不同測試方法對(duì)粗集料表觀密度檢測結(jié)果的影響

楊 棟 陳文宏 王皓平 郭丹丹

（中鐵二十一局第三工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

本文通過實(shí)驗(yàn)對(duì)不同測試方法對(duì)粗集料表觀密度檢測結(jié)果的影響進(jìn)行了研究，利用3組相同料源、不同級(jí)配的碎石，利用三種不同檢測方法對(duì)其表觀密度進(jìn)行準(zhǔn)確測試，得出三種方法的測試結(jié)果存在的偏差，從而為實(shí)際施工情況提供參考。

1 樣品及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 粗集料

粗集料產(chǎn)自安徽省宣城市涇縣某采石場，其類型為石灰?guī)r碎石，主要化學(xué)成分為碳酸鹽及硅鋁酸鹽、并含有微量白云石。試驗(yàn)用樣品碎石整體光潔干凈，無雜質(zhì)。依據(jù)交通部發(fā)布的JTG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》，對(duì)該碎石壓碎值、吸水率、針片狀顆粒含量進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表1所示：

表1 碎石壓碎值、吸水率、針片狀顆粒含量

檢測結(jié)果符合JTG/T 3650-2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中對(duì)粗集料的技術(shù)要求。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分別采用JTG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》中T0304-2005、法國標(biāo)準(zhǔn)NF P18-559“砂與礫石在石蠟油中的密度測量”以及真空法對(duì)三檔碎石分別進(jìn)行表觀密度試驗(yàn)，將三種試驗(yàn)方法所得結(jié)果進(jìn)行整理，分析得出結(jié)論。

2 表觀密度試驗(yàn)

2.1 JTG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》T0304-2005

JTG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》為我國公路工程行業(yè)對(duì)于水泥混凝土和瀝青混合料用粗集料的主要試驗(yàn)依據(jù)，其特點(diǎn)為成本低，操作簡單，但是卻用時(shí)長、易產(chǎn)生誤差。

本試驗(yàn)嚴(yán)格JTG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》中T0304-2005的要求，分別對(duì)三檔碎石進(jìn)行取樣、漂洗、浸泡、稱量、計(jì)算，所測結(jié)果如表2所示：

表2 T0304-2005所得表觀密度結(jié)果

2.2 法國標(biāo)準(zhǔn)NF P18-559“砂與礫石在石蠟油中的密度測量”

2.2.1 主要儀器設(shè)備及介質(zhì)比重瓶：容積1000ml，直徑45mm-50mm。

真空泵：可獲取壓力47kpa。

石蠟油：本試驗(yàn)以石蠟油作為介質(zhì)，并準(zhǔn)確測得時(shí)20℃石蠟油的密度ρ。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

稱取樣品800g，在105℃±5℃的環(huán)境下烘干至恒重，然后放置在盛有無水硫酸鈣指示劑的干燥箱內(nèi)冷卻至室溫備用。

已知標(biāo)準(zhǔn)比重瓶的質(zhì)量為M0，體積為V0，在比重瓶內(nèi)加入適量石蠟油（可沒過樣品即可），測得比重瓶與石蠟油的質(zhì)量M1，將樣品慢慢裝入比重瓶，攪拌后靜置，待氣泡全部排出后，稱量裝好樣品的比重瓶質(zhì)量M2，將樣品放入壓力為47KPa的環(huán)境下保壓2h，然后用石蠟油將比重瓶灌滿，用濾紙吸走瓶外壁以及多余的石蠟油，在20℃±1℃的環(huán)境下冷卻4-6h，稱取質(zhì)量M3。

取3次平行試驗(yàn)平均值作為結(jié)果，由此便可得出三檔碎石樣品的表觀密度，如表3所示：

表3 法國標(biāo)準(zhǔn)NF P18-559所得表觀密度結(jié)果

2.3 真空法

真空法是參照GB/T 2999-2002《耐火材料 顆粒體積密度試驗(yàn)方法》設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，在《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》T0304-2005和法國標(biāo)準(zhǔn)NF P18-559兩種試驗(yàn)中，都沒有最大程度將樣品開口孔隙中的氣體排出徹底，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)數(shù)值有一定偏差。而真空法在理論上可以最大程度的排出樣品開口孔隙中的氣體，使測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。相對(duì)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》T0304-2005，真空法還可以排出樣品吸水率、水和樣品中微量的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)的缺點(diǎn)。

2.3.1 主要儀器及介質(zhì)

真空干燥箱：能將絕對(duì)壓力降至不大于2500Pa，并安裝有負(fù)壓表，外部可安裝溢流裝置。

溢流裝置：帶溢流管的液體容器。

無蓋容器：金屬或硬質(zhì)塑料容器，大口徑，無蓋。

航空煤油：本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)椎航空煤油，標(biāo)椎密度為0.8g/cm3

2.3.2 試驗(yàn)步驟

取4.75～9.5mm樣品1000g、9.5～19mm樣品1000g、19～31.5mm樣品1500g，在105℃±5℃的環(huán)境下烘干至恒重，為保證樣品中的微量化學(xué)物質(zhì)不與水反應(yīng)，故不采用水對(duì)樣品進(jìn)行漂洗，改用吹風(fēng)機(jī)對(duì)樣品表面進(jìn)行清理，直至恒重。再次將樣品放入105℃±5℃的環(huán)境下烘干至恒重，然后放置在盛有無水硫酸鈣指示劑的干燥箱內(nèi)冷卻至室溫備用。

冷卻至室溫后，準(zhǔn)確稱取試樣質(zhì)量M1，將樣品放入無蓋容器中，關(guān)閉真空干燥箱流水閥，溫度設(shè)施為20℃±1℃，關(guān)緊箱門，開啟抽真空裝置。當(dāng)內(nèi)部負(fù)壓達(dá)到2500Pa時(shí)，保壓30min。

連接溢流裝置與真空干燥箱，溢流裝置內(nèi)倒?jié)M航空煤油，關(guān)閉抽真空裝置，打開真空干燥箱流水閥，使航空煤油壓入無蓋容器中，直至沒過樣品20mm。關(guān)閉真空干燥箱流水閥，取下溢流裝置，再次打開抽真空裝置，當(dāng)內(nèi)部負(fù)壓達(dá)到2500Pa時(shí)，保壓30min。

保壓結(jié)束后，關(guān)閉真空干燥箱，打開進(jìn)氣閥卸壓，待壓強(qiáng)平衡后，取出無蓋容器。小心的將樣品轉(zhuǎn)移至網(wǎng)籃中，測得樣品在航空煤油中的浮重M2。

故樣品表觀密度：ρa(bǔ)=0.8M1/（M1-M2）

取3次平行試驗(yàn)平均值作為結(jié)果，由此便可得出真空法測得三檔碎石樣品的表觀密度，如表4所示：

表4 真空法所得表觀密度結(jié)果

3 結(jié)論及原因分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)，得到了JTG E42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》中T0304-2005、法國標(biāo)準(zhǔn)NF P18-559“砂與礫石在石蠟油中的密度測量”和真空法所測得的三檔碎石分別的表觀密度，如表5所示：

表5 三種方法測得的碎石表觀密度（g/cm3）

由表可知， 《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》T0304-2005所測得的結(jié)果整體相對(duì)較大，而法國標(biāo)準(zhǔn)NF P18-559與真空法所測得的結(jié)果相近，真空法所測得的結(jié)果比NF P18-559略小。且在整個(gè)試驗(yàn)中，碎石顆粒范圍越小，三種方法測得的結(jié)果差值越大。

3.2 原因分析

在《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》T0304-2005試驗(yàn)方法中，使用介質(zhì)為水，樣品的吸水以及樣品中微量化學(xué)成分，如氧化鈣等物質(zhì)會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)。由于樣品的吸水和微量化學(xué)成分無法保證完全相同，故會(huì)產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致結(jié)果略有偏差。

在整個(gè)試驗(yàn)中，碎石顆粒范圍越小，碎石整表面積會(huì)增加，相對(duì)應(yīng)的開口氣孔也大量增加，同時(shí)與介質(zhì)接觸不完全的氣孔不能很好的將氣體排出，所以導(dǎo)致法國標(biāo)準(zhǔn)NF P18-559和真空法的整體結(jié)果比T0304-2005要小。真空法所采用的負(fù)壓法在樣品與介質(zhì)接觸前，就進(jìn)行了負(fù)壓抽真空，比法國標(biāo)準(zhǔn)NF P18-559的抽真空更徹底，所以導(dǎo)致真空法所測得的結(jié)果比NF P18-559略小。

碎石的表觀密度對(duì)混合物的性能有影響，尤其是瀝青混合料的理論相對(duì)最大密度和孔隙率，整個(gè)試驗(yàn)表明三種方法都有不同程度的誤差，但法國標(biāo)準(zhǔn)NF P18-559和真空法整體略優(yōu)于《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》T0304-2005。以此為實(shí)際試驗(yàn)檢測和施工提供參考。