沥青浸渍法测定最大理论相对密度的应用研究.docx

沥青浸渍法测定最大理论相对密度的应用研究郭德栋1 ,2 ,许宏妹3 ,扈惠敏4(1 . 长安大学 公路学院 ,陕西 西安 710064 ; 2 . 山东交通学院 土木系 ,山东 济南 250023 ; 3 . 安徽省高等级公路工程监理有限公司 ,安徽 合肥 230022 ; 4 . 合肥工业大学 土木与水利工程学院 ,安徽 合肥 230009)摘 要 :为准确计算沥青混合料的空隙率等体积参数 ,文章采用沥青浸渍法测定多孔安山岩沥青混合料的最大理论相对密度 。分别采用集料浸渍法 、矿料混合料浸渍法和沥青混合料浸渍法 3 种方法来测定 ,对测定结 果进行分析比较表明 ,沥青浸渍法测试数据变异性小 、稳定性好 ;根据 3 种方法的特点 ,指出了各自在工程中 的适用性 ;用浸渍法和计算法分别进行配合比设计 ,比较沥青混合料的马歇尔指标 、水稳定性能和高温稳定性 能 ,结果表明 ,浸渍法测定的最大理论相对密度与计算法相比更接近真实值 ,更为合理 。关键词 :道路工程 ;沥青混合料 ;最大理论相对密度 ;沥青浸渍法 ;计算法中图分类号 : u4141 1文献标志码 : a文章编号 :100325060 (2010) 0520731204on the a ppl icat ion of a sphalt immersion methodin test ing ma ximum theoret ical relat ive densitygu o de2do ng1 ,2 ,xu ho ng2mei3 ,h u h ui2mi n4( 1 . school of highway , cha nga n u niver sit y , xian 710064 , chi na ; 2 . dep t . of civil engi neeri ng , sha ndo ng j iao to ng u niver sit y , j inan 250023 , chi na ;3 . a nhui highway engi neeri ng sup er vi sio n co . , l t d. , hef ei 230022 , chi na ;4 . school of civil a nd hydra ulic engi2neeri ng , hef ei u niver sit y of technolo gy , hef ei 230009 , chi na)abstract :a sp halt i mme r sio n met ho d i s u sed i n t e sti ng t he ma xi mum t heo retical relative de n sit y of po r2o u s a nde sitic a ggre gat e to calculat e vol ume p a ra met e r s of t he a sp halt mi xt ure suc h a s voi d ratio . a g2 gregat e i mmer sio n met ho d , mi neral a ggre gat e mi xt ure i mmer sio n met ho d a nd a sp halt mi xt ure i mmer2 sio n met ho d a re u sed i n t he t e sti ng . the a nal y si s a nd co mp a ri so n of t he t e st re sult s sho w t hat t he dat a of a sp halt i mme r sio n met ho d ha s lo w va ria bilit y a nd goo d st a bilit y. the app lica bilit y of t hree met ho ds i s al so poi nt e d o ut i n view of t hei r o w n cha ract eri stic s. imme r sio n met ho d a nd calc ulatio n met ho d a re u sed sep a rat el y i n t he de sign of t he mi xt ure ratio , a nd t he ma xi mu m t heo retical relative de n sit y t e st e d by i mmer sio n met ho d i s clo se r to t he real val ue a nd mo re rea so na ble t ha n calc ulatio n met ho d by co m2 p a ri ng t he ma r shall i nde x , wat er st a bilit y a nd hi gh t e mp erat ure st a bilit y .key words :roa d e ngi nee ri ng ; a sp halt mi xt ure ; ma xi mum t heo retical relative de n sit y ; a sp halt i mmer2sio n met ho d ; calculatio n met ho d青路面的路用性能 1 - 5 。沥青混合料的最大理论相对密度是计算压实 混合料空隙率的主要参数 ,也是计算 v ma 、v fa等体积指标的重要参数 。因此 ,沥青混合料最大理论相对密度已成为设计 、施工和质量评价中的 一个最重要的技术参数 。根据文献 6 的规定 ,对改性沥青或 sma 混引言0目前 ,马歇尔配合比设计方法仍是我国常用沥青混合料配合比设计方法 ,以空隙率为代表的 体积参数是该设计方法的核心 。同时 ,空隙率还 是沥青路面成型质量的关键指标 ,直接关系到沥收稿日期 :2009204222 ; 修改日期 : 2009206229作者简介 :郭德栋 ( 1981 - ) ,男 ,山东聊城人 ,长安大学博士生 ,山东交通学院讲师.合肥工业大学学报 (自然科学版)第 33 卷732合料 ,由计算法得到其最大理论相对密度 6 。日本高等级公路设计规范中规定 : 在沥青混合料 最大 理 论 相 对 密 度 的 计 算 中 , 对 吸 水 率 超 过11 5 %的粗集 料 需采 用沥 青 浸渍 相 对 密 度 ; 文 献 7 提出利用沥青浸渍法测定吸水率较大的多孔 集料的有效相对密度 ,进而得到混合料的最大理 论相对密度 ;文献 8 提出以沥青为介质 ,通过浸 渍法直接测定混合料的最大理论相对密度 ,但目前还没有将浸渍法应用到实际工程中的先例 。 本研究依托实际工程 ,以沥青浸渍法和计算法得到的最大理论密度为基础 ,分别进行配合比 设计 ,得出最佳油石比 ,再进行沥青混合料高温稳 定性能和水稳定性能的对比 ,从而分析浸渍法和计算法的合理性 ,并提出沥青浸渍法的应用建议 。表 2 不同规格集料和矿粉的密度和吸水率集料粒径 毛体积相对密度表观相对密度/ ( g cm - 3 )吸水率/ %/ mm/ ( g cm - 3 )131 219 . 091 5131 241 7591 521 3641 75021 36矿粉21 58521 56721 56421 57021 71921 72721 71821 72721 74421 76221 74321 0121 1621 3321 4601 57-由表 2 的测试结果可知 ,粗集料安山玢岩的吸水率在 21 01 % 21 46 %之 间 。集 料对 沥 青的 吸收率不但和集料总的空隙率有关 ,而且受空隙 的尺寸和分布影响很大 。沥青只能进入尺寸较大的孔隙中 ,而无法进入尺寸小的孔隙 。如果采用 计算法通过测定集料的吸水率 ,回归集料吸附的 沥青量 ,会有比较大的误差 。故本次研究通过沥 青浸渍法来测定集料对沥青的实际吸收量 。原材料性质111 1沥青性质沥青采用浙江公路物资公司生产的 sb s 改 性沥青 ,其性能指标测试结果见表 1 所列 。浸渍法试验与结果分析浸渍法是用沥青浸没的方法测定集料或者矿 料混合料的沥青浸渍相对密度 ,也即集料或矿料 混合料的有效相对密度 。浸渍密度的测定方法则 参考日本集料沥青浸渍密度试验方法 ( ko nda n21221985) 。本研究采用沥青浸渍集料 、矿料混合料和沥 青混合料的 3 种方法 ,分别测定最大理论相对密 度 ,并对试验结果和 3 种方法的适用性进行分析 。21 1集料浸渍法采用沥青浸渍法测定 5 种规格集料的沥青浸 渍相对密度 , 即有效相对密度 , 具体试验结果见 表 3 所列 。2表 1sbs 改性沥青各项指标检测结果相对密度/( g cm - 3 )针入度/01 1 mm延度/cm软化点/ 53 35 841 5 11 034 注 :针入度条件为 25 , 100 g , 5 s ; 延度条件为 5 cm/ mi n ,5 ;软化点采用环球法测定 ;相对密度条件为 25 。11 2集料性质粗集料采用安徽省霍山县的安山玢岩 ,细集料 和矿粉采用安徽省霍邱县的石灰岩加工而成 。不同规格集料和矿粉的密度和吸水率见表 2 所列 。表 3集料沥青浸渍相对密度试验结果集料 + 沥青 + 容器容器集料沥青浸渍相对密度集料干重沥青相对密度规格/ mm沥青重空中重水中重容积空中重水中重容积单值平均值191 0131 2131 291 591 541 7541 7521 3601 2651 31 2871 81 2751 71 2821 31 3121 61 2841 81 2751 11 2941 61 3191 64171 74201 64171 04131 94191 74171 84171 64201 44271 98501 18691 88611 38711 08951 68691 68601 18761 88941 41501 31551 31471 81471 01531 01511 51511 21541 51481 7871 1891 7851 8821 8871 3861 5861 2881 4861 5631 3651 8621 2641 4651 9651 2651 2661 3621 45001 25001 05011 05001 45001 05001 15001 55001 25001 06781 06981 16881 96991 17251 36981 26881 47061 07331 111 03411 03411 03411 03411 03411 03411 03411 03411 03421 60321 60021 59921 59821 60721 60421 60721 61021 73021 60221 59921 60621 609 21 36 1 2581 2 4231 1 8371 6 1461 1 831 6 621 7 5001 1 6741 5 11 034 21 732 21 731 依 托工 程 中面 层采 用 a c220 c 型 沥 青 混 凝土 ,经过级配优选 ,确定不同规格集料和矿粉的用第 5 期郭德栋 ,等 :沥青浸渍法测定最大理论相对密度的应用研究733料比 例 分 别 为 : 28 % 、19 % 、18 % 、51 5 % 、26 % 、31 5 % ,假设油石比为 5 % 。根据试验结果 ,按照以下公式计算混合料的 最大理论相对密度 :料的最大理论相对密度 , 无量纲 ; pbi 为所计算的沥青混合料的沥青用量 ; psi 为所计算的沥青混合 料的矿料质量分数 , psi = 100 - pbi ;se 为矿料的有效相对密度 , 按 ( 1)式计算 , 无量纲 ;b 为沥青se = 100/ (1 /1的相对密度 (25 / 25 ) ,无量纲 。最 大 理 论 相 对 密 度 的 计 算 结 果 为21 453 g/ cm3 。21 2矿料混合料浸渍法按照上述不同规格矿料的比例配制矿料混合 料 ,测定其沥青浸渍密度 ,即有效相对密度 ,结果 如表 4 所列 。+2 /2 + n /n )( 1), pn,n其中 , se 为矿料的有效相对密度 ; p1 , p2 ,为各种矿料成分的配比 , 其和为 100 ;1 ,2 ,为各种矿料相应的有效相对密度 。ti = 100/ ( psi /se + bi /b )( 2)其中 ,ti 为相对于计算沥青用量 pbi 时沥青混合表 4矿料混合料沥青浸渍相对密度试验结果混合料 + 沥青 + 容器容器集料沥青浸渍密度混合料干重沥青相对密度矿料混合料沥青重空中重 水中重容积空中重 水中重容积单值平均值11 3201 2 5251 77961 12231 61941 8281 84991 25771 711 03421 642 2 1 3071 3 5141 5 7941 3 2131 1 1851 7 271 4 4961 9 5771 6 11 034 21 634 21 638 按 (2) 式可计算沥青混合料的最大理论相对密度为 21 457 g/ c m3 。21 3沥青混合料浸渍法按照上述不同规格矿料的比例配制矿料混合料 ,并以油石比为 5 %拌制沥青混合料 ,在烘箱中保温静置 1 h 后 ,用沥青浸渍法直接测定沥青混 合料的 最 大 理 论 相 对 密 度 , 其 测 试 结 果 见 表 5 所列 。表 5沥青混合料沥青浸渍相对密度试验结果混合料 + 沥青 + 容器容器混合料沥青浸渍密度混合料干重沥青相对密度沥青混合料沥青重空中重 水中重容积空中重 水中重容积单值平均值1 8831 2 8501 1 1 0351 2961 2861 791 51 2581 35111 311 03421 4561 2 1 8751 3 8461 2 1 0311 2 921 7 821 6 101 1 1 2571 9 5111 6 11 034 21 459 21 457 21 4计算法按照文献 6 的计算法公式 ,计算最大理论相 对密度 ,假设油石比为 5 % ,结果为 21 530 g/ cm3 。综合以上试验结果可知 , 3 种浸渍方法所得结果分 别 为 21 453 、21 457 和 21 457 g/ c m3 , 差 异 较小 ,可以看出用浸渍法可以稳定地测定沥青混合料的最大理论相对密度 。按照计算法得到的结 果为 21 530 g/ c m3 , 与 浸 渍 法 所 得 结 果 差 别 为01 08 左右 ,对于同一马歇尔试件 , 按照 2 种不同的最大理论密度计算 ,空隙率差别达 3 %左右 。21 53 种浸渍法的工程适用性(1) 集料浸渍法可用于目标和生产配合比设 计中确定最大理论密度 。在配合比设计中需要调整不同的级配 ,进行级配优选 ,通过测定各种规格 集料的有效相对密度 ,可以快速 、准确地计算出不同级配和油石比沥青混合料的最大理论密度 ,测 定马歇尔试件的空隙率 。(2) 矿料混合料浸渍法也可用于目标和生产配合比设计中确定最大理论密度 。在配合比设计 中 ,按照确定的级配配制矿料混合料 ,通过浸渍法可直接得出合成矿料有效密度 ,计算不同油石比沥青混合料的最大理论密度 ,测定马歇尔试件的 空隙率 ,还可以同集料浸渍法测定的最大理论密 度互相验证 。(3) 沥 青 混 合 料 浸 渍 法 可 应 用 于 规 模 施 工 中 。在规模施工中 ,每天在拌合楼取料 ,通过浸渍 法测定最大理论密度 ,检验当天成型路面的压实 度 、空隙率等指标 ,以有效指导施工 。计算法和浸渍法应用比较按照计算法和浸渍法分别确定最大理论相对 密度 ,进行配合比设计 ,应用计算法得出的最佳油 石比 为 51 3 % , 浸 渍 法 得 出 的 最 佳 油 石 比 为41 7 % 。以 2 种油石比成型马歇尔试件 ,进行稳定3合肥工业大学学报 (自然科学版)第 33 卷734度 、流值 、残留稳定度和冻融劈裂试验 ,用轮碾法成型车辙板 ,进行动稳定度试验 ,对比水稳定性能 和高温稳定性能 。试验结果见表 6 所列 。沥青混合料浸渍法 3 种浸渍法测定最大理论相对密度 ,试验数据变异性小 ,稳定性好 ,可互相验证 。(3) 集料浸渍法和矿料混合料浸渍法适用于 目标和生产配合比设计过程中 ,沥青混合料浸渍 法适用于日常规模施工中 ,检测和控制路面成型 质量 。表 6 41 7 %和 51 3 %油石比沥青混合料性能试验结果动稳定度/ ( 次 mm - 1 )残留 冻融劈裂稳定度 残留强度油石比/ %稳定度/ kn流值/ mm比/ %/ % 参考文献 41 751 3151 8151 231 131 9901 5861 8841 2821 97 9845 645沙庆林. 空隙率对沥青混凝土的重大影响 j . 国外公路 ,2001 ,21 ( 1) :34 - 38 .沈金安. 关于沥青混合料配合比设计确定最佳沥青用量的 问题j . 公路 ,2001 , ( 11) :1 - 5 .杜永安. 京秦高速公路连接线沥青混凝土路面车辙产生的 原因浅析j . 公路交通科技 ,2002 ,119 ( 6) :21 - 24 .彭亚荣 ,张 虎. 石安高速公路沥青混凝土路面车辙病害分 析j . 公路 ,2004 , ( 7) :120 - 124 .沈金安. 关于沥青混合料的均匀性和离析问题 j . 公路交 通科技 ,2001 ,18 ( 6) :22 - 26 .j t g f4022004 ,公路沥青路面施工技术规范 s .游国兰 ,林绣贤. 集料与沥青混合料密度不同测定法的研讨j . 华东公路 ,1996 , ( 5) : 80 - 84 .周卫峰. 测定沥青混合料最大理论相对密度的浸渍法 j .中国公路学报 ,2007 ,20 ( 1) :24 - 29 . 1 试验结果表明 ,41 7 %油石比混合料各项性能均优于 51 3 %油石比混合料 , 按照浸渍法测定最 大理论相对密度更接近真实值 ,更为合理 。综合上述试验结果 ,本依托工程沥青中面层a c220c 采用浸渍法测定最大理论相对密度 。 2 3 4 5 结论(1) 对于吸水率在 21 0 21 5 之间的多孔安 山玢岩 ,采用浸渍法测定最大理论相对密度 ,进行 配合比设计 ,确定最佳油石比 ,各项性能指标均优 于计算法 ,浸渍法测定最大理论相对密度更接近 真实值 ,更为合理 。(2) 采用集料浸渍法 、矿料混合料浸渍法和4 6 7 8 (责任编辑朱华新)(上接第 725 页)变形的消极作用 ,但影响较小 。在留有必要的安 全储备的前提下 ,可不考虑结构残余应力的影响 , 以简化设计 。此时结构在强度 、刚度 、稳定性方面 仍符合有关规定 ,设计是安全的 。(4) 本文系对某工学院平面张弦梁结构进行 有限元分析的结果 ,结论可供符合下述条件的张弦梁