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指揮部;2.中咨公路養護檢測技術有限公司)

1 前言

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

2 真空法試驗步驟

(1)將瀝青混合料試樣裝入干燥的負壓容器中，稱容器及瀝青混合料總質量，得到試樣的凈質量。試樣質量應不小于上述規定的最小數量。

(2)在負壓容器中注入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)將負壓容器放到試驗儀器上，與真空泵、壓力表等連接，開動真空泵，使負壓容器內負壓在2 min中內達到3.7 kPa±0.3 kPa(27.5 mm ±2.5 mmHg)時，開始計時，同時開動振動裝置和抽真空，持續15 min±2 min。為使氣泡容易除去，試驗前可在水中加0.01%濃度的表面活性劑(如在100 mL水中加0.01 g洗滌靈)。

(4)當抽真空結束后，關閉真空裝置和振動裝置，打開調壓閥慢慢卸壓，卸壓速度不得大于8 kPa/s(通過真空表讀數控制)，使負壓容器內壓力逐漸恢復。

(5)當負壓容器采用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，稱取負壓容器與瀝青混合料的水中質量(m2)。

(6)結果按下式計算

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量，g;m1為負壓容器在25℃水中的質量，g;m2為負壓容器與瀝青混合料在25℃水中的質量，g。

3 計算法具體步驟

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

式中：γti為相對于計算瀝青用量Pbi時瀝青混合料的最大理論相對密度，無量綱;Pai為所計算的瀝青混合料中的油石比，%;Pbi為所計算的瀝青混合料的瀝青用量，%;Psi為所計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算公式中用到了礦料的有效相對密度，其計算公式如下式(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;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。

如計算礦料的有效相對密度需要先計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為各種礦料相應的毛體積相對密度。

粗集料按集料試驗規程T 0304方法測定，機制砂及石屑可按集料試驗規程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為各種礦料按試驗規程方法測定的表觀相對密度。

通過上面陳列的各式，計算法需要做大量的集料試驗，并且試驗結果必須準確的情況下才能得出最大理論相對密度的準確值。

4 試驗方法比較

對于改性瀝青和SMA混合料，規范之所以采用計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。

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

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

無論是粗集料還是細集料，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果的偏差較大。

由于無法確定集料密度的真實值，一般情況下只能將多個試驗結果的平均值作為真實值，然后以此為依據計算最大理論密度值，大多數試驗數據的平均相對誤差都大于試驗要求的0.02的標準，但是對于同一個試驗人員，將實測理論密度的平均誤差控制在0.02是可以實現的。表1～表2為應力吸收層混合料理論密度實測值和計算值的對比示例。

表1 最大理論相對密度試驗結果(計算法)

續表1

表2 最大理論相對密度試驗結果(實測法)

5 結論

由于多種原因的影響，計算法確定混合料最大密度存在無法預見的誤差傳導，而實測法雖然存在分散困難的缺點，但可通過細化試驗程序來減少誤差，同時實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測法進行選定。

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［1］交通部公路科學研究所.公路工程質量檢驗評定標準 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］交通運輸部公路科學研究所.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTG E-20-2011)［S］.北京：人民交通出版社，2011：232-237.

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