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摘要:沥青混合料的毛体积实测密度是沥青路面中至关重要的一个指标,它不公控制着沥青混合料配合比设计,而且对沥青路面的压实度有着较大的影响。本文从沥青混合料密度的定义出发,深刻揭示了不同测定方法对沥青混合料配合比和质量控制的影响,实验结果表明,沥青混合料的毛体积实测密度,采用蜡封法比较科学,但应注意蜡封法的具体要求。
关键词:沥青混合料 毛体积密度 测定方法 蜡封法
0 引言
压实沥青混合料的实测毛体积密度是沥青混合料配合比设计和沥青路面质量控制的一个至关重要的指标,它直接影响着沥青混合料的空隙率、骨架间隙率、沥青混合料的饱和度以及现场的压实度等,同时对沥青路面的车辙、推移、开裂、松散也有着重要的影响,因此准确地测定压实沥青混合料的毛体积密度是非常重要的。本文针对我国沥青路面修筑的现实,从理论和实验来分析论证沥青混合料密度的测定方法,以指导沥青混合料的配合比设计质量控制。
1 沥青混合料毛体积密度测定方法及其存在的问题
《公路工程沥青及混合料试验规程》(JTJ052-2000)中关于沥青混合料试件的密度测定方法规定有4种,即水中重法(T0705)、表干法(T0706)、蜡封法(T0707)以及体积法(T0708)。
规范规定不同的测定方法适用于不同的情况。现将各种方法的基本原理分析如下:
1.1 水中重法 水中重法测定的是沥青混合料试件的湿密度或表观相对密度,其基本原理是一个物体的体积等于其在水中的缺失的重量。该法的基本前提是要求试件不吸水或水不能进入试件内。其体积部分包括矿质实体和闭口孔隙大小,而不包括开口孔隙和试件表面的凹陷不平。对于沥青混合料试件要保证其不吸水,可能比较困难,这是因为对于一般较致密的碎石,通常其吸水率也有1%左右,何况沥青混合料试件。
规范中规定水中重法适用于测定几乎不吸水的密实Ⅰ型沥青混合料的表观密度;但未规定几乎不吸水的程度。而且水中重法测定的湿比重与沥青混合料试件本身的毛体积特性概念不相符,这一方法应尽量少用。
1.2 表干法 表干法测定的是压实沥青混合料试件的毛体积密度,所谓毛体积是指试件饱和面干状态下表面轮廓水膜所包裹的全部体积,试件内与外界流通的所有开口孔隙均已被水充满,试件的体积包括矿质实体和沥青体积,集料内部的闭口孔隙率和集料之间已被沥青封闭的闭孔隙与外界流通的孔隙都计入了体积,但是试件轮廓以外的试件表面的凹陷是不包括在内。表干法毛体积相对密yf的基本计算公式是:
yf=ma
式中:ma—沥青混合料试件的空中质量;
mw—水中质量;
mf—试件表干质量;
这种方法适用于密实级配表面光滑的沥青混合料,对于表面粗糙密级配沥青混合料、开级配沥青混合料,如OGFC、SMA、SAC、AK等,采用该法也易产生问题。这是因为对于这些级配沥青混合料通常空隙较大且相互联通,当使用水置法测试时易产生问题。
对于孔隙联通的沥青混合料试件,当水浸满后拿出来测定表干重量时,易使其联通空隙中的水反渗出来,从而使测定的密度会变大。
对于两种不同的沥青混合料,其剩余空隙率均为6%,但一种为细级配沥青混凝土,一种为粗级配沥青混凝土,这两种沥青混凝土虽然空隙体积率相同,但空隙在其中的分布不相同,在粗级配沥青混凝土中孔隙数量少,但体积大且相互连通,而在细级配沥青混凝土中孔隙数理多,但体积小,相互联通的少。粗级配沥青混凝土中,大的连通孔隙反渗出来的机率要比细级配沥青混凝土的要多,从而会使测定毛体积变小,密度偏大。这就是一些粗级配沥青混凝土比细沥青混凝土级配在同样空隙率下出现渗水的原因。
1.3 蜡封法 蜡封法测定的也是沥青混合了试件的毛体积密度,其基本机理是用蜡把开口空隙封闭起来成为假象的饱和面状态,所以这与表干法是一个意思,都是以包括开口空隙及闭口空隙中内的毛体积作为计算密度体积用的,蜡封法若测定准确是一个比较科学的方法,但该法费时、废试件,操作难度大,有钱当蜡的温度太高时,易使蜡进入开口空隙中,从而影响了沥青混合料毛体积密度测定值。
1.4 体积法 体积法测定的也是沥青混合料试件的毛体积密度,其毛体积包括闭口空隙、矿质实体体积以及试件表面的凹陷,其仅实用于大孔隙沥青混合料试件,一般不太使用。
2 各种不同测定方法试验结果的比较
2.1 水中重法与表干法测定结果比较 为了更好地说明不同测定方法对沥青混合料试件密度影响,本研究去常用的密级配沥青混合土AC-16-I型和抗滑层AK-16A,在不同沥青用量下密度测定结果及相应物理参数计算结果见表1、2所表。
由上述结果可以看出,两种测定方法得出的空隙率差别很大,尤其是当沥青用量较小时,差别更大,这是应为当沥青用量较小时,沥青混合料试件本身的空隙率较大,也就是试件的吸水性增大,从而使水中重法与表干法测定水置体积发生了明显的变化,从而造成了密度测定结果差异,通常率较大,结果会使沥青路面的透水性增大。
2.2 表干法与蜡封法测定结果的比较 为了说明这两种测定方法差异,本文选用常用的密级配沥青混凝土AC-16-I型、SMA-16、OGFC-16以及Superpave的细级配和粗级配作比较,其测定结果见表3所示。
由上表可以看出,对于不同级配类型,采用不同的测定方法其结果明显不同,但是级配越细,两者测定结果月接近,级配月粗也就是试件表面越凸凹不平、粗糙,两者测定结果相差越大。这说明结果规范规定了表干法适用于沥青混合料试件吸水率小于2%的各种沥青混合料仍值得研究,从本研究结果来看,表干法适用吸水率不大于2%且试件表面致密的密级配沥青混凝土,而不适用表面粗糙凸凹不平的沥青混凝土。蜡封法适用于不同类型的沥青混凝土,但蜡封法要求的操作水平较高,尤其是冷冻温度、时间以及蜡的融化温度均会对试验结果造成影响,一般蜡的温度越高,蜡侵入沥青混合料开口空隙比率越大,由此测定的结果会导致密度偏大;因此蜡的融化温度一般不易太高,蜡的温度太低,会造成试件表面蜡膜太厚,蜡膜中混入空气,影响测定结果,蜡的融化温度在70-80℃内为宜,试件的冰冻时间也不易太长,一般控制在10min内。
3 主要结论
3.1 不同的测定方法得出沥青混合料的毛体积密度差别较大,因此在马歇尔试验时应正确选择测定方法;
3.2 表干法测定毛体积密度适用于沥青混合料吸水率小于2%且表面致密的试件,而不适用于表面粗糙的凸凹不平的沥青混凝土试件;
3.3 蜡封法测定毛体积密度即适用于密级配沥青混凝土也适用于开级配沥青混凝土,但需注意蜡封法的温度、试件的冰冻温度和时间;
3.4 水中重法用来测定沥青混合料的表观密度,一般不易使用;
3.5 体积法测定沥青混合料的毛体积密度,仅适用大孔隙沥青混合料。
关键词:沥青混合料 毛体积密度 测定方法 蜡封法
0 引言
压实沥青混合料的实测毛体积密度是沥青混合料配合比设计和沥青路面质量控制的一个至关重要的指标,它直接影响着沥青混合料的空隙率、骨架间隙率、沥青混合料的饱和度以及现场的压实度等,同时对沥青路面的车辙、推移、开裂、松散也有着重要的影响,因此准确地测定压实沥青混合料的毛体积密度是非常重要的。本文针对我国沥青路面修筑的现实,从理论和实验来分析论证沥青混合料密度的测定方法,以指导沥青混合料的配合比设计质量控制。
1 沥青混合料毛体积密度测定方法及其存在的问题
《公路工程沥青及混合料试验规程》(JTJ052-2000)中关于沥青混合料试件的密度测定方法规定有4种,即水中重法(T0705)、表干法(T0706)、蜡封法(T0707)以及体积法(T0708)。
规范规定不同的测定方法适用于不同的情况。现将各种方法的基本原理分析如下:
1.1 水中重法 水中重法测定的是沥青混合料试件的湿密度或表观相对密度,其基本原理是一个物体的体积等于其在水中的缺失的重量。该法的基本前提是要求试件不吸水或水不能进入试件内。其体积部分包括矿质实体和闭口孔隙大小,而不包括开口孔隙和试件表面的凹陷不平。对于沥青混合料试件要保证其不吸水,可能比较困难,这是因为对于一般较致密的碎石,通常其吸水率也有1%左右,何况沥青混合料试件。
规范中规定水中重法适用于测定几乎不吸水的密实Ⅰ型沥青混合料的表观密度;但未规定几乎不吸水的程度。而且水中重法测定的湿比重与沥青混合料试件本身的毛体积特性概念不相符,这一方法应尽量少用。
1.2 表干法 表干法测定的是压实沥青混合料试件的毛体积密度,所谓毛体积是指试件饱和面干状态下表面轮廓水膜所包裹的全部体积,试件内与外界流通的所有开口孔隙均已被水充满,试件的体积包括矿质实体和沥青体积,集料内部的闭口孔隙率和集料之间已被沥青封闭的闭孔隙与外界流通的孔隙都计入了体积,但是试件轮廓以外的试件表面的凹陷是不包括在内。表干法毛体积相对密yf的基本计算公式是:
yf=ma
式中:ma—沥青混合料试件的空中质量;
mw—水中质量;
mf—试件表干质量;
这种方法适用于密实级配表面光滑的沥青混合料,对于表面粗糙密级配沥青混合料、开级配沥青混合料,如OGFC、SMA、SAC、AK等,采用该法也易产生问题。这是因为对于这些级配沥青混合料通常空隙较大且相互联通,当使用水置法测试时易产生问题。
对于孔隙联通的沥青混合料试件,当水浸满后拿出来测定表干重量时,易使其联通空隙中的水反渗出来,从而使测定的密度会变大。
对于两种不同的沥青混合料,其剩余空隙率均为6%,但一种为细级配沥青混凝土,一种为粗级配沥青混凝土,这两种沥青混凝土虽然空隙体积率相同,但空隙在其中的分布不相同,在粗级配沥青混凝土中孔隙数量少,但体积大且相互连通,而在细级配沥青混凝土中孔隙数理多,但体积小,相互联通的少。粗级配沥青混凝土中,大的连通孔隙反渗出来的机率要比细级配沥青混凝土的要多,从而会使测定毛体积变小,密度偏大。这就是一些粗级配沥青混凝土比细沥青混凝土级配在同样空隙率下出现渗水的原因。
1.3 蜡封法 蜡封法测定的也是沥青混合了试件的毛体积密度,其基本机理是用蜡把开口空隙封闭起来成为假象的饱和面状态,所以这与表干法是一个意思,都是以包括开口空隙及闭口空隙中内的毛体积作为计算密度体积用的,蜡封法若测定准确是一个比较科学的方法,但该法费时、废试件,操作难度大,有钱当蜡的温度太高时,易使蜡进入开口空隙中,从而影响了沥青混合料毛体积密度测定值。
1.4 体积法 体积法测定的也是沥青混合料试件的毛体积密度,其毛体积包括闭口空隙、矿质实体体积以及试件表面的凹陷,其仅实用于大孔隙沥青混合料试件,一般不太使用。
2 各种不同测定方法试验结果的比较
2.1 水中重法与表干法测定结果比较 为了更好地说明不同测定方法对沥青混合料试件密度影响,本研究去常用的密级配沥青混合土AC-16-I型和抗滑层AK-16A,在不同沥青用量下密度测定结果及相应物理参数计算结果见表1、2所表。
由上述结果可以看出,两种测定方法得出的空隙率差别很大,尤其是当沥青用量较小时,差别更大,这是应为当沥青用量较小时,沥青混合料试件本身的空隙率较大,也就是试件的吸水性增大,从而使水中重法与表干法测定水置体积发生了明显的变化,从而造成了密度测定结果差异,通常率较大,结果会使沥青路面的透水性增大。
2.2 表干法与蜡封法测定结果的比较 为了说明这两种测定方法差异,本文选用常用的密级配沥青混凝土AC-16-I型、SMA-16、OGFC-16以及Superpave的细级配和粗级配作比较,其测定结果见表3所示。
由上表可以看出,对于不同级配类型,采用不同的测定方法其结果明显不同,但是级配越细,两者测定结果月接近,级配月粗也就是试件表面越凸凹不平、粗糙,两者测定结果相差越大。这说明结果规范规定了表干法适用于沥青混合料试件吸水率小于2%的各种沥青混合料仍值得研究,从本研究结果来看,表干法适用吸水率不大于2%且试件表面致密的密级配沥青混凝土,而不适用表面粗糙凸凹不平的沥青混凝土。蜡封法适用于不同类型的沥青混凝土,但蜡封法要求的操作水平较高,尤其是冷冻温度、时间以及蜡的融化温度均会对试验结果造成影响,一般蜡的温度越高,蜡侵入沥青混合料开口空隙比率越大,由此测定的结果会导致密度偏大;因此蜡的融化温度一般不易太高,蜡的温度太低,会造成试件表面蜡膜太厚,蜡膜中混入空气,影响测定结果,蜡的融化温度在70-80℃内为宜,试件的冰冻时间也不易太长,一般控制在10min内。
3 主要结论
3.1 不同的测定方法得出沥青混合料的毛体积密度差别较大,因此在马歇尔试验时应正确选择测定方法;
3.2 表干法测定毛体积密度适用于沥青混合料吸水率小于2%且表面致密的试件,而不适用于表面粗糙的凸凹不平的沥青混凝土试件;
3.3 蜡封法测定毛体积密度即适用于密级配沥青混凝土也适用于开级配沥青混凝土,但需注意蜡封法的温度、试件的冰冻温度和时间;
3.4 水中重法用来测定沥青混合料的表观密度,一般不易使用;
3.5 体积法测定沥青混合料的毛体积密度,仅适用大孔隙沥青混合料。