灰剂量检测

均 值
变化 范围
均 值
均 值
Fra Baidu bibliotek
K170+680- - K170+840
10
4.7-6.0
5.4
7
4.06.9
5.3
11
4.0-5.2
4.6
K173+600- - K173+740
8
3.2-6.0
4.6
10
3.86.3
4.7
13
3.4-5.6
4.3
相关工程规律
江苏省淮江高速公路上做的一组石灰剂量衰减 试验数据 如下:
灰剂量检测中的问题
规范中给出的EDTA滴定法假设石灰一次性掺 加,并假设7d内土中有效氧化钙和氧化镁含 量不变,灰剂量检测工作在石灰掺加后7d内 完成. 该试验方法的假设有时与工程实际相差较远, 比如对于高含水量的膨胀土采用二次掺灰的施 工工艺,第一次掺灰到灰剂量检测之间的时间 有时超过1个月,与规范的假定条件差别很大. 现场检测时间与实验室内制定的标准曲线在时 间上存在滞后性.
为什么要在填土中掺加石灰
增强填土的强度; 减少高含水量填料碾压前的含水量,保 证填土的压实效果; 在膨胀土中掺加石灰,消除或减小膨胀 土的膨胀性.
改良高含水量膨胀土灰剂量检测
何谓膨胀土 在我国文献中,所谓膨胀土指的是一种具有吸水膨胀,失水收缩 的粘性土,其主要矿物成分是蒙脱石一伊利石,或伊利石一蒙脱 石.与国际上的含义相比,少掉了产生膨胀压力的内容.应指出 的是所有粘性土都具有遇水膨胀,失水收缩的性质.当然,不能 将所有的粘性上都说成是膨胀土.可见,关于膨胀土的含义仍是 值得进一步讨论的问题.大地的呼吸 大地的呼吸 我们认为,吸水膨胀和失水收缩是粘性土的共性,亦是其区别于 非粘性上的主要特性之一.当粘性土的胀缩性增大到一定程度, 产生膨胀压力或收缩裂缝,并足以危害单层砖石结构建筑物的稳 定与安全时,便可将其作为一种特殊土从中独立出来,称'膨胀 土'.这是膨胀土的定性含义.
天数 样品 A B C D 4 8.3 8.1 7.8 7.9 8 7.9 7.9 8.1 7.5 12 6.9 7.1 6.8 6.7 16 7.2 6.9 7 6.6 26 6.8 6.3 6.8 6.4 30 5.8 6.6 5.7 5.5 37 5.8 5.6 5.1 5.6 44 5.9 5.8 5.3 5.8 51 5.7 5.5 5.3 5.2 58 4.6 4.4 4.3 4.1
工程实例:宁淮高速公路膨胀土路堤
江苏省南京市至淮安市的高速公路(简称 宁淮高速公路)是江苏省高速公路网规划 中"纵三"高速公路的重要组成部分, 为江苏省重大基础设施建设项目,全长 178.2km,其中淮安段110多公里,淮安 段中有92km的路线穿过膨胀土地区,其 地基土均为膨胀土,路堤填土只能使用 膨胀土.
2. EDTA滴定
a.在第二次掺灰后的第2天,从2份标准试样(含灰量分别 为0%和5%)中分别取出160g土样,风干到碾压含水率 附近.把风干好的土样装入塑料袋并准确测定各土样 的含水率; b.在第二次掺灰后的第3天,从2份风干土中各取100g, 按照文献[4]规定的方法进行EDTA滴定,并将结果校正 成100g干土消耗的EDTA标准液的体积.得到每个标 准试样第二次掺灰后的第3天进行滴定所消耗的EDTA 标准液的体积; c.在第二次掺灰后的第4天,第6天,第9天,第19天和第 39天,重复以上的风干和滴定步骤,即得到第二次掺 灰后的第5天,第7天,第10天,第20天和第40天各标 准试样的EDTA标准液消耗的体积.
第二次掺灰 把经过"砂化"的土料上路摊铺均匀, 松铺厚度不大于25cm,摊铺后连续用铧 犁翻拌和中拖破碎降低含水量,同时连 续快速测定含水量.当土料含水量降低 到ωop+5%左右时,进行第二次掺灰. 对于设计掺灰总量为n%的灰土第二次掺 (n-2)%的消石灰,掺灰量是以生石灰为 计量标准,掺灰后立即用稳定土拌和机 进行粉碎,至少粉碎两遍后检测粉碎土 团块颗粒的粒径.
现场取来的样本消耗的EDTA体积,用EDTA体 积在室内的标准曲线上查出石灰含量的.可是 石灰中的有效成分活性CaO和MgO含量会随消 解时间延长而逐渐衰减,这样就存在一个问题, 如果现场土料掺灰工序及放置时间与室内标准 试样不一致,就可能会出现即使现场加了足够 的石灰,但由于放置时间较长,其活性CaO和 MgO含量衰减了,所以根据从现场取来的样本 消耗的EDTA体积在用室内标准样品测定出的 标准曲线上查得的石灰含量是不合格的情况.
工程措施
宁淮高速公路淮安段沿线地下水位高, 取土坑中的土料初始含水量较高,要想 取得良好的压实效果,必须先将土料的 含水量先降至最佳含水量ωop附近再进行 碾压.为了有利于天然含水量偏高的膨 胀土破碎和加快降低含水量,改良膨胀 土的性质,采用二次掺灰的工艺.
二次掺灰的施工工艺
第一次掺灰:在清表后的取土坑取样测定原状 土干密度和含水量,同时检测生石灰的CaO和 MgO含量,确保生石灰符合3级灰要求;根据 实测的原状土干密度计算掺加2%生石灰所需 的石灰量,确定每车铺料面积后,在地面上打 格子铺灰,用挖掘机挖土,堆料,焖料;第2 天,第3天挖掘机将推料各翻拌1次;经掺灰, 焖料后,翻拌土料使土的团块变小,含水量大 约下降2%～4%,此过程即所谓的土料"砂化" 过程.
改良土灰剂量确定
标准试样对比法: 将标准试样消耗的EDTA体积与测试的改 良土试样消耗的EDTA体积相比较,当改 良土试样消耗的EDTA体积在标准试样消 耗的EDTA体积左右一定范围内,判断含 灰量合格,否则为含灰量过少或过多.
EDTA 耗量 ( mL ) 耗量( mL)
石灰剂量 (% )
规范现行方法的缺陷
改良土灰剂量测试
主讲: 主讲:张福海
石灰剂量检测方法
按现行规范规定,测定灰剂量的方法: EDTA二钠滴定法; 直读式测钙仪法.
EDTA二钠滴定法原理
钙与氨羧络合剂能定量地形成金属络合 物,其稳定性较钙与指示剂所形成的络 合物为强.在适当的pH值范围内 值范围内, 合物为强.在适当的 值范围内,以氨 羧络合剂EDTA滴定 在达到当量点时, 滴定, 羧络合剂EDTA滴定,在达到当量点时, EDTA就自指示剂络合物中夺取钙离子, 就自指示剂络合物中夺取钙离子, 就自指示剂络合物中夺取钙离子 使溶液呈现游离指示剂的颜色(终点). 使溶液呈现游离指示剂的颜色(终点). 根据EDTA络合剂用量,可计算钙的含量, 络合剂用量, 根据 络合剂用量 可计算钙的含量, 得到EDTA消耗量和灰剂量的关系. 消耗量和灰剂量的关系. 得到 消耗量和灰剂量的关系
12 灰剂量(%)
10
8
6
4
2 1 10 100 时间(天)
图3
灰剂量衰减曲线(淮江公路试验资料)
结论
制定高含水量的膨胀土采用二次掺灰施工工艺 的灰剂量标准曲线时应该考虑由于石灰与土发 生反应后,不同时间用EDTA滴定法测量灰剂 量,消耗的EDTA标准溶液体积随时间延长会 不断减少的因素.本文试验表明一定含灰量的 土体EDTA消耗量随掺灰后时间的对数衰减变 化规律呈线性关系,采用考虑时间因素后的改 良标准曲线,既能够在任意需要的时间随时进 行改良土中灰剂量的检测,而且操作方法简单, 总体试验工作量增加不多,检测结果精度高.
EDTA二钠滴定法操作方法
(1)将标准试验土样过2.0mm筛,称2份100g筛下土样,分别放在2 个1000mL具塞三角瓶内,作为试验样品; (2)取一个盛有试样的1000mL具塞三角瓶,在瓶内加200mLl0%氯 化铵溶液,手握三角瓶(瓶口向上)用力振荡3min(每分钟120次). 放置沉淀4min[如4min后得到的是混浊悬浮液,则应增加放置沉淀 时间,直到出现澄清悬浮液为止,井记录所需的时间,以后所有该 种水泥 (或石灰)土混合料的试验,均应以同一时间为准],然后将 上部清液转移到300mL烧杯内,搅匀,加盖表面皿待测. (3)用移液管吸取上层(液面下1～2cm)悬浮液10.0mL 放入200mL 的三角瓶内,用量筒量取50mLl.8%氢氧化钠(内含三乙醇胺)溶液 倒入三角瓶中,此时溶液pH值为12.5～13.0(可用pHl2～14精密试 纸检验),然后加入钙红指示剂(体积约为黄豆大小),播匀,溶液 呈玫瑰红色.用EDTA二钠标准液滴定到纯蓝色为终点,记录EDTA 二钠的耗量(以mL计,读至0.1mL).
EDTA消耗量(cm )
3.成果整理
将上述试验结果绘制 在半对数坐标上得到 图1所示的曲线. 由图1可见,含灰量 为 5% 的 灰 土 在 掺 灰 后不同的时间所消耗 的EDTA量衰减随掺灰 后时间的对数呈线性 关系.
25
3
20
15
10
5
0 1 10 100 时间(天)
图1 5%灰土EDTA消耗量随时间衰减曲线
60
EDTA消耗量 消耗量(cm )
3
50
40
30
6%灰土
8%灰土 20
10%灰 土
10 1 10 100
时间(天)
图2
不同含灰量灰土EDTA消耗量随时间衰减曲线
现场检测结果分析
二次掺灰后2天 二次掺灰后 天 二次掺灰后25天 二次掺灰后 天 二次掺灰后41天 二次掺灰后 天 含灰量(%) 含灰量 试验段编号 测 点 数 (个) 变化范 个 围 测 点 数 (个) 个 含灰量(%) 含灰量 含灰量(%) 含灰量 测 点 数 (个) 变化范 个 围
改良的灰剂量检测方法
1.标准试样的制备 标准试样的制备
a.在取土坑中取3kg膨胀土土样,剔除石块和有机质后拌匀,测量 含水率后分成2份,每份质量1kg,作为制作标准试样用土; b.照干土质量的2%向其中的1份土样中掺生石灰并拌匀.掺灰前 检验石灰质量,保证石灰达到设计要求的等级; c.将未掺灰的膨胀土料和含2%生石灰的土分别装入两个塑料桶内 堆放3d,每天拌和一次,模拟实际取土坑中的拌土"砂化"过 程; d.在第一次掺灰后的第4天,再向2%生石灰的土中掺加3%的消石 灰,在消石灰添加到土中后将土拌匀,粉碎,使土块最大颗粒小 于2mm,然后将素土和灰土均放入塑料桶中堆放.这样制作的 模拟了施工拌灰过程,严格控制含灰量的土样称作标准试样.
如何正确确定改良土的灰剂量
"灰剂量衰减"问题 从石灰改良膨胀土的机理分析可知,石灰中的Ca2+离 子与吸着水膜中的低价阳离子会发生离子交换,所以 随着时间延长,改良土中游离氧化钙和氧化镁含量减 少了,因此在掺灰后不同的时间测定试样所消耗的 EDTA量将明显不同,这就是石灰改良土施工中常会遇 到的"灰剂量衰减"现象.用规范法检测的是土体中 游离氧化钙和氧化镁含量,而不是实际掺入的石灰的 含量,所谓的灰剂量衰减实际上指的是某一固定含灰 量的试样消耗的EDTA量随放置时间延长发生衰减,并 不是土中掺入的石灰量随时间发生衰减.
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EDTA衰减规律验证
为了验证宁淮高速公路的其它标段不同含灰量的灰土EDTA消耗量是否有同 样的规律,河海大学作了大量的试验,结果表明不同含灰量的灰土EDTA消 耗量随掺灰后时间的对数均呈线形变化规律.如图2所示的宁淮高速公路雍 马3标所作的灰剂量为6%,8%,10%灰土的EDTA消耗量随时间衰减曲线.
膨胀土的分布
我国膨胀土分布很广,据报道在河北, 河南,山东,陕西,湖北,广西,广东, 云南等省区均有发现.膨胀土对建筑事 业选成的损失颇为严重.已是我国工程 地质学,土质学,土力学及基础工程等 学界众所关注的一大问题.
改良膨胀土的应用意义
在膨胀土地区修筑道路和水工建筑物时, 一般由于线路较长,长距离地通过膨胀 土地区,无法采用换土法改善路堤结构 的工程性质,只能采用膨胀土作为填料, 而膨胀土料无法直接作为路堤填料,必 须经过改良才能应用.