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瀝青混合料最大理論相對密度的三種確定方法比較
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瀝青混合料最大理論相對密度的三種確定方法比較
2021年08月11日    閱讀量:22531    新聞來源:瀝青網 sinoasphalt.com  |  投稿

瀝青混合料的最大理論相對密度直接決定了混合料的體積特性,而混合料的體積特性是馬歇爾或Superpave設計方法的決定性因素。因此,有必要對瀝青混合料的理論最大相對密度的確定方法進行對比,減少結果與實際的偏差,用以提高確定瀝青混合料理論最大相對密度的準確性。經使用有效相對密度計算法、真空實測法、瀝青浸漬實測法分別進行試驗,比較瀝青混合料理論最大相對密度的測定結果,認為瀝青浸漬實測法方法簡便可行,人為影響因素小,試驗數據變異性小,對非改性或改性的瀝青都適用,是有效的測量瀝青混合料最大理論相對密度的試驗方法瀝青網sinoasphalt.com。


在交通部發布的《公路瀝青路面施工技術規范》JTGF40-2004中,明確以馬歇爾試驗方法為配合比設計的標準方法,也就是用體積指標的設計方法為主,在美國的Superpave設計方法中,更是提出了準確的4%空隙率的設計方法。因此,對瀝青混合料的各項體積指標,包括密度、空隙率VV、礦料間隙率VMA、瀝青飽和度VFA的測定計算準確與否,直接影響到瀝青混合料的路用性能,而其中的瀝青飽和度VFA和最重要的體積指標空隙率VV是由毛體積相對密度和最大理論相對密度決定的,在毛體積相對密度測定相對準確的情況下,瀝青混合料的最大理論相對密度的準確性就決定了設計的成敗,進而影響到路面的使用性能和使用壽命。同時在路面的壓實度控制中也需要用到最大理論相對密度,也影響到施工質量的管理和評價。因此,有必要對瀝青混合料的最大理論相對密度的確定方法進行對比,減少結果與實際的偏差,用以提高確定瀝青混合料最大理論相對密度的準確性。


一、 最大理論相對密度確定的三個方法
1. 有效相對密度計算法
計算法是用各種成份礦料的配合比、各種成份礦料的表觀相對密度、各種成分礦料的毛體積密度、瀝青的含量(或瀝青的油石比)來計算出瀝青混合料的最大理論相對密度的方法。
混合料的最大理論相對密度γti=(100+Pai)/(100/γse+Pai/γb)
其中:Pai――瀝青混合料中的油石比
γb--瀝青的相對密度(25℃/25℃)
γse――合成礦料的有效相對密度
2. 真空實測法
真空法是想借助負壓使分散的瀝青混合料中的開口孔隙充滿水,強烈振蕩使混合料充分分散,氣泡升出水面,使得混合料達到最大的分散程度,實現空隙率為0的目的,然后再測量混合料密度的方法。
混合料的最大理論相對密度γti=ma/(ma+mb-mc)。
其中:mb――負壓容器與水的總質量;
ma――混合料試樣的凈質量;
mc――瀝青混合料試樣、容器和水的總質量。
3. 瀝青浸漬實測法
瀝青浸漬法是使用與瀝青混合料的結合料相同的物質――瀝青作為介質,在合適的試驗條件下,使得此介質能夠進入混合料內部的開口和閉口空隙中,從而使混合料的空隙率為零,再在此狀態下測定混合料的密度的方法。
由于在現行的試驗規程里還沒有這個方法,因此該方法并不是標準的方法。
A. 試驗用具:瀝青密度和相對密度試驗全套儀器,金屬攪拌棒,瀝青混合料容器(小桶、小盆或小鍋等均可),水中重法全套儀器,烘箱;
B. 準備與瀝青混合料所用的瀝青(或盡量相近的瀝青)相同的瀝青(數量應該滿足倒在小桶上能完全覆蓋試樣);
C. 首先根據《公路工程瀝青及混合料試驗規程》JTJ052-2000中T0603-1993瀝青密度與相對密度試驗的方法測定該瀝青的相對密度γb;
D. 稱量干凈的攪拌棒和小桶的質量m1及它們的水中質量m2;
E. 將500~1000g瀝青混合料裝入小桶中,準確稱量混合料、小桶、攪拌棒的總質量m3;
F. 將裝有攪拌棒及混合料的小桶放入140℃(改性瀝青為165℃)的烘箱中養生1小時,同時將相同的瀝青(約3㎏)放入烘箱中;
G. 1小時后取出瀝青攪拌,待瀝青溫度降至130℃~135℃(改性瀝青為140℃~150℃)時,把瀝青倒到裝有混合料的小桶中,直到完全覆蓋瀝青混合料,用攪拌棒攪拌3min,排出氣泡;
H. 將小桶放到溫度125℃~130℃(改性瀝青140℃~145℃)的烘箱中,隔20min攪拌一次,共攪拌二次,每次攪拌3min,觀察表面無氣泡后放在烘箱中60min;
I. 將裝有攪拌棒及混合料的小桶取出在室溫中放置12~24小時后,準確稱量混合料、小桶、攪拌棒的總質量m4和水中質量m5;
J. 計算瀝青混合料的最大相對理論密度γti=(m3-m1)/【m4-m5-(m1-m2)-(m4-m3)/γb】。


二、 實驗結果比較
我們使用廣州地區普遍容易得到的花崗巖作為集料,分別有粗集料:10-20mm、10-15mm、5-10mm,細集料:0-5mm的石屑、石灰石礦粉,加上普通重交70號B級瀝青,按技術規范要求的配比制成瀝青路面中面層普遍使用的AC-20C密級配瀝青混合料,在不同的三個瀝青油石比下分別用有效相對密度計算法、真空實測法、瀝青浸漬實測法測定該混合料的最大理論相對密度,然后對三種方法算出的最大理論相對密度和礦料的合成有效相對密度進行分析比較,結果如下表1和表2:
三種方法測得的最大理論相對密度和礦料的有效相對密度
(礦料合成表觀相對密度=2.657,礦料合成毛體積相對密度=2.596)表1
油石比% 最大理論相對密度(有效相對密度計算法) 最大理論相對密度(真空實測法) 最大理論相對密度(瀝青浸漬實測法) 礦料的合成有效相對密度(有效相對密度計算法) 反算礦料的合成有效相對密度(真空實測法) 反算礦料的合成有效相對密度(瀝青浸漬實測法)


不同油石比下三種方法測出的最大理論相對密度的標準差和標準差系數

表2[!--empirenews.page--]
油石比% 標準差 標準差系數
最大理論相對密度(有效相對密度計算法) 最大理論相對密度(真空實測法) 最大理論相對密度(瀝青浸漬實測法) 最大理論相對密度(有效相對密度計算法) 最大理論相對密度(真空實測法) 最大理論相對密度(瀝青浸漬實測法)


從表格中可以看出:

1. 無論是最大理論相對密度的標準差系數,還是礦料的合成有效相對密度標準差系數,有效相對密度計算法最少,為零,但不能看作這樣的方法具有代表性。因為有效相對密度計算法是用同一個公式計算出來的,標準差系數的分析沒有意義,我們從試驗過程的分析認為,最大的誤差應該來自測定粗集料的毛體積相對密度時表干法擦水的標準帶有主觀性,即集料的飽和面干狀態很難確定,中間難免會出現人為誤差,而且這個誤差有時對結果影響很大,還有細集料的毛體積相對密度很難測定,現有的《公路瀝青路面施工技術規范》JTGF40-2004中規定的測定方法:當石屑規格為0~5mm,或者雖然已經分開有3~5mm及0~3mm兩檔規格,但材料品種相同時,將其中的2.36mm以下部分篩除后按粗集料方法T0304測定毛體積相對密度,作為這些材料的毛體積相對密度。這個測定方法本身就有誤差。所以不推薦用有效相對密度計算法。
2. 排除了有效相對密度計算法,我們再來看看真空實測法,真空實測法最大理論相對密度的標準差系數與瀝青浸漬實測法最大理論相對密度的標準差系數的比值,在1.827倍到3.296倍之間,而礦料的合成有效相對密度(真空實測法)的標準差系數與礦料的合成有效相對密度(瀝青浸漬實測法)的標準差系數的比值為2.697倍,說明真空實測法的變異程度高,數據代表性程度低。
再從試驗過程中分析,分散的混合料(規程規定細集料團塊分散到6.4mm以下)不可能沒有閉口空隙,這是造成誤差的一個原因,另外仔細分散和不仔細分散也會造成試驗結果的變異。而且一般來說,此方法不適用于吸水率大于3%的多孔性集料的瀝青混合料,且不適用于改性瀝青混合料,測定混合料的范圍有所限制
3. 最后看看瀝青浸漬實測法,無論是最大理論相對密度的標準差系數,還是礦料的合成有效相對密度的標準差系數,都比真空實測法低,平均低2.6倍左右,證明用這個方法測出的數據具有較大的代表性。
從試驗過程中分析,由于試驗中使用了與瀝青混合料的結合料相同的瀝青作為介質,可以很容易使瀝青混合料分散,并充滿瀝青混合料的空隙,使得瀝青混合料在高溫下接近零空隙狀態,而溫度降低,瀝青成為固態,可以非常方便地用水中重法測量密度。而且不論是改性瀝青還是普通瀝青,這個方法都可以適用,避免了現行規范對不同的瀝青用不同方法來確定最大理論相對密度的矛盾,且重復性試驗的精度較高。


三、 結語
瀝青混合料的最大理論相對密度直接決定了混合料的體積特性,而混合料的體積特性是馬歇爾或Superpave設計方法的決定性因素,最大理論相對密度的較小偏差都會引起混合料體積參數的較大變動,使實際偏離設計而影響到瀝青路面的路用性能。
在交通部發布的《公路瀝青路面施工技術規范》JTGF40-2004中,明確了瀝青混合料的最大理論相對密度的確定方法:即對非改性的普通瀝青混合料,要求用真空法實測各組(不同油石比)瀝青混合料的最大理論相對密度,或者只對其中一組(相同油石比)瀝青混合料進行真空法實測最大理論相對密度,然后計算出其他組(不同油石比)的最大理論相對密度(真空實測法);而對改性瀝青或SMA混合料,則根據礦料的有效相對密度、瀝青的相對密度和不同油石比來計算各個不同瀝青用量混合料的最大理論相對密度(有效相對密度計算法)。
我們經過分別使用有效相對密度計算法真空實測法瀝青浸漬實測法來對同一種瀝青混合料進行最大理論相對密度的測試,發現瀝青浸漬實測法方法簡便可行,人為影響因素小,試驗數據變異性小,對非改性或改性的瀝青都適用,是有效的測量瀝青混合料最大理論相對密度的試驗方法。


標簽:施工案例,技術中心,瀝青混凝土
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