刘 葵

（吉林省交通投资开发公司,吉林 长春 130033）

0 前言

由石灰、粉煤灰及具有一定级配的碎石组成的二灰碎石，由于其后期强度高，板体性好且有良好的封水性能等优点，广泛地用于高等级道路的基层。然而，二灰碎石虽然后期强度较高，但其早期强度却较低，故在《公路路面基层施工技术规范》（JTJo34-93）中，规定对于高速和一级公路7 d强度为0.5 MPa，二级及二级以下7 d强度为0.6 MPa，远低于其后期强度。粉煤灰在早期强度中发挥很小的作用，早期强度的高低主要取决于其中的石灰质量和剂量。其次，二灰碎石中设计石灰剂量的含量，是根据二灰碎石混合料的抗压强度、温缩和干缩试验确定的。石灰剂量过多或过少都不利于发挥二灰材料的优良路用性能。为了让二灰碎石中石灰与粉煤灰的比例满足混合料组成设计的要求，测定二灰碎石中的石灰剂量是工程质量控制中不可缺少的重要环节。目前，国内还没有二灰碎石中石灰剂量的快速测定方法。笔者在“长哈高速公路路面结构研究”课题路面试验段的实施过程中，曾经对二灰碎石中石灰剂量的测定方法进行探索研究，提出了一整套测定二灰碎石石灰剂量的方法，并取得很好的效果，对高质量完成试验路任务起到了积极的作用。因此，如何准确测定二灰碎石中的石灰剂量，对二灰碎石的施工具有一定的指导作用和现实意义。

1 原材料

1.1 石灰

石灰采用生石灰,产于河北省灵寿县,经试验,其主要的化学成分及其他性质如下表1所列。

按交通部JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》的石灰的技术标准,该石灰CaO+MgO的含量为86.33%,达到I级钙质石灰的要求。

表1 生石灰主要化学成分一览表

1.2 粉煤灰

粉煤灰取江苏省五小浦热电厂的湿排灰,根据其中心实验室提供的资料及结合自己分析的结果,其主要的化学成分及其他性质如表2所列。

表2 粉煤灰主要化学成分一览表

其比表面积为 2 800 cm2/g。其SiO2+Al2O3+Fe2O3的含量占83.4%。从表2可知,该粉煤灰的各项指标均符合交通部JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》的要求。

1.3 水

一般情况下均采用自来水。

2 粉煤灰、石灰比例确定

2.1 石灰、粉煤灰比例的确定

根据前面对粉煤灰、石灰的化学分析结果,石灰∶粉煤灰不同的比例基本确定。其比例如表3所列。

表3 石灰、粉煤灰比例分配表

分别对不同的比例做了击实试验,并对不同比例做了7 d、14 d、28 d的无侧限抗压强度,得出二灰配合比的最佳区间。

2.2 无侧限抗压强度试验

取石灰与粉煤灰,风干后过5 mm的圆孔筛,测出它们的风干含水量,含水量进行不同的预制,加水拌和浸润后,对不同比例的二灰做重型击实试验。测定不同比例二灰的最大干密度与最佳含水量。测定结果如表4所列。

表4 二灰比例测定表

根据表4中的不同比例二灰的最大干密度与最佳含水量,对不同比例二灰按规定达到的压实度(95%)分别制取3组7 d无侧限抗压强度试件,1组14d、28 d无侧限抗压强度试件(试件尺寸为直径与高度均为10 cm的圆柱体)。在规定的温度(25℃+2℃)封闭恒温湿汽养护箱内保温保湿封闭养生至规定龄期前一天,然后浸水1d,测定其无侧限抗压强度。其各组强度如表5所列。

表5 无侧限抗压强度试验结果一览表（单位：MPa）

2.3 二灰配合比的最佳区间的确定

分析表5的数据可以看出:随着二灰比例的增大,其无侧限抗压强度也增大,当到达一个最高强度后,随着二灰比例的增大无侧限抗压强度反而降低。由此可以确定最佳的二灰比例应在35/65左右。而此时CaO与粉煤灰中SiO2含量的比值CaO/SiO2为0.95,这与前文所提到的，当CaO与粉煤灰中SiO2含量的比值，即CaO/SiO2为0.8～1.0时,对火山灰反应推动力最大,反应生成物最多,有利于二灰集料的强度的理论是相符的。

3.恐龙化石。二连浩特是亚洲最早发现恐龙及恐龙蛋化石的地区之一，是世界最大的白垩纪恐龙化石埋藏地，境内拥有134平方公里国家级地质公园。近百年来，先后有俄、美、瑞典、加拿大、日本、比利时、意大利等国的古生物学家来二连进行科学考察，发现了大量的恐龙化石，取得了重要研究成果。二连盆地的恐龙化石生物群是晚白垩纪恐龙生物群的代表，恐龙化石种类多、分布广、保存完好，反映了晚白垩纪恐龙生物群的主要特征。这些恐龙化石虽然不能直接产生经济效益，但是作为一份来自远古历史的礼物它们成为了二连浩特一张独特的名片，吸引着世界范围内游客的目光，这真是一种取之不尽、用之不竭、绿色生态可持续的经济产业。

另外,分析表5的数据可以看出:随着龄期的增长,强度的峰值会逐渐往二灰比例增大的方向移动。对此，可以这样理解:在二灰中以颗粒状态存在的居多,在短时间内参加反应的石灰数量较少,多余的石灰就以“游离状态”存在,对强度增长不利,所以峰值出现较早。随着时间增长参与反应的石灰逐渐增加,所需的石灰数量也相应增加,所以峰值在随着龄期的增长会逐渐后移。

所以,根据以上数据及分析,该项试验确定二灰的最佳比例为35/65,即石灰与粉煤灰中的比值，即CaO/SiO2为 0.95。

3 测试方法

3.1 准备阶段

石灰:消解石灰，Cao含量58.3%，三级石灰。碎石:经筛分试验，符合级配要求。试剂;均按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057—94）重新配制。石灰、粉煤灰、碎石烘干，然后按表6称取混合料3 000 g，再按最佳含水量每份加人225 ml水，并闷料8 h，之后用四分法分为二组，二份直接称取300 g湿料，其余二份过5 mm筛后称5 mm以下细料300 g，备作试验用。

表6 混合料用量一览表

3.2 滴定试验

操作严格按JTJO57一94进行。结果如表7及表8所列，标准曲线如图1所示。

由表7及表8结果可知，过5 mm筛后，在同等石灰剂量条件下，其EDTA消耗量较混合料大，这主要是由于在同样300 g重的试样中，细料中的实际石灰剂量较混合料高。

3.3 比较试验

为了验证采用哪一条标准曲线更能反映实际情况，在同一施工现场分别从不同的7个点取7组试样，其中一组用于筛分试验，级配符合设计要求，另6组进行石灰剂量对比试验，每组一分为二，一份用混合料测定，另一份过筛后用细料测定，均按上述标准曲线试验方法进行(但免去加水闷料过程)，测定结果如表9所列。

根据上述实验结果，采用细料法测得的石灰剂量都比较相近，而采用混合料法，则离散性大。从实际情况出发，实验配比石灰剂量虽为6%，但在生产过程中，石灰按7%控制。因而，采用细料法滴定石灰剂量较符合实际。所以，该路段二灰碎石施工中均采用过5 mm筛的细料法来控制其石灰剂量。

表7 混合料滴定试验结果表

表8 细料滴定试验结果表

图1 标准曲线图

表9 对比试验汇总表

3.4 钙电极法的测定

用钙离子选择电极测定石灰剂量是基于Nernst原理。按该原理，由钙离子选择电极和参比电极构成的测量电池的电动势E与钙离子活度成对数线性关系。

式中，a1为钙离子浓度。

测量溶液的离子活度等于活度系数与溶液钙离子浓度的乘积。当活度系数固定为一常数时，测量电池的电动势与离子浓度成对数关系。对于不同掺灰量的石灰土混合料，经氯化钙溶液浸提后，生成不同量的氯化钙。而钙离子选择电极能将不同量的钙离子以电位的形式在仪器上显示出来。将一组事先制备好的不同灰剂量的浸提液，用钙电极测定对应的一组电位值，由此绘制电位—灰剂量标准工作曲线。施工现场混合料经处理浸提后，由钙电极测定其电位值，查事先绘制好的标准工作曲线，可求得掺灰剂量。

4 影响二灰碎石中石灰剂量测试结果的主要因素

4.1 配合比的影响

对于集中采用拌和机拌料，只要调试准确，加强控制，配合比一般不成问题，但采用路拌，常常会导致配合比失控，所以测得的石灰剂量自然就不准了。

4.2 取样影响

对于二灰碎石取样，原则上应在施工现场取，但一些试验人员为了方便，常在拌和厂取，由于在拌和厂混合料是堆放的，往往大颗粒碎石滚落在四周，越低碎石含量越高，而人又不容易爬上去，则只能在料堆四周取，这样取的试样若用混合料法势必石灰剂量过低，而采用过筛法则能消除其部分误差。总之，在拌和厂取样，无论是在四周取还是在料堆顶部或中间取，由于其配合比发生变化，所测的石灰剂量均不能反映真实情况。正确的取样方法应在摊铺机之后，且在压路机未碾压前取，这样取的混合料经装卸车和摊铺机拌和后比在拌和厂的料堆更均匀，更能反映施工实际情况。

4.3 含水量的影响

采用厂拌，一般来讲，水量能得到控制。而对于路拌人工加水，常常含水量控制不好。从目前施工情况来看，采用人工加水，即使拌和均匀，但往往含水量偏高，一般要比最佳含水量高出3到5个百分点。如果取这样的湿料做石灰剂量试验，在300 g湿试样中，若最佳含水量为7.5%，则试样中的干料要减少8～13 g，当然测得的石灰剂量就偏低了。若遇到这种情况，正确的方法应让试样凉晒至最佳含水量左右再测其石灰剂量。

4.4 试验中的人为影响

这主要表现在:(l)试验方法与标准曲线试验方法不一致;(2)化学试剂放置时间过长失效;(3)操作不规范;(4)试验人员对溶液变色认同不一或视差影响等。

5 工程实例

长哈高速公路试验路段，二灰碎石的混合料组成设计为碎石80%，石灰粉煤灰占20%。设计石灰剂量为石灰:粉煤灰为l∶2。先掺制五种剂量为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5 的二灰，再按设计级配要求配制级配碎石，并按二灰:级配碎石为20∶80的比例配制五种二灰碎石混合料。充分拌匀，分制用四分法缩减至1 000 g，过2.5 mm筛孔，取50 g二灰样本制备浸提液，8月10日首次测试结果为:

据此测量结果，在半对数纸上可作出灰剂量电位与相对应的工作曲线。工作曲线须经常校正，比如8月10日和8月18日测定标准剂量为25%的电位值分别为51.3 mV和58 mV因偏差太大，须重新制作工作曲线。

6 结语

总之，二灰碎石作为路面基层，一般均有强度要求，但在施工过程中，一些施工单位往往不重视对二灰碎石早期强度起决定作用的石灰剂量的检测。为此常常导致二灰碎石7 d抗压强度不够(当然也可能还有其他原因)。因此，能否重视和加强施工期间石灰剂量的检测，是二灰碎石质量能否得以保证的一个重要手段。为了能准确地控制好二灰碎石的施工质量，建议在测石灰剂量的同时，应做相应的级配筛分试验，只有配合比满足设计要求，测得的石灰剂量才是有意义的。

[1]卢征.重庆地区二灰碎石基层的设计和施工控制[J].山西建筑,2009，(28):262-264.