細集料相對密度對瀝青混合料礦料間隙率的影響研究

尹義林，金牛娟，陳 亮，胡永剛

（上海市市政規(guī)劃設(shè)計研究院，上海市 200031）

0 引言

壓實瀝青混合料的礦料間隙率（VMA）是指瀝青混合料試件中礦料部分以外的體積占混合料總體積的百分率[1]。在瀝青混合料配合比設(shè)計中，VMA是瀝青混合料的重要體積指標(biāo)之一。2004年9月發(fā)布的JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》根據(jù)集料的公稱最大粒徑和設(shè)計空隙率規(guī)定了各種瀝青混合料的最小VMA要求值。配合比設(shè)計過程中，在最佳瀝青用量確定后，應(yīng)檢驗最佳瀝青用量下試件的VMA值是否滿足相應(yīng)的空隙率對應(yīng)的最小VMA要求值[2]。最小VMA要求值是參考國外標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整制定的[2]。我國對VMA的研究仍停留在室內(nèi)研究和理論探討中[3]。

由VMA指標(biāo)的計算公式[1,2]可知，該指標(biāo)是由礦料占瀝青混合料總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（Ps）、試件的毛體積相對密度（γf）、礦料合成毛體積相對密度（γsb）決定的。在礦料合成毛體積密度如何計算上，存在分歧，意見集中在細集料相對密度該如何取值。歷年的試驗規(guī)程也有不同的表述，2000年6月發(fā)布的JTJ 052-2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的T 0705試驗方法規(guī)定細集料相對密度采用表觀相對密度代替[4]，即采用T 0328試驗方法（容量瓶法）[5]。究其原因，這主要是因為細集料毛體積相對密度T 0330試驗方法（坍落筒法）本身存在局限性，國際上存在爭議，飽和面干狀態(tài)難以界定，試驗重復(fù)性和再現(xiàn)性差[2,4,5]。為與國際接軌[1,5]，2011年新發(fā)布的JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》對T 0705試驗方法的一些參數(shù)計算做了較大修訂，其中規(guī)定了計算時，細集料相對密度采用毛體積相對密度。顯然，細集料相對密度取值不同，會導(dǎo)致計算結(jié)果不同，因此，對于同一瀝青混合料，VMA計算結(jié)果也是不同的。自新試驗規(guī)程[1]實施以來，細集料相對密度對VMA計算結(jié)果的影響研究基本未見報道。

本文僅以AC-13瀝青混合料為研究對象，與同行討論不同試驗方法測定的細集料相對密度對VMA、VFA體積指標(biāo)計算結(jié)果的影響。

1 試驗

1.1 原材料

粗、細石灰?guī)r集料：安徽池州金凱礦業(yè)有限公司生產(chǎn)。填料：浙江湖州楊家埠匯眾建材經(jīng)營部生產(chǎn)。瀝青：70號A級，中國石化煉油銷售有限公司提供。各規(guī)格礦料相對密度及吸水率試驗結(jié)果見表1。

表1 各規(guī)格礦料相對密度及吸水率試驗結(jié)果

對細集料（0～2.36）mm的相對密度，本試驗采用了2種方法分別進行試驗。方法1：根據(jù)原試驗規(guī)程JTJ 052-2000的規(guī)定，按T 0328試驗方法（容量瓶法）執(zhí)行，采用表觀相對密度。方法2：根據(jù)新試驗規(guī)程JTG E20-2011的規(guī)定，按T 0330試驗方法（坍落筒法）執(zhí)行，采用毛體積相對密度；或采用細集料中篩取的大于2.36 mm部分按T 0304試驗方法（網(wǎng)籃法）測定的毛體積相對密度代替[1]。對方法2，本試驗采用T 0304試驗方法。

1.2 配合比

由于VMA值受瀝青混合料試件空隙率和瀝青用量等多種因素的影響；礦料級配對礦料合成相對密度、對瀝青混合料的壓實特性也有影響。有必要拉大級配和瀝青用量的差別，以期研究不同配合比下的VMA值改變情況。因此，本試驗設(shè)計了3種級配，通過調(diào)整各規(guī)格礦料比例，使3種級配的關(guān)鍵篩孔（2.36 mm）通過率分別處于規(guī)范級配范圍中值、中值±5%附近。對每種級配分別采用3個瀝青用量，即最佳瀝青用量5.0%、最佳瀝青用量±0.3%進行試驗，最佳瀝青用量的確定過程本文不作贅述。

各規(guī)格礦料占礦料總質(zhì)量的比例見表2。

表2 各規(guī)格礦料占礦料總質(zhì)量的比例

1.3 試件成型與試驗

采用擊實法，雙面各擊實75次，分別成型不同配合比的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件；表干法測定試件的毛體積相對密度；真空法測定理論最大相對密度[1]。

2 結(jié)果與討論

2.1 細集料相對密度對礦料合成毛體積相對密度計算結(jié)果的影響

γsb的計算公式為[1]：

式中：γsb為礦料的合成毛體積相對密度，無量綱；P1、P2、Pn為各規(guī)格礦料占礦料總質(zhì)量的比例（%），其和為 100；γ1、γ2、γn為各規(guī)格礦料相對密度，無量綱。

根據(jù)表1、表2和式（1），按方法1和方法2分別計算得到的γsb見表3。

由表1可見，由于對細集料（0～2.36）mm吸水率大，按T 0304試驗方法測得的毛體積相對密度（2.620）小于按T 0328試驗方法測得的表觀相對密度（2.695），而其他礦料相對密度取值相同，按

表3 不同試驗方法的礦料合成毛體積相對密度計算結(jié)果

式（1）計算，因此，如表3所示，按JTG E20-2011規(guī)定計算獲得的結(jié)果比按JTJ 052-2000規(guī)定計算獲得的結(jié)果均要小。另外，按JTG E20-2011規(guī)定，細集料（0～2.36）mm的比例越大，γsb越小。

2.2 細集料相對密度對VMA和VFA計算結(jié)果的影響

瀝青混合料體積指標(biāo)VV、VMA、VFA的計算公式為[1,2]：

根據(jù)瀝青用量（Ps）、礦料質(zhì)量占瀝青混合料質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（Ps）、表3所列的礦料合成毛體積相對密度（γsb），以及試驗測得的不同配合比瀝青混合料試件毛體積相對密度（γf）和理論最大相對密度（γt），按式（2）～式（4），計算瀝青混合料的體積指標(biāo)。

根據(jù)表4[2]，插值確定不同VV對應(yīng)的最小VMA要求值。

表4 AC-13瀝青混合料的VMA要求

按JTJ 052-2000，細集料采用表觀相對密度時的瀝青混合料體積指標(biāo)計算結(jié)果見表5。

按JTG E20-2011，細集料采用毛體積相對密度時的瀝青混合料體積指標(biāo)計算結(jié)果見表6。

比較表5和表6可見，對于同一配合比的瀝青混合料，γsb不同導(dǎo)致VMA和VFA計算結(jié)果不同。按式（3），γsb減小，VMA計算結(jié)果減??；再按式（4），VMA計算結(jié)果減小，VFA計算結(jié)果減小。因此，表6中的VMA和VFA計算結(jié)果均相應(yīng)的比表5中的要小。另外，對于級配2和級配3，瀝青用量4.7%時，表5中，按JTJ 052-2000，細集料相對密度采用表觀相對密度，VMA計算結(jié)果滿足規(guī)范要求；而表6中，按JTG E20-2011，細集料相對密度采用毛體積相對密度，VMA計算結(jié)果改變?yōu)椴粷M足規(guī)范要求。對于級配3，瀝青用量4.7%時，VFA計算結(jié)果由65.0%降低為62.6%，改變?yōu)椴环?5%～75%的規(guī)范要求[2]?？梢姡谀撤N級配和瀝青用量的條件下，細集料相對密度如何取值會影響到瀝青混合料試驗結(jié)果合格與否的判定。

表5 細集料采用表觀相對密度時的瀝青混合料體積指標(biāo)計算結(jié)果

表6 細集料采用毛體積相對密度時的瀝青混合料體積指標(biāo)計算結(jié)果

為使VMA指標(biāo)能滿足規(guī)范要求，配合比設(shè)計人員通常會通過增加瀝青用量或調(diào)整礦料級配變細等途徑來減小VV值，從而使VMA值能大于較小VV對應(yīng)的最小VMA要求值，以滿足規(guī)范要求。例如，如表6所示，對級配3，瀝青用量4.7%增加到5.0%后，VFA計算結(jié)果改變?yōu)槟軡M足規(guī)范要求。

根據(jù)表5和表6，細集料相對密度采用不同相對密度時的瀝青混合料的VMA和VFA計算結(jié)果變化情況見表7。

細集料（0～2.36）mm的吸水率大，按T 0304試驗方法測得的毛體積相對密度與按T 0328試驗方法測得的表觀相對密度相差較大，且細集料（0～2.36）mm在AC-13瀝青混合料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，因此，對γsb計算結(jié)果影響較大，導(dǎo)致對VMA和VFA計算結(jié)果顯著下降。以致對某些配合比的瀝青混合料，體積指標(biāo)由滿足規(guī)范要求改變?yōu)椴粷M足要求。

表7 VMA和VFA的減小情況匯總

可見，細集料相對密度采用毛體積相對密度時，礦料合成毛體積相對密度以及瀝青混合料的VMA和VFA計算結(jié)果要比采用表觀相對密度時的計算結(jié)果顯著下降?？梢姡V料合成毛體積相對密度參數(shù)的計算方法與國際接軌了，相應(yīng)的瀝青混合料的體積評價指標(biāo)要求也應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。

3 結(jié)論

（1）對礦料合成毛體積相對密度以及瀝青混合料的VMA和VFA，細集料相對密度采用毛體積相對密度時，要比采用表觀相對密度時的計算結(jié)果顯著下降。

（2）現(xiàn)行試驗規(guī)程JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》對礦料合成毛體積相對密度參數(shù)的計算方法作了調(diào)整，導(dǎo)致對某些配合比的瀝青混合料，體積指標(biāo)由滿足規(guī)范要求改變?yōu)椴粷M足要求?，F(xiàn)行規(guī)范JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》在修訂時，相應(yīng)的瀝青混合料的體積評價指標(biāo)VMA和VFA要求也應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。

[1]JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

[2]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]郝培文,徐金枝,肖曼,等.礦料間隙率標(biāo)準(zhǔn)研究進展[J].長安大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2008,28(1):21-25.

[4]JTJ 052-2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[S].

[5]JTG E42-2005,公路工程集料試驗規(guī)程[S].