真空法ogfc空隙率

基金项目湖南省交通科技计划项目：防滑降噪沥青路面耐久性能研究 项目编号：2013-3 中南林业科技大学研究生科技创新基金项目 项目编号：CX2014Z43 作者简介易文（1968.10） ，女，湖南邵阳人，教授，中南大学博士研究生， Email: 联系电话真空法与体积法测量真空法与体积法测量 OGFC-13OGFC-13 沥青砼空隙率的对比分析沥青砼空隙率的对比分析 易文易文 1，2，唐成阳 ，唐成阳 1，刘威 ，刘威 1，谭利 ，谭利 1，谢东 ，谢东 1 1中南林业科技大学土木工程与力学学院，湖南 长沙 410004 2中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075 摘摘要要 本文对湖南省长沙市 S103 线(浏阳市段)上面层 OGFC-13 沥青混合料进行了 配合比实验，用真空密封法与体积法分别测定不同材料、不同级配 OGFC-13 沥 青混合料空隙率，通过对真空法和体积法的空隙率测定值进行对比分析，发现 OGFC-13 沥青混合料空隙率与 2.36mm 筛孔通过率具有良好的线性关系；真空法 与体积法空隙率测定值之间的线性关系与所用材料、 公称粒径有关。 关键词关键词 OGFC-13 沥青混合料；2.36mm 筛孔通过率；真空密封法；体积法；线 性关系 The comparison and analysis of void fraction of OGFC-13 asphalt concrete through vacuum method and volume method YI Wen1， ，2, TANG Chengyang1, LIU Wei1,TAN Li1 （1.College of Civil Engineering and mechanics ,Central South University of Forestry and Technology,Changsha,Hunan 410004；2. College of Civil Engineering，Central South University Changsha,Hunan 410004） AbstractIn this paper,the mixture ratio experiment has been done about OGFC-13 asphalt mixture of the layer on S103(liuyang section) of Changsha,Hunan province The void fraction of asphalt mixture is determined by vacuum sealing method and volume method on the condition of different material and different gradation. Through the comparison and analysis of void fraction determined values by vacuum method and volume method, it can been found that the air porosity of OGFC-13 asphalt mixture has a good linear relationship with the 2.36mm pass rate. The linear relationship of void fraction determined value by vacuum method and volume method relates with materials and nominal diameter. key words OGFC - 13 asphalt mixture；The pass rate of 2.36 mm sieve hole；vacuum sealing method；Volume method; Linear relationship 0.0.引言引言 OGFC 沥青路面称为开级配磨耗层， 又称多孔性排水沥青面层。多孔性排水沥 青面层能迅速让路表降水渗入结构层内，从结构层内部排至道路边缘，使沥青路面 表面保持相对干燥，可以提高路面抗滑性能、雨天行驶安全性及路面标线可视性， 同时也能在很大程度上消除轮胎与路面空气的抽空和压缩产生的噪音 2。基于 OGFC 沥青路面的诸多优点，排水沥青混合料路面在许多国家正日益受到重视 ,并 在矿料级配、配合比设计和透水性能等方面的研究取得了许多成果与经验 34。然 而大空隙沥青混合料的排水性能、耐久性能均与混合料的空隙率密切相关 56。又 由于大空隙沥青混合料试件具有空隙率大、连通空隙多的特点 , 采用一般的表干 法、蜡封法不能测量其毛体积相对密度 7。目前通常采用体积法测量大空隙沥青混 合料空隙率，但真空密封法具有人为干扰少，操作简单，且精准度较高的优点 8- 9。因此，本文以长沙市 S103 线（浏阳市段）OGFC-13 防滑降噪沥青路面试验路 为依托，通过室内试验，利用真空密封法与体积法就 如何准确测量大空隙沥青混 合料试件的毛体积密度，从而得到更接近试件的真实空隙率进行相关性研究，对促 进防滑降噪沥青路面在南方地区的推广，以及对 OGFC 沥青路面空隙闭塞和耐久 性不足等问题的后续研究具有非常重要的意义。 1 1. .试试验验方方案案 根据公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004）规定的 OGFC-13 级配 范围作为工程设计级配范围，在充分参考同类工程的成功经验的基础上，拟定 2.36mm 筛孔通过率 13%为中值，利用石灰岩和辉绿岩两种石材和高粘改性沥青分 别以 P2.36（2.36mm 筛孔通过率）中值3%在级配范围内适配出 3 组不同 OGFC-13 初试级配，每组分别制作 5 个马歇尔试件，根据公式计算每组级配初试沥青用量 和最大理论相对密度，利用真空法和体积法测定每组级配的毛体积相对密度，计算 出每组级配的空隙率，探讨 OGFC-13 混合料空隙率与 P2.36的关系，以及真空法与 体积法空隙率测定值之间的关系。 2 2. .试验原材料试验原材料 本实验采用中国石化东海牌高粘改性沥青作为胶结料，根据 公路工程沥青 及沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）进行相关试验，均满足高粘沥青规范要 求。分别选用湖南安化大福龙头建材有限公司提供的 1# 料：1015mm、2# 料： 510mm、3#料： 35mm 辉绿岩碎石、4# 料：03mm 石屑和浏阳高平石料场提 供的 1# 料：1015mm、2# 料：510mm 石灰岩碎石、3# 料：05mm 石灰岩石 屑作为集料，填料统一采用石灰岩矿粉。根据 公路工程集料试验规程（JTG E42-2005）进行相关试验,试验结果均满足规范要求。 3 3. .O OG GF FC C- -1 13 3 沥沥青青混混合合料料 3 3. .1 1 O OG GF FC C- -1 13 3 初初试试级级配配的的确确定定 以 2.36mm 通过率 13%为中值，分别利用石灰岩、辉绿岩两种石材与高粘改性沥 青以 P2.36中值3%在级配范围内各适配出 3 组不同石灰岩 OGFC-13 和辉绿岩 OGFC-13 初试级配，各合成级配如表 2、表 3 所示。 表表 1 1 石灰岩石灰岩 OGFC-13OGFC-13 沥青混合料初试级配沥青混合料初试级配 Table 1 The initial gradation of limestone OGFC - 13 asphalt mixture 通过下列筛孔（mm）的质量百分率 级配 1652.30.150.075 级配一100.090.052.821.0 级配二100.090.454.723.713.96.45.1 级配三100.090.856.526.416.312.85.5 表表 2 2 辉绿岩辉绿岩 OGFC-13OGFC-13 沥青混合料初试级配沥青混合料初试级配 Table2 The initial gradation of diabase OGFC - 13 asphalt mixture 通过下列筛孔（mm）的质量百分率 级配 1652.30.150.075 级配一100.090.161.04.4 级配二100.090.161.017.313.06.04.6 级配三100.090.562.720.215.914.410.68.06.34.8 3 3. .2 2 各各初初试试级级配配和和初初试试沥沥青青用用量量的的确确定定 根据公路沥青路面施工技术规范 上的公式 Pb=hA(h 为沥青膜厚，A 为 集料表面积)算得 3.1 所述各级配初试沥青用量如表 3 所示。 表表 3 3 初试级配下的初试沥青用量初试级配下的初试沥青用量 Table3 The initial asphalt content of initial gradation 初试级配 P2.36 (%) 初试沥青用量(%)Pb 级配一 11.6 4.8 石灰岩 级配二 13.9 5.2 级配三 16.3 5.6 级配一 10.3 4.9 辉绿岩 级配二 13.0 5.2 级配三 15.9 5.4 4.4.空隙率的测定空隙率的测定 4.14.1 体积法简介体积法简介 体积法适用于不能用表干法和蜡封法测定的空隙率较大的沥青碎石混合料及大 空隙率透水性开级配沥青混合料。试验方法、步骤及计算方法如下: 称取干燥 试件的空中质量,当用为钻芯法取得非干燥试件时 ,应用电风扇吹干至恒重作为 a m 空中质量；用游标卡尺测定圆柱体试件的直径 d 和高度 h,精确至 0.02mm a m ；按计算圆柱体试件毛体积； 再按计算试件毛 4 2 im hd VD Dima Vm / s 体积密度，测量沥青混合料的最大理论密度；最后按 t 计算体积法测量的空隙率。100)1 ( t S Dim VV 4.24.2 体体积积法法测测空空隙隙率率 根据 3.1 所述 6 组级配制作标准马歇尔试件，每组 5 个，击实次数为双面各 50 次。并用体积法测得各组级配试件平均空隙率如表 4 所示。 表表 4 4 体积法空隙率体积法空隙率 Table4 air voids by volume method 测定值测定值 级配 毛体积密度 最大理论密度 空隙率 平均值（g/cm3） （g/cm3） (%) 级配一 2.082 2.515 17.2 石灰岩 级配二 2.111 2.499 15.5 级配三 2.186 2.485 12.0 级配一 2.062 2.584 20.2 辉绿岩 级配二 2.097 2.570 18.4 级配三 2.152 2.560 15.9 4.34.3 真空密封法简介真空密封法简介 从原理上分析，真空密封法与表干法、蜡封法相同，均是基于阿基米德的浮力 原理。由于没有生产用于真空密封法的专业设备及耗材，本实验利用食品工业中的 真空包装机，如图 1 所示，其真空泵的功率为 0.9 kW，真空压力为 0.1 MPa，根据吴国雄6对真空法测定试件毛体积相对密度的研究，指出真空抽气时 间在大于 30 s 的时候，试件中的空气基本抽尽，故本试验的抽气时间定为 35s。 若试验过程中，密封袋被刺穿导致试件浸水，则测出的试件的空隙率就会不准确， 且浸水后的试件不能再用于真空法测量空隙率，除非试件已完全风干。为避免密封 袋被刺穿，本实验选用质量较好的聚乙烯塑料袋 ( 尺寸为 20cm 25cm) 。具体 操作步骤如下：测定塑料密封袋的密度 ；称取干燥试件的空中质量 b ；将试件放进塑料密封袋中，将放有试件的塑料密封袋放入真空密封机的真 d m 空室中，将试件密封好，称取密封后试件的空中质量 ；将密封好的试件浸 ds m 没在水中， 并称取其水中质量，从水中取出试件，将密封袋解开，重新称 ss m 量试件干重，若质量不变，则证明试件没浸水； 完成上述步骤后，将记录的数 据按照以下公式计算出试件的毛体积相对密度； bddsssds d mmmm )( m f 测量沥青混合料的最大理论相对密度，最后按计算试件真 t 100)1 ( t f VAC VV 空法空隙率。 图图 1 1 真空法测毛体积密度真空法测毛体积密度 Fig.1 The measured bulk density by vacuum method 4.44.4 真空密封法测空隙率真空密封法测空隙率 按照体积法测量试件的空隙率后，接着按 4.3 所述步骤用真空法测量试件空 隙率，结果见表 5 所示。 表表 5 5 真空法空隙率真空法空隙率 Table5 air voids by vacuum method 测定值测定值 初试级配 毛体积相对密度 最大理论相对 空隙率 平均值（g/cm3） 密度（g/cm3） (%) 级配一 2.118 2.515 15.8 石灰岩 级配二 2.159 2.499 13.6 级配三 2.202 2.485 11.4 级配一 2.111 2.584 18.3 辉绿岩 级配二 2.144 2.570 16.6 级配三 2.199 2.560 14.1 5 5. .真真空空法法、体体积积法法空空隙隙率率测测定定值值与与 P P2 2. .3 36 6关关系系 根据 4.1 和 4.3 绘出石灰岩、辉绿岩 OGFC-13 初试级配下真空法与体积法空 隙率测定值与 P2.36关系曲线图，如图 2、图 3 所示。 y = -1.0867x + 29.991 R2 = 0.9673 y = -0.9494x + 26.832 R2 = 1 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0 18.0 10.012.014.016.018.0 2.36mm通过率（%） 空隙率（%） 体积法 真空法 图图 2 石石灰灰岩岩 OGFC-13 真真空空法法、体体积积法法空空隙隙率率测测定定值值与与 P2.36关关系系 Fig.2 The relationship between air voids of vacuum method and volume method and P2.36 of limestone OGFC - 13 y = -0.7502x + 27.934 R2 = 0.9942 y = -0.6912x + 25.453 R2 = 0.9977 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 81012141618 2.36mm通过率（%） 空隙率（%） 体积法 真空法 图图 3 辉辉绿绿岩岩 OGFC-13 真真空空法法、体体积积法法空空隙隙率率测测定定值值与与 P2.36关关系系 Fig.2 The relationship between air voids of vacuum method and volume method and P2.36 of diabase OGFC - 13 据图 2、图 3 可知（1）空隙率与P2.36具有良好的线性关系，空隙率随着P2.36 的增大而减小；（2）不管是石灰岩还是灰绿岩，真空法空隙率测定值与P2.36关 系的 R2值都大于体积法空隙率测定值与P2.36关系的 R2值，说明真空法空隙率测 定与 P2.36的线性关系拟合得更好；（ 3）体积法空隙率测定值均大于真空法空隙率 测定值；且辉绿岩体积法与真空法空隙率测定值之差要大于石灰岩。 OGFC-13 沥青混合料空隙率与P2.36存在很好的线性关系，可用 关系表示，同种排水沥青混合料真空法与体积法空隙率的测定值之bPVV 36 . 2 a 间的关系同样可用线性关系表示为：，系数 a、b、c、d 必须根dVVvac Dim cVV 据所选材料与沥青混合料公称粒径通过一定试验确定。吕伟民 11学者所确定的排 水沥青混合料与P2.36关系为 VV=23.4-0.33 P2.36，以及李闯民10等学者通过试验确 定的真空法与体积法测空隙率之间的关系为，可能只是228 . 3 VV715 . 0 Dim vac VV 针对某种材料和某种公称粒径的排水沥青混合料的公式，不能代表所有类型的排水 沥青混合料空隙率与P2.36的关系，故在用别的学者所总结出的关于排水沥青混合 料空隙率经验公式时必须根据自己试验的实际情况进行参考，不能盲目借鉴。每次 初试级配所确定的空隙率所获得的经验公式，都可预估最佳配比和油石比下的沥青 混合料的空隙率，而不要等到试验后，这样可为试验节省更多时间。 6 6. .结结论论与与建建议议 （1）在P2.36接近相同的情况下，两种方法测定的石灰岩 OGFC-13 各级配的 空隙率均小于辉绿岩各级配的空隙率约 3%左右，是由于石灰岩强度远远低于辉绿 岩，在马歇尔击实过程中，石灰岩更容易被击碎，导致空隙率要低于辉绿岩 OGFC-13。 （2）体积法的空隙率测定值大于真空法测定值，是由于体积法测定试件的空 隙率既包括了试件本身的空隙率，又包括了试件正常的构造纹理，而真空法通过抽 真空然后密封，把表面凹凸不平的空隙给去掉了，因此真空法空隙率测定值更接近 试件真实空隙率。 （3）使用真空法测大空隙沥青混合料时，应确保密封袋不被刺破，试件不浸 水，若试件浸水，导致试件水中重变小，计算出的毛体积变大，空隙率变小。 （4）由于本试验仅研究了不同石材、同种沥青 OGFC-13 的试件，且试件的 数量有限，因此，后期研究中将采用不同类型、不同最大公称粒径、以及不同成型 方式的试件系统研究真空密封法测定大空隙沥青混合料毛体积相