不同測試方法對粗集料表觀密度檢測結果的影響

楊 棟 陳文宏 王皓平 郭丹丹

（中鐵二十一局第三工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

本文通過實驗對不同測試方法對粗集料表觀密度檢測結果的影響進行了研究，利用3組相同料源、不同級配的碎石，利用三種不同檢測方法對其表觀密度進行準確測試，得出三種方法的測試結果存在的偏差，從而為實際施工情況提供參考。

1 樣品及試驗設計

1.1 粗集料

粗集料產(chǎn)自安徽省宣城市涇縣某采石場，其類型為石灰?guī)r碎石，主要化學成分為碳酸鹽及硅鋁酸鹽、并含有微量白云石。試驗用樣品碎石整體光潔干凈，無雜質(zhì)。依據(jù)交通部發(fā)布的JTG E42-2005《公路工程集料試驗規(guī)程》，對該碎石壓碎值、吸水率、針片狀顆粒含量進行檢測，檢測結果如表1所示：

表1 碎石壓碎值、吸水率、針片狀顆粒含量

檢測結果符合JTG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術規(guī)范》中對粗集料的技術要求。

1.2 試驗設計

試驗分別采用JTG E42-2005《公路工程集料試驗規(guī)程》中T0304-2005、法國標準NF P18-559“砂與礫石在石蠟油中的密度測量”以及真空法對三檔碎石分別進行表觀密度試驗，將三種試驗方法所得結果進行整理，分析得出結論。

2 表觀密度試驗

2.1 JTG E42-2005《公路工程集料試驗規(guī)程》T0304-2005

JTG E42-2005《公路工程集料試驗規(guī)程》為我國公路工程行業(yè)對于水泥混凝土和瀝青混合料用粗集料的主要試驗依據(jù)，其特點為成本低，操作簡單，但是卻用時長、易產(chǎn)生誤差。

本試驗嚴格JTG E42-2005《公路工程集料試驗規(guī)程》中T0304-2005的要求，分別對三檔碎石進行取樣、漂洗、浸泡、稱量、計算，所測結果如表2所示：

表2 T0304-2005所得表觀密度結果

2.2 法國標準NF P18-559“砂與礫石在石蠟油中的密度測量”

2.2.1 主要儀器設備及介質(zhì)比重瓶：容積1000ml，直徑45mm-50mm。

真空泵：可獲取壓力47kpa。

石蠟油：本試驗以石蠟油作為介質(zhì)，并準確測得時20℃石蠟油的密度ρ。

2.2.2 實驗步驟

稱取樣品800g，在105℃±5℃的環(huán)境下烘干至恒重，然后放置在盛有無水硫酸鈣指示劑的干燥箱內(nèi)冷卻至室溫備用。

已知標準比重瓶的質(zhì)量為M0，體積為V0，在比重瓶內(nèi)加入適量石蠟油（可沒過樣品即可），測得比重瓶與石蠟油的質(zhì)量M1，將樣品慢慢裝入比重瓶，攪拌后靜置，待氣泡全部排出后，稱量裝好樣品的比重瓶質(zhì)量M2，將樣品放入壓力為47KPa的環(huán)境下保壓2h，然后用石蠟油將比重瓶灌滿，用濾紙吸走瓶外壁以及多余的石蠟油，在20℃±1℃的環(huán)境下冷卻4-6h，稱取質(zhì)量M3。

取3次平行試驗平均值作為結果，由此便可得出三檔碎石樣品的表觀密度，如表3所示：

表3 法國標準NF P18-559所得表觀密度結果

2.3 真空法

真空法是參照GB/T 2999-2002《耐火材料 顆粒體積密度試驗方法》設計的試驗方法，在《公路工程集料試驗規(guī)程》T0304-2005和法國標準NF P18-559兩種試驗中，都沒有最大程度將樣品開口孔隙中的氣體排出徹底，導致試驗結果與真實數(shù)值有一定偏差。而真空法在理論上可以最大程度的排出樣品開口孔隙中的氣體，使測試結果更加準確。相對《公路工程集料試驗規(guī)程》T0304-2005，真空法還可以排出樣品吸水率、水和樣品中微量的化學物質(zhì)反應的缺點。

2.3.1 主要儀器及介質(zhì)

真空干燥箱：能將絕對壓力降至不大于2500Pa，并安裝有負壓表，外部可安裝溢流裝置。

溢流裝置：帶溢流管的液體容器。

無蓋容器：金屬或硬質(zhì)塑料容器，大口徑，無蓋。

航空煤油：本實驗采用標椎航空煤油，標椎密度為0.8g/cm3

2.3.2 試驗步驟

取4.75～9.5mm樣品1000g、9.5～19mm樣品1000g、19～31.5mm樣品1500g，在105℃±5℃的環(huán)境下烘干至恒重，為保證樣品中的微量化學物質(zhì)不與水反應，故不采用水對樣品進行漂洗，改用吹風機對樣品表面進行清理，直至恒重。再次將樣品放入105℃±5℃的環(huán)境下烘干至恒重，然后放置在盛有無水硫酸鈣指示劑的干燥箱內(nèi)冷卻至室溫備用。

冷卻至室溫后，準確稱取試樣質(zhì)量M1，將樣品放入無蓋容器中，關閉真空干燥箱流水閥，溫度設施為20℃±1℃，關緊箱門，開啟抽真空裝置。當內(nèi)部負壓達到2500Pa時，保壓30min。

連接溢流裝置與真空干燥箱，溢流裝置內(nèi)倒?jié)M航空煤油，關閉抽真空裝置，打開真空干燥箱流水閥，使航空煤油壓入無蓋容器中，直至沒過樣品20mm。關閉真空干燥箱流水閥，取下溢流裝置，再次打開抽真空裝置，當內(nèi)部負壓達到2500Pa時，保壓30min。

保壓結束后，關閉真空干燥箱，打開進氣閥卸壓，待壓強平衡后，取出無蓋容器。小心的將樣品轉(zhuǎn)移至網(wǎng)籃中，測得樣品在航空煤油中的浮重M2。

故樣品表觀密度：ρa=0.8M1/（M1-M2）

取3次平行試驗平均值作為結果，由此便可得出真空法測得三檔碎石樣品的表觀密度，如表4所示：

表4 真空法所得表觀密度結果

3 結論及原因分析

3.1 試驗結論

通過實驗，得到了JTG E42-2005《公路工程集料試驗規(guī)程》中T0304-2005、法國標準NF P18-559“砂與礫石在石蠟油中的密度測量”和真空法所測得的三檔碎石分別的表觀密度，如表5所示：

表5 三種方法測得的碎石表觀密度（g/cm3）

由表可知， 《公路工程集料試驗規(guī)程》T0304-2005所測得的結果整體相對較大，而法國標準NF P18-559與真空法所測得的結果相近，真空法所測得的結果比NF P18-559略小。且在整個試驗中，碎石顆粒范圍越小，三種方法測得的結果差值越大。

3.2 原因分析

在《公路工程集料試驗規(guī)程》T0304-2005試驗方法中，使用介質(zhì)為水，樣品的吸水以及樣品中微量化學成分，如氧化鈣等物質(zhì)會與水發(fā)生反應。由于樣品的吸水和微量化學成分無法保證完全相同，故會產(chǎn)生誤差，導致結果略有偏差。

在整個試驗中，碎石顆粒范圍越小，碎石整表面積會增加，相對應的開口氣孔也大量增加，同時與介質(zhì)接觸不完全的氣孔不能很好的將氣體排出，所以導致法國標準NF P18-559和真空法的整體結果比T0304-2005要小。真空法所采用的負壓法在樣品與介質(zhì)接觸前，就進行了負壓抽真空，比法國標準NF P18-559的抽真空更徹底，所以導致真空法所測得的結果比NF P18-559略小。

碎石的表觀密度對混合物的性能有影響，尤其是瀝青混合料的理論相對最大密度和孔隙率，整個試驗表明三種方法都有不同程度的誤差，但法國標準NF P18-559和真空法整體略優(yōu)于《公路工程集料試驗規(guī)程》T0304-2005。以此為實際試驗檢測和施工提供參考。