公路工程无机结合料击实试验研究

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(天津开发区建设工程试验中心，天津 300457)

引言

标准击实试验在公路工程施工中是非常重要的，其对于衡量路面基层材料的压实度来说是必不可少的试验项目。它适用于在规定的试筒内，对水泥稳定材料(水泥水化前)、石灰稳定材料及石灰(或水泥)粉煤灰稳定材料进行击实试验，以绘制稳定材料的含水量-干密度关系曲线，从而确定其最佳含水量和最大干密度。

施工现场依据室内试验提供的最佳含水量进行拌料，最终以压实系数作为质量控制的指标。压实系数是由工地碾压的干密度与室内试验最大干密度的比值得到的，压实系数越接近于1，则压实质量越高。施工现场对压实系数的查验，一般可采用环刀法、灌砂(或灌水)法等来测定土的干密度，具体选用哪种方法，可依照现场的实际状况而定。本文以JTG E51—2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[1]为击实试验的标准方法，说明影响击实试验数据准确性的一些主要因素。

1 试料制备

1.1 取料

委托进行击实试验所用的材料应当与施工现场所用材料一致。若不一致，则击实试验所出的结果对于现场施工没有任何指导作用。这就要求取样人员和监理人员负起应有的责任，保证委托试样的真实性。

1.2 试料制备方法

如果按GB/T 50123—1999《土工试验方法标准》[2]和JTG E40—2007《公路土工试验规程》[3]，试样的制备可以分为干土法和湿土法。但是，在JTG E51—2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[1]中则明确规定，采用有代表性的风干试料，必要时，也可以在50 ℃烘箱内烘干。在这一点上，JTG E51—2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》与另两个标准有明显区别。

采用风干试料，主要是考虑所用原材料在大气自然环境下的湿度平衡，使初始的含水率得到控制，保证试验数据的准确性。在实际的施工过程中也不存在湿法制样的可能性，因为无机结合料尤其是当结合料中的粗中颗粒较多时，例如水泥稳定碎石达到最大干密度时含水率只有5%左右，若采用湿法制样，含水率不便控制。

2 加水量的控制

确定加水量的多少是非常关键的一步，现以二灰碎石为例进行说明。假设石灰∶粉煤灰∶碎石(质量比)=6∶14∶80。①分别测定石灰、粉煤灰、碎石的风干含水量，测定结果为石灰8%，粉煤灰15%，碎石1%；②预估每份试料的干质量2.5 kg，依据石灰∶粉煤灰∶碎石=6∶14∶80的比例计算出石灰用量为150 g，粉煤灰用量为350 g，碎石用量为2 000 g；③通过对风干含水量的结果，计算出各原材料自身的含水量为石灰12 g，粉煤灰52.5 g，碎石20 g，共计含水84.5 g；④预估最佳含水量为8%，则加水量为：2.5×1 000×8%-84.5=115.5(g)。因此，中间点的加水量为115.5 g，其他各点的加水量按±2%、±4%递加、递减。由此可以看出，风干含水量必须进行测量，否则直接影响试验结果的准确性。

3 加料时间的控制

稳定材料加水后按规定的时间进行浸润，但当所用的稳定剂为水泥时，水泥应在土样击实前逐个加入，因水泥遇水就开始发生水化反应。从加水拌和到进行击实试验间隔的时间越长，水泥的水化作用和结硬程度就越大。它会影响水泥混合料所能达到的密实度，间隔时间越长，影响也就越大。根据GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》[4]的规定，水泥初凝时间≮45 min。因此，对于拌和后超过1 h的试样，应予作废。

4 余土高度的控制

试样击实后，总会有部分土超过筒顶高，这部分土柱称为余土高度。标准击实试验所得的击实曲线是指余土高度为零时的单位体积击实功能下的干密度和含水率的关系曲线。也就是说，此关系曲线是以击实筒容积为体积的等单位功能曲线，由于实际操作中总是存在或多或少的余土高度，如果余土高度过大，则关系曲线上的干密度就不再是一定功能下的干密度，会使试验结果的误差增大。根据单位体积击实功的计算公式：单位体积击实功=锤的质量×落高×9.8×每层锤击次数×锤击层数/试筒容积，可以看出，锤的质量、每层锤击次数、锤击层数、试筒容积均为定量，只有落高与余土高度有直接的关系。余土高度变高则落高变低，余土高度变低则落高变高。因此，为了控制人为因素造成的误差，规定余土高度应≯6 mm，超出高度过大的试件应予作废。

5 土样的质量控制

土是一种固、液、气三相体，土颗粒之间被水和气体所占据。在土体压实的过程中气体被挤出，部分颗粒被破坏，致使体积缩小，饱和度增加，从而改变了土体的级配及结构，导致粒径变细、比表面积增大。而击实试验后土样被击实，难再分散，不利于含水量的控制。击实功越大，其干密度差别也越大，其恢复到原来的状态更为困难，因此将影响试验精度。所以，一般情况下土样不宜重复使用，而应采用新土进行试验。

6 击实曲线的绘制

同一试样需配制成5份以上不同含水量的样品，分别测定含水量和相应的试件质量，从而得到不同含水量下的干密度。以干密度为纵坐标，以含水量为横坐标，绘制含水量-干密度的关系曲线。JTG E51—2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》[1]规定，试验各点采用二次曲线方法进行拟合，当采用EXCEL程序来实现这一功能时，具体步骤如下：

(1)打开EXCEL程序，输入击实试验的数据。

(2)点击格式工具栏的图表向导，在标准类型中选择XY散点图，在右侧的子图表类型中选择没有连接线的图表，点击下一步。

(3)选中输入的击实试验的数据，此时数据区域处会自动出现所选的范围。在系列产生在选择列，点击下一步。

(4)输入图表标题，数值X、Y轴所代表的名称，点击下一步。

(5)选中作为其中的对象插入，点击完成。

(6)选中图表，点击图表菜单中的添加趋势线，选中类型中的多项式，在阶数处输入2，在选项中选择显示公式，点击确定，得到y=ax2+bx+c的曲线公式。如果趋势线离散点较远，说明散点试验的结果离散较大，这与试验精度有关，但正常情况下得到的试验数据应用二次曲线拟合。

(7)y=ax2+bx+c这个函数是2次抛物线函数，顶点坐标就是一次导数为0的点。对其求导dy=0，得出横坐标x为-b/(2a)，即为最佳含水量，代入公式计算，得到最大干密度y为(4ac-b2)/4a。

对于有条件的检测单位，可以采用专门的试验软件，只需输入试筒与湿试样的总质量、试筒的质量、试筒的容积、铝盒和湿稳定材料的合计质量、铝盒和干稳定材料的合计质量、铝盒的质量，然后点击制作曲线图，即可自动生成最大干密度和最佳含水率。击实曲线必须为凸形的曲线，如果试验点不足以连成完整的凸形曲线，则应该进行补充试验。同时应做两次平行试验，取两次试验的平均值作为最大干密度和最佳含水量。

7 结语

击实试验是工程中普遍应用的方法，也是非常重要的试验。因此，操作人员必须熟悉影响击实试验结果准确性的各种因素，在检测工作中注意对各个环节的控制，从而得出精准的击实试验结果，以准确可靠的数据来指导现场施工，最终保证工程施工质量。

参考文献：

[1] JTG E51—2009，公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2] GB/T 50123—1999，土工试验方法标准[S].北京：中国计划出版社，1999.

[3] JTG E40—2007，公路土工试验规程[S].北京：人民交通出版社，2007.

[4] GB 175—2007，通用硅酸盐水泥[S].北京：中国标准出版社，2007.