沥青混合料最大理论相对密度的三种确定方法比较

　　摘要：沥青混合料的最大理论相对密度直接决定了混合料的体积特性，而混合料的体积特性是马歇尔或Superpave设计方法的决定性因素。因此，有必要对沥青混合料的理论最大相对密度的确定方法进行对比，减少结果与实际的偏差，用以提高确定沥青混合料理论最大相对密度的准确性。经使用有效相对密度计算法、真空实测法、沥青浸渍实测法分别进行试验，比较沥青混合料理论最大相对密度的测定结果，认为沥青浸渍实测法方法简便可行，人为影响因素小，试验数据变异性小，对非改性或改性的沥青都适用，是有效的测量沥青混合料最大理论相对密度的试验方法。
　　
　　关键词：沥青混合料；最大理论相对密度；有效相对密度计算法；真空实测法；沥青浸渍实测法。
　　
　　在交通部发布的《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40－2004中，明确以马歇尔试验方法为配合比设计的标准方法，也就是用体积指标的设计方法为主，在美国的Superpave设计方法中，更是提出了准确的4％空隙率的设计方法。因此，对沥青混合料的各项体积指标，包括密度、空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA的测定计算准确与否，直接影响到沥青混合料的路用性能，而其中的沥青饱和度VFA和最重要的体积指标空隙率VV是由毛体积相对密度和最大理论相对密度决定的，在毛体积相对密度测定相对准确的情况下，沥青混合料的最大理论相对密度的准确性就决定了设计的成败，进而影响到路面的使用性能和使用寿命。同时在路面的压实度控制中也需要用到最大理论相对密度，也影响到施工质量的管理和评价。因此，有必要对沥青混合料的最大理论相对密度的确定方法进行对比，减少结果与实际的偏差，用以提高确定沥青混合料最大理论相对密度的准确性。
　　一、 最大理论相对密度确定的三个方法
　　1． 有效相对密度计算法
　　计算法是用各种成份矿料的配合比、各种成份矿料的表观相对密度、各种成分矿料的毛体积密度、沥青的含量（或沥青的油石比）来计算出沥青混合料的最大理论相对密度的方法。
　　混合料的最大理论相对密度γti＝（100+Pai）/（100/γse+Pai/γb）
　　其中：Pai――沥青混合料中的油石比
　　γb－－沥青的相对密度（25℃/25℃）
　　γse――合成矿料的有效相对密度
　　2． 真空实测法
　　真空法是想借助负压使分散的沥青混合料中的开口孔隙充满水，强烈振荡使混合料充分分散，气泡升出水面，使得混合料达到最大的分散程度，实现空隙率为0的目的，然后再测量混合料密度的方法。
　　混合料的最大理论相对密度γti＝ma/（ma+mb－mc）。
　　其中：mb――负压容器与水的总质量；
　　ma――混合料试样的净质量；
　　mc――沥青混合料试样、容器和水的总质量。
　　3． 沥青浸渍实测法
　　沥青浸渍法是使用与沥青混合料的结合料相同的物质――沥青作为介质，在合适的试验条件下，使得此介质能够进入混合料内部的开口和闭口空隙中，从而使混合料的空隙率为零，再在此状态下测定混合料的密度的方法。
　　由于在现行的试验规程里还没有这个方法，因此该方法并不是标准的方法。
　　A. 试验用具：沥青密度和相对密度试验全套仪器，金属搅拌棒，沥青混合料容器（小桶、小盆或小锅等均可），水中重法全套仪器，烘箱；
　　B. 准备与沥青混合料所用的沥青（或尽量相近的沥青）相同的沥青（数量应该满足倒在小桶上能完全覆盖试样）；
　　C. 首先根据《公路工程沥青及混合料试验规程》JTJ052－2000中T0603－1993沥青密度与相对密度试验的方法测定该沥青的相对密度γb；
　　D. 称量干净的搅拌棒和小桶的质量m1及它们的水中质量m2；
　　E. 将500～1000g沥青混合料装入小桶中，准确称量混合料、小桶、搅拌棒的总质量m3；
　　F. 将装有搅拌棒及混合料的小桶放入140℃（改性沥青为165℃）的烘箱中养生1小时，同时将相同的沥青（约3㎏）放入烘箱中；
　　G. 1小时后取出沥青搅拌，待沥青温度降至130℃～135℃（改性沥青为140℃～150℃）时，把沥青倒到装有混合料的小桶中，直到完全覆盖沥青混合料，用搅拌棒搅拌3min，排出气泡；
　　H. 将小桶放到温度125℃～130℃（改性沥青140℃～145℃）的烘箱中，隔20min搅拌一次，共搅拌二次，每次搅拌3min，观察表面无气泡后放在烘箱中60min；
　　I. 将装有搅拌棒及混合料的小桶取出在室温中放置12～24小时后，准确称量混合料、小桶、搅拌棒的总质量m4和水中质量m5；
　　J. 计算沥青混合料的最大相对理论密度γti＝（m3－m1）/【m4－m5－（m1－m2）－（m4－m3）/γb】。
　　二、 实验结果比较
　　我们使用广州地区普遍容易得到的花岗岩作为集料，分别有粗集料：10-20mm、10-15mm、5-10mm，细集料：0-5mm的石屑、石灰石矿粉，加上普通重交70号B级沥青，按技术规范要求的配比制成沥青路面中面层普遍使用的AC－20C密级配沥青混合料，在不同的三个沥青油石比下分别用有效相对密度计算法、真空实测法、沥青浸渍实测法测定该混合料的最大理论相对密度，然后对三种方法算出的最大理论相对密度和矿料的合成有效相对密度进行分析比较，结果如下表1和表2：
　　三种方法测得的最大理论相对密度和矿料的有效相对密度
　　（矿料合成表观相对密度＝2.657，矿料合成毛体积相对密度＝2.596）表1
　　油石比％ 最大理论相对密度（有效相对密度计算法） 最大理论相对密度（真空实测法） 最大理论相对密度（沥青浸渍实测法） 矿料的合成有效相对密度（有效相对密度计算法） 反算矿料的合成有效相对密度（真空实测法） 反算矿料的合成有效相对密度（沥青浸渍实测法）

　　不同油石比下三种方法测出的最大理论相对密度的标准差和标准差系数
　　表2

《沥青混合料最大理论相对密度的三种确定方法比较》

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