瀝青混合料理論最大相對密度試驗方法研究

汪正興，王志海，劉增宏

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 北京中水科海利工程技術(shù)有限公司，北京 100038；2.北京市南水北調(diào)大寧管理處，北京 102442）

瀝青混合料理論最大相對密度試驗方法研究

汪正興1，王志海2，劉增宏1

（1.中國水利水電科學(xué)研究院 北京中水科海利工程技術(shù)有限公司，北京 100038；2.北京市南水北調(diào)大寧管理處，北京 102442）

瀝青混合料的理論最大相對密度是瀝青混凝土的一個重要參數(shù)，因而其測試方法的準(zhǔn)確性也尤其重要?，F(xiàn)行試驗規(guī)程中給出了三種用于測試瀝青混合料理論最大相對密度的方法，測試方法并不統(tǒng)一。本文分別采用這3種不同試驗方法對同一瀝青混合料樣品進(jìn)行測試比較，分析了各種試驗方法的不足之處。同時還采用3組不同吸水率的集料研究了集料吸水率對各種測試方法的影響。通過對比試驗揭示了不同試驗方法的對試驗結(jié)果的影響，最后對三種試驗方法提出了建議。

瀝青混合料；理論最大相對密度；孔隙率

1 研究背景

瀝青混凝土的孔隙率對其性能有著重要的影響［1-5］，是瀝青混凝土配合比設(shè)計時需要考慮的一個重要參數(shù)。而在測試瀝青混凝土的孔隙率之前需要先測試瀝青混合料的理論最大相對密度，因此，理論最大相對密度試驗的準(zhǔn)確性就顯得尤為重要。

瀝青混合料是由瀝青、礦料和填料等組成，其內(nèi)部含有各種孔隙，這些孔隙可以分為瀝青混合料之間的開口及閉口孔隙、集料自身的開口孔隙、集料自身的閉口孔隙、試件表面的凹陷四類，瀝青混凝土的孔隙率指的是瀝青混合料之間的開口及閉口孔隙占整個瀝青混合料的比例。而瀝青混合料的理論最大相對密度就是指當(dāng)瀝青混合料之間的開口及閉口孔隙為0時的密度。對于一定質(zhì)量的瀝青混合料，只要測出其扣除混合料之間開口及閉口孔隙的體積（有效體積），就能測出其理論最大相對密度?！豆饭こ虨r青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）中給出了三種測試方法：計算法、真空法、溶劑法［6］。還有人研究用瀝青浸漬法［7］測試瀝青混合料理論最大相對密度。為了研究規(guī)范中三種不同測試方法之間的區(qū)別，以及集料的吸水率對測試結(jié)果的影響，本文使用3組不同吸水率的集料拌制瀝青混合料，分別采用規(guī)范中規(guī)定的三種方法進(jìn)行理論最大相對密度測試，并采用不同理論最大相對密度計算馬歇爾試件的孔隙率，對試驗結(jié)果進(jìn)行分析比較。

2 試驗內(nèi)容

2.1 試驗材料試驗所采用材料的指標(biāo)見表1—4。

由于真空法并不適用于測試密級配瀝青混凝土的理論最大相對密度，為了便于進(jìn)行三種測試方法的比較，本次試驗采用開級配瀝青混合料。其集料配比和瀝青含量如表5。

2.2 試驗方法按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）［6］中的規(guī)定，分別用真空法、計算法、溶劑法測試瀝青混合料的理論最大相對密度，采用體積法測試馬歇爾試件的孔隙率。

表1 瀝青性能指標(biāo)

表2 集料1性能指標(biāo)測試值

表4 集料3性能指標(biāo)測試值

表3 集料2性能指標(biāo)測試值

表5 瀝青混合料配合比 （單位：%）

真空法是采用真空泵抽出瀝青混合料間孔隙的空氣，并使水進(jìn)入其中，使瀝青混合料間的孔隙為0來測試瀝青混合料理論最大相對密度的一種方法。試驗時分別測試瀝青混合料質(zhì)量ma、容器裝滿水時的質(zhì)量mb、試樣抽真空后容器裝滿水和試樣時的質(zhì)量mc。瀝青混合料的理論最大相對密度γt按下式計算：

計算法是通過公式計算組成瀝青混合料各組分的有效體積，進(jìn)而計算出瀝青混合料理論最大相對密度的一種方法。其計算公式如下：

式中：Pa為油石比；γb為瀝青相對密度；γse為合成集料的有效相對密度；γsa為集料的合成表觀相對密度；γsb為集料的合成毛體積相對密度；C為集料的瀝青吸收系數(shù)；ωx為合成礦料的吸水率。

溶劑法是采用瀝青溶劑（一般為三氯乙烯）將瀝青混合料中的瀝青溶解掉，使溶劑進(jìn)入混合料之間的孔隙，從而使瀝青混合料間的孔隙為0來測試瀝青混合料理論最大相對密度的一種方法。其計算公式如下：

式中：ma為容量瓶充滿混合料與溶劑的總質(zhì)量；mb為容量瓶加混合料的質(zhì)量；mc為容量瓶的質(zhì)量；me為容量瓶充滿溶劑時質(zhì)量；γc為溶劑對水的相對密度。

3 試驗結(jié)果及分析

三種方法測試的瀝青混合料理論最大相對密度試驗結(jié)果見表6，采用三種理論最大相對密度試驗結(jié)果計算的馬歇爾試件孔隙率結(jié)果見表7。

從表6和表7可以看出，計算法和真空法的試驗結(jié)果非常接近，而溶劑法和真空法相差較大，且隨著集料吸水率的增大差別也增大，下面從各種測試方法的原理進(jìn)行分析。

表6 理論最大相對密度試驗結(jié)果（單位：g（/cm3））

表7 馬歇爾試件孔隙率測試結(jié)果

另外，從表7的孔隙率測試結(jié)果還可以看出，瀝青混合料理論最大相對密度的測試結(jié)果對孔隙率的計算結(jié)果有較大影響。當(dāng)集料吸水率較大時，分別采用溶劑法與真空法測試的理論最大相對密度計算出的孔隙率值相差2%以上，這在進(jìn)行配合比優(yōu)選時會造成重大影響。

3.1 真空法根據(jù)真空法的原理，其測試時需要將瀝青混合料完全分散，否則真空泵并不能抽出混合料內(nèi)部的小氣泡，從而對測試結(jié)果造成影響。因此真空法不適用于改性瀝青或者難以分散的密級配瀝青混合料。另外，當(dāng)拌合不均勻或者當(dāng)鉆芯、切割造成集料沒有完全被瀝青裹覆時，也會對測試結(jié)果造成影響。因此當(dāng)瀝青混合料能夠完全分散時，可以認(rèn)為真空法測試的結(jié)果應(yīng)該是準(zhǔn)確的。本試驗采用的瀝青混合料為開級配大孔隙率瀝青混合料，較易分散，可以認(rèn)為本試驗中真空法測試的結(jié)果為準(zhǔn)確的，并以此為準(zhǔn)比較其他測試方法的結(jié)果。

3.2 計算法從計算法的公式可以看出，其在計算瀝青混合料有效體積時，考慮了集料吸收瀝青對集料密度的影響，采用集料的有效相對密度來代替集料的毛體積相對密度比較合理。公式中的瀝青吸收系數(shù)C值和集料的吸水率有關(guān)。從表6的計算結(jié)果也可以看出計算法測試的結(jié)果和真空法非常接近。

為了比較采用不同集料密度對計算法測試結(jié)果的影響，表8列出了分別采用集料合成表觀密度、集料合成毛體積密度計算的結(jié)果。

由表8可以看出，采用集料有效密度計算的結(jié)果處于采用表觀密度和毛體積密度計算的結(jié)果之間，和真空法測試結(jié)果相比，采用表觀密度計算的結(jié)果偏大而采用毛體積密度計算的結(jié)果偏小。這是因為采用集料的表觀密度計算時，相當(dāng)于將集料的開口孔隙從混合料體積全部扣除，而采用集料的毛體積密度時相當(dāng)于將集料的開口孔隙全部計入混合料的體積中，而在實(shí)際的瀝青混合料中，集料的開口孔隙會部分吸收瀝青，采用集料的有效密度計算時，正是考慮了這一因素。公式中的瀝青吸收系數(shù)C值考慮了集料對瀝青的吸收，其值是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)回歸得出的經(jīng)驗公式計算出來的，大小和集料的吸水率有關(guān)，所以在使用計算法時必須采用集料的有效相對密度進(jìn)行計算以得到相對準(zhǔn)確的結(jié)果。

3.3 溶劑法 從溶劑法的試驗原理上可以看出，溶劑溶解瀝青后同樣會進(jìn)入集料的開口孔隙，因而溶劑法在計算有效體積時亦將集料的開口孔隙扣除，使得測試的理論最大相對密度偏大。從上面的測試結(jié)果也可以看出，溶劑法的測試結(jié)果比真空法和計算法都大，但和表8中采用集料表觀密度計算的結(jié)果非常接近。這是因為在測試集料表觀密度時也是扣除了集料的開口孔隙，二者在試驗原理上一致。

表8 采用不同集料密度計算出的理論最大相對密度（單位：g（/cm3））

表9 計算法和溶劑法與真空法的偏差 （單位：%）

正因為溶劑法測試時，集料同樣會吸收溶劑，所以溶劑法的測試結(jié)果受集料的吸水率影響較大。表9列出了計算法和溶劑法測試結(jié)果與真空法測試結(jié)果之間的偏差，從表9可以看出，隨著集料吸水率的減小，溶劑法測試結(jié)果和真空法之間的偏差越來越小，而計算法結(jié)果的準(zhǔn)確性幾乎不受集料孔隙率的影響。因此溶劑法只適用于測試集料非常致密，幾乎不吸水的瀝青混合料。

4 結(jié)論

（1）不同測試方法對瀝青混合料理論最大密度的測試結(jié)果有很大的影響；（2）當(dāng)瀝青混合料拌合均勻且能完全分散時，真空法能夠取得準(zhǔn)確的測試結(jié)果，因此開級配瀝青混合料應(yīng)優(yōu)先采用真空法測試；（3）采用集料的有效密度計算瀝青混合料理論最大密度的結(jié)果和真空法很接近，在真空法不適用的情況如密級配瀝青混合料時可以采用計算法測試；（4）溶劑法測試誤差較大，但隨著集料吸水率的減小，其誤差會減小。因而只適用于集料比較致密吸水率較小的瀝青混合料，一般情況下不建議采用。

［1］ 魏誠.孔隙率對瀝青混凝土性能影響實(shí)驗研究［J］.科技信息，2010（2）：149-150.

［2］ 劉增宏，黃昊，郝巨濤，等 .瀝青混凝土空隙率與擊實(shí)次數(shù)的關(guān)系［J］.中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報，2013，11（2）：144-150.

［3］ 張應(yīng)波，王為標(biāo)，蘭曉，等.土石壩瀝青混凝土心墻酸性砂礫石料的適用性研究［J］.水利學(xué)報，2012，43（4）：460-466.

［4］ 郝巨濤.國內(nèi)瀝青混凝土防滲技術(shù)發(fā)展中的重要問題［J］.水利學(xué)報，2008，39（10）：1213-1219.

［5］ 徐豫清，葛文璇，來晨霏.孔隙率對瀝青混合料性能的影響［J］.山西建筑，2010（1）：181-182.

［6］ JTG E40-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［7］ 郭德棟，許宏妹，扈惠敏.瀝青浸漬法測定理論最大相對密度的應(yīng)用研究［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010（5）：731-734.

Research of test method for theoretic maximum specific gravity of asphalt concrete

WANG Zhengxing1，WANG Zhihai2，LIU Zenghong1
（1.Beijing IWHRKHLCo.Ltd.，IWHR，Beijing 100038，China；2.Beijing South-north Water Diversion Project’sOfficeof Daning，Beijing 102442，China）

The theoretic maximum specific gravity is an important index of asphalt concrete，so the test method is also very important.The current test standard has given 3 kinds of methods for testing the theo?retical maximum specific gravity of asphalt concrete.In this article，the theoretic maximum specific gravity of asphalt concrete was tested by different methods applied in the current test standard，and the disadvan?tages of each method are discussed.At the same time，3 kinds of aggregates with different water absorp?tion have been used to study how the water absorption affects the results.The influence of different test methods is analyzed and suggestions are given.

Asphalt concrete；Theoretic maximum specific gravity；Porosity

TV431.5

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.04.013

1672-3031（2015）04-0317-05

（責(zé)任編輯：李 琳）

2014-11-25

汪正興（1984-），男，安徽人，碩士，工程師，主要從事水工瀝青混凝土防滲研究。E-mail：johnnywzx@163.com