)定混合料水洗法經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，準(zhǔn)確性可以達(dá)到混合料的篩分要求，而且取樣質(zhì)量越大，越能準(zhǔn)確描述所取混合料的級(jí)配情況。混合料拌和和水洗的間隔時(shí)間不易太久，否則水泥水化反應(yīng)程度過高會(huì)影響水洗效果，一般可在混合料拌合站出料口、運(yùn)料車和攤鋪機(jī)攤鋪時(shí)取料，要注意取料的均勻性。通過施工經(jīng)驗(yàn)可知，拌合站剛開始拌和出料的準(zhǔn)確性很難控制，往往和設(shè)計(jì)級(jí)配差距較大，對(duì)于一些需要精確施工的試驗(yàn)路可以使用水洗法確定混合料拌和效果趨于穩(wěn)定的時(shí)機(jī)，能大大提高工程的施工效果。

［1］沙慶林.重載交通長(zhǎng)壽命半剛性路面設(shè)計(jì)與施工［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］沙慶林.高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面［M］.北京:人民交通出版社，1997.