EDTA滴定法检测搅拌桩水泥掺量的改进试验*

江苏省水利建设工程有限公司 扬州 225002

0 引言

水泥搅拌桩作为一种成熟的地基处理技术，在工程中得到广泛应用。现行水泥搅拌桩质量检测主要有桩身完整性检测、28 d无侧限抗压强度、单桩承载力检测、复合地基承载力试验等。但这些试验均偏重于检测桩体某一方面指标来间接反映水泥搅拌桩质量，但施工中水泥究竟掺了多少，是否均匀等缺乏直接的检测方法。

目前检测水泥土填料的水泥掺量有专门的试验规程，方法是按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规范》（JTG E51—2009），运用EDTA乙二胺四乙酸滴定法检测，可以准确绘制水泥掺量与EDTA耗量的标准曲线。

但公路工程中，水泥稳定土填料一般是经过加工并基本控制了最优含水率的土料与水泥的拌和料，主要用于填筑，通过分层铺筑施加外力碾压成型；而水泥搅拌桩是水泥与原状土利用机械直接在地下搅拌，使软土自然硬化固结。二者虽说都是水泥与土的混合物，但存在较大差异。龄期、含水率、搅拌方法、固结原理等因素限制了EDTA滴定法在水泥搅拌桩水泥掺量检测中的直接应用[1-4]。

本文通过理论分析和室内试验，对比分析水泥搅拌桩水泥掺量检测和水泥稳定土填料水泥掺量检测的差异，研究了EDTA滴定法的影响因素和水泥搅拌桩施工等方面的特点，提出适用于水泥搅拌桩水泥掺量检测的改进EDTA滴定法。

1 试验步骤

1.1 改进取土和制样方法

JTG E51—2009规定“检测水泥土填料的水泥掺量时，取工地用水泥和土，风干后测其含水量，然后使用该材料制备标准曲线”。

而水泥搅拌桩是在原位将水泥浆搅拌到土体中而没有将土风干，试验时如将土风干则和现场差别较大。所以本试验标准试样的制备过程不能硬搬现行规范的操作方法进行，即不能将土样事先风干，应该使用搅拌设备直接将按设计水灰比配制的水泥浆拌和到从现场取回的土样中。在取土和制样过程中应注意以下几点：

1）为保持含水率一致，从工地取土样时应用不透气塑料袋密封装运存放。

2）将称量好的土样、水泥、外加剂和水放入搅拌器中反复搅拌直到均匀。水泥掺量按0和设计剂量的-2%、+2%、+4%分别制样4组。

3）将保鲜袋套在试杯上，将搅拌均匀的泥浆装入试杯内，并振捣使试样充分密实。每个土层的每种水泥掺量各制备试样20个，并在试杯上贴上标签注明土层、水泥掺量等信息。

1.2 改进养护方法

水泥稳定土填料中使用EDTA滴定法检测水泥掺量时，制备好的标准试样在3 d内就会进行滴定，不会放置很长时间。而水泥搅拌桩施工中一般要到施工完成28 d后才可以进行钻孔取芯，因此使用EDTA滴定法检测水泥搅拌桩试样的水泥含量时，其标准试样制备完成后不能立即进行滴定，需要养护一定的时间，因此本试验中需将制备的标准试样埋在同层次的原状素土中密封养护。具体方式为：将试杯中的试样放在恒温、湿的养护室内养护1 d使其成型。将成型的试样脱模后放入装有同层次的原状素土的密闭器皿中以防含水率改变，并压实土样使其将试样裹紧以模拟现场。

1.3 改进检测时间

JTG E51—2009规定“EDTA滴定法适用于水泥终凝前（12 h）的水泥含量检测，否则需要相应龄期的EDTA二钠标准溶液消耗量的标准曲线确定”。

为研究检测时间不同对EDTA滴定法检测精度的影响，本试验在不同龄期（检测龄期分别为7 d、14 d、28 d和42 d）对搅拌桩标准试样进行EDTA滴定试验，研究标准试样EDTA消耗量随龄期的衰减规律，以期获得改良的能够考虑时间因素的标准曲线。

1.4 滴定试验

当养护至预定的检测时间时，将试样从密封的塑料箱中取出，全部破碎后过2 mm筛，将筛下的土样称取2份100 g待测，并将筛下的土样装铝盒测其含水率。

JTG E51—2009中“工地水泥和石灰稳定土含水量的少量变化（±2%），实际上不影响测定结果”的规定表明含水率变化在2%以内对试验影响较小，在公路工程中，水泥稳定土是按照最佳含水率来拌和的，一般满足2%的变化范围，对试验影响不大。而在水泥搅拌桩中由于不同区域的原土含水率差异较大，不同土层搅拌桩的含水率变化远大于2%范围，所以必须考虑含水率对本试验的影响。具体做法是采取把100 g湿土换算成100 g干土所得到的10 mL清液消耗的EDTA量进行分析。

1.5 试验数据统计及关系曲线绘制

实验成果见表1及图1～图4。

表1 某层土试验数据

1.6 试验数据分析

1.6.1 龄期与EDTA耗量的关系

图1 原土试样EDTA消耗量随龄期的衰减曲线

图2 100 g干土试样EDTA消耗量随龄期的衰减曲线

图3 原土试样各龄期标准曲线

图4 原土换算为100 g干土各龄期标准曲线

制备某一龄期的标准曲线时，由不同剂量水泥土的衰减曲线计算出这一龄期不同剂量水泥土的EDTA耗用量，由EDTA消耗量和水泥掺量的对应关系可以得到与时间有关的标准曲线。

随着龄期的增加，水泥拌和料经过初凝、终凝，直到稳定结构，在这过程中钙离子的浸出率会减小，从而使得所耗EDTA二钠标准液量较少。EDTA二钠标准液消耗量随着龄期的增加而衰减，与时间的对数呈线性关系。

试验显示，水泥土清液的EDTA二钠标准液消耗量随着时间的延长逐渐衰减，并与时间的对数呈线性关系，且衰减较为明显。虽然不同水泥掺量土样EDTA二钠标准液的消耗量随着龄期的增加而衰减，但在试验时间内某一龄期时不同水泥掺量土样的EDTA二钠标准液消耗量差异明显，即在试验时间内任意龄期时仍能明显反映出水泥掺量对试验结果的影响。所以可以由各个龄期时不同水泥掺量的土样EDTA二钠标准液消耗量的差异得到这一龄期水泥掺量和EDTA二钠标准液消耗量之间的关系[5-8]。

1.6.2 含水率与EDTA耗量的关系

当含水率变化不大时（小于2%），采用相同湿土质量和相同干土质量进行试验的差别很小。当含水率较大时，一定质量的土样中含水量较大而干土量相对较少，此时含有Ca2+量（水泥掺量）就相对较小，从而使得EDTA二钠标准液的消耗量变小。此时不能很好地反映土中Ca2+和EDTA二钠标准液消耗量之间的关系。在含水率变化较大时，由一定质量的干土作为检验水泥掺量的标准得到的衰减曲线规律明显，能够很好地反映出土中Ca2+和EDTA二钠标准液消耗量之间的关系，并消除了试样中水的质量对试验结果的影响。

1.6.3 水泥掺量与EDTA耗量的关系

各个龄期时水泥掺量和EDTA二钠标准液消耗量呈线性关系，随着龄期的增加不同水泥掺量土样的EDTA二钠标准液消耗量都有所减小，但衰减规律趋于一致，衰减后在某一龄期时水泥掺量和EDTA二钠标准液消耗量仍呈线性关系且几条直线的斜率趋于一致。所以不同龄期时对数据进行线性拟合是可行的。

制备某一龄期的标准曲线时，由这一龄期的竖线插入图中可得到这一龄期不同水泥掺量试样的EDTA二钠标准液消耗量。将这几组数据绘制在水泥掺量和EDTA二钠标准液消耗量的坐标上，对数据进行拟合得到如图5所示的曲线，可见相关性良好，可以用作检验这一龄期水泥搅拌桩取芯试样水泥掺量的标准曲线。

图5 水泥土某一龄期EDTA消耗标准曲线

2 现场取芯验证

施工完后龄期3 d及28 d时，采用地质钻机进行全桩长钻孔，抽取芯样进行无侧限抗压强度试验，对试样进行EDTA滴定试验，并描述水泥土搅拌均匀性。现场取芯的检测结果见表2。

从表2可见，取芯试样的无侧限抗压强度和水泥用量基本满足要求，对于同一桩位个别桩的取芯试样出现检测结果不一致，少数出现水泥不足没有达到抗压强度要求，主要原因为水泥搅拌桩施工时搅拌不均匀。同时从表中含水率一栏可以看出含水率的变化范围较大，含水率的变化对EDTA消耗量的影响较大，所以在计算水泥掺量时采用将湿土的EDTA消耗量换算为干土的消耗量来进行计算，排除含水率的影响。

表2 现场取芯检测（水泥掺量15%）

3 结语

试验表明龄期、含水率、试样制备和养护条件对试验结果影响较大。所以应用EDTA滴定法检验水泥搅拌桩取芯试样中的水泥掺量时要综合考虑龄期、含水率、试样制备和养护条件等因素的影响。本次试验解决了龄期、含水率等问题对试验的影响，并提出了较好的试样制备和养护方法。

实践表明，改进EDTA滴定法能够有效地检测水泥搅拌桩取芯试样的水泥掺量，为水泥搅拌桩质量检测提供了直接、定量、客观的评判依据。本成果已获得国家发明专利。