葡氏试验-法国规范.doc

法国规范NF P 94-0931999年10月ICS: 93.020P 94-093土壤：勘探和实验确定材料击实参考值标准葡氏实验-改良葡氏实验章程：由法国标准化协会会长1999年9月5日确定，于1999年10月5日生效的合法法国规范。代替1997年9月的合法规范NF P 94-093一致性：在本规章公布之日，没有任何欧洲或国际工程被称为与之相同的主题。概要：本规范规定了材料击实的如下特征：标准葡氏实验和改良葡氏实验最佳含水率和密度。描述：土壤、材料、鉴别、测定、特征、击实、定量、水、密度、实验样本制备、实验。与被替代的规范相比：-实验仪器的尺寸有所改变，-使用的击实筒的实际容积是根据几何学测量而定的，并在测量时加入了误差。法国标准化协会出版发行目录扉页委员会序言1. 适用范围2. 标准参考值3. 定义和符号4. 实验原理5. 仪器5.1 特殊仪器5.2 常用仪器6. 实验样本制备6.1 提取样本6.2 制备式样7. 操作方法7.1 选择击实筒型号7.2 实施实验8. 实验结果表达9. 实验记录10. 检查-特殊设备附件A 大于20mm的颗粒含量小于总量30%的材料的修正A.1 假设A.2 修正公式附件B 制备含粘土材料使用的垂直快速搅拌器样本法国标准化协会 1999第一次印刷，99-10-F委员会公路土方：土方施工 BNSR CTT标准化协会成员会长：BOLLE 先生秘书：JOUBERT先生BNSR-SETRAABDO先生 CIMBETONBERRAUD先生 BOUYGUESBOLLE先生BUFALO先生 VALERIANGANDILLE先生 GUINTOLIGUIMONT先生 BNSR-SETRALAVEAU先生 法国国家铁路公司MANOJLOVIC先生 CEMAGREFMICHAUT先生 COLASPOILPRE先生 RAZELPREL先生 EDF-TEGGPUECH先生 SCETAUROUTEPUIATTI先生 LHOISTPAYNAUD先生 巴黎机场RINCENT先生 RINCENT BTP SERVICESSCHAEFFNER先生 LCPCSMERECKI先生 法国标准化协会VERHEE先生 USIRF1 适用范围本规范适用于测定材料击实的特性。这些特性即最优含水率和最大干密度。根据对式样的击实力度，将实验分为标准葡氏实验和改良葡氏实验，它们会导致几对不同的值。本规范适用于在NF P 11-300分类中定义的材料，其最大粒径（Dmax）不超过20mm。材料可以是天然的，也可以是经过生石灰和/或水硬粘结料处理的。当材料中粒径大于20mm的颗粒数量小于或等于总量的30%时，通过修正对0/20部分测量得到的特性，也可以测定其特性。附件A中明确了写出了修正方式。当材料中粒径大于20mm的颗粒数量大于总量的30%时，则对0/20的部分进行实验，但其结果的表达被限定在其含水状态的评估上。此外，与路基材料和排水材料相关的NF P 98-231-1规范对本规范做出了补充。注释：葡氏击实中的特性参数对于鉴别材料起到了重要的作用（尤其在根据NF P 11-300规范分类时），同样，在确定击实规范时也起到了重要的作用，在这些特性被用于填方和垫层施工时，可使用击实规范。在测定松散的材料，例如白垩、泥灰岩、页岩、砂岩和软石灰石等材料的特征时，按照原本级配改变实验自身击实过程，这些特性则失去了部分或全部意义。在这种情况下，实验需要特殊说明。2标准参考资料本规范包括其他出版物注明日期和未注明日期的参考资料。在文章中恰当的位置引用这些参考资料，下文中列举了这些出版物。对于注明日期的参考资料，这些出版物如果有修正案或修改，那么只有在修正案并入出版物时才被使用。对于未注明日期的参考资料，参考使用的是其最新出版的版本。NF P 11-300 土方施工-对建造公路下部结构中垫层和填方所使用的材料划分了类别。NF P 94-078 土壤：勘探和实验-浸泡后的CBR指数-未浸泡的CBR指数-未浸泡的承载指数-测量CBR击实筒中击实的式样。NF P 98-231-1 与公路相关的实验-材料击实性能（用有机结合料处理的除外）-第一部分：用于建造路基的砾料和沙子的改良葡氏试验。NF P 94-049-1 土壤：勘探和实验-测定材料含水重量-第一部分：微波炉烘干法。NF P 94-049-2 土壤：勘探和实验-测定材料含水重量-第二部分：烤盘或辐射板烘干法。NF P 94-050 土壤：勘探和实验-测定材料含水重量-烘箱烘干。3 定义和符号本规范需要使用以下定义： w为含水率，用百分数表示； s为土壤中固体颗粒的密度，以吨/立方米计； d为干燥土壤密度，以吨/立方米计； w为水的密度，以吨/立方米计，按照惯例，一立方米为一吨； Sr为饱和度，用百分数表示： I. CBR是浸泡之后的CBR承载比，用百分数表示； IPI是未浸泡之前的承载比，用百分数表示； Dmax是土壤最大粒径，如果只有分散的几个大粒径的颗粒，则其粒径不能算作土壤的最大粒径；击实力度（kNm/m3）=在公式中： N为击实总次数； H为击锤落距； m为击锤质量； g为重力加速度； V为击实筒中击实的材料体积。注：OPN为标准葡氏实验的最优含水量（轻型）OPM为改良葡氏实验的最优含水量（重型）4 实验原理通过标准葡氏实验和改良葡氏实验测定材料的葡氏击实特性。两种实验的原理是相同的，唯一不同的是击实功参数值。实验原理在于给式样加水以得到不同的含水率并将其击实，每个含水率都要用常规的击实方式和力度。对每一个含水率值测定式样的干密度，按照含水率值绘制干密度变化曲线。通常，这条曲线被称为葡氏曲线，通过一个特定的含水率值，得到材料的最大干密度。根据实验，这两个值被称为标准葡氏击实最佳特性或改良葡氏击实。注释1：本规范更特别地用5个点确定了葡氏曲线。它涉及到了一个最小值和所有能够以更多点划定这条曲线并毫无疑问符合规范的实验。注释2：通常，测定未浸泡CBR承载比和/或浸泡后的CBR承载比和/或承载指数的实验和葡氏试验一起做，因为这些实验都要将式样装入击实筒并按照本规范中要求的方法击实（参看NF P 94-078规范）5实验仪器5.1 特殊仪器特殊仪器包括： 一个击实底座，由一块表面平坦并且水平的混凝土制成，尺寸至少为3030cm，厚度至少30cm。 两种击实筒- 葡氏击实筒- CBR击实筒两种击实筒都由一个筒身，一个底板和一个护筒构成。筒身可以是整体铸造的或有接缝的。其元件的形状和可用尺寸应该符合图1中的要求。CBR击实筒另外还有一个垫块，其形状和尺寸也应符合图1的要求。 两种手动击实锤- 标准葡氏击实锤的圆柱形锤体直径为51mm1mm，击锤在导筒中滑动，要求落距为305mm2mm。可活动设备总质量为24902.5g。击实锤的其他形状和可用尺寸都应符合图1的要求。- 改良葡氏击实锤的设计与标准葡氏击实锤相似，但落距为457mm2mm，可活动设备总质量为4535g5g。这个击实锤的其他形状和可用尺寸都应符合图1的要求。 一个刮尺，用一个钢薄片制成，其形状和尺寸应符合图1的要求； 机械击实仪，如果其符合以下要求，则使用机械击实仪更好：1） 击锤的质量、直径、落距，如果有导筒，导筒的厚度都要符合图1的要求；2） 遵照第7.2段中规定的打击分布方式；3） 机械运动可使击实筒底座在击实锤打击时直接受到机架的支撑；如果情况并非如此，则每个材料都要测量确认手动和机械方法得到的最大密度之间的差距不超过1%；4） 机器被放置在混凝土底座上，底座厚度不得少于30cm。图1 特殊仪器5.2 常用仪器 标称尺寸为5mm和20mm的方孔筛； 天平，最大量程和分度值都适用于要称量的质量，例如称量时允许的误差为称量值的1/1000; 恒温箱或烘干设备，用标准方法测定材料的含水率(NF P 94-049-1，NF P 94-049-2，NF P 94-050)； 密闭容器（或袋子），用于维持式样的含水率； 喷水壶； 还有可能用到机动搅拌分离器，槽容量至少为10dm3（参看附件B中的例子）； 脱模机（在击实筒为整体铸造的情况下）； 其他设备和工具。6. 实验样本的制备6.1 提取样本做一次实验所使用材料的总质量应该能满足在葡氏曲线上的每个点上都能提取到不同的样本，因为在测定葡氏曲线上不同的点时，同一件式样不可重复使用。根据材料的颗粒度以及根据在测定击实特性、浸泡后的CBR承载比和/或未经浸泡的承载指数时同时要测定的对象，材料总质量在15kg至100kg之间不等。图2明确了这些质量。图中为用5个点测定葡氏曲线时需要的最小材料质量。否否是是是否否式式样中粒径20mm的部分大于总量的30%只只有经过对式样的含水状态评估才能做实验式式样中含有粒径20mm的部分否否否否是是是是式式样最大粒径Dmax5mm还还要测定CBR承载比和未浸泡承载系数否否否否是是是是还还要测定CBR承载比和未浸泡承载系数还还要测定CBR承载比和未浸泡承载系数否否是是还还要测定CBR承载比或未浸泡承载系数115kg440kg880kg440kg880kg550kg1100kgx图2 实验所需干式样最小量示意图6.2 制备式样如果有必要，所有提取的材料都要经过风干或在不高于50的温度下烘干，直到式样足够干燥可以开始试验。在烘干之后，将式样过20mm筛，只有过筛料可以用于实验。将式样搅拌均匀，用肉眼判断，将其分成至少5等份。未加湿至某含水率的部分，例如至少三份，最多四份式样的含水率应在以下范围内分布：0.8wOPN(或OPM)至1.2wOPN(或OPM)加湿之后，按照式样的粘滞度，每份式样都被保存在密封的盒子或者袋子里搁置一段时间，这样，材料中的水分就可以充分地在试样中分布。用每一部分材料，制备出用于测定葡氏曲线上每一个点的式样（有必要的情况下，也测定某些含水率的式样的未浸泡承载系数、未浸泡CBR承载比、和浸泡之后的CBR承载比）。注释：每一部分式样的加湿是试验中最难处理的部分。第一个难点在于：在选择每一部分式样的含水率时，我们并不知道材料的wOPN和wOPM。所以实验操作者就需要估计一个接近的值，因此，他就要通过观察和触摸来测试，并且，操作者的经验对估计值的准确性也是具有决定性的。如果经验不足，实验操作者就将面临的是，他要用多于5个点确定葡氏曲线，所以他也就要准备更多材料并将其分成更多份。第二个难点在于：在材料内部加水的方式，在任何情况下，这个步骤都要缓慢操作，在材料表面要均匀分布，尽可能使用喷水壶，在加水时要不停搅拌。另外，这些操作方法也要取决于材料的粘滞度（根据NF P 11-300规范而定）： 如果材料为沙状或砾状，则可用手动的方式搅拌，搅拌工具型号不限。静置于密封盒子或袋子里15分钟就足以使其达到均一； 如果材料为泥土状或沙土状，可以继续用沙状和沙砾状的搅拌方式拌合，但静置于密封盒子或袋子里的时间要达到2或3小时； 如果材料为黏土状，则应先将其碾成0/2的粉末（肉眼观察）。手动搅拌会通常会很枯燥漫长，使用搅拌分离器会大大简化这个过程。之后，用喷水壶给磨碎的式样加水，加水的同时要不停的搅拌，可以手动搅拌，用搅拌分离器搅拌更好。在加水并用肉眼观察到拌合作用下的式样性质稳定后，将式样放入密封的盒子或袋子里静置，根据材料粘滞度，放置时间为24小时至48小时。7. 操作方法7.1 选择击实筒型号根据材料的颗粒度和预期实验结果来确定击实筒型号，正如示意图中所示（图3）图3 选择击实筒型号7.2 实施实验选好击实筒和实验性质之后，则开始击实湿式样，如6.2所示，并且要按照表1中的方法操作。表1 标准葡氏实验和改良葡氏实验操作方式在将式样放入击实筒之前要做的是： 安装：击实筒、底板和护筒； 如有必要，在击实筒内壁涂润滑油； 在用到CBR击实筒时，在桶底放置垫块； 为了让脱模更加容易，有可能要在葡氏击实筒底部或CBR击实筒垫块上铺上滤纸或塑料薄膜。放入式样，在击实之后，对于标准葡氏实验和改良葡氏实验，第一层式样的高度要分别略高于击实筒高度的三分之一或五分之一。用相应的击实锤击实这一层，根据下图，每层击实次数分别为25次和56次，按照层数要求，每层都重复这些击实次数。图4 每层击实锤击实分布原则示意图最后一层击实完成之后，拆掉护筒，式样超出筒顶不大于1cm。仔细修平超出筒顶的部分，直到其高度和筒顶齐平，修平的方法为从中心向击实筒周围刮。如果在修平的时候刮出了10mm的颗粒，将式样表面上的小洞留下，用刮尺修光的精细的材料填补小洞。称击实筒和式样的总重量： 如果不准备继续进行实验测定CBR承载比和/或未浸泡承载指数，则将式样从击实筒中推出，然后，取一个代表性式样来测定含水率； 相反的是，如果同时还准备测定未浸泡承载指数，则立即开始进行贯入实验（根据NF P 94-078规范），之后再进行脱模和干燥，从而测定其含水率； 如果同时还准备测定未浸泡承载指数和浸泡后的CBR承载比，则应该击实两个相同的式样，第一个用来测定未浸泡承载指数和含水率，第二个浸泡四天后根据NF P 94-078规范进行贯入实验； 最后，如果只想同时测定浸泡后的CBR承载比，在击实之后，式样立即被放入水中浸泡（参看NF P 94-078规范），从击实筒中取出式样的含水率则用制备式样时没有用到的加湿过的剩余材料测定。在6.2描述的条件下，每一份加湿的材料都要重复以上操作。应用于经生石灰和/或水硬粘结料处理的材料的特殊规范为了测定经生石灰和/或水硬粘结料处理的材料的压实参考值，从实验中没有经过处理的材料中取出一些被加湿的部分（如6.2段所述），每一份材料都进行如下操作： 在只用生石灰处理的情况下：- 根据要求的量在试样中加入生石灰并手动拌合，用拌合分离机效果更佳（参看附件B），直到式样通过肉眼观察达到颗粒度稳定，颜色均匀；- 将得到的式样放入密闭容器（袋子或盒子）中静置1h10min，温度要保持在5-30之间；- 静置结束之后，按照所需击实功的大小（标准葡氏实验或改良葡氏实验），按照本段中描述的方式击实混合物。 在只用水硬粘结料处理的情况下：- 操作方法与用生石灰处理的材料相同，但是静置时间最多不能超过15min。 在既用生石灰，又用水硬粘结料处理的情况下：- 首先在试样中掺入生石灰并静置，方法如同只加生石灰的材料，然后再用水硬粘结料处理加过生石灰并静置过的材料，方法如同只加水硬粘结料的材料；- 根据所需击实功的大小（标准葡氏实验或改良葡氏实验），将经水硬粘结料处理过的材料静置最多15分钟，按照本段中描述的方式击实材料。8实验结果表达每一份被击实的式样都需要计算： 含水率； 击实筒中干式样的质量； 根据实际使用的击实筒容量，算出材料的密度，通过几何测量法测定，误差在0.1mm以内。式样干密度值和相对应的含水率按照d=f(w%)画出图表，如图5所示。其刻度比为：密度每增加0.1t/m3，含水率降低2%。然后按照实验得出的点调整并画出曲线。除非材料的渗透性非常强，否则曲线都会有一个峰值，这个点的纵横坐标则分别为标准葡氏实验最大干密度和最优含水率（根据完成的实验，也可以是改良葡氏实验）。实验结果的表达，密度的容许误差为0.01t/m3，含水率的容许误差为0.1个百分点。应该按照方程式d=f(w%)来绘制图表：其中：Sr=100和80%/m3s=2.70t/m3如果将测得的式样s值代入，这个值可以用于绘制两条曲线。图5 实验记录举例9. 实验记录实验记录中至少要包含如下信息： 做实验的组织； 对本实验规范的参考； 项目信息（项目名称、号码、参考等）； 式样信息（取样日期和地点、探坑号、探坑深度等）以及可能添加的粘合剂信息（性质、产地、剂量、配方）； 开始实验的日期； 实验类型，“标准葡氏实验”或“改良葡氏实验”； 选用击实筒的类型，葡氏击实筒或CBR击实筒； 测定含水率的方法； 干密度和含水率图表以及实验得到的点（未经颗粒度修改）； 80%和100%饱和度曲线，以及选定的s值； 20mm或5mm可能筛余的百分比； 以下数值：- 干密度dOPN或dOPM；- 相对应的最优含水率wOPN或wOPM。10. 检查-特殊设备至少每两年检查一次手动击实锤的质量和