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

瀝青混合料；理論最大相對(duì)密度；孔隙率

1 研究背景

瀝青混凝土的孔隙率對(duì)其性能有著重要的影響［1-5］，是瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的一個(gè)重要參數(shù)。而在測(cè)試瀝青混凝土的孔隙率之前需要先測(cè)試瀝青混合料的理論最大相對(duì)密度，因此，理論最大相對(duì)密度試驗(yàn)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(gè)瀝青混合料的比例。而瀝青混合料的理論最大相對(duì)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(shí)的密度。對(duì)于一定質(zhì)量的瀝青混合料，只要測(cè)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(cè)出其理論最大相對(duì)密度?！豆饭こ虨r青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中給出了三種測(cè)試方法：計(jì)算法、真空法、溶劑法［6］。還有人研究用瀝青浸漬法［7］測(cè)試瀝青混合料理論最大相對(duì)密度。為了研究規(guī)范中三種不同測(cè)試方法之間的區(qū)別，以及集料的吸水率對(duì)測(cè)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(duì)密度測(cè)試，并采用不同理論最大相對(duì)密度計(jì)算馬歇爾試件的孔隙率，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析比較。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)所采用材料的指標(biāo)見表1—4。

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

表1 瀝青性能指標(biāo)

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

表2 集料1性能指標(biāo)測(cè)試值

表3 集料2性能指標(biāo)測(cè)試值

表4 集料3性能指標(biāo)測(cè)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(cè)試瀝青混合料理論最大相對(duì)密度的一種方法。試驗(yàn)時(shí)分別測(cè)試瀝青混合料質(zhì)量ma、容器裝滿水時(shí)的質(zhì)量mb、試樣抽真空后容器裝滿水和試樣時(shí)的質(zhì)量mc。瀝青混合料的理論最大相對(duì)密度γt按下式計(jì)算：

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

式中：Pa為油石比；γb為瀝青相對(duì)密度；γse為合成集料的有效相對(duì)密度；γsa為集料的合成表觀相對(duì)密度；γsb為集料的合成毛體積相對(duì)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(cè)試瀝青混合料理論最大相對(duì)密度的一種方法。其計(jì)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(shí)質(zhì)量；γc為溶劑對(duì)水的相對(duì)密度。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

三種方法測(cè)試的瀝青混合料理論最大相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果見表6，采用三種理論最大相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果計(jì)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(jì)算法和真空法的試驗(yàn)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(cè)試方法的原理進(jìn)行分析。

表6 理論最大相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果（單位：g（/cm3））

表7 馬歇爾試件孔隙率測(cè)試結(jié)果

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

3.1真空法根據(jù)真空法的原理，其測(cè)試時(shí)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(duì)測(cè)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(jí)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(shí)，也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響。因此當(dāng)瀝青混合料能夠完全分散時(shí)，可以認(rèn)為真空法測(cè)試的結(jié)果應(yīng)該是準(zhǔn)確的。本試驗(yàn)采用的瀝青混合料為開級(jí)配大孔隙率瀝青混合料，較易分散，可以認(rèn)為本試驗(yàn)中真空法測(cè)試的結(jié)果為準(zhǔn)確的，并以此為準(zhǔn)比較其他測(cè)試方法的結(jié)果。

3.2計(jì)算法從計(jì)算法的公式可以看出，其在計(jì)算瀝青混合料有效體積時(shí)，考慮了集料吸收瀝青對(duì)集料密度的影響，采用集料的有效相對(duì)密度來代替集料的毛體積相對(duì)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(jì)算結(jié)果也可以看出計(jì)算法測(cè)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(duì)計(jì)算法測(cè)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(jì)算的結(jié)果。

表8 采用不同集料密度計(jì)算出的理論最大相對(duì)密度 （單位：g/（cm3））

由表8可以看出，采用集料有效密度計(jì)算的結(jié)果處于采用表觀密度和毛體積密度計(jì)算的結(jié)果之間，和真空法測(cè)試結(jié)果相比，采用表觀密度計(jì)算的結(jié)果偏大而采用毛體積密度計(jì)算的結(jié)果偏小。這是因?yàn)椴捎眉系谋碛^密度計(jì)算時(shí)，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(shí)相當(dāng)于將集料的開口孔隙全部計(jì)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(huì)部分吸收瀝青，采用集料的有效密度計(jì)算時(shí)，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(duì)瀝青的吸收，其值是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出來的，大小和集料的吸水率有關(guān)。所以在使用計(jì)算法時(shí)必須采用集料的有效相對(duì)密度進(jìn)行計(jì)算以得到相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果。

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

表9 計(jì)算法和溶劑法與真空法的偏差 （單位：%）

正因?yàn)槿軇┓y(cè)試時(shí)，集料同樣會(huì)吸收溶劑，所以溶劑法的測(cè)試結(jié)果受集料的吸水率影響較大。表9列出了計(jì)算法和溶劑法測(cè)試結(jié)果與真空法測(cè)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(cè)試結(jié)果和真空法之間的偏差越來越小，而計(jì)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(cè)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(cè)試方法對(duì)瀝青混合料理論最大密度的測(cè)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(shí)，真空法能夠取得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，因此開級(jí)配瀝青混合料應(yīng)優(yōu)先采用真空法測(cè)試；（3）采用集料的有效密度計(jì)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(jí)配瀝青混合料時(shí)可以采用計(jì)算法測(cè)試；（4）溶劑法測(cè)試誤差較大，但隨著集料吸水率的減小，其誤差會(huì)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(duì)瀝青混凝土性能影響實(shí)驗(yàn)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)研究學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（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(bào)，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(bào)，2008，39（10）：1213-1219.

［5］ 徐豫清，葛文璇，來晨霏.孔隙率對(duì)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(yàn)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(cè)定理論最大相對(duì)密度的應(yīng)用研究［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（5）：731-734.

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

WANG Zhengxing1，2，WANG Zhihai3，LIU Zenghong1，2

（1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2.Beijing IWHR-KHL Co.，Ltd，Beijing 100038，China；3.Beijing South-north Water Diversion Project’s Office of 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，and it is not paper.In this article，the theoretic maxi?mum specific gravity of asphalt concrete was tested by different methods applied in the current test stan?dard，and the disadvantages of each method are discussed.At the same time，3 kinds of aggregates with different water absorption have been used to study how the water absorption affects the results.The influ?ence of different test methods is analyzed and is suggestions are given.

Asphalt concrete；Theoretic maximum specific gravity；Porosity

TV431.5

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.03.000

1672-3031（2015）03-0081-05

（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