简述沥青混合料理论最大相对密度的确定方法

2012-09-06张宿峰

黑龙江交通科技 2012年12期

张宿峰，齐辉

(1.绥满高速公路牡丹江至哈尔滨段大修工程建设指挥部;2.中咨公路养护检测技术有限公司)

1 前言

沥青混合料理论最大相对密度是计算现场压实度、空隙率的一个非常重要的基准，规范规定将每天实测的最大理论密度作为标准密度。对普通沥青混合料，沥青拌和厂在取样进行马歇尔试验的同时以真空法实测最大理论密度，平行试验的试样数不少于2个，以平均值作为该批混合料铺筑路段压实度的标准密度;但对改性沥青混合料、SMA混合料以每天总量检验的平均筛分结果及油石比平均值计算的最大理论密度为准，也可采用抽提筛分的配合比及油石比计算最大理论密度。

2 真空法试验步骤

(1)将沥青混合料试样装入干燥的负压容器中，称容器及沥青混合料总质量，得到试样的净质量。试样质量应不小于上述规定的最小数量。

(2)在负压容器中注入25±0.5℃的水，将混合料全部浸没，并较混合料顶面高出约2 cm。

(3)将负压容器放到试验仪器上，与真空泵、压力表等连接，开动真空泵，使负压容器内负压在2 min中内达到3.7 kPa±0.3 kPa(27.5 mm ±2.5 mmHg)时，开始计时，同时开动振动装置和抽真空，持续15 min±2 min。为使气泡容易除去，试验前可在水中加0.01%浓度的表面活性剂(如在100 mL水中加0.01 g洗涤灵)。

(4)当抽真空结束后，关闭真空装置和振动装置，打开调压阀慢慢卸压，卸压速度不得大于8 kPa/s(通过真空表读数控制)，使负压容器内压力逐渐恢复。

(5)当负压容器采用A类容器时，将盛试样的容器保温侵入保温至25℃ ±0.5℃的恒温水槽中，恒温10 min±1 min后，称取负压容器与沥青混合料的水中质量(m2)。

(6)结果按下式计算

式中：γt为沥青混合料理论最大相对密度;ma为干燥沥青混合料试样的空中质量，g;m1为负压容器在25℃水中的质量，g;m2为负压容器与沥青混合料在25℃水中的质量，g。

3 计算法具体步骤

对改性沥青或SMA混合料，最大理论相对密度的计算公式如式(2)、式(3)所示。

式中：γti为相对于计算沥青用量Pbi时沥青混合料的最大理论相对密度，无量纲;Pai为所计算的沥青混合料中的油石比，%;Pbi为所计算的沥青混合料的沥青用量，%;Psi为所计算的沥青混合料的矿料含量，%;γse为矿料的有效相对密度，无量纲;γb为沥青的相对密度(25℃/25℃)，无量纲。

最大理论相对密度的计算公式中用到了矿料的有效相对密度，其计算公式如下式(4)

式中：γse为合成矿料的有效相对密度;C为合成矿料的沥青吸收系数;wx为合成矿料的吸水率，%;γsb为材料的合成毛体积相对密度，无量纲;γsa为材料的合成表观相对密度，无量纲。

如计算矿料的有效相对密度需要先计算材料的合成毛体积相对密度和材料的合成表观相对密度。

矿料的合成毛体积相对密度γsb计算公式如下式(7)

式中：P1、P2、…、Pn为各种矿料成分的配比，其和为 100;γ1、γ2、…、γn为各种矿料相应的毛体积相对密度。

粗集料按集料试验规程T 0304方法测定，机制砂及石屑可按集料试验规程T 0330方法测定，也可以用筛出的2.36～4.75 mm部分的毛体积相对密度代替，矿粉(含消石灰、水泥)以表观相对密度代替。

矿料的合成表观相对密度计算公式如下式(8)

式中：P1、P2、…、Pn为各种矿料成分的配比，其和为 100;γ'1、γ'2、…、γ'n为各种矿料按试验规程方法测定的表观相对密度。

通过上面陈列的各式，计算法需要做大量的集料试验，并且试验结果必须准确的情况下才能得出最大理论相对密度的准确值。

4 试验方法比较

对于改性沥青和SMA混合料，规范之所以采用计算法的原因是混合料分散困难，容易造成最大理论密度偏低，而普通沥青混凝土分散容易，误差较小。

从上面的计算公式可看出，计算法需要测量每一档骨料的视密度和毛体积密度，不仅操作复杂而且在计算过程中误差的传递也相当大。

一般在集料密度的测试过程中，即使采用同一批样本，试验所用设备完全相同，测试结果的误差也比较大，一方面是试验人员本身引起的，另外集料本身的石质、规格也对结果有一定的影响。这意味着：(1)相同档次、规格的石料，不同人员测量的结果不同;(2)同样的测量人员，测量的结果也不尽相同。

无论是粗集料还是细集料，表观密度的测量方法比较简单明了，但是由于石料在清洗过程中，细石粉附着在石料颗粒表面难以清洗彻底，且个人对清洗的干净程度掌握不一样，造成表观密度测量结果的偏差较大。

由于无法确定集料密度的真实值，一般情况下只能将多个试验结果的平均值作为真实值，然后以此为依据计算最大理论密度值，大多数试验数据的平均相对误差都大于试验要求的0.02的标准，但是对于同一个试验人员，将实测理论密度的平均误差控制在0.02是可以实现的。表1～表2为应力吸收层混合料理论密度实测值和计算值的对比示例。