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氧化鋯珠作為灌砂法置換材料進(jìn)行堆積試驗
來源:|作者:金瑞 |發(fā)布時間:2021-03-05 |次瀏覽
氧化鋯珠。常用的研磨球體，硬度高不易破碎，表面光滑度高，密度適中，不吸水；其性能滿足置換材料所需的要求。選用單一粒徑5 mm左右的氧化鋯珠作為灌砂法置換材料進(jìn)行堆積試
灌砂法是道路工程中土密度、壓實度檢測的常用方法，GB／rI’50123—2019《土工試法標(biāo)準(zhǔn)》、JTGE40—2007《公路土工試驗規(guī)程》及JTGE 60—2008《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》中均對該試法的適用范圍、試驗步驟、精度及允許偏差進(jìn)行了詳細(xì)說明。
GB 50123—2019中要求量砂粒徑在0．25。0．50 mm，土的密度精確至o．01咖m3；JTGE 40—2007中要求量砂粒徑在O．25。0．50 mm，土的密度平行試驗允許偏差≯0．03 g／cm3；JTGE 60一2008中要求量砂粒徑o．3。0．6 mm，土的密度要求精密度0．01咖m3。根據(jù)以上規(guī)范要求可知，灌砂法對標(biāo)準(zhǔn)砂的選用有較高要求，標(biāo)準(zhǔn)砂自身密度測定是否準(zhǔn)確且在試驗過程中能否恒
定不變，對土密度測試結(jié)果有著大的影響。1標(biāo)準(zhǔn)砂密度對土密度和壓實度影響程度分析標(biāo)準(zhǔn)砂的松方堆積密度通過標(biāo)定罐標(biāo)定得出并且直接參與計算，灌砂法的計算公式
式中：肌為土的干密度，咖m；m。為灌砂前灌砂筒及砂的質(zhì)量，g；眥為灌砂后灌砂筒及砂的質(zhì)量，g；m2為灌砂筒下部圓錐體砂質(zhì)量，g；腳。為烘干后質(zhì)量，g；K為壓實度，％；p。為擊實試驗得到的大干密度，∥cm3。進(jìn)行定量分析，ml=12 000 g、m4=8 730g、m2=850g、試坑內(nèi)取出的材料濕質(zhì)量m盧4 000 g、mF3 800 gpc=2．340g/m3、佳含水率∞=4．9％。選取3種不同砂
密度進(jìn)行試驗，結(jié)果見表1。
由表1可見，砂密度相差0．03 g／cm3時，土干密度的計算結(jié)果偏差達(dá)到0．047 g／cm3，已經(jīng)超過JTGE 40—2007規(guī)定的平行試驗密度允許偏差≯0．03咖m3的要求，壓實度的檢測結(jié)果是偏差了2．1％，直接影響壓實度結(jié)果的合格判定；也就是說，即使砂密度有很小的變化，都會導(dǎo)致土工試驗的終密度及壓實度發(fā)生很大的變化。因此，標(biāo)準(zhǔn)砂的密度必須精確。
2現(xiàn)場檢測采用標(biāo)準(zhǔn)砂的缺陷分析
2現(xiàn)場檢測采用標(biāo)準(zhǔn)砂的缺陷分析
目前采用的灌砂法檢測過程中使用的標(biāo)準(zhǔn)砂存在兩個難以處理的缺陷。
1)砂密度室內(nèi)標(biāo)定數(shù)據(jù)跟現(xiàn)場數(shù)據(jù)難以一致。規(guī)范規(guī)定試驗前需要對砂密度進(jìn)行標(biāo)定，每換一次量砂都必須重新測定松方密度。標(biāo)定通常情況下在試驗室進(jìn)行，而將標(biāo)準(zhǔn)砂帶到工地現(xiàn)場檢測使用時，由于標(biāo)準(zhǔn)砂直接與大氣接觸，難以避免地產(chǎn)生狀態(tài)變化，尤其是標(biāo)準(zhǔn)砂灌人試坑內(nèi)部時，試坑內(nèi)濕度與試驗室內(nèi)濕度差異大，導(dǎo)致砂在試坑內(nèi)的堆積密度與試驗室內(nèi)標(biāo)定密度相差很大。
眾所周知，砂是一種吸濕性較強(qiáng)的材料，容易“受潮”，其原因是由于砂中顆粒間的孑L隙相互貫通，形成無數(shù)的毛細(xì)管，當(dāng)砂與含水率較高的材料(即材料表
面存在少量自由水)接觸時，由于材料中水分子張力作用，水分子沿砂堆中的毛細(xì)孔隙上升，直至水分子所受的重力與使其上升的張力平衡時停止；此時，水分上升高度稱毛細(xì)管上升高度。灌砂法檢測中采用的標(biāo)準(zhǔn)砂是經(jīng)過篩網(wǎng)篩分后的單一粒級砂，粒徑均勻一致，顆粒間的孔隙沒有粒徑小的物質(zhì)填充，因此砂顆粒間存在較大孔隙形成豐富的毛細(xì)管道。試坑材料中的自由水分子沿毛細(xì)管道上升運動顯著，外觀表現(xiàn)為接觸試坑壁的砂受潮變濕，砂體有較為明顯的收縮。由于砂受潮收縮，砂體堆積密度變大，試坑中流入了多的砂，導(dǎo)致灌砂后灌砂筒及砂質(zhì)量變小，終計算得到的干密度變小。
2)砂密度受試坑影響大且難以控制。JTGE40_-2007提出，標(biāo)定罐的對砂密度有影響，標(biāo)定罐的減2．5 cm，砂密度降低約1％，這對材料干密度數(shù)值影響>0．02加m3，對壓實度數(shù)據(jù)影響1％左右。分析其原因在于，砂顆粒自由落體運動不同高度，后的動能不同，導(dǎo)致堆積緊密度不同。因此規(guī)范要求檢測時，試坑應(yīng)與標(biāo)定罐一致；然而實際檢測開挖過程中難以控制試坑與標(biāo)定罐一致，粗粒土集料粒徑經(jīng)常達(dá)到2．5 cm以上，很難控制開挖精度，進(jìn)而導(dǎo)致試坑內(nèi)砂的堆積密度與試驗室固定高度標(biāo)定罐標(biāo)定的密度不同。
3選擇一種適宜的置換材料
灌砂法試驗所需要的置換材料應(yīng)滿足堆積密度穩(wěn)定、高強(qiáng)度不易破碎、不吸水這三個關(guān)鍵要求。堆積密度恒定不易變可以保證置換材料室內(nèi)標(biāo)定的堆積密度與現(xiàn)場試驗堆積密度相同；高強(qiáng)度不易破碎才能保證置換材料的顆粒體積不變并且可重復(fù)利用；不吸水可以保證置換材料自身的密度不變，保證周圍潮濕環(huán)境不影響材料堆積密度。
常見的球體材料主要有玻璃球、塑料球、鋼球、氧化鋯珠。
1)玻璃球。強(qiáng)度不足，易因碰撞破碎而導(dǎo)致球體不圓，堆積密度不穩(wěn)定。
2)塑料球。密度較小，在下落滾動堆積過程中，因自重較小不易形成緊密堆積狀態(tài)，進(jìn)而影響堆積密度的穩(wěn)定性，同時塑料材質(zhì)不耐磨。
3)鋼球。自身密度過大，灌入試坑后對下方及周圍土體的擠壓力過大，易導(dǎo)致試坑體積“脹大”，不能有效反應(yīng)挖出筑路材料的真實體積。
4)氧化鋯珠。常用的研磨球體，硬度高不易破碎，表面光滑度高，密度適中，不吸水；其性能滿足置換材料所需的要求。
選用單一粒徑5 mm左右的氧化鋯珠作為灌砂法置換材料進(jìn)行堆積試驗，分別將氧化鋯珠在距離灌砂法標(biāo)定罐口50、80、100 mm高度自由落下，測試氧化鋯珠的堆積密度，結(jié)果見表2。
由表2可見，氧化鋯珠試驗時的堆積密度受下落高度影響很小，遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)砂高度變化2．5 cm，砂密度變化約1％的變化幅度。向裝滿氧化鋯珠的標(biāo)定罐中緩慢噴灑少量水，使水逐漸滲入堆積材料中，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，堆積材料未發(fā)生明顯收縮現(xiàn)象，表明氧化鋯珠的堆積體積不易受潮濕環(huán)境中水分的影響。
4結(jié)語
標(biāo)準(zhǔn)砂在灌砂法試驗中用做置換材料，容易受試坑內(nèi)部潮濕環(huán)境的影響，堆積體積發(fā)生明顯收縮變化；標(biāo)準(zhǔn)砂在不同高度落下時，堆積密度變化較大，以上兩種情況都導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)砂室內(nèi)標(biāo)定密度與現(xiàn)場試驗時的實際密度不一致，導(dǎo)致計算得到的試坑體積不準(zhǔn)，進(jìn)而影響試驗材料的密度、壓實度。氧化鋯珠具有硬度高不易破碎、表面光滑度高、密度適中、不吸水等點，作為置換材料其精確度于標(biāo)準(zhǔn)砂。考慮到實際試驗中使用的儀器、被檢材料粒徑大小、試便程度，選用單一粒徑5 mm左右的氧化鋯珠效果較好。球體下落后可依靠自身動能滾動到狀態(tài)穩(wěn)定位置，實現(xiàn)緊密堆積，同時與試坑壁較好貼服，充分填充。材料使用后回收方便，水洗、過篩、烘干后可重復(fù)使用；可以作為標(biāo)準(zhǔn)砂的替換材料，提高灌砂法試驗的精度。
