浸漬法與規(guī)范法測試瀝青混合料理論最大密度對比分析

殷衛(wèi)永，李 豪，常迅夫，毛海臻，尚康寧

（河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000）

瀝青混合料壓實后的空隙率是瀝青混合料配合比設(shè)計過程中以及現(xiàn)場工程質(zhì)量評價中的重要指標，確定空隙率需要用到混合料理論最大密度，而礦料有效相對密度又是計算確定混合料理論最大密度的關(guān)鍵指標。

目前，在實際工程建設(shè)中，通常采用真空法實測的方法確定基質(zhì)瀝青混合料理論最大密度。但真空法試驗過程中，存在缺陷的集料其表面瀝青膜容易破裂，導致部分水分穿過瀝青膜進入集料內(nèi)部，使試驗結(jié)果出現(xiàn)偏差[1-2]。試驗中表現(xiàn)為整個試驗過程持續(xù)有氣泡冒出，有時抽真空1h之后還有部分氣泡冒出。此外，瀝青混合料往往難以充分散開，導致混合料內(nèi)部包裹部分氣泡，同樣對測量結(jié)果有影響。因此，通過準確測量不同粒徑規(guī)格集料或集料混合料的有效相對密度，然后結(jié)合混合料油石比、瀝青密度等參數(shù)計算得到瀝青混合料的理論最大密度，能更加準確、真實地反映混合料的實際情況。而現(xiàn)行規(guī)范中通過集料吸水率等參數(shù)進行計算確定的集料混合料有效相對密度是一種模糊性計算方法，瀝青吸收系數(shù)的計算帶有很大的不確定因素，用其計算的集料有效相對密度也需要進一步完善[3-4]。

文章結(jié)合工程實例，以某一級公路的瀝青路面工程為依托，測定了其LM-1標和LM-2標上面層、中面層和下面層集料混合料的有效相對密度，并通過計算確定了各層的理論最大密度，然后對浸漬法和現(xiàn)行規(guī)范的試驗方法測試結(jié)果進行比較分析，為進一步改善試驗方法、提高工程質(zhì)量提供參考。

1 試驗步驟

（1）按《瀝青密度與相對密度試驗儀器》（T 0603—2011）試驗方法測定瀝青相對密度（25℃/25℃）。

（2）將鐵盆和鋼勺空氣中質(zhì)量記為m1，水中質(zhì)量記為。

（3）取質(zhì)量為m的干燥集料在烘箱中加熱5h，溫度設(shè)置為160℃。加熱溫度與生產(chǎn)中混合料實際溫度保持一致，可根據(jù)實際情況適當調(diào)整。

（4）加熱瀝青至160℃，同時加熱另一鐵盆內(nèi)瀝青至120℃；對于改性瀝青的加熱溫度，應適當提高約10℃。

（5）取出試樣并置于電熱爐上，往集料中逐滴加入瀝青（瀝青溫度為160℃），然后持續(xù)攪拌30～50s，使瀝青充分分散，均勻附在集料上。

（6）停止加熱，將混合料靜置一段時間，使混合料冷卻至約120℃，然后沿盆側(cè)壁緩慢加入瀝青（瀝青溫度為120℃），直至淹沒覆蓋集料，持續(xù)攪拌幾分鐘。

（7）將混合料繼續(xù)放置，直至混合料溫度接近室溫，將鐵盆、鋼勺和瀝青混合料的總質(zhì)量記為M。

（8）在25℃水浴槽中恒溫保溫2h，將鐵盆、鋼勺和瀝青混合料的總質(zhì)量記為。

（9）按公式（1）計算集料有效相對密度。

式中：ρw為25℃水的密度；ρb為瀝青相對水的密度（25℃/25℃）。

2 結(jié)果分析

2.1 利用浸漬法測試瀝青混合料理論最大密度實測結(jié)果

該項目路面工程共分為LM-1標和LM-2標兩個路面標段。在配合比設(shè)計過程中，先按照現(xiàn)行規(guī)范，采用馬歇爾試驗方法確定最佳各層位最佳配合比。

為進一步檢驗混合料體積指標及性能，采用了浸漬法測定兩個標段不同層位集料混合料的有效相對密度。按照上述確定的浸漬法試驗步驟，以及通過馬歇爾配合比試驗方法得出的最佳配合比，對LM-1標和LM-2標的上面層、中面層和下面層的集料混合料分別進行有效相對密度的測定，再通過測得的結(jié)果計算出兩個標段不同層位的瀝青混合料的理論最大密度。基于浸漬法的各標段各層位集料混合料有效相對密度試驗結(jié)果如表1所示。

由表1結(jié)果分析可知：

（1）兩個標段上面層、中面層和下面層每個層位兩次平行試驗結(jié)果基本一致，誤差在允許范圍內(nèi)，表明浸漬法測試集料混合料有效相對密度具有可操作性和可復現(xiàn)性，具有較強的實際試驗意義。

（2）LM-1標和LM-2標兩個路面標段之間，以及相同標段不同層位之間，測試得出的有效相對密度結(jié)果存在差異，尤其是在中面層和下面層上兩個標段的密度差別較大，這是由于施工過程中不同標段及不同層位之間集料發(fā)生變化，導致集料密度、表面性質(zhì)等集料固有屬性發(fā)生變化。LM-1標和LM-2標上面層采用相同的集料，試驗結(jié)果基本一致。

2.2 浸漬法與規(guī)范方法測試結(jié)果對比

各標段不同層位配合比設(shè)計過程中，按照現(xiàn)行規(guī)范方法進行測試。為了比較浸漬法和現(xiàn)行規(guī)范方法測試得到的集料混合料有效相對密度結(jié)果的差異，將測試結(jié)果匯總對比分析，如表2所示。瀝青混合料理論最大密度為根據(jù)有效相對密度結(jié)果計算得到。

表1 基于浸漬法的各標段各層位集料混合料有效相對密度試驗結(jié)果

表2 浸漬法與現(xiàn)行規(guī)范方法試驗結(jié)果對比

由表2結(jié)果分析可知：

（1）與現(xiàn)行規(guī)范法得到的集料混合料的有效相對密度相比，采用浸漬法測試得到的集料混合料有效相對密度呈現(xiàn)整體偏小的趨勢，利用浸漬法得到的混合料理論最大密度也偏小，導致計算得到的空隙率也偏小。

（2）采用浸漬法測試得到的集料混合料有效相對密度與采用現(xiàn)行規(guī)范法得到的集料混合料有效相對密度整體偏差范圍在0.02～0.04，瀝青混合料理論最大相對密度偏差也在0.02～0.04，瀝青混合料壓實后空隙率呈現(xiàn)0.7%～1.4%的偏差范圍。

（3）不同標段之間以及相同標段不同層位之間，集料混合料的有效相對密度和空隙率，兩種測試方法之間測試結(jié)果差異存在一定變化范圍，這主要是由于集料特性不同引起。

2.3 各標段路面滲水系數(shù)檢驗

由于空隙率測試和計算受到諸多參數(shù)的影響，不同測試方法之間也存在差異，相同路面的空隙率可能出現(xiàn)不同的測試結(jié)果，且空隙率不能直觀反映路面密實程度。路面滲水系數(shù)測試較為方便，不需要中間參數(shù)，結(jié)果簡單明了，能直接反映路面密實程度。文章依托工程不同標段各層位路面滲水系數(shù)測試結(jié)果如表3所示。

表3 不同標段各層位滲水系數(shù)測試結(jié)果

由表3結(jié)果分析可知：

（1）LM-1標和LM-2標各層位滲水系數(shù)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，表明路面空隙率在合理范圍內(nèi)，工程質(zhì)量良好。

（2）在利用馬歇爾試驗配合比設(shè)計方法確定的路面空隙率相同的情況下，路面滲水系數(shù)存在一定差異。

（3）浸漬法與現(xiàn)行規(guī)范法得出的空隙率差別越大，路面滲水系數(shù)越小，表明路面實際空隙率越小。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象主要是由于采用馬歇爾配合比設(shè)計方法確定的混合料目標空隙率一致，采用浸漬法測試得到的空隙率比采用現(xiàn)場規(guī)范方法得到的空隙率小。兩者空隙率測試結(jié)果偏差越大，浸漬法得到的空隙率越小，實際滲水系數(shù)測試結(jié)果也越小，兩者趨勢基本一致。表明采用浸漬法測試集料混合料密度方法是可行的，且測試結(jié)果與實際情況更為接近。實際工程中在利用現(xiàn)行規(guī)范配合比設(shè)計方法確定最佳配合比后，可采用浸漬法驗證，進一步確保工程質(zhì)量。

2.4 浸漬法與規(guī)范方法測試結(jié)果差異原因分析

浸漬法與規(guī)范方法測試結(jié)果存在一定差異，這是因為在瀝青混合料中，集料表面的孔隙只有一部分能被瀝青填充，而集料的密度與很多因素有關(guān)，如集料的表面性質(zhì)、瀝青的黏度、集料粒徑的大小等[5]。具體情況如圖1所示。

從圖1可以看出，瀝青吸附集料時，開口孔隙并未完全填充，而水和空氣則是完全填充的，因此用浸漬法測試的集料混合料有效相對密度，以及計算得到的混合料理論最大密度偏小。根據(jù)現(xiàn)場滲水系數(shù)測試結(jié)果，浸漬法測試更符合現(xiàn)場瀝青混合料的實際情況。

3 結(jié)論

（1）由于受到集料吸水率、表面粗糙程度等集料自身特性的影響，用現(xiàn)行規(guī)范方法測定和計算的有效相對密度與用瀝青浸漬法實測的集料混合料有效相對密度存在一定差異，浸漬法得到的有效相對密度整體偏小。

（2）采用浸漬法測試得到的集料混合料的有效相對密度與采用現(xiàn)行規(guī)范法得到的集料混合料的有效相對密度整體偏差范圍在0.02～0.04。瀝青混合料壓實后空隙率呈現(xiàn)0.7%～1.4%的偏差范圍。

圖1 不同包裹介質(zhì)下集料體積

（3）集料表面吸附瀝青時，開口孔隙并未完全填充，而水和空氣則是完全填充，這是浸漬法與現(xiàn)行規(guī)范法試驗結(jié)果出現(xiàn)差異的主要原因。

（4）浸漬法測得的有效相對密度能真實地反映瀝青混合料的吸附情況及路面實際情況，將其作為基本參數(shù)進行混合料理論最大密度的計算是合理的。實際應用過程中，實際工程中在利用現(xiàn)行規(guī)范配合比設(shè)計方法確定最佳配合比后，可采用浸漬法驗證，進一步確保工程質(zhì)量。