劉文勝

中建五局土木工程有限公司

水泥劑量EDTA(齡期效應(yīng))標(biāo)準(zhǔn)曲線研究

劉文勝

中建五局土木工程有限公司

水泥穩(wěn)定材料中水泥劑量的多與少，可將直接影響水泥穩(wěn)定材料強(qiáng)度能否滿足設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范的要求，也將影響道路的整個(gè)施工質(zhì)量。實(shí)際上，在水泥穩(wěn)定基層施工前的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)中，我們往往只作水泥劑量EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)定試驗(yàn)，而忽略了齡期效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)定試驗(yàn)。本文以城市引水隧洞暗渠工程附屬道路路面基層水泥穩(wěn)定級配碎石施工為例，主要闡述水泥劑量EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線和齡期效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)定及其控制要點(diǎn)。

水泥穩(wěn)定基層施工；水泥劑量；標(biāo)準(zhǔn)曲線；研究

1 引言

水泥劑量EDTA(齡期效應(yīng))標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)定，準(zhǔn)確與否將直接影響對道路基層質(zhì)量的正確評判。這不僅是基層水泥劑量的多少問題，而是水泥穩(wěn)定混合料強(qiáng)度能否滿足設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范要求的問題，也是基層水泥穩(wěn)定混合料試驗(yàn)項(xiàng)目的必測項(xiàng)目之一。

2 定義

以水泥為結(jié)合料，通過加水與被穩(wěn)定材料（如碎石、天然礫石）共同拌和形成的混合料，經(jīng)壓實(shí)和養(yǎng)生后，當(dāng)其抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定的要求時(shí)，稱為水泥穩(wěn)定材料；以水泥質(zhì)量占全部干燥被穩(wěn)定材料（如級配碎石混合料）質(zhì)量(不包括水泥和水的質(zhì)量)的百分率表示,稱為水泥劑量；以EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量為縱坐標(biāo)，以水泥劑量為橫坐標(biāo)，制圖而成的一根順滑曲線，稱為EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3 測定方法

水泥穩(wěn)定混合料在水泥終凝之前必須完成水泥劑量的測定，否則就需使用相應(yīng)齡期的EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量的標(biāo)準(zhǔn)曲線來確定。

水泥劑量常用測定方法是EDTA滴定法。

EDTA滴定法的化學(xué)原理：先用濃度為10%的氯化銨（NH4CL）溶液溶出水泥穩(wěn)定材料中的Ca2+，然后使用EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液奪取Ca2+，EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量與相應(yīng)的水泥劑量存在近似線性關(guān)系。

4 EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線

EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)定，準(zhǔn)確與否可將對現(xiàn)場施工水泥穩(wěn)定混合料中實(shí)際水泥劑量產(chǎn)生正確或錯(cuò)誤的測定。下面以6.0%水泥穩(wěn)定級配碎石混合料來介紹EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)定。

《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)定時(shí)，需要準(zhǔn)備5種試樣。本文為了更好的闡述標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)定，準(zhǔn)備了6種試樣（即準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)曲線的水泥劑量為0%、2%、4%、6%、8%、10%），如水泥穩(wěn)定混合料中水泥劑量設(shè)計(jì)較高或較低時(shí)，需保證工地實(shí)際所用水泥的劑量位于標(biāo)準(zhǔn)曲線所用劑量的中間。

4.1 混合料準(zhǔn)備

4.1.1 水泥

水泥：取工地現(xiàn)場施工實(shí)際使用的RBC32.5路面基層穩(wěn)定用水泥，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合《公路工程路面基層穩(wěn)定用水泥》（JT/T 994-2015）標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定要求。

4.1.2 試樣

試樣：取工地現(xiàn)場施工實(shí)際使用的碎石和石屑，其中：碎石規(guī)格為公稱粒徑4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～26.5mm三種；石屑規(guī)格為公稱粒徑0～4.75mm。級配碎石混合料按公稱粒徑0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～26.5mm四檔規(guī)格摻配而成。

準(zhǔn)備12個(gè)（濕質(zhì)量）試樣，每個(gè)試樣取1000g準(zhǔn)備試驗(yàn)。為了減少做標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)定取樣的離散，每個(gè)濕混合料試樣采用單份按級配碎石混合料組成設(shè)計(jì)時(shí)的摻配方式和比例進(jìn)行備料。

碎石和石屑風(fēng)干后用烘干法測其含水率。級配碎石混合料的含水率應(yīng)等于工地現(xiàn)場施工預(yù)期達(dá)到的最佳含水率，混合料中所加的水須與工地現(xiàn)場施工所用的水相同。

4.1.3 水泥質(zhì)量

根據(jù)水泥穩(wěn)定級配碎石混合料中設(shè)計(jì)水泥劑量為6%，6種混合料試樣的水泥劑量分別為0%、2%、4%、6%、8%、10%。由于每個(gè)混合料試樣的濕質(zhì)量均為1000g，則稱取水泥的質(zhì)量分別按《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009 T0809-2009 EDTA滴定法）標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算所得。

4.2 標(biāo)定步驟

(1)每種水泥劑量取2個(gè)試樣，共12個(gè)試樣，分別放入12個(gè)容積為5L的大口聚乙烯桶內(nèi)。并在桶外壁上粘貼標(biāo)有不同水泥劑量的標(biāo)簽，以防止試樣發(fā)生混淆。

(2)取一個(gè)裝有試樣的大口聚乙烯桶，在桶內(nèi)加入2倍試樣質(zhì)量（濕質(zhì)量）體積（即2000mL）的濃度為10%氯化銨溶液，攪拌5min，放置沉淀10min（如10min后得到的是混濁懸浮液，則需增加放置沉淀時(shí)間，直到出現(xiàn)無明顯懸浮顆粒的懸浮液為止，并記錄所需的時(shí)間。以后所有該種水泥穩(wěn)定材料的試驗(yàn)，均須以同一時(shí)間為準(zhǔn)），然后將上部清液轉(zhuǎn)移到容積為300mL燒杯內(nèi)，攪均，加蓋表面皿待測。

(3)用移液管吸取上層（液面上1～2cm）懸浮液10mL放入容積為200mL的三角瓶內(nèi)，用量筒量取濃度為1.8%氫氧化鈉溶液50mL倒入三角瓶內(nèi)，此時(shí)溶液PH值為12.5～13.0，然后加入鈣紅指示劑（質(zhì)量約為0.2g）搖均，溶液呈玫瑰紅色。

(4)記錄滴定管中EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V1，然后用EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，邊滴定邊搖勻，并仔細(xì)觀察溶液的顏色；在溶液顏色變?yōu)樽仙珪r(shí)，放慢滴定速度，并搖勻；直到純藍(lán)色為終點(diǎn)，記錄滴定管中EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V2（以mL計(jì)，讀至0.1mL）。計(jì)算V1-V2，即為EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量。

(5)對其他11個(gè)大口聚乙烯桶內(nèi)的試樣，采用同樣的方法進(jìn)行試驗(yàn)，并記錄各自的EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量。

(6)水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的試驗(yàn)檢測結(jié)果，見下表1所示。

表1 水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的試驗(yàn)檢測結(jié)果

4.3 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

以同一水泥劑量穩(wěn)定材料EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量（mL）的平均值為縱坐標(biāo)，以水泥劑量（%）為橫坐標(biāo)繪圖。EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖1所示。

圖1 EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線

5 齡期效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009 T0809-2009 EDTA滴定法）標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定：水泥穩(wěn)定材料中的水泥劑量測定必須在水泥終凝之前完成，否則需要用相應(yīng)齡期效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線來確定。

5.1 齡期效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

水泥穩(wěn)定級配碎石混合料在選定的原材料、混合料組成設(shè)計(jì)、水泥劑量和最佳含水率的條件下拌和好以后，分別按立刻、悶料1h、悶料3h、悶料5h、悶料7h、悶料10h、悶料16h、悶料24h、悶料48h、悶料72h、悶料96h、悶料120h、悶料144h、悶料168h、悶料192h等條件下進(jìn)行EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量的測定。再根據(jù)每種水泥劑量的試驗(yàn)測定數(shù)據(jù)，繪制以EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量（mL）為縱坐標(biāo)，以反應(yīng)時(shí)間（以h計(jì)）為橫坐標(biāo)的曲線；繪制不同齡期下的以EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量（mL）為縱坐標(biāo)，以水泥劑量（%）為橫坐標(biāo)曲線（即齡期效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線）。

每種水泥劑量的反應(yīng)時(shí)間與EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量的關(guān)系圖和水泥劑量與EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量的關(guān)系圖（略）。

5.2 齡期效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線的應(yīng)用

隨著齡期的不斷增長，水泥穩(wěn)定級配碎石混合料中的一部分鈣離子與被穩(wěn)定材料中的礦物發(fā)生反應(yīng)，生成新的化合物，因此游離鈣離子減少，仍用初始的EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線確定的水泥劑量必然下降。

正確的做法：在水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的不同齡期，使用不同的EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線，才能在不同齡期都能測得出實(shí)際的水泥劑量。因此，工地現(xiàn)場施工的水泥穩(wěn)定級配碎石混合料中水泥劑量須在廠拌后盡快測試，否則，超出水泥終凝時(shí)間（一般為6h之后，《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）規(guī)定，水泥終凝時(shí)間大于6h且小于10h）所測定的水泥劑量，需作相應(yīng)的齡期校正。

EDTA滴定法的齡期效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線與素集料、水泥劑量、水泥品質(zhì)、穩(wěn)定層壓實(shí)度、養(yǎng)護(hù)、溫度等因素有關(guān)，須按工地現(xiàn)場施工實(shí)際使用的材料和混合料組成設(shè)計(jì)，通過試驗(yàn)制備好水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的齡期效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線，為路面基層施工過程中的水泥劑量測定提供依據(jù)。

6 注意事項(xiàng)

為了確保水泥劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線的準(zhǔn)確性，并對工地現(xiàn)場施工起到正確的指導(dǎo)作用，我們在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)定時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)事項(xiàng)：

⑴在配制試劑時(shí)，質(zhì)量必須使用電子秤稱量，體積必須使用量筒量測，不可將瓶（桶）裝標(biāo)裝的質(zhì)量或體積數(shù)值直接作為試驗(yàn)用質(zhì)量或體積。

⑵在試驗(yàn)操作過程中，每個(gè)樣品的攪拌時(shí)間、速度和方式須力求相同，以減少試驗(yàn)誤差。

⑶在標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)定時(shí)，如工地實(shí)際水泥劑量較大，則素集料和低劑量水泥的試樣可以不做試驗(yàn)，而直接用較高的劑量做試驗(yàn)，但必須有2種劑量要大于實(shí)際劑量和2種劑量要小于實(shí)際劑量。

⑷配制的氯化銨溶液最好當(dāng)天用完,不要放置過久,以免影響試驗(yàn)的精度。

⑸在施工期間，每天試驗(yàn)前應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行驗(yàn)證，以減少因原材料的離散對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

⑹在工地現(xiàn)場測定水泥劑量時(shí)，加入濃度為10%氯化銨溶液后的放置沉淀時(shí)間必須與標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)定時(shí)的放置沉淀時(shí)間相同。

⑺在水泥劑量測定中，EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液用完后重新配制的EDTA二鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，需要重新進(jìn)行EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)定。以減少因原材料的不穩(wěn)定和離散對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，或因基準(zhǔn)物不夠?qū)㈦y以保證測量相對誤差不超過許可限度。

⑻嚴(yán)格控制好滴定的各個(gè)環(huán)節(jié)，提高標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)定的試驗(yàn)精度。

⑼室內(nèi)EDTA標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)定時(shí)使用的原材料必須與工地施工現(xiàn)場實(shí)際使用的原材料一致；室內(nèi)單份混合料試樣的摻配比例和方式，也必須與工地施工現(xiàn)場混合料的摻配比例和方式一致。

7 結(jié)束語

如何正確掌握和熟練操作水泥劑量EDTA(齡期效應(yīng))標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)定過程的每個(gè)步驟環(huán)節(jié)，對提高標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)定的準(zhǔn)確度和試驗(yàn)精度起到至關(guān)重要的作用。同時(shí)，也為在工地施工現(xiàn)場檢測水泥劑量時(shí)提供依據(jù)。

[1]張超,鄭南翔,王建設(shè)主編.路基路面試驗(yàn)檢測技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2]中華人民共和國行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn).JTG/T F20-2015公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則[S].北京:人民交通出版社股份有限公司,2015.

[3]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG E51-2009公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:人民交通出版社,2009.

[4]孫銥磻,EDTA法測定水泥或石灰穩(wěn)定材料中水泥或石灰的影響因素[J].黑龍江交通科技,2014(8):28.

[5]張英杰，EDTA滴定法測定水泥穩(wěn)定碎石中水泥劑量注意的問題[J].交通世界,建養(yǎng)機(jī)械,2013(7):185～186.

劉文勝,（1970）,男，工程師，從事工程試驗(yàn)檢測23年。