簡述瀝青混合料理論最大相對密度的確定方法

張宿峰，齊 輝

(1.綏滿高速公路牡丹江至哈爾濱段大修工程建設(shè)指揮部;2.中咨公路養(yǎng)護(hù)檢測技術(shù)有限公司)

1 前言

瀝青混合料理論最大相對密度是計(jì)算現(xiàn)場壓實(shí)度、空隙率的一個非常重要的基準(zhǔn)，規(guī)范規(guī)定將每天實(shí)測的最大理論密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度。對普通瀝青混合料，瀝青拌和廠在取樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)的同時以真空法實(shí)測最大理論密度，平行試驗(yàn)的試樣數(shù)不少于2個，以平均值作為該批混合料鋪筑路段壓實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)密度;但對改性瀝青混合料、SMA混合料以每天總量檢驗(yàn)的平均篩分結(jié)果及油石比平均值計(jì)算的最大理論密度為準(zhǔn)，也可采用抽提篩分的配合比及油石比計(jì)算最大理論密度。

2 真空法試驗(yàn)步驟

(1)將瀝青混合料試樣裝入干燥的負(fù)壓容器中，稱容器及瀝青混合料總質(zhì)量，得到試樣的凈質(zhì)量。試樣質(zhì)量應(yīng)不小于上述規(guī)定的最小數(shù)量。

(2)在負(fù)壓容器中注入25±0.5℃的水，將混合料全部浸沒，并較混合料頂面高出約2 cm。

(3)將負(fù)壓容器放到試驗(yàn)儀器上，與真空泵、壓力表等連接，開動真空泵，使負(fù)壓容器內(nèi)負(fù)壓在2 min中內(nèi)達(dá)到3.7 kPa±0.3 kPa(27.5 mm ±2.5 mmHg)時，開始計(jì)時，同時開動振動裝置和抽真空，持續(xù)15 min±2 min。為使氣泡容易除去，試驗(yàn)前可在水中加0.01%濃度的表面活性劑(如在100 mL水中加0.01 g洗滌靈)。

(4)當(dāng)抽真空結(jié)束后，關(guān)閉真空裝置和振動裝置，打開調(diào)壓閥慢慢卸壓，卸壓速度不得大于8 kPa/s(通過真空表讀數(shù)控制)，使負(fù)壓容器內(nèi)壓力逐漸恢復(fù)。

(5)當(dāng)負(fù)壓容器采用A類容器時，將盛試樣的容器保溫侵入保溫至25℃ ±0.5℃的恒溫水槽中，恒溫10 min±1 min后，稱取負(fù)壓容器與瀝青混合料的水中質(zhì)量(m2)。

(6)結(jié)果按下式計(jì)算

式中：γt為瀝青混合料理論最大相對密度;ma為干燥瀝青混合料試樣的空中質(zhì)量，g;m1為負(fù)壓容器在25℃水中的質(zhì)量，g;m2為負(fù)壓容器與瀝青混合料在25℃水中的質(zhì)量，g。

3 計(jì)算法具體步驟

對改性瀝青或SMA混合料，最大理論相對密度的計(jì)算公式如式(2)、式(3)所示。

式中：γti為相對于計(jì)算瀝青用量Pbi時瀝青混合料的最大理論相對密度，無量綱;Pai為所計(jì)算的瀝青混合料中的油石比，%;Pbi為所計(jì)算的瀝青混合料的瀝青用量，%;Psi為所計(jì)算的瀝青混合料的礦料含量，%;γse為礦料的有效相對密度，無量綱;γb為瀝青的相對密度(25℃/25℃)，無量綱。

最大理論相對密度的計(jì)算公式中用到了礦料的有效相對密度，其計(jì)算公式如下式(4)

式中：γse為合成礦料的有效相對密度;C為合成礦料的瀝青吸收系數(shù);wx為合成礦料的吸水率，%;γsb為材料的合成毛體積相對密度，無量綱;γsa為材料的合成表觀相對密度，無量綱。

如計(jì)算礦料的有效相對密度需要先計(jì)算材料的合成毛體積相對密度和材料的合成表觀相對密度。

礦料的合成毛體積相對密度γsb計(jì)算公式如下式(7)

式中：P1、P2、…、Pn為各種礦料成分的配比，其和為 100;γ1、γ2、…、γn為各種礦料相應(yīng)的毛體積相對密度。

粗集料按集料試驗(yàn)規(guī)程T 0304方法測定，機(jī)制砂及石屑可按集料試驗(yàn)規(guī)程T 0330方法測定，也可以用篩出的2.36～4.75 mm部分的毛體積相對密度代替，礦粉(含消石灰、水泥)以表觀相對密度代替。

礦料的合成表觀相對密度計(jì)算公式如下式(8)

式中：P1、P2、…、Pn為各種礦料成分的配比，其和為 100;γ'1、γ'2、…、γ'n為各種礦料按試驗(yàn)規(guī)程方法測定的表觀相對密度。

通過上面陳列的各式，計(jì)算法需要做大量的集料試驗(yàn)，并且試驗(yàn)結(jié)果必須準(zhǔn)確的情況下才能得出最大理論相對密度的準(zhǔn)確值。

4 試驗(yàn)方法比較

對于改性瀝青和SMA混合料，規(guī)范之所以采用計(jì)算法的原因是混合料分散困難，容易造成最大理論密度偏低，而普通瀝青混凝土分散容易，誤差較小。

從上面的計(jì)算公式可看出，計(jì)算法需要測量每一檔骨料的視密度和毛體積密度，不僅操作復(fù)雜而且在計(jì)算過程中誤差的傳遞也相當(dāng)大。

一般在集料密度的測試過程中，即使采用同一批樣本，試驗(yàn)所用設(shè)備完全相同，測試結(jié)果的誤差也比較大，一方面是試驗(yàn)人員本身引起的，另外集料本身的石質(zhì)、規(guī)格也對結(jié)果有一定的影響。這意味著：(1)相同檔次、規(guī)格的石料，不同人員測量的結(jié)果不同;(2)同樣的測量人員，測量的結(jié)果也不盡相同。

無論是粗集料還是細(xì)集料，表觀密度的測量方法比較簡單明了，但是由于石料在清洗過程中，細(xì)石粉附著在石料顆粒表面難以清洗徹底，且個人對清洗的干凈程度掌握不一樣，造成表觀密度測量結(jié)果的偏差較大。

由于無法確定集料密度的真實(shí)值，一般情況下只能將多個試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為真實(shí)值，然后以此為依據(jù)計(jì)算最大理論密度值，大多數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均相對誤差都大于試驗(yàn)要求的0.02的標(biāo)準(zhǔn)，但是對于同一個試驗(yàn)人員，將實(shí)測理論密度的平均誤差控制在0.02是可以實(shí)現(xiàn)的。表1～表2為應(yīng)力吸收層混合料理論密度實(shí)測值和計(jì)算值的對比示例。

表1 最大理論相對密度試驗(yàn)結(jié)果(計(jì)算法)

續(xù)表1

表2 最大理論相對密度試驗(yàn)結(jié)果(實(shí)測法)

5 結(jié)論

由于多種原因的影響，計(jì)算法確定混合料最大密度存在無法預(yù)見的誤差傳導(dǎo)，而實(shí)測法雖然存在分散困難的缺點(diǎn)，但可通過細(xì)化試驗(yàn)程序來減少誤差，同時實(shí)測法的誤差是一次性的，因此，對于使用改性瀝青混合料的建議最大理論密度仍采用實(shí)測法進(jìn)行選定。

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［1］交通部公路科學(xué)研究所.公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn) 第一章土建工程(JTG F80-1-2004)［S］.北京：人民交通出版社，2004：27-40.

［2］交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E-20-2011)［S］.北京：人民交通出版社，2011：232-237.

［3］交通部公路科學(xué)研究所.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F40-2004)［S］.北京：人民交通出版社，2004：79-90.