有效控制路基施工的EDTA标准曲线绘制方法研究

刘凤翰，陈晓玲

(南京交通职业技术学院，江苏 南京 211188)

根据现行JTG/T F20-2015《公路路面基层施工技术细则》(以下简称“细则”)，路面基层、底基层施工质量标准与控制包括原材料检验、施工参数确定、施工过程中的质量检查验收等方面，其中现场掺灰量检测是质量控制中很重要的一个环节。细则要求：① 在材料准备阶段，要绘制EDTA标准曲线；② 在铺筑试验段阶段，应及时检测拌和时的结合料剂量；③ 在施工过程中，结合料剂量控制为后场控制的关键内容；④ 质量检查时，监理单位应根据施工单位的质量资料，对混合料结合料剂量进行独立抽检，综合评价混合料的质量和施工均匀性。

检测基层和底基层混合料的掺灰量，目前常用EDTA滴定法，即JTG E51-2009《水泥或石灰稳定土中水泥或石灰剂量的测定(EDTA滴定法)》(以下简称“现规程”)，此法适用于路面基层施工中快速测定稳定土结合料的剂量。规范要求绘制的EDTA标准曲线与现场取样检测采用“类比法”。如何在室内制作与现场施工过程相适应的标准曲线？现规程有诸多不适应性，目前还没有较为统一的规范。针对这一问题，该文以石灰稳定土为例，分析并总结有效控制路基现场检测的EDTA标准曲线的绘制方法。

1 制作EDTA标准曲线的影响因素

室内制作EDTA标准曲线的目的是用于现场掺灰量的检测，要做到两者具有类比性，需要分析两者在制作过程中的各种影响因素，保证检测工作的一致性。

1.1 测试时间的影响

EDTA滴定法的原理是通过检测土体中的Ca2+、Mg2+含量进而得出溶液消耗量与掺灰量之间的关系。混合料拌和后，随着养护时间的增加，灰土中游离的Ca2+、Mg2+与素土不断发生物理化学反应，逐渐形成稳定的化合钙，有效游离的Ca2+、Mg2+相应不断减少，此含量为一个随时间而改变的量，而EDTA滴定法只能检测出有效游离的Ca2+、Mg2+的含量，故在室内制作EDTA标准曲线检测现场掺灰量时，一定要注意两者在测试时间上的一致性。

随时间增加灰剂量检测结果减小的现象，有些文献称之为“灰剂量衰减”，另有规范及文献称之为“随时间的标准曲线”。该文称之为“灰剂量衰减”。如何保证EDTA标准曲线与实际掺灰量检测在测试时间上的一致性，建议在室内提前做好灰剂量衰减曲线，绘制时选择不同的测试时间，得出不同的EDTA溶液消耗量，并以测试时间为横坐标，EDTA标准溶液消耗量为纵坐标绘图，如图1所示。

由图1可知：随测试时间的延长，EDTA标准溶液消耗量逐渐减小(混合料中有效游离的Ca2+、Mg2+逐渐减少)，且反映出压实状态比松散状态衰减速率更快。考虑测试时间的影响，建议在室内均制作EDTA衰减曲线，以方便工程单位查阅。

1.2 压实度的影响

“现规程”规定制作EDTA标准曲线采用刚拌和好的混合料，即松散状态。根据“细则”，现场混合料如为取土坑则为刚拌和好的状态，即松散状态；如为试验段和施工路段则为碾压状态。问题的提出：① 松散与压实状态对检测结果的影响；② 现场检测时，不同的取样深度(对应不同的压实度)，对测试结果的影响。

图1 石灰稳定土不同状态EDTA衰减曲线

1.2.1 松散与压实状态的影响

在室内准备两种状态的混合料进行对比试验。按以下步骤进行：① 按设计灰剂量(该文选5%)配土；② 击实试验确定灰土的最佳含水率与最大干密度(该文ρdmax=1.698 g/cm3，w0=15.5%)；③ 计算各材料用量。如为压实状态混合料，按现场压实度(该文取98%)计算混合料制件的质量；④ 做好制件后用塑料袋包裹，放入养护室[(20 ℃±1)℃]。

试验结果如图2所示。

图2 石灰稳定土松散与压实状态衰减曲线

由图2可知：在测试时间一致的情况下，混合料压实状态比松散状态溶液耗量明显减小。从理论上讲，混合料在压实状态下，灰土中游离的Ca2+、Mg2+与素土更易形成稳定的化合钙，则相应有效游离的Ca2+、Mg2+快速减少，故反映出压实状态溶液耗量较松散状态时减小的现象。

根据以上结果，应考虑现场混合料不同状态的影响，如为取土坑刚拌和好的状态，则采用松散状态混合料绘制曲线，如为试验段和施工路段等碾压状态，则应制作与现场同样压实度的制件绘制曲线。

1.2.2 不同压实度的影响

根据“细则”，现场混合料摊铺应保证足够的厚度，碾压成型后每层的摊铺厚度宜为160～200 mm。材料压实后，其密实度总是上部大、下部小，有时上下部的压实度可能差8%～10%。

为确定现场取样检测掺灰量时，不同取样深度(不同压实度)对检测结果的影响，选取高速公路和一级公路(对应的压实度标准为98%)，3个不同压实度：98%、93%、88%；根据设计灰剂量(5%)进行击实试验，得出最佳含水率与最大干密度(ρdmax=1.698 g/cm3，w0=15.5%)，分别进行计算并制件试件进行试验。试验结果见表1。

表1 不同压实度石灰稳定土制件EDTA检测结果

由表1可知：同一时间3种压实度检测结果相差很小，都在平行试验误差范围内。由此可得，现场碾压层上下部压实度如相差10%，在此范围不同深度取样进行检测，对检测结果不会产生影响。

1.3 含水率的影响

混合料在现场拌和时均应达到最佳含水率，并在最佳含水率下进行碾压成型。含水率的变化对混合料检测结果有一定的影响。分别对松散及压实状态混合料进行试验，根据设计灰剂量(5%)进行灰土击实试验(ρdmax=1.698 g/cm3，w0=15.5%)，根据最佳含水率分别配制3种不同含水率(12.5%、15.5%、18.5%)混合料，压实度采用98%计算并制作试件进行试验。检测结果如图3、4所示。

图3 石灰稳定土(松散状态)不同含水率衰减曲线

由图3、4可知：① 不同含水率稳定土随测试时间的延长，溶液耗量随之减少；② 相同测试时间，含水率越大，溶液耗量越小，反之越大；③ 松散状态混合料，3种含水率测试结果表现出衰减的一致性，而压实状态混合料，表现出随含水率的增大，衰减速率逐渐增大的现象。

图4 石灰稳定土(压实状态)不同含水率衰减曲线

1.4 现场养生方式的影响

随着养生温度的上升，混合料物理力学反应加快。对于现场取土坑，应考虑现场拌和温湿度的影响，对于碾压成型的混合料，应根据现场的养生方式及检测时的取样深度，综合考虑环境的设置。一般可考虑采用塑料袋包裹，包裹后的环境也很重要，因为现场取样虽在一定深度范围，但整个大气环境对不同深度碾压层也有着不同程度的影响。室内试验混合料养生方式如表2所示，检测结果如图5所示。

表2 室内试验混合料养生方式方案

图5 石灰稳定土不同养生方式衰减曲线

从图5可见：混合料不同状态及不同的养生环境，对检测结果影响不容忽视。现场无论是取土坑松散状态还是现场碾压成型状态，在室内制作相应曲线时，一定要考虑尽量与现场的环境相一致(主要指温湿度)，不仅要考虑是否将试样包裹，还要考虑包裹后试样放置的环境(主要指温度)。

2 有效控制路基施工的EDTA标准曲线的制作方法

针对以上影响诸因素，可将EDTA标准曲线的绘制分成两种情况：① 现场取土坑用EDTA标准曲线；② 现场碾压成型用EDTA标准曲线。路基施工EDTA标准曲线制作流程见图6。

图6 有效控制路基施工的EDTA标准曲线制作流程

在制作过程中，应注意以下事项：

(1)类比现场碾压成型状态时，混合料制件可用小刀轻轻削开，并尽量碾碎，现场取样检测时同法操作。

(2)考虑测试时间的影响，一般在室内不做某一时刻的EDTA标准曲线，而制作EDTA衰减曲线，但在查阅时应注意标准曲线查EDTA耗量对应的灰剂量，而EDTA衰减曲线查相应测试时间对应的EDTA溶液耗量。

(3)制作曲线选取的测试时间，可取偶数，也可取奇数，如：1、3、5、7、9 d，一般现场检测尽量在7 d之内完成。

(4)测试时间虽以“d”为单位，实际操作时应注意每天在测试时间上的一致性。

3 其他应注意的问题

EDTA滴定法采用的是“类比法”，故在整个检测过程中，应尽量保持原材料、检测试剂、检测设备、检测人员等因素的一致性，从而提高试验的精度。

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(1)原材料质量要求一致，注意储存。

各种原材料应按“细则”要求堆放、储存和应用。如：石灰应堆放成高堆并用篷布和土覆盖，然后，边使用并揭盖。在使用前应重新检测其有效成分，应保证现场检测与室内检测在原材料质量上的一致性。

(2)试剂应尽量检测前配制，当天用完；氯化铵溶液应当天用完，其他试剂也不宜久存，一般不宜超过3 d。钙红指示剂颜色变化要比较明显，易于判定。

(3)混合料各材料用量计算应正确；应提前做好灰土击实试验，得出最佳含水率与最大干密度，根据现场干密度与最佳含水率制件。

(4)混合料应充分拌和均匀，先拌和干料，拌匀后再喷水湿润，充分拌和均匀。

(5)在制作灰剂量衰减曲线时，可以设计灰剂量在中间，再增加两个灰剂量(设计灰剂量±2%)制作，为现场灰剂量检测提供更可靠的数据。

(6)整个试验过程应有专人负责，从原材料的控制、试验过程控制、检测结果的分析等制定统一规划，协调一致。操作人员应提高自身操作水平，操作手法要求一致。

4 结论

以石灰稳定土为例，并结合现场实际，即取土坑取样(松散状态)和碾压成型状态取样(压实状态)，对EDTA标准曲线与现场掺灰量检测在测试时间、压实程度、含水率、养护方式等各个方面进行全面分析，提出有效控制路基施工的EDTA标准曲线制作方法。

(1)混合料随养生时间的延长，EDTA标准溶液耗量逐渐减小(混合料中有效游离的Ca2+、Mg2+逐渐减少)，且反映出压实状态比松散状态衰减速率更快。故在检测过程中应注意混合料在测试时间上的一致性。

(2)为了反映不同取样深度对检测结果的影响，选取高速公路和一级公路对应的压实度标准98%，并根据“细则”所述实际现场碾压层最大压实度可能相差10%左右，从而选取3个不同压实度(98%、93%、88%)进行试验。结果表明：在此范围不同深度取样，对检测结果无影响。

(3)含水率对混合料检测结果有一定的影响。松散状态时，混合料检测结果表现出衰减的一致性；压实状态时，混合料检测结果反映出衰减速率逐渐增大的现象。

(4)混合料不同状态及不同的养生环境，对检测结果影响不容忽视。现场无论是取土坑松散状态还是现场碾压成型状态，在室内制作相应EDTA曲线时，不仅要考虑是否将试样包裹，还应考虑包裹后试样放置的环境(主要指温度)。

(5)建议将EDTA标准曲线的绘制分成两种情况：① 现场取土坑用EDTA标准曲线；② 现场碾压成型用EDTA标准曲线。另考虑不同测试时间的影响，建议EDTA标准曲线的制作统一按衰减曲线绘制。

(6)在制作灰剂量衰减曲线时，可以设计灰剂量在中间，再增加两个灰剂量(设计灰剂量±2%)制作，为现场灰剂量检测提供更可靠的数据。

(7)EDTA滴定法采用的是“类比法”，故在整个检测过程中，应尽量保持原材料、检测试剂、检测设备、检测人员等因素的一致性，从而提高试验的精度。