PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石拌和均勻性評(píng)價(jià)

曹源文+王棋+孫志永+韋建學(xué)+肖偉+楊芬

摘 要：為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石的拌和均勻性，提出一種新的評(píng)價(jià)方法，該方法以質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例系數(shù)和離差系數(shù)為拌和均勻性指標(biāo)。為驗(yàn)證其可行性，以拌和時(shí)間為單因子變量進(jìn)行拌和均勻性試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：該P(yáng)VA纖維水泥穩(wěn)定碎石的拌和均勻性評(píng)價(jià)方法合理、可靠，具有可行性，也可用于評(píng)估其他纖維水泥基材料的拌和均勻性。

關(guān)鍵詞：PVA纖維；水泥穩(wěn)定碎石；拌和均勻性；評(píng)價(jià)方法

中圖分類號(hào)：U414.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1000-033X（2017）03-0063-04

Abstract： In order to evaluate the mixing uniformity of cement stabilized macadam and PVA fiber， a new evaluation method with the coefficient of mass fraction ratio and the coefficient of variation as the indicators of mixing uniformity was proposed. One-factor-at-a-time method was applied to verify the feasibility of the evaluation method by choosing the mixing time as the single factor. The results show that the evaluation method of mixing uniformity is reasonable， reliable and feasible and applies to other materials based on cement and fiber.

Key words： PVA fiber； cement stabilized macadam； mixing uniformity； evaluation method

0 引 言

混凝土的均勻性很大程度上可以表征其拌和質(zhì)量，直接影響混凝土的力學(xué)性能和使用壽命。關(guān)于新拌混凝土拌和均勻性的評(píng)價(jià)，目前有以下方法：采用射線測(cè)定粗集料是否分布均勻[1-5]；利用超聲波的發(fā)射與檢測(cè)結(jié)果分析混凝土的密實(shí)性與均勻性[6]；結(jié)合試樣砂漿密度的相對(duì)誤差ΔM以及試樣中粗骨料質(zhì)量的相對(duì)誤差ΔG，通過(guò)成型試件的7 d強(qiáng)度平均值及其離差系數(shù)判定均勻性[7-12] ；通過(guò)檢測(cè)粗集料的均勻度來(lái)分析均勻性[13-14]；通過(guò)圖像處理，利用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)PVA纖維分散性進(jìn)行研究[15-18]。前4種方法雖簡(jiǎn)單可行，但其結(jié)果的離散性較大或重復(fù)性較差，不易控制；最后一種方法分析過(guò)程較為復(fù)雜，并且圖像采集、纖維識(shí)別易產(chǎn)生偏差，難以保證分析結(jié)果的客觀真實(shí)性。本文針對(duì)添加PVA纖維束的水泥穩(wěn)定碎石，通過(guò)采集試樣，分析樣品中粗集料分布情況與PVA纖維的分散性，建立新的拌和均勻性評(píng)價(jià)方法。

1 拌和均勻性評(píng)價(jià)方法

本文針對(duì)添加PVA纖維束的水泥穩(wěn)定碎石拌和均勻性，提出了“相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例系數(shù)”這一概念，建立了添加PVA纖維束的水泥穩(wěn)定碎石拌和均勻性評(píng)價(jià)方法。該方法需要在每組待測(cè)試樣中取3個(gè)5 L的樣品，理論狀態(tài)下，每個(gè)樣品中粒徑在9.5 mm以上的粗集料（以下統(tǒng)稱為粗集料）的質(zhì)量為mg，PVA纖維的質(zhì)量為mp，在混合料配合比一定的情況下，這2個(gè)理論值均為固定值，可通過(guò)計(jì)算得到。再設(shè)每組樣品中第i個(gè)樣品粗集料的實(shí)測(cè)質(zhì)量為mgi，相對(duì)應(yīng)的PVA纖維質(zhì)量為mpi。本文定義第i個(gè)樣品中PVA纖維相對(duì)粗集料質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例系數(shù)為：該樣品中PVA纖維質(zhì)量實(shí)測(cè)值與理論值的比值，和該樣品中粗集料質(zhì)量實(shí)測(cè)值與理論值的比值之比，記為Cp/gi。則PVA相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例系數(shù)（以下統(tǒng)稱為質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例系數(shù)）為

從相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例系數(shù)的定義可知，當(dāng)混合料拌和均勻時(shí)，各個(gè)樣品中PVA、粗集料的質(zhì)量均趨近于理論值，各Cp/gi值均趨近于1，且其離差系數(shù)趨近于0；反之，混合料均勻性越差，各Cp/gi值越偏離于1，且其離差系數(shù)越大。顯然，當(dāng)各個(gè)樣品中mpi與mgi同時(shí)相對(duì)于理論值成一定比例偏大或偏小時(shí)，各Cp/gi值也會(huì)趨近于1，但此時(shí)混凝土拌和并不均勻。因此，各Cp/gi值趨近于1且其離差系數(shù)趨近于0，僅是混合料拌和均勻的必要不充分條件。如果要認(rèn)為在各Cp/gi值趨近于1且其離差系數(shù)趨近于0時(shí)樣品混合料拌和均勻，還應(yīng)保證相應(yīng)的mpi與mgi在其理論值附近，因此應(yīng)對(duì)mpi、mgi值進(jìn)行約束。

考慮新建均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括2個(gè)方面：一是根據(jù)PVA纖維和粗集料2組物料的聯(lián)合分布情況反映混凝土的拌和均勻性，可通過(guò)分析Cp/gi的離差系數(shù)及均值來(lái)實(shí)現(xiàn)，如式（2）、（3）所示；二是根據(jù)PVA纖維或粗集料單組物料的分布情況反映混合料拌和均勻性，可通過(guò)分析mpi、mgi值的離差系數(shù)及均值來(lái)實(shí)現(xiàn)，如式（4）～（7）所示。

當(dāng)滿足條件（2）時(shí)，可認(rèn)為PVA纖維分布均勻；當(dāng)同時(shí)滿足（1）和（2）兩個(gè)條件時(shí)，可認(rèn)為水泥穩(wěn)定碎石混合料宏觀上拌和均勻。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

從原材料準(zhǔn)備到混合料拌和完成，影響水泥穩(wěn)定碎石拌和質(zhì)量的因素總體可以分為原材料、拌和設(shè)備性能及拌和工藝3個(gè)方面。拌和工藝主要包括原材料的投料順序、加料速度或單次拌和的混合料加料量、攪拌軸轉(zhuǎn)速或攪拌葉片的線速度及拌和時(shí)間等。作為混凝土拌和的最重要參數(shù)之一，拌和時(shí)間對(duì)拌和質(zhì)量影響顯著，恰當(dāng)?shù)陌韬蜁r(shí)間既能保證生產(chǎn)效率，也能保障拌和質(zhì)量。所以本次試驗(yàn)采用單因子控制變量法，在其他拌和條件相同的情況下控制拌和時(shí)間。所謂拌和時(shí)間，是指投料完畢后從開(kāi)始攪拌到攪拌結(jié)束后卸料完成所用的時(shí)間。首先根據(jù)《纖維混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（CECS 13—2009）及《纖維混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 221—2010）相關(guān)要求確定的水泥穩(wěn)定碎石集料級(jí)配、最佳水泥劑量和最佳含水量進(jìn)行配料，考慮到PVA纖維在拌和過(guò)程中易黏附在攪拌缸壁和攪拌軸上，配料時(shí)可根據(jù)試拌結(jié)果適當(dāng)增加摻量。本次試驗(yàn)采用的WDZ-600型穩(wěn)定土拌和站單缸拌和時(shí)間一般在20 s左右，考慮到有PVA纖維束的加入，本次試驗(yàn)擬定拌和時(shí)間為5～50 s，遞增時(shí)間間隔為5 s。理論上，隨著拌和時(shí)間的增加，PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石會(huì)逐漸變得均勻，達(dá)到一定的均勻性后保持穩(wěn)定。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

首先按照制定的試驗(yàn)方案，以拌和時(shí)間為惟一變量進(jìn)行PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石的拌和。試驗(yàn)一共分為10組，拌和時(shí)間分別是5、10、15、20、25、30、35、40、45、50 s，在原材料和其他拌和條件相同的情況下使用WDZ-600型穩(wěn)定土拌和站進(jìn)行拌和。

拌和完成后迅速出料，將新拌水泥穩(wěn)定碎石置于料車中。縱向?qū)⒘宪囇b料容積分為3個(gè)區(qū)域，并在每個(gè)區(qū)域各取一個(gè)樣品，采樣容積均為5 L。所采集的樣品應(yīng)具有代表性，且能真實(shí)反映混合料拌和均勻的情況。

對(duì)于樣品中的粗集料和PVA纖維，本試驗(yàn)采用“水洗法”進(jìn)行分離提取。采樣完畢后，為防止水泥凝結(jié)對(duì)粗集料及PVA纖維的分離產(chǎn)生影響，應(yīng)盡快將樣品混合料倒入用于水洗混合料的鐵盆中，并加水?dāng)嚢柘♂尅Ｋ催^(guò)程中，為盡可能將PVA纖維全部分離，應(yīng)對(duì)混合料進(jìn)行多次清洗，并用細(xì)密鐵絲網(wǎng)反復(fù)過(guò)濾。此外，對(duì)分離出的集料用孔徑為9.5 mm的篩子篩選出符合試驗(yàn)要求的粗集料。

最后對(duì)分離出來(lái)的粗集料及PVA纖維進(jìn)行稱量，并記錄稱量結(jié)果，以便后續(xù)分析。粗集料和PVA纖維被水洗分離出來(lái)后，應(yīng)先進(jìn)行自然風(fēng)干，再稱量。為保證稱量結(jié)果的準(zhǔn)確性，粗集料用ACS-30電子秤（量程30 kg、分度值10 g）稱量，PVA纖維用CX-12000電子秤（量程500 g、分度值0.01 g）稱量。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)拌和、采樣、水洗分離、干燥、稱量以及分析計(jì)算，最終得到試驗(yàn)結(jié)果，如下頁(yè)的表1所示。

從表1可以看出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例系數(shù)和PVA纖維質(zhì)量的離差系數(shù)，開(kāi)始隨著拌和時(shí)間的增加而逐漸減小，且分別在某一拌和時(shí)間達(dá)到最小，然后出現(xiàn)微小的波動(dòng)。各組樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例系數(shù)和PVA纖維質(zhì)量的離差系數(shù)隨拌和時(shí)間的變化情況如圖1所示。

從圖1可以看出：當(dāng)拌和時(shí)間為25 s時(shí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例系數(shù)和PVA纖維質(zhì)量的離差系數(shù)分別處于最小值，然后開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)；達(dá)到最小值后，各離差系數(shù)值均小于0.05。此外，拌和時(shí)間為25 s時(shí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例系數(shù)和PVA纖維質(zhì)量的均值均在理論值附近。因此，考慮到試驗(yàn)誤差，可認(rèn)為在拌和時(shí)間為25 s時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石達(dá)到拌和均勻，同時(shí)PVA纖維達(dá)到分布均勻。此后隨著時(shí)間的增加均勻性將保持穩(wěn)定。試驗(yàn)所得結(jié)果與理論基本吻合，所以本文所述的均勻性評(píng)價(jià)方法能準(zhǔn)確評(píng)定PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石的均勻性。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1）本文提出了一種評(píng)價(jià)PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石拌和均勻性的新方法，該方法也可用于評(píng)估其他纖維水泥材料的拌和均勻性。

（2）通過(guò)以時(shí)間為單因子變量進(jìn)行拌和試驗(yàn)，證明了該P(yáng)VA纖維水泥穩(wěn)定碎石均勻性評(píng)價(jià)方法合理、可靠，具有可行性。

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[責(zé)任編輯：王玉玲]