灌砂法适用于现场测定细粒土、砂类土和砾类土压实层和基层、底基层、沥青贯入式面层等的压实度,但不适用于填石路堤等有大孔洞或大空隙的结构压实度测试,试样的最大粒径不大于15 mm。 测定密实层的厚度小于15 cm 时,可以采用φ100 mm 的小型灌砂筒;如果大粒径超过15 mm,但不大于40 mm,测定层的厚度为15 ~20 mm 时,则应选用φ120 cm 的大灌砂筒。
1)仪器与材料
①灌砂筒。 金属材质,其内径为100 mm(或150 mm),总高360 mm。 灌砂筒主要分两部分:上部为储砂筒,筒深270 mm(容积约2 120 cm3 或4 600 cm3),筒底中心有一个直径为10 mm(或15 mm)的圆孔;下部为一倒置的锥形圆漏斗,漏斗上端开口的直径为10 mm(或15 mm),并焊接在一块直径为100 mm(或150 mm)的铁板上,铁板中心有一直径为10 mm(或15 mm)的圆孔与漏斗的上口相接。 在储砂筒与漏斗之间设有开关。 开关为一薄铁板,一端与筒底与漏斗铁板铰接在一起,另一端伸出筒身外。 开关铁板上也有一个直径为10 mm(或15 mm)的圆孔。 将开关向左移动时,开关铁板上的圆孔恰好与筒底圆孔及漏斗上开口相对,即3 个圆孔在平面重叠在一起,砂就可以通过圆孔自由落下;将开关向右移动时,开关将筒底圆孔堵塞,砂即停止下落。
灌砂筒的形式和主要尺寸如图3.1 所示。
②金属标定罐。 其为内径100 mm(或150 mm)、高150 mm 的金属罐(可用薄铁皮制作),上端周围有一罐缘。
③基板。 其为边长350 mm、深40 mm 的金属方盘,盘中心有一直径为100 mm(或150 mm)的圆孔。
④打洞及洞中取料的合适工具,如凿子、铁锤、长把勺、长把小簸箕、毛刷等。
⑤玻璃板。 其为边长500 ~600 mm 的方形板。
⑥铝盒或试样盘。 小筒挖出的试样可用铝盒存放,大筒挖出的试样可用300 mm ×500 mm×40 mm 的搪瓷试样盘存放。
⑦电子秤。 分度值不大于5 g。
⑧其他。 铝盒、天平、烘箱等。
图3.1 灌砂筒和标定罐(单位:mm)
2)量砂
量砂为粒径0.25 ~0.5 mm 的清洁干燥的均匀砂,20 ~40 kg。 使用前应先洗净、烘干,筛分至符合要求并放置24 h 以上,使其与空气的湿度达到平衡。
3)仪器标定
标定灌砂设备下部圆锥体内砂的质量的步骤如下:
①在储砂筒内装灌砂。 筒内砂的高度与筒顶的距离不超过15 mm。 称取筒内砂的质量m1,精确至1 g。 每次标定及之后的试验都维持这个质量不变。
②将开关打开,让砂流出,并使流出砂的体积与工地所挖试洞体积相当(或等于标定罐的容积)。 然后关上开关,并称量筒内砂的质量m5,精确至1 g。
③将灌砂筒放在玻璃板上,打开开关,让砂流出,直到筒内砂不再下流时,关上开关,并细心地取走灌砂筒下部圆锥体的砂。
④重复上述量测至少3 次,最后取其平均值m2,精确至1 g。
4)确定量砂的松方密度ρs(g/cm3)
①用水确定标定罐的容积V(精确至1 mL)。 将空罐放在台秤上,使罐的上口处于水平位置,读记罐的质量m7,精确至1 g。 向标定罐中灌水,注意不要将水弄到台秤上或罐的外壁。将一直尺放在罐顶,当罐中水面快要接近直尺时,用滴管往罐口加水,直到水面接触直尺。 移去直尺,读记罐和水的总质量mg,精确至1 g。 重复测量时,仅需用吸管从罐中取出少量水,并用滴管重新将水加满到接触直尺。 标定罐的体积按下式计算:
②在储砂筒中装满质量为m1 的砂,并将灌砂筒放在标定罐上,打开开关,让砂流出,直到储砂筒内的砂不再下流时,关闭开关。 取下灌砂筒,称量筒内剩余的砂质量,精确至1 g。
③重复上述测量至少3 次,最后取其平均值m3,精确至1 g。
④按下式计算填满标定罐所需砂的质量mα:
式中 m1——灌砂入标定罐前,筒内砂的质量,g;
m2——灌砂筒下部圆锥体内砂的平均质量,g;
m3——灌砂入标定罐后,筒内剩余砂的质量,g。
⑤按下式计算砂的密度ρs:(www.xing528.com)
5)测试步骤
①在试验地点,选一块平坦地面(面积不得小于基板面积),并将其清扫干净,将基板放在此平坦表面上。 若此表面的粗糙度较大,则将盛有量砂m5 的灌砂筒放在基板中间的圆孔上,打开灌砂筒开关,让砂流入基板的中孔中,直到储砂筒内的砂不再下流时关闭开关。 取下量砂筒,并称筒内砂的质量m6,精确至1 g。
②取走基板,将流在试验地点的量砂收回,重新将表面清扫干净。
③将基板放在清扫干净的表面上,沿基板中孔凿洞,洞的直径与灌砂筒直径一致。 在凿洞过程中,应注意不使凿出的试样丢失,并随时将凿松的材料取出,放在已知质量的塑料袋内密封。 试洞的深度应等于碾压层的厚度。 凿洞毕,称此塑料袋中全部试样的质量,精确至1 g。 减去塑料袋的质量后,即为试样的总质量mt。
④从挖出的全部试样中取出有代表性的样品,放入铝盒中,测定其含水率ω。 样品数量:用小灌砂筒测试时,对于细粒土,不少于1 00 g;对于各种中粒土,不少于5 00 g。 用中灌砂筒测试时,对于细粒土,不少于200 g;对于各种中粒土,不少于1 000 g;对于粗粒土或水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定材料,宜将取出的材料全部烘干,且不少于2 000 g,称其质量md。 用大型灌砂筒测试时,宜将取出的材料全部烘干,称其质量md。
⑤将基板安放在试洞上,将灌砂筒安放在基板中间(储砂筒内放满砂到恒质量m1,使灌砂筒的下口对准基板的中孔及试洞。 打开灌砂的开关,让砂流入试洞内。 在此期间,应注意勿碰动灌砂筒,直到储砂筒内的砂不再下流时关闭开关。 小心取走灌砂筒,称量筒内剩余砂的质量m4,精确至1 g。
⑥若清扫干净的平坦表面上粗糙度不大,则不需要放置基板,将灌砂筒直接放在已挖好的试洞上,打开筒的开关,让砂流入试洞内。 在此期间,应注意勿碰动灌砂筒。 直到储砂筒的砂不再下流时关闭开关。 小心取走灌砂筒,称量筒内剩余砂的质量m4,精确至1 g。
⑦取出试洞内的砂,以备下次试验时使用。 若量砂的湿度已发生变化或量砂中混有杂质,则应重新烘干、过筛,并放置一段时间,使其与空气的湿度达到平衡后再用。
⑧若试洞内有较大空隙,量砂可能进入空隙时,则应按试洞外形松弛地放入一层柔软的纱布,然后再进行灌砂工作。
6)结果整理
填灌试洞所需砂的质量mb 按下式计算:
灌砂时,试洞上放有基板的情况下:
灌砂时,试洞上不放基板的情况下:
式中 m1——灌砂入试洞前筒内砂的质量,g;
m2——灌砂筒下部圆锥体内砂的平均质量,g;
m4——灌砂入试洞后筒内剩余砂的质量,g;
m5 -m6——灌砂筒下部圆锥体内及基板和粗糙表面间砂的总质量,g。
测试地点试样的湿密度ρ 可按下式计算:
式中 mt——试洞中取出砂的全部土样的质量,g;
mb——填满试洞所需砂的质量,g;
ρs——量砂的密度,g/cm3。
试样的干密度ρd、压实度K 的计算公式同式(3.2)和式(3.3);当为水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土时,可按式(3.10)计算密度。 本试验的记录格式如表3.2 所示,其余同环刀法。
式中 ρd——当为水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土时的密度,g/cm3;
md——试坑中取出的稳定土的烘干质量,g。
表3.2 密度试验记录(灌砂法)
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