压实沥青混合料密度试验(表干法).doc

压实沥青混合料密度试验(表干法)TO705-2000目的与适用范围11表干法适用于测定吸水率不大于2%的各种沥青混合试件,包括I型或较密实的II型沥青棍凝土、抗滑表层混合料、青玛蹄脂碎石混合料(SMA)试件的毛体积相对密度或毛体积度。1.2本方法测定的毛体积密度适用于计算拥青混合料试件空隙率、矿料间隙率等各项体积指标。仪具与材料漫水天平或电子秤?当最大称量在3kg以下时,感量不于0.Ig;最大称量3kg以上时,感量不大于0.5gz最大称量101以上时,感量5g,应有测量水中重的挂钩。网篮。溢流水箱:如图I所示,使用洁净水,有水位溢流装置,12.122.2432图1溢流水箱及下挂法水中重称量方法示意图l浸水天平或电子秤32试件:3-网篮;4-溢流水箱;5-水位搁板,6注入口;7-放水阀门57飞辛之二,572.3持试件和网篮漫入水中后的水位一定。24试件悬吊装置:天平下方悬吊网篮及试件的装置,吊线应采用不吸水的细尼龙线绳,并有足够的长度。对轮碾成型机成型的板块状试件可用铁丝悬挂。2.5秒表。2.6毛巾。2.7电风扇或烘箱。方法与步骤31选择适宜的浸水天平或电子秤,最大称量应不小于试件质量的1.25倍,且不大于武件质量的5倍。3.2除去试件表面的浮粒,称取干燥试件的空中质量(mJ,根据选择的天平的感量读数,准确至0.1g、0.5g或5g。3.3挂上网篮,浸入溢流水箱中,调节水位,将天平调平或复零,把试件置于网篮中(注意不要晃动水)浸水中约3min5mln,称取水中质量(mJ。若天平读数持续变化,不能很快达到稳定,说明试件吸水较严重,不适用于此法测定,应改用本规程TO707的蜡封法测定。-3.4从水中取出试件,用洁净柔软的拧干湿毛巾轻轻擦去试件的表面水(不得吸走空隙内的水),称取试件的表干质量(mf)。3.5对从路上钻取的非干燥试件可先称取水中质量(mJ,然后用电风扇将试件吹干至恒重(一般不少于12h,当不需进行其它试验时,也可用60C5C烘箱烘干至恒重),再称取空中质量(ma)。4计算4.1计算试件的吸水率,取1位小数。试件的吸水率即试件吸水体积占沥青混合料毛体积的百分率,按式(1)计算。3Sm=主i二些主100FPZf一-nzw式中tsa一一试件的吸水率,%z(1)ma干燥试件的空中质量,pmw一一试件的水中质量,pmf一一试件的表干质量,go4.2计算试件的毛体积相对密度和毛体积密度,取3位小数。当试件的吸水率符合Sa2%要求时,试件的毛体积相对密度和毛体积密度按式(2)及式(3)计算,当吸水率Sa2%要求时.应改用蜡封法测定。nzhyf=一一JWZf一-FPZW(2)m向=瓦丁石;w式中:Yf一一用表干法测定的试件毛体积相对密度,无量纲;f一一-用表干法测定的试件毛体积密度,g/cm3;(3)w常温水的密度,均1g/cn13。试件的空隙率按式(4)计算,取1位小数。VV=(1一句100式中:VV一一一试件的空隙率,%;yt-按本规程TO711或T0712测定的前青泪合料理论是大相对密度,当实测理论最大相对密度有困难时,也可采用按式(5)或(6)计算的理论最大相对密度;只一一试件的毛体积相对密度,用表干法测定,当试件吸水率Sa2%时,由蜡封法或体积法测定;当按规定容许采用水中重法测定时,也可用表现相对密度几代替。计算试件的理论最大相对密度或理论最大密度,取3位小4.3(4)4.4数。4.4.1当已知试件的油石比时,试件的理论最大相对密度可按式(5)计算oY100十Pa-t-P,POPP对+云+瓦+艾f式中zyt-理论最大相对密度,无量纲zpa-油石比,%;ya-沥青的相对密度(25C/25)zPIPn各种矿料占矿料总质量的百分率,%;Y1.yn各种矿料对水的相对密度。对粗集料,宜采用与沥青j昆合料同一种相对密度,即混合料采用表干法、蜡封法或体积法测定的毛体积相对密度时,粗集料也采用毛体积相对密度。当t昆合料采用水中重法测定的表观相对密度代替时,粗集料也采用表观相对密度;对细集料(砂、石屑)和矿粉均采用表现相对密度。矿料的相对密度按公路工程集料试验规程(JTJ058)规定的方法测定。4.4.2当已知试件的沥青含量时,试件的理论最大相对密度按式(6)计算。(5)Y=tpf,PFqpFBPL于;土十于i三十+可十元式中:pfl-nya-各种矿料占沥青混合料总质量的百分率,%;Pb一一沥青含量,%。试件的理论最大密度按式(7)计算。100(6)4.4.3Pt=Ytw式中:Pt一一一理论最大密度,g/cm304.4.4旧路面钻取芯样试样的混合料缺乏材料密度及配合比时,沥青混合料理论最大相对密度应采用本规程TO711、TO712方法实测求得。4.5试件中沥青的体积百分率可按式(8)或(9)计算,取1位小数。(7)PL,VA二王-z(8)100P刽YSVA=d且(100十Pa)ya(9)式中:VA一一沥青混合料试件的沥青体积百分率,%。4.6试件中的矿料间隙率,可按式(10)或式(11)计算,式(10)适用于空隙率按计算的理论最大相对密度计算的情况;式(11)适用于空隙率按实测的理论最大相对密度计算的情况,取1位小数。VMA=VA+VV(10)iyzlVMA=lI元Ps|100式中:VJLfA一一沥青:昆合料试件的矿料间隙率,%;ps一一沥青混合料中各种矿料占沥青混合料总质量的百分率之和,即JEP气,%;ybb一一全部矿料对水的平均相对密度,按式(12)计算。(11)y100-sbF?-F了一P一+yIY2试件的沥青饱和度按式(13)计算,取1位小数。VAVFA=100VA+VV式中:VFA一一沥青混合料试件的沥青饱和度,%。4.8试件中的粗集料骨架间隙率可按式(14)计算,取1位小数。(12)4.7(13)VCA叶1一无叫100式中:17CAm一一沥青混合料中粗集料骨架之外的体积(通常指小于4.75mm的粗细集料、矿粉、沥青及空隙)占总体积的比例,%;p囚一一沥青混合料中粗集料的比例(由pm=PsPA475计算,PA.75为矿料级配中4.75mm筛余量,即(14)5100减去4.75mm通过率之差),%;yca一-矿料中所有租集料颗粒部分对水的合成毛体积相对密度,按式(15)计算。PIC+PK+Pnc一leaphptp-二十二十十=丘yICYK式中EPIc-P町-一各种租集料在矿料配合比中的比例,%zylc-几一一相应的各种粗集料对水的毛体积相对密度。报告应在试验报告中注明沥青混合料的类型及采用的测定密度的方法。(15)条文说明1.用表千法测定压实沥青混合料试件毛体积相对密度的方法参照ASTMD2726(或AASHTOT166)编写,该法规定试件在25C水中浸泡3min5min,称水中重,取出后用湿毛巾擦干称饱和面子重,即表千质量,计算得到试件毛体积密度。但是浸水的时间日本规定与水中重法一样统一为lmin。日本铺装试验法使览3-7-7规定,除开级配沥青混合料采用蜡封法测定外,其余混合料均采用表干法测定的毛体积相对密度计算空隙率,但理论最大相对密度计算用的集料密度,通常采用表现相对密度,当吸水率大于1.5%时,用表观相对密度与毛体积相对密度的平均值。关于表干法的适用条件,ASTMD2726及AASHTOT166规定适用于吸水率小于2%的情况(在ASTM及AASHTO中没有水中重法,均为在千法),大于2%的用蜡封法。另外美国规定水温是25C,试件温度与25C相差超过2C时,水中浸湿时间应增加至1OmIII15min,而且水温不是25C时,须求出水密度的修正值。这些规定在日本的试验法中均已删去,从我国长期实践看,使用25C测定或进行温度修正过于繁复,故本规程仅规定在室温,且认为水的密度为Ig/cm3。2.关于精密度,AASHTO规定重复性为0.02g/cm飞ASTM规定重复性为0.035g/cms,复现性为0.076g/cm气本试验法暂不规定。3.对成型的试件测定相对密度,并由此计算空隙率、沥青体积百分率、沥青饱和度、矿料间隙率等物理指标是沥青混合料物理力学性质试验时均需进行的准备工作,在原试验规程中是列在马歇尔试验中的,本试验规程考虑到它并不限于马歇尔试验用,参考日本道路协会铺裴试验法使览的写法,将其抽出专门列为一个试验方法。试件密度或相对密度的测定方法在实际使用中是一个非常重要而又困难的问题,尤其对空隙较大或吸水率大的试件(如沥青碎石及粗粒式沥青混凝土),这个问题国内外均未解决。本规程关于压实沥青混合料试件的密度试验方法分别写成4个:水中重法(T070日,表干法(T0706),培封法(T0707),体积法(T070时,是在参照国外的标准如ASTMD1188(蜡封法)、D2726(表干法)、D3203(开级配用体和、法)、日本道路协会铺装试验法使览3-7-7(水中重法、表干法、蜡封法)、5-56(体积法)以及我国长期以来的工程实践的基础上编写的。不同的方法适用于各种不同的情况,使用时应根据实际情况按相关规范的规定选择。密度是在一定条件下测量的单位体积的质量,单位为t/m3或g/cm3、通常以p表示。相对密度是所测定的各种密度与同温度下水的密度的比佳,也称比重,以Y表示,单位元量纲。对沥青这样的匀质材料,材料内部没有孔隙,测定的密度只有一种。但对沥青混合料这样的复合材料,由于材料状态及测定条件的不同,计算用的体积所考虑的集料内部的孔隙及集料与集料之间的间隙(空隙)情况不同,计算的密度也就不同。图2表示了几种典型情况。各种不同密度的基本意义如下:1)真实密度:规定条件下,材料单位真实体积(不包括任何孔隙和空隙)的质量,也叫真密度。?民Q2)毛体积密度:规定条件下,材料单位毛体和、(包括材料实体、开口及闭口孔隙)的质量。当质量以干燥质量(烘干或空气干燥)为准时,称绝千毛体积密度,简称毛体和、密度。当质量以表干质量(饱和面干,包括开口孔隙中的水)为准时,称表干毛体积密度,也叫表干密度。3)表观密度:规定条件下,材料单位表观体积(包括材料实体、闭口孔隙,但不包括开口孔隙)的质量,也叫视密度。沥青混合料的组成如图2d)所示,它包括6部分:(1)各种矿料的矿质集料(按磨成粉的无孔隙状态考虑、);(2)沥青(都充填在集料之间的问隙中,只袤复在矿料表面,假定不被集料吸收);(3)集料自身的闭孔隙;(4)集料本身的开孔隙(在混合料中基本上已经被沥青封闭成闭孔隙);(5)被沥青哀复的矿料与矿料之间的空隙(包括开口的与闭口的);(6)试件表面由于与试模接触得不到正常去实而产生的表面凹陷。碎石矿质实体集料矿质实体混合料(矿料间)开口及闭口空隙集料自身开孔隙集料自身闭孔隙试件表面凹陷沥青矿料矿质实体碎石内开口孔隙集料间开口空隙矿质实体(无孔隙和空隙)碎石内闭口孔隙集料内开口孔隙集料内闭口孔隙b)单颗粒醉石c)集料混合料图2几种材料的典型组成情况沥青混合料试件的空中质量相当于所有矿料的烘干质量(集料是加热后拌和的),加上沥青质量,这个数是一定的。之所以有各a)石粉d)沥青混合料种不同的密度实际上是所测定的体积的含意不同而已。沥青混合料体积各部分空隙或孔隙的比例将因矿料级配、沥青用量、压实程度而不同。本规程规定的沥青混合料密度的四种测定方法中,最基本的方法是表千法测定的毛体积密度(T0706),此法即美国ASTMD2726及AASHTOT166方法。所谓毛体积是指试件饱和面千状态下表面轮廓水膜所包袤的全部体积,试件内与外界流通的所有开孔隙均已被水充满。试件的体和、包括矿质实体和沥青体积,集料内部的闭孔隙和集料之间已被沥青封闭的闭孔隙,与外流通的开孔隙都计入了体和、。但是试件轮廓以外的试件表面的凹陷是不包括在毛,体和、中的。毛体积相对密度凡的基本计算公式是:W1yi=一一-nzf-Fnw式中:风一一沥青混合料试件的空中质量(气干质量);mw一一水中质量;WZI一-试件的表千质量。由此可见,用表干法测定时,关键是在用拧千的温毛巾擦试件表面时要制造一种真正的饱和面干状态。表面既不能有多余的水膜,又不能把吸入孔隙中的水分擦走,得到真正的毛体积。但是当沥青混合抖的空隙很大,FF开口JL隙较多较大时,沥青混合料的饱和面千状态便很难形成。当试件从水中取出时,开口孔隙中的水即会跟着流出,用毛巾擦的时侯,也会将开口孔隙中的水吸出。为了解决这个问题,于是又提出了蜡封法。生母封法(T0707)是用增把开口孔隙封闭起来成为假想的饱和面干状态。所以它与表干法是一个意思,都是以包括开口孔隙及闭口孔隙在内的毛体积作为计算密度的体积用的。不过,蜡封法也是不容易测准确的,它的关键在于蜻封时既要把孔隙封住,又不能让蜡吸入空隙中。在试验规程中规定试件在峙封前妥放在冰箱中冷却,培熔化后的温度妥低(熔点以上4C),使试件一浸入蜡中马上凝固成一层蜻皮。培封法的缺点是表面的蜡影响马歇尔试验,要把蜻刮掉,为了好刮,只能先涂一层滑石粉,由此使得试验复杂化。有另一种情况,即试件浸水时几乎不吸水,FF试件表面基本上没有流通外部的开孔隙,例如许多非常密实的I型密级配沥青混凝土经常属于这种情J兀。此时,试件的饱和面千质量与空中质量非常接近,也就没有必要再用表于法测定了,可以简化成水中重法(T0705)测定。所以,规程规定用水中重法实际上是表干法及蜡封法的一种简化或特例。由于蜡封法与表干法也未必能测定很准确,为了使试验尽量简单化,在此特殊情况下,可以用表现密度(视密度)代替毛体和、密度。水中重法是建立在沥青混合料试件浸入水中后,几乎不吸水,FF试件内部仅存在闭JL隙,表面开口孔隙均已被沥青封住的特殊情况的基础上的,由此测定的试件体和、与蜡封法或表干法测定的毛体积实际上是相同的。是不是可以简化为水中重法,可以从称水中重时是不是吸水看出来,也可以用测定试件的吸水率检验。沥青混合料试件的吸水率为达到饱和面千状态时所吸收的水的体积与试件毛体和、之比(体积比),并由下式计算。S先一旦二旦旦一-nTfFHW应该注意的是沥青混合料的吸水率与集料的吸水率的概念及计算方法是不同的,集抖的吸水率是吸收水量与集料烘干质量之比(质量比),FFSm-nZI-mpl一一ma体积法是空隙率特别大,不能用以上方法测定时的特殊情况。在实践中,同一个试件,采用表千法、蜡封法、水中重法得到的密度不一致,这是很正常的。它可能是水中重法测定时水吸入了试件内部,也可能是表千法擦拭试件不标准,也可能是蜡封法封蜡方法不对。总而言之,测定沥青混合料密度的基本方法是表于法,当空隙大到不适用于表干法测定时,应用蜡封法测定。如果空隙率较小,几乎不吸水时,可以简化为水中重法测定。不过,实际的试件情况是很难判断有无开口孔隙,很难判断开口孔陈的大小及水会不会流出或吸入的。所以公路沥青珞面施工技术规范(jTJ032)对不同的?昆合料品种和类型明确规定了采用不同的方法。各单位不宜随便更改规定,采用与众不同的方法。(1)当试件浸入水中后天平在几秒钟内即可稳定读数,可采用水中重法。它仅适用于致密的4表面无开口ZL隙、几乎不吸水的非常密实的沥青混合料,但不适用于使用了吸水性集料的试件。(2)当试件有一定的吸水性,但吸水率小于2%,试件浸水后,天平读数可较快达到稳定,可采用表干法。这是最常用的方法.它适用于I型及表面较粗但较致密的II型沥青混凝土以及SMA混合料试件,但不适用于吸水率大于2%的沥青混合料试件。(3)凡吸水率大于2%的各种沥青混凝土试件如某些II型沥青混凝土,抗滑表层混合料及沥青碎石混合料试件,不能用水中重法或表干法测定密度时,应用增封法测定。(4)对无法采用培封法的大JL隙沥青混合料,只能用体积法测AJALo将四种方法的计算参数列于表I,以资比较。试验规程规定的四种测试方法的简单比较表1方法|计算Hi试件质量计算用的试ff体积水中重法|试件的空中质量|混合料体积十试F!内部的闭孔隙(开孔隙几乎可忽略)表干法|试件的空中质量|混合料休职十试件内部的闭孔隙连通表面的开孔隙蜡封法li式件的空中质量|混合料体狈+试件内部的闭孔隙连通表面的开孔隙体积法|试作的空中质量i混合料体积十试件内部的闭孔隙十连通表面的开孔隙|十表而凹陷我国的这些试验方法的适用性,基本上与国外是一致的。例如日本铺苯试验法使览规定,对表面致密不吸水的可用水中重法,表面平整但有吸水的用表干法,表面粗桂、有较多间隙的用峙封法。实际上直至粗粒式沥青混凝土空隙率3%7%的都采用表干法测定。而美国AASHTO的试验法明确规定,对空隙率小于10%的密式沥青混合料,当吸水率小于2%时,用AASETTOT166或ASTMD2726的表干法,当吸水率大于2%时,用AASETTOT275或ASTMD1188的蜡封法测定。对空隙率大于等于10%的开式沥青混合料可用AASHTOT269的体和、法测定。不过在美国是没有规定用水中重法测定视密度的。4.本方法的密度、空隙率等其它物理指标的计算方法与原试验规程相同,但是这是简化方法,实际情况要复杂得多。首先,关于沥青混合抖的各种密度的名称叫法,我国使用中一直比较混乱,没有严格的定义,这也与集抖的各种密度的名词不统一有关。本试验规程参照美国沥青学会MSM沥青混凝土及其它热拌沥青混合料的配合比设计方法等对矿料及沥青混合料的密度或相对密度作如下规定:无论是集料还是沥青混合料试件,其基本定义是一样的。若试件空中质量即干燥质量(绝干质量)为矶,表千质量为晰,水中质量为mw,则:毛体和、相对密度(BulkSpecifICGravity),通常所说的毛体积相对密度是指绝千毛体积相对密度,按ASTMD2726、DI188、AASHTOT166、T275及本规程TO706(表千法)、T0707(培封法)计算。mP毛M=瓦丁mw表干相对密度RF饱和面干毛体积相对密度(SaturatedSurface-DryBulkSPEcificGravity)按下式计算:nzfP在千=瓦丁mw表观相对密度(ApparentSpecificGravity),通称视比重,按本规程TO705求得:nzPM=汇tmw有效相对密度(EffectiveSpecificGravity),对应的密度称为有效密度。它是考虑了沥青吸入集料内部的影响后计算得到的(见后述)。在本试验规程中,水中重法测定的是视密度及表观相对密度。表干法、培封法、体积法测定的都是毛体和、密度。i沥青混合料的空隙率是最重要的体积指标,以前采用密度计算,本规程改用相对密度计算,计算值是相同的,但假定常温下水J的密度为1.0,在理论上不科学。它不仅取决于试件的相对密度,还取决于作为基准的理论最大相对密度。理论最大相对密度的取佳影响也很大。而在美国的规范中,采用按本规范T0711实现ll的理论最大相对密度计算,我国历来采用计算的理论最大相对密度。可是计算时采用集料的哪一种相对密度影响也很大。据测定,如采用集料的毛体积相对密度,要小于表观相对密度或表千相对密度。计算的理论最大相对密度小于实现l的理论最大相对密度,所得空隙率明显偏小。房、规程采用日本的方法,一般用表观相对密度,当吸水率大于1.5%时,采用表观相对密度与表千相对密度的平均值。此,处,集朴的表千相对密度即饱和面千毛体积相对密度,均按上面的公式计算。由此计算的空隙率要比用集料毛体积相对密度计算的理论最大相对密度大一些。本次修订时对矿料的相对密度参照美国的方法作了修改,如前MS-2所规定的那样,计算矿料混合料的合成毛体积相对密度和合成表观相对密度时分别用集料的毛体积相对密度和表观相对密度计算,因此在计算沥青混合料的最大相对密度时采用与沥青混合料同一种相对密度,即混合料采用表干法、蜡封法或体积法测定的毛体积相对密度时,粗集料也采用毛体积相对密度。当混合料采用表观相对密度时,粗集料也采用表观相对密度。但对细集料来说,砂子颗粒一般本身不吸水,没有必要采用毛体积相对密度,且测定比较困难;石屑的毛体积相对密度测定就更困难,所以规定采用表观相对密度。矿粉各国都是统一采用表观相对密度的。应该着重说明的是,本规程中实测的最大相对密度已有了集料吸收沥青的影响,而计算理论最大相对密度的计算方法中均未qF7E考虑沥青与集料拌和后沥青被集料吸收入孔隙中的损失,而这个损失是客观存在的。因此,不同方法计算的空隙率将有所不同。据美国MS-2计算,考虑不考虑沥青渗透,试件空隙率可能相差1.5%2.0%,不考虑沥青渗透的试件甚至空隙率出现负佳,这些都是我国与美国方法不一样的地方。按照美国规范MS一2的规定:矿料间隙率VMA是压实沥青混合料试件中,除了矿料体积及被矿料吸收了的沥青体和、以外的部分体积占试件体积的百分数。即等于空气空隙体积及未被集料va+VEB-V吸收的沥青体积之和,在圈中VMA=vbb100。规程规定,计算时未考虑沥青被吸收入集料造成的损失,故有效沥ViV青用量FF相当于总的沥青用量,VMA=一一一生100。当需要考虑vmbvba的影响时,可参照美国MS-2的方法计算。很显然,按此计算的VllfA与本规程的计算方法是有差别的。空隙率VV是压实沥青混合料试件除了沥青及矿料之外的部分体积占整个试件体积的百分数,在图中VVh=元川为使于比较考虑沥青吸入集料内部的影响,以下介绍美国沥青混合料体和、指标的计算方法。美国沥青协会MS2关于沥青混合料配合比设计时对沥青混合料各项体积指标的计算步骤如下(参见图3、图4:1)按AASHTOT85(或ASTMC127)及AASHTOT84(或ASTMC128)测定粗集料、细集料的毛体积相对密度,毛体积相对密度=材料烘干质量/(表千质量一水中质量)。2)按AASHTOT85(或ASTMD70)测定沥青的相对密度,按AASHTOT84(或ASTMD854)测定矿粉的相对密度。3)计算矿料混合料(不包括沥青)的合成毛,体积相对密度:PI+Pz+Pn-d-P,pn-+二YIY2Yb一一矿料混合料的毛体积相对密度;而按本式中:吸收的沥青可为水渗透但未jl吸收沥青的空隙率集料体积(毛体积相对密度集料体职(有效相对密度)集料体积(表观相对密度)空隙率压实沥青混合料中各个成分的组成、有效沥青含量及不同方法计算矿料间隙率的影响图3Yb空气沥青沥青吸收入集料的部分ymbvmmyse矿料图4压实沥青混合料试件的体积组成比例注zVma-矿料间隙率;Vmb一压实混合料的毛体积3Vmm-压实混合料的无空隙体积3Va空隙卒pVb一沥青体积gVbr沥青吸收率;Vbb矿料体积(按毛体积相对密度计算)gV旷按矿料体积(按有效相对密度计算)P1、P2、扎一一各种粗集料、细集料、矿粉的组成比例(质量比),其和Ps为100与沥青含量之差,%;y1、凡、Jn一一各种粗集料、细集料、矿粉的毛体积相对密度(1粉用表观相对密度代替)。4)用不同的沥青用量按要求的比例拌和试件,按AASHTO209或ASTMD2041测定试件松散沥青混合料的理论最大相声密度t。5)用马歇尔击实仪成型试件,按AASHTOT166或ASTPD2726(表千法)、AASHTOT275或ASTMD1188(蜡封法ha定压实沥青混合料试件的毛体和、相