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一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度的確定方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610407563.1

申請日:

2016.06.12

公開號:

CN106257267A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G01N 5/04申請日:20160612|||公開
IPC分類號: G01N5/04; G01N9/02 主分類號: G01N5/04
申請人: 北京建筑大學; 北京市政路橋建設集團有限公司; 北京正達坤順技術檢測有限公司
發明人: 徐世法; 金珊珊; 索智; 柴林林; 劉然; 柳浩; 楊麗英; 董雨明; 李振; 李根; 王真
地址: 100044 北京市西城區展覽館路1號
優先權:
專利代理機構: 北京馳納智財知識產權代理事務所(普通合伙) 11367 代理人: 孫海波
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610407563.1

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,包括對成型試件施加壓力;計算含水量ω和干密度ρ;以含水量ω為橫軸,干密度ρ為縱軸建立二次關系曲線,取干密度極值為最大干密度,取最大干密度對應的含水量為最佳含水量,其中,干密度和含水量通過公式和公式計算得到。本發明提供的方法避免了試件取芯導致的含水量誤差。無需烘干,快速計算得到最佳含水量和最大干密度,節省工作量,縮短試驗周期。且結果與擊實試驗數值相差不大。

權利要求書

1.一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,包括對成型試件施加壓力;
計算含水量ω和干密度ρ;以含水量ω為橫軸,干密度ρ為縱軸建立二次關系曲線,取干密度
極值為最大干密度,取最大干密度對應的含水量為最佳含水量。
2.如權利要求1所述的最佳含水量和最大干密度的確定方法,其特征在于:所述成型試
件的制備包括以下步驟:
A.制備預定含水量w不同的試料;
B.將試料進行悶料;
C.悶料完成后,加入預定數量c的水泥并拌合均勻,在拌合完成后1h內成型試件。
3.如權利要求2所述的最佳含水量和最大干密度的確定方法,其特征在于:實施步驟A
時,制備預定含水量w不同的5‐8份試料。
4.如權利要求2所述的最佳含水量和最大干密度的確定方法,其特征在于:實施步驟A
時,制備預定含水量w不同的6‐7份試料。
5.如權利要求3或4所述的最佳含水量和最大干密度的確定方法,其特征在于:,實施步
驟B,悶料時,將試模內壁涂抹機油。
6.如權利要求5所述的最佳含水量和最大干密度的確定方法,其特征在于:,實施步驟
B,悶料時,加水量比預定含水量低1%‐2%。
7.如權利要求6所述的最佳含水量和最大干密度的確定方法,其特征在于:實施步驟C,
成型試件時,所用試模尺寸根據設計級配的最大公稱粒徑選擇。
8.如權利要求7所述的最佳含水量和最大干密度的確定方法,其特征在于:實施步驟C
時,在拌合過程中將預留的水加入。
9.如權利要求8所述的最佳含水量和最大干密度的確定方法,其特征在于:成型試件
時,試模配套的下墊塊放入試模的下部,外露2cm,將混合料分2‐3次灌入試模,每次灌入后
用夯棒輕輕均勻插實,混合料應大致填滿試模,使與試模配套的上墊塊剛好能放入試模,記
錄填入的混合料質量m1。
10.如權利要求9所述的最佳含水量和最大干密度的確定方法,其特征在于:施加壓力
時,以1mm/min的加載速率加壓。

說明書

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度的確定方法

技術領域

本發明屬于交通土建工程領域,具體涉及一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干
密度確定方法。

背景技術

確定最佳含水量和最大干密度的常用方法為擊實試驗方法和振動壓實試驗方法,
成型圓柱形試件和梁式試件所用的方法為靜壓法,擊實方法、振動壓實方法和靜壓法的作
用原理不同。

規范規定水泥穩定碎石的最佳含水量和最大干密度的確定方法為擊實試驗方法,
擊實試驗結果的影響因素眾多,擊實試驗工作量大。

發明內容

為了克服現有技術中的以上技術問題,本發明提供一種采用靜壓法的最佳含水量
和最大干密度確定方法,該方法可以大大減小工作量。本發明的目的在于通過靜壓法確定
水泥穩定碎石的最佳含水量和最大干密度。

本發明的目的具體通過以下方案實現:

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,包括對成型試件施加壓
力;計算含水量ω和干密度ρ;以含水量ω為橫軸,干密度ρ為縱軸建立二次關系曲線,取干
密度極值為最大干密度,取最大干密度對應的含水量為最佳含水量。

優選的是,所述成型試件的制備包括以下步驟:

A.制備預定含水量w不同的試料;對于φ50mm×50mm的試件:一個試件約需干土
210g-240g;對于φ100mm×100mm的試件:一個試件約需干土2000g-2200g;對于φ150mm×
150mm的試件:一個試件約需干土6000g-6400g;

B.將試料進行悶料;

C.悶料完成后,加入預定數量c的水泥并拌合均勻,在拌合完成后1h內成型試件。
水泥穩定碎石水泥用量一般為混合料3%~6%,因此,預定數量c為3%~6%。

上述任一方案優選的是,實施步驟A時,制備預定含水量w不同的5-8份試料。本發
明的最佳含水量及最大干密度確定方法,是將干密度和含水量形成二次 曲線,然后取極
值,得到最佳含水量及最大干密度,如果試料份數太少,則會導致無法得到極值;而如果試
料份數太多,會造成周期變長,工作量增加。

上述任一方案優選的是,實施步驟A時,制備預定含水量w不同的6-7份試料。6-7試
料份數能保證極值的獲得,同時不會增加工作量。

上述任一方案優選的是,實施步驟B,悶料時,將試模內壁涂抹機油。

上述任一方案優選的是,實施步驟B,悶料時,加水量比預定含水量低1%-2%。

上述任一方案優選的是,實施步驟C,成型試件時,所用試模尺寸根據設計級配的
最大公稱粒徑選擇。細粒土:試模的直徑×高=φ50mm×50mm;中粒土:試模的直徑×高=
φ100mm×100mm;粗粒土:試模的直徑×高=φ150mm×150mm;

上述任一方案優選的是,實施步驟C時,在拌合過程中將預留的水加入。

上述任一方案優選的是,實施步驟C,成型試件時,試模配套的下墊塊放入試模的
下部,外露2cm,將混合料分2-3次灌入試模,每次灌入后用夯棒輕輕均勻插實,混合料應大
致填滿試模,使與試模配套的上墊塊剛好能放入試模,記錄填入的混合料質量m1。試模配套
的下墊塊放入試模的下部,外露尺寸不能太小,否則試件會被完全壓入試模;外露尺寸也不
能太大,否則會導致試料不能完全填入。

上述任一方案優選的是,施加壓力時,以1mm/min的加載速率加壓。加壓的加載率
不易過大,否則會導致試料破碎;加壓的加載率太小又會導致確定周期長,浪費時間。

上述任一方案優選的是,施加壓力時,加壓到500KN,維持2min及以上卸載。

上述任一方案優選的是,施加壓力時,在500KN條件下,維持壓力3min后卸載。

上述任一方案優選的是,施加壓力時,在500KN條件下,維持壓力5min后卸載。

上述任一方案優選的是,施加壓力時,在500KN條件下,維持壓力7min后卸載。

上述任一方案優選的是,施加壓力時,在500KN條件下,維持壓力10min后卸載。

上述任一方案優選的是,施加壓力時,在500KN條件下,維持壓力30min后卸載。

上述任一方案優選的是,施加壓力時,在500KN條件下,維持壓力50min后卸載。

上述任一方案優選的是,施加壓力時,在500KN條件下,維持壓力120min后卸載。

上述任一方案優選的是,壓力卸載后,脫去試模,測量試件的高度h,計算出試件體
積V,稱量試件質量m2。

上述任一方案優選的是,計算最佳含水量采用公式:

上述任一方案優選的是,計算最大干密度采用公式:

本發明的基本原理在于:采用成型圓柱形試件所用試模分別裝入不同含水量的水
泥混合料進行加壓,測量加壓到500KN時的試件高度,進而算出試件體積。用混合料中集料
和水泥的質量之和除以試件體積得到干密度,用拌合水量和試件成型前后損失質量之差除
以試件質量得到含水量。建立橫軸為含水量、縱軸為干密度的二次關系曲線,取干密度極值
為最大干密度,取最大干密度對應的含水量為最佳含水量。

本方法避免了擊實試驗導致礦料破碎從而導致級配改變的問題;采用擊實后試件
所含水計算最佳含水量和最大干密度,避免了試件取芯導致的含水量誤差。無需烘干,快速
計算得到最佳含水量和最大干密度,節省工作量,縮短試驗周期。采用本方法確定的最大干
密度略大于擊實試驗確定的最大干密度,最佳含水量略小于擊實試驗確定的最佳含水量,
但是數值相差不大,證明本方法的有效性。

具體實施方式

為了更加清楚、正確地理解本發明的發明內容,下面結合具體實施例對本發明的
發明內容進一步進行解釋、說明。

實施例1

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,包括以下步驟:

A.根據公路路面基層施工技術規范JTJ034-2000,根據設計級配的最大公稱粒徑
選擇試模尺寸:細粒土,試模的直徑×高=φ50mm×50mm;中粒土,試模的直徑×高=φ
100mm×100mm;粗粒土,試模的直徑×高=φ150mm×150mm;

B.采用T0804-1994中所示方法制備7份試料,對應7個不同含水量。對于φ50mm×
50mm的試件,一個試件約需干土210g-240g;對于φ100mm×100mm的試件,一個試件約需干
土2000g-2200g;對于φ150mm×150mm的試件,一個試件約需干土6000g-6400g;

C.根據T0843-2009中提供的方法進行悶料,悶料加水量比預定的含水量低1%-
2%,將試模內壁涂抹機油;

D.悶料完成后,加入預定數量的水泥并拌合均勻,在拌合過程中將預留的水加入,
在拌合完成后1h內成型試件;

E.將試模配套的下墊塊放入試模的下部,外露2cm左右,外露尺寸可以適當增大或
減小,但不能太小,否則試件會被完全壓入試模;外露尺寸也不能太大,否則會導致混合料
不能完全填入。將混合料分2-3次灌入試模,每次灌入后用夯棒輕輕均勻插實。混合料應大
致填滿試模,使與試模配套的上墊塊剛好能放入試模,記錄填入的混合料質量m1;

F.將整個試模放在壓力機上,以1mm/min的加載速率(不能加載太快,太快石料碎
了,太慢時間又太長)加壓到500KN,維持壓力2min后卸載;

G.將試模脫模后測量高度h,計算出試件體積V,稱量試件質量m2;

H.以水泥劑量為c,混合料含水量為w,計算含水量ω和干密度ρ;

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I.以含水量ω為橫軸,干密度ρ為縱軸建立二次關系曲線,取干密度極值為最大干
密度,取最大干密度對應的含水量為最佳含水量。

實施步驟A時,采用規范規定級配范圍中值作為設計級配,具體級配如下表所示:



根據最大公稱粒徑選擇試模尺寸。

實施步驟B時,采用規范T0804-1994中的方法制備7個試樣,這7個試樣對應7個不
同的含水量(2.6%、3.6%、4.1%、4.6%、5.1%、5.6%、6.6%),其中,級配中粒徑為0-
9.5mm的細粒土稱取210-240g,粒徑為9.5-26.5mm的中粒土稱取2000-2200g;粒徑為26.5-
31.5mm的粗粒土稱取6000-6400g。

實施步驟C時,采用規范T0843-2009中提供的方法對步驟B中制備的試料分別單獨
進行悶料,悶料加水量比預定的含水量低1%-2%,并將試模內壁涂抹機油。如果集料為黏
質土,悶料時間為12-24h;如果是粉質土,悶料時間為6-8h;如果是砂類土、砂礫土、紅土砂
礫、級配砂礫等,悶料時間可縮短至4h;含土很少的未篩分碎石、砂礫及砂,悶料時間可縮短
到2h。

實施步驟D時,將c=3%(占集料及水泥總重量的重量百分比)的42.5號普通硅酸
鹽水泥與悶料后的7個試料分別進行拌合形成7份混合料,拌合過程中,加入預定含水量剩
余的1%-2%,且在拌合完成后,1小時內成型試件,且成型試件時間越短越好。

實施步驟E時,將7份混合料分別填入試模,每份混合料分2-3次填入,并記錄填入
的混合料質量m1。

實施步驟F時,以1mm/min的加載率加壓到500KN,維持壓力2min后卸載。

實施步驟H時,將各個參數帶入公式中,計算得到7個
含水量ω=0.04131,0.04247,0.04324,0.04452,0.04528,0.04634,0.04748。

并把各個參數帶入公式中,計算得到7個對應的干
密度(單位g/cm3)ρ=2.0436,2.1043,2.2948,2.3328,2.3304,2.3146 2.3029。


其中ω—水泥穩定碎石混合料含水量;

ρ—水泥穩定碎石混合料干密度;

w—混合量含水量;

m1—施加壓力之前填入試模內的混合料質量;

c—拌合混合料時添加的水泥劑量;

m2—施加壓力后、脫模后試件質量;

V—施加壓力后、脫模后試件體積。

實施步驟I時,以步驟H中得到的7個含水量作為橫軸,以對應地7個干密度為縱軸,
建立二次曲線,并取干密度機制為最大干密度,對應的含水量為最佳含水量。其干密度極值
(即最大干密度)為2.33g/cm3,對應最佳含水量為4.4%。

在水泥劑量為3%的條件下,同樣進行擊實試驗,得到水泥劑量為3%時,最佳含水
量為4.6%,最大干密度為2.32g/cm3。

可見,采用本發明的水泥穩定碎石采用靜壓法確定的最大干密度與擊實試驗的結
果誤差為(2.33-2.32)/2.32×100%=0.43%,最佳含水量的誤差為(4.6-4.4)/4.6×
100%=4.35%,均在5%以內,說明本發明提供的水泥穩定碎石的最佳含水量和最大干密
度確定方法的有效性。

實施例2.1

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1基本相同,不同
的是,水泥含量為4%,采用本發明提供的方法,實施步驟H時,計算得到含水量為0.04239,
0.04328,0.04453,0.04547,0.04636,0.04712,0.04846;干密度(單位g/cm3)為1.9948,
2.0564,2.2463,2.3438,2.3396,2.3046,2.2946。實施步驟I時,建立的含水量—干密度的
二次關系曲線,得到采用本發明提供的水泥穩定碎石的最佳含水量和最大干密度確定方法
得到的最大干密度ρ為2.34g/cm3,最佳含水量ω為4.5%。

在水泥劑量為4%條件下,進行擊實試驗,得到最大干密度ρ為2.34g/cm3,最佳含
水量ω為4.7%。

可見,采用本發明的水泥穩定碎石采用靜壓法確定的最大干密度與擊實試驗的結
果誤差為0,最佳含水量的誤差為4.26%,均在5%以內,說明本發明提供的水泥穩定碎石的
最佳含水量和最大干密度確定方法的有效性。

實施例2.2

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1基本相同,不同
的是,水泥含量為5%,采用本發明提供的方法,實施步驟H時,計算得到含水量為0.04239,
0.04328,0.04453,0.04634,0.04753,0.04838,0.04926,干密度(單位g/cm3)為1.8924,
2.1035,2.1754,2.3548,2.3494,2.3406,2.3357。 實施步驟I時,建立的含水量—干密度的
二次關系曲線,得到采用本發明提供的水泥穩定碎石的最佳含水量和最大干密度確定方法
得到的最大干密度ρ為2.35g/cm3,最佳含水量ω為4.6%。

在水泥劑量為5%條件下,進行擊實試驗,得到最大干密度ρ為2.33g/cm3,最佳含
水量ω為4.7%。

可見,采用本發明的水泥穩定碎石水泥穩定碎石確定的最大干密度與擊實試驗的
結果誤差為0.86%,最佳含水量的誤差為2.13%,均在5%以內,說明本發明提供的水泥穩
定碎石的最佳含水量和最大干密度確定方法的有效性。

實施例2.3

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1基本相同,不同
的是,水泥含量為6%,實施步驟H時,計算得到含水量為0.04216,0.04348,0.04406,
0.04613,0.04733,0.04806,0.04943,干密度(單位g/cm3)為1.9235,2.1154,2.1853,
2.3503,2.3414,2.3391,2.2347。實施步驟I時,建立的含水量—干密度的二次關系曲線,得
到采用本發明提供的水泥穩定碎石的最佳含水量和最大干密度確定方法得到的最大干密
度ρ為2.35g/cm3,最佳含水量ω為4.6%。

在水泥劑量為6%條件下,進行擊實試驗,得到最大干密度ρ為2.34g/cm3,最佳含
水量ω為4.8%。

可見,采用本發明的水泥穩定碎石水泥穩定碎石確定的最大干密度與擊實試驗的
結果誤差為0.43%,最佳含水量的誤差為4.17%,均在5%以內,說明本發明提供的水泥穩
定碎石的最佳含水量和最大干密度確定方法的有效性。

實施例3.1

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1或2.1或2.2或
2.3基本相同,不同的是,實施步驟F時,以1mm/min的加載率加壓到500KN,維持壓力5min后
卸載,其結果不變。

實施例3.2

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1或2.1或2.2或
2.3基本相同,不同的是,實施步驟F時,以1mm/min的加載率加壓到500KN,維持壓力3min后
卸載,其結果不變。

實施例3.3

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1或2.1或2.2或
2.3基本相同,不同的是,實施步驟F時,以1mm/min的加載率加壓到500KN,維持壓力7min后
卸載,其結果不變。

實施例3.4

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1或2.1或2.2或
2.3基本相同,不同的是,實施步驟F時,以1mm/min的加載率加壓到500KN,維持壓力10min后
卸載,其結果不變。

實施例3.5

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1或2.1或2.2或
2.3基本相同,不同的是,實施步驟F時,以1mm/min的加載率加壓到500KN,維持壓力30min后
卸載,其結果不變。

實施例3.6

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1或2.1或2.2或
2.3基本相同,不同的是,實施步驟F時,以1mm/min的加載率加壓到500KN,維持壓力50min后
卸載,其結果不變。

實施例3.7

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1或2.1或2.2或
2.3基本相同,不同的是,實施步驟F時,以1mm/min的加載率加壓到500KN,維持壓力120min
后卸載,其結果不變。

實施例1及實施例3.1-3.7說明,實施步驟F時,在500KN的荷載下維持2min及以上,
就可保證試件不回彈,從而保證測量結果的準確性。同時,發明人也在500KN的荷載下維持
了1min,結果顯示,卸掉荷載后,試件回彈,導致實施步驟G時,脫模后的時間高度測量不準
確,試件體積計算不準確,從而影響含水量及干密度的計算結果,最終得到的最大干密度及
最佳含水量與擊實試驗相差較大。

實施例4.1

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1基本相同,不同
的是,實施步驟B時,制備6個試料,對應含水量為2.6%、3.6%、4.1%、4.6%、5.1%、5.6%。

實施例4.2

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1基本相同,不同
的是,實施步驟B時,制備8個試料,對應含水量為2.6%、3.6%、4.1%、4.6%、5.1%、5.6%、
6.6%、7.6%。

實施例4.3

一種采用靜壓法的最佳含水量和最大干密度確定方法,與實施例1基本相同,不同
的是,實施步驟B時,制備5個試料,對應含水量為3.6%、4.1%、4.6%、5.1%、5.6%。

實施例4.1-4.3用來說明制備的試料份數,并不對其中的含水量做限制,本領域技
術人員可以自行進行選擇。

需要說明的是,以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案,而非對其限制;盡管
參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明,本領域的普通技術人員應當理解:其依然
可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改,或者對其中部分或者全部技術特征進行
等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方
案的范圍。

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一種 采用 靜壓 最佳 含水量 大干 密度 確定 方法
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