本发明属于交通土建工程领域，具体涉及一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法。
背景技术：
确定最佳含水量和最大干密度的常用方法为击实试验方法和振动压实试验方法，成型圆柱形试件和梁式试件所用的方法为静压法，击实方法、振动压实方法和静压法的作用原理不同。
规范规定水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度的确定方法为击实试验方法，击实试验结果的影响因素众多，击实试验工作量大。
技术实现要素：
为了克服现有技术中的以上技术问题，本发明提供一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，该方法可以大大减小工作量。本发明的目的在于通过静压法确定水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度。
本发明的目的具体通过以下方案实现：
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，包括对成型试件施加压力；计算含水量ω和干密度ρ；以含水量ω为横轴，干密度ρ为纵轴建立二次关系曲线，取干密度极值为最大干密度，取最大干密度对应的含水量为最佳含水量。
优选的是，所述成型试件的制备包括以下步骤：
A.制备预定含水量w不同的试料；对于φ50mm×50mm的试件：一个试件约需干土210g-240g；对于φ100mm×100mm的试件：一个试件约需干土2000g-2200g；对于φ150mm×150mm的试件：一个试件约需干土6000g-6400g；
B.将试料进行闷料；
C.闷料完成后，加入预定数量c的水泥并拌合均匀，在拌合完成后1h内成型试件。水泥稳定碎石水泥用量一般为混合料3％～6％，因此，预定数量c为3％～6％。
上述任一方案优选的是，实施步骤A时，制备预定含水量w不同的5-8份试料。本发明的最佳含水量及最大干密度确定方法，是将干密度和含水量形成二次 曲线，然后取极值，得到最佳含水量及最大干密度，如果试料份数太少，则会导致无法得到极值；而如果试料份数太多，会造成周期变长，工作量增加。
上述任一方案优选的是，实施步骤A时，制备预定含水量w不同的6-7份试料。6-7试料份数能保证极值的获得，同时不会增加工作量。
上述任一方案优选的是，实施步骤B，闷料时，将试模内壁涂抹机油。
上述任一方案优选的是，实施步骤B，闷料时，加水量比预定含水量低1％-2％。
上述任一方案优选的是，实施步骤C，成型试件时，所用试模尺寸根据设计级配的最大公称粒径选择。细粒土：试模的直径×高＝φ50mm×50mm；中粒土：试模的直径×高＝φ100mm×100mm；粗粒土：试模的直径×高＝φ150mm×150mm；
上述任一方案优选的是，实施步骤C时，在拌合过程中将预留的水加入。
上述任一方案优选的是，实施步骤C，成型试件时，试模配套的下垫块放入试模的下部，外露2cm，将混合料分2-3次灌入试模，每次灌入后用夯棒轻轻均匀插实，混合料应大致填满试模，使与试模配套的上垫块刚好能放入试模，记录填入的混合料质量m1。试模配套的下垫块放入试模的下部，外露尺寸不能太小，否则试件会被完全压入试模；外露尺寸也不能太大，否则会导致试料不能完全填入。
上述任一方案优选的是，施加压力时，以1mm/min的加载速率加压。加压的加载率不易过大，否则会导致试料破碎；加压的加载率太小又会导致确定周期长，浪费时间。
上述任一方案优选的是，施加压力时，加压到500KN，维持2min及以上卸载。
上述任一方案优选的是，施加压力时，在500KN条件下，维持压力3min后卸载。
上述任一方案优选的是，施加压力时，在500KN条件下，维持压力5min后卸载。
上述任一方案优选的是，施加压力时，在500KN条件下，维持压力7min后卸载。
上述任一方案优选的是，施加压力时，在500KN条件下，维持压力10min后卸载。
上述任一方案优选的是，施加压力时，在500KN条件下，维持压力30min后卸载。
上述任一方案优选的是，施加压力时，在500KN条件下，维持压力50min后卸载。
上述任一方案优选的是，施加压力时，在500KN条件下，维持压力120min后卸载。
上述任一方案优选的是，压力卸载后，脱去试模，测量试件的高度h，计算出试件体积V，称量试件质量m2。
上述任一方案优选的是，计算最佳含水量采用公式：
上述任一方案优选的是，计算最大干密度采用公式：
本发明的基本原理在于：采用成型圆柱形试件所用试模分别装入不同含水量的水泥混合料进行加压，测量加压到500KN时的试件高度，进而算出试件体积。用混合料中集料和水泥的质量之和除以试件体积得到干密度，用拌合水量和试件成型前后损失质量之差除以试件质量得到含水量。建立横轴为含水量、纵轴为干密度的二次关系曲线，取干密度极值为最大干密度，取最大干密度对应的含水量为最佳含水量。
本方法避免了击实试验导致矿料破碎从而导致级配改变的问题；采用击实后试件所含水计算最佳含水量和最大干密度，避免了试件取芯导致的含水量误差。无需烘干，快速计算得到最佳含水量和最大干密度，节省工作量，缩短试验周期。采用本方法确定的最大干密度略大于击实试验确定的最大干密度，最佳含水量略小于击实试验确定的最佳含水量，但是数值相差不大，证明本方法的有效性。
具体实施方式
为了更加清楚、正确地理解本发明的发明内容，下面结合具体实施例对本发明的发明内容进一步进行解释、说明。
实施例1
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，包括以下步骤：
A.根据公路路面基层施工技术规范JTJ034-2000，根据设计级配的最大公称粒径选择试模尺寸：细粒土，试模的直径×高＝φ50mm×50mm；中粒土，试模的直径×高＝φ100mm×100mm；粗粒土，试模的直径×高＝φ150mm×150mm；
B.采用T0804-1994中所示方法制备7份试料，对应7个不同含水量。对于φ50mm×50mm的试件，一个试件约需干土210g-240g；对于φ100mm×100mm的试件，一个试件约需干土2000g-2200g；对于φ150mm×150mm的试件，一个试件约需干土6000g-6400g；
C.根据T0843-2009中提供的方法进行闷料，闷料加水量比预定的含水量低1％-2％，将试模内壁涂抹机油；
D.闷料完成后，加入预定数量的水泥并拌合均匀，在拌合过程中将预留的水加入，在拌合完成后1h内成型试件；
E.将试模配套的下垫块放入试模的下部，外露2cm左右，外露尺寸可以适当增大或减小，但不能太小，否则试件会被完全压入试模；外露尺寸也不能太大，否则会导致混合料不能完全填入。将混合料分2-3次灌入试模，每次灌入后用夯棒轻轻均匀插实。混合料应大致填满试模，使与试模配套的上垫块刚好能放入试模，记录填入的混合料质量m1；
F.将整个试模放在压力机上，以1mm/min的加载速率(不能加载太快，太快石料碎了，太慢时间又太长)加压到500KN，维持压力2min后卸载；
G.将试模脱模后测量高度h，计算出试件体积V，称量试件质量m2；
H.以水泥剂量为c，混合料含水量为w，计算含水量ω和干密度ρ；
I.以含水量ω为横轴，干密度ρ为纵轴建立二次关系曲线，取干密度极值为最大干密度，取最大干密度对应的含水量为最佳含水量。
实施步骤A时，采用规范规定级配范围中值作为设计级配，具体级配如下表所示：
根据最大公称粒径选择试模尺寸。
实施步骤B时，采用规范T0804-1994中的方法制备7个试样，这7个试样对应7个不同的含水量(2.6％、3.6％、4.1％、4.6％、5.1％、5.6％、6.6％)，其中，级配中粒径为0-9.5mm的细粒土称取210-240g，粒径为9.5-26.5mm的中粒土称取2000-2200g；粒径为26.5-31.5mm的粗粒土称取6000-6400g。
实施步骤C时，采用规范T0843-2009中提供的方法对步骤B中制备的试料分别单独进行闷料，闷料加水量比预定的含水量低1％-2％，并将试模内壁涂抹机油。如果集料为黏质土，闷料时间为12-24h；如果是粉质土，闷料时间为6-8h；如果是砂类土、砂砾土、红土砂砾、级配砂砾等，闷料时间可缩短至4h；含土很少的未筛分碎石、砂砾及砂，闷料时间可缩短到2h。
实施步骤D时，将c＝3％(占集料及水泥总重量的重量百分比)的42.5号普通硅酸盐水泥与闷料后的7个试料分别进行拌合形成7份混合料，拌合过程中，加入预定含水量剩余的1％-2％，且在拌合完成后，1小时内成型试件，且成型试件时间越短越好。
实施步骤E时，将7份混合料分别填入试模，每份混合料分2-3次填入，并记录填入的混合料质量m1。
实施步骤F时，以1mm/min的加载率加压到500KN，维持压力2min后卸载。
实施步骤H时，将各个参数带入公式中，计算得到7个含水量ω＝0.04131，0.04247，0.04324，0.04452，0.04528，0.04634，0.04748。
并把各个参数带入公式中，计算得到7个对应的干密度(单位g/cm3)ρ＝2.0436，2.1043，2.2948，2.3328，2.3304，2.3146 2.3029。
其中ω—水泥稳定碎石混合料含水量；
ρ—水泥稳定碎石混合料干密度；
w—混合量含水量；
m1—施加压力之前填入试模内的混合料质量；
c—拌合混合料时添加的水泥剂量；
m2—施加压力后、脱模后试件质量；
V—施加压力后、脱模后试件体积。
实施步骤I时，以步骤H中得到的7个含水量作为横轴，以对应地7个干密度为纵轴，建立二次曲线，并取干密度机制为最大干密度，对应的含水量为最佳含水量。其干密度极值(即最大干密度)为2.33g/cm3，对应最佳含水量为4.4％。
在水泥剂量为3％的条件下，同样进行击实试验，得到水泥剂量为3％时，最佳含水量为4.6％，最大干密度为2.32g/cm3。
可见，采用本发明的水泥稳定碎石采用静压法确定的最大干密度与击实试验的结果误差为(2.33-2.32)/2.32×100％＝0.43％，最佳含水量的误差为(4.6-4.4)/4.6×100％＝4.35％，均在5％以内，说明本发明提供的水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度确定方法的有效性。
实施例2.1
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1基本相同，不同的是，水泥含量为4％，采用本发明提供的方法，实施步骤H时，计算得到含水量为0.04239，0.04328，0.04453，0.04547，0.04636，0.04712，0.04846；干密度(单位g/cm3)为1.9948，2.0564，2.2463，2.3438，2.3396，2.3046，2.2946。实施步骤I时，建立的含水量—干密度的二次关系曲线，得到采用本发明提供的水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度确定方法得到的最大干密度ρ为2.34g/cm3，最佳含水量ω为4.5％。
在水泥剂量为4％条件下，进行击实试验，得到最大干密度ρ为2.34g/cm3，最佳含水量ω为4.7％。
可见，采用本发明的水泥稳定碎石采用静压法确定的最大干密度与击实试验的结果误差为0，最佳含水量的误差为4.26％，均在5％以内，说明本发明提供的水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度确定方法的有效性。
实施例2.2
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1基本相同，不同的是，水泥含量为5％，采用本发明提供的方法，实施步骤H时，计算得到含水量为0.04239，0.04328，0.04453，0.04634，0.04753，0.04838，0.04926，干密度(单位g/cm3)为1.8924，2.1035，2.1754，2.3548，2.3494，2.3406，2.3357。 实施步骤I时，建立的含水量—干密度的二次关系曲线，得到采用本发明提供的水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度确定方法得到的最大干密度ρ为2.35g/cm3，最佳含水量ω为4.6％。
在水泥剂量为5％条件下，进行击实试验，得到最大干密度ρ为2.33g/cm3，最佳含水量ω为4.7％。
可见，采用本发明的水泥稳定碎石水泥稳定碎石确定的最大干密度与击实试验的结果误差为0.86％，最佳含水量的误差为2.13％，均在5％以内，说明本发明提供的水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度确定方法的有效性。
实施例2.3
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1基本相同，不同的是，水泥含量为6％，实施步骤H时，计算得到含水量为0.04216，0.04348，0.04406，0.04613，0.04733，0.04806，0.04943，干密度(单位g/cm3)为1.9235，2.1154，2.1853，2.3503，2.3414，2.3391，2.2347。实施步骤I时，建立的含水量—干密度的二次关系曲线，得到采用本发明提供的水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度确定方法得到的最大干密度ρ为2.35g/cm3，最佳含水量ω为4.6％。
在水泥剂量为6％条件下，进行击实试验，得到最大干密度ρ为2.34g/cm3，最佳含水量ω为4.8％。
可见，采用本发明的水泥稳定碎石水泥稳定碎石确定的最大干密度与击实试验的结果误差为0.43％，最佳含水量的误差为4.17％，均在5％以内，说明本发明提供的水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度确定方法的有效性。
实施例3.1
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1或2.1或2.2或2.3基本相同，不同的是，实施步骤F时，以1mm/min的加载率加压到500KN，维持压力5min后卸载，其结果不变。
实施例3.2
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1或2.1或2.2或2.3基本相同，不同的是，实施步骤F时，以1mm/min的加载率加压到500KN，维持压力3min后卸载，其结果不变。
实施例3.3
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1或2.1或2.2或2.3基本相同，不同的是，实施步骤F时，以1mm/min的加载率加压到500KN，维持压力7min后卸载，其结果不变。
实施例3.4
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1或2.1或2.2或2.3基本相同，不同的是，实施步骤F时，以1mm/min的加载率加压到500KN，维持压力10min后卸载，其结果不变。
实施例3.5
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1或2.1或2.2或2.3基本相同，不同的是，实施步骤F时，以1mm/min的加载率加压到500KN，维持压力30min后卸载，其结果不变。
实施例3.6
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1或2.1或2.2或2.3基本相同，不同的是，实施步骤F时，以1mm/min的加载率加压到500KN，维持压力50min后卸载，其结果不变。
实施例3.7
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1或2.1或2.2或2.3基本相同，不同的是，实施步骤F时，以1mm/min的加载率加压到500KN，维持压力120min后卸载，其结果不变。
实施例1及实施例3.1-3.7说明，实施步骤F时，在500KN的荷载下维持2min及以上，就可保证试件不回弹，从而保证测量结果的准确性。同时，发明人也在500KN的荷载下维持了1min，结果显示，卸掉荷载后，试件回弹，导致实施步骤G时，脱模后的时间高度测量不准确，试件体积计算不准确，从而影响含水量及干密度的计算结果，最终得到的最大干密度及最佳含水量与击实试验相差较大。
实施例4.1
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1基本相同，不同的是，实施步骤B时，制备6个试料，对应含水量为2.6％、3.6％、4.1％、4.6％、5.1％、5.6％。
实施例4.2
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1基本相同，不同的是，实施步骤B时，制备8个试料，对应含水量为2.6％、3.6％、4.1％、4.6％、5.1％、5.6％、6.6％、7.6％。
实施例4.3
一种采用静压法的最佳含水量和最大干密度确定方法，与实施例1基本相同，不同的是，实施步骤B时，制备5个试料，对应含水量为3.6％、4.1％、4.6％、5.1％、5.6％。
实施例4.1-4.3用来说明制备的试料份数，并不对其中的含水量做限制，本领域技术人员可以自行进行选择。
需要说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。