沥青混合料理论最大相对密度确定方法.docx

沥青混合料理论最大相对密度确定方法王丽群1 , 刘正兵2 , 周宏云3(1 . 湖南交通职业技术学院 , 湖南 长沙 410004 ; 2 . 长沙市市政工程有限责任公司 ; 3 . 湖北省公路管理局科研所)摘 要 : 通过对沥青混合料理论最大相对密度几种确定方法的比较与分析 , 认为不管对普通沥青或改性沥青 ,采用集料有效相对密度计算法最为合理 ,实测法如果应用得当也不 失为很好的方法 。这些方法在湖北襄 (樊) - 十 (堰) 高速公路沥青混合料路面施工中得到了 成功应用 。关键词 : 沥青混合料 ; 理论最大相对密度 ; 计算法 ; 实测法 ; 应用沥青混合料理论最大相对密度可用于分析压实沥青混合料的参数 ,如混合料空隙率、沥青饱和度、矿料 间隙率、有效沥青含量、集料有效相对密度等 。而沥青 混合料的配合比设计是采用体积设计 ,这些沥青混合 料参数都是非常重要的设计参数。所以 ,理论最大相 对密度取值将直接影响配合比设计标准值和设计结 果 ,同样在沥青路面压实度和空隙率的控制中 ,也需要 用理论最大相对密度 。本文归纳和总结了湖北襄十高 速公路沥青混合料路面施工中对沥青混合料理论最大 相对密度确定方法的分析和比较以及在实体工程中应 用的经验 。沥青填充部分的体积作为集料的有效体积 ,具体测定操作方法参见文献 1 。美国在 su p er pa v e 高性 能沥青混合料设计时明确提出集料的密度采用有效相 对密度 ,但它并没有给出相应的测定方法 ,而是给出了经验公式 : gse = gsb + c ( gsa - gsb ) 。式中 : gse 为集料有 效相对密度; gsb 为集料毛体积相对密度; gsa 为集料表观相对密度; c 为经验常数 , 通常采用 0 . 8 , 吸水性集料采用 0 . 6 或 0 . 5 , c 值由经验决定 , 人为因素大 , 难 以准确 。集料有效相对密度可采用阿基米德原理测定。利用一容器 , 先称容器在空气中的质量 p 、再称容器在水 中质量 pw , 得容器体积 ( p - pw ) 。把洗净烘干的质 量为 a 的集料置于容器中 ,以 20 %左右的油石比与集 料进行预拌 ,使其吸入沥青 ,再加入相当集料质量的沥 青 ,使集料分散在沥青中 ,称量集料 + 沥青 + 容器在空 气当中质量 t 和水中质量 t w , 得集料 + 沥青 + 容器1 理论最大相对密度确定方法的探讨与比较1 . 1 沥青混合料理论最大相对密度及与之密切相关的几个重要概念沥青混合料理论最大密度指沥青混合料无空隙的 理想状态下单位体积的干质量 ; 集料视 ( 表观) 密度指 单位体积 (含材料的实体矿物成分及闭口孔隙) 物质颗粒的干质量 ;集料毛体积密度指单位体积 (含材料的实 体矿物成分及其闭口孔隙、开口孔隙等颗粒表面轮廓 所包围的毛体积) 物质颗粒的干质量 ;集料有效密度是 将集料浸在 150 的沥青中让集料吸收沥青 ,然后把 集料的实体矿物体积 、闭口孔隙体积和开口孔隙未被体积 ( t -t w ) 。样品中沥青质量 b =t - a - p 。同时测定该沥青的相对密度 gb ( 25 / 25 ) , 则 b / gb即为所用的沥青体积。因此沥青的有效体积 v = ( tpw ) - b / gb 。-t w ) -( p -集料的干质量 a 除以有效体积 v 即得该集料的有效相对密度 gse ;沥青混合料理论最大密度 = ( 集料质量 + 沥青质 量) / ( 集料实体体积 + 闭口孔隙体积 + 未被沥青填充 的开口孔隙体积 + 沥青体积)收稿日期 :2005 - 09 - 28作者简介 :王丽群 ,女 ,大学本科 ,工程师. 252 中外公路26 卷集料视密度 = 集料质量/ ( 集料实体体积 + 闭口孔隙体积) ;集料毛体积密度 = 集料质量/ ( 集料实体体积 + 闭 口孔隙体积 + 开口孔隙体积) ;集料有效密度 = 集料质量/ ( 集料实体体积 + 闭口 空隙体积 + 未被沥青填充的开口孔隙体积) ;通过以上公式可以得出集料密度之间存在以下关 系 :集料视密度 集料有效密度 集料毛体积密度 。1 . 2 沥青混合料理论最大相对密度确定方法沥青混合料理论最大相对密度确定方法一般有计 算法和实测法。其中计算法有 : 集料毛体积相对密度计算法; 集料视相对密度 ( 表观相对密度) 计算 法; 集料有效相对密度计算法。实测法采用真空 法。( 1) 计算法分析计算法是用级配矿料和沥青的相对密度及它们在 沥青混合料中所占的比例 , 通过计算确定沥青混合料理论最大密度。具体计算方法可按式 ( 1) 、( 2) 进行 。当已知沥青混合料油石比为 pa 时 , 沥青混合 料理论最大密度 gmm 可按式 ( 1) 计算 :gmm = ( 100 + pa ) w / ( p1 /1 + p2 /2 +述问题 ,日本高等级公路设计规范提出用有效相对密度作为计算时采用的相对密度 。有效相对密度能够 模拟集料在混合料施工中吸收沥青的实际情况 ,用该 密度计算比较接近真值。另外 ,用计算法时 ,必须测定 不同粒径集料相对密度 ,细集料的毛体积密度很难测 定 ,粗集料表干法擦水的标准也带有主观性 ,中间有可能出现人为误差。这些因素都将影响计算理论最大相 对密度的稳定性和精确度。(2) 真空实测法分析我国的试验规程自 1993 年实施以来就规定采用 实测的理论最大相对密度 ,只有在缺乏试验条件时才允许采用计算的理论最大相对密度。但我国对实测沥 青混合料密度的研究和应用相对较少 ,基本停留在计 算法上 。从实际使用情况和试验效果看 ,加强对真空 法理论最大相对密度的研究 ,提高真空法试验的准确 度 ,对完善我国沥青混合料配合比设计方法 ,提高沥青路面性能具有实际意义。真空法借助抽真空使开口孔 隙中的空气出来 ,同时让水进入开口孔隙中 ,开口孔隙 中的剩余孔隙愈少 ,测定的结果愈准确 。相反 ,密闭孔 隙愈多 ,测定的结果愈不准确 ,因此试验规程要求细集 料团块分散到尺寸小于 6 . 4 mm 。对于集料吸入沥青 时间 ,混合料设计应尽可能模拟实际情况。实际生产中 ,从混合料拌制出来到摊铺 ,直至最后压实完成 ,一 般为 24 h ,因此在进行真空法测量理论最大密度时 应有一个集料吸入沥青过程 ,影响集料吸入沥青的因 素有沥青粘度、沥青成分 、集料孔隙大小、集料吸水量、 高温保持时间等。为保证集料充分吸入沥青 ,沥青混合料在实测前一般老化 4 h 。对于真空度和抽真空的 时间 ,一般来说 ,能排除空气泡的最短时间是最佳的 , 在真空状态下的多余时间可能由于水进入沥青膜而引 起误差 。在不影响试验精度的前提下 ,为简化试验程 序 ,建议沥青混合料的抽真空时间为 15 mi n 。+ pn /n + pa /a )当已知沥青混合料沥青含量为 合料理论最大密度 gmm 按式 ( 2) 计算 :gmm = 100 w / ( p1 /1 + p2 /2 + pn /n + pb /a )式中 : gmm 为理论最大密度 ( g/ c m3 ) ; p1( 1) pb 时 , 沥青混( 2) pn 为各种矿料占矿料总质量的百分比 ( %) ; p1pn 为各种矿料占沥青混合料总质量的百分比 ( %) ;1 n 为各种矿料与水的相对密度 ( 毛体积相对密度或表观相对密 度) ; pa 为油石比 ( %) ; pb 为沥青含量 ( %) ;a 为沥青的相对密度 ( 25 / 25g/ cm3 ) 。) ;w 为常温水的密度 ( 取 12 计算法与实测法试验结果比较用式 (1) 、(2) 计算理论最大密度时 ,存在集料相对密度的选择问题。如果采用集料表观相对密度计算 , 则认为集料开口孔隙全部被沥青充满 ;反之 ,如果采用 集料毛体积相对密度计算 ,则认为集料开口孔隙完全没有吸收沥青。实际上 ,集料开口孔隙不可能不吸收 沥青 ,也不能完全吸收沥青 ,集料开口孔隙吸收沥青的 数量取决于集料自身性质、沥青的粘度、用量、混合料 拌和温度及摊铺时间等 ,因此 ,用表观相对密度计算得 到的理论最大密度将比真值偏大 ,而用毛体积相对密度计算得到的理论最大密度将比真值偏小 。为解决上2 . 1材料的技术性质本项目选用沥青为湖北省鄂州科氏公司生产的普 通重交 a h - 70 和 p g76 - 22 的 sb s 改性沥青 ,其技术指标测定结果见表 1 。石料采用石灰石 、辉绿岩和玄武岩 ,其物理力学性 能指标见表 2 。石灰石矿粉密度为 2 . 699 g/ cm3 。2 . 2试验结果与分析 3 期沥青混合料理论最大相对密度确定方法253 表 1 沥青的技术指标测定结果试验结果试验项目技术标准 a h - 70 sb s 改性沥青针入度 (25 ,100 g ,5 s) / 0 . 1 mm针入度指数 p i延度 (5 ,5 cm/ min) / cm 软化点 tr &b / 闪点/ 溶解度/ %动力粘度 (60 ) / pa s6080 (4075) - 0 . 2100 ( 30)4454 ( 70) 23099220 30 10049 . 534 . 599 . 8210旋转粘度 (135) / pa s质量损失/ % 针入度比/ % 延度 (25 ) / cm 延度 (15 ) / cm质量损失/ % 针入度比/ % 延度 (5 ) / cm1 . 860 . 0265 . 46248旋转薄膜烘箱试验(163 ,5 h)0 . 0668 . 331 . 1旋转薄膜烘箱试验(163 ,85 min)注 :括号内为改性沥青的技术指标值 ,括号外为公用值表 2石料密度试验结果毛体积相对密度/ g cm - 3表观相对密度/ g cm - 3石料 吸水率/ %1 # (31 . 516 mm)2 # (164 . 75 mm)3 # (4 . 752 . 36 mm)4 #( 2 . 36 mm)1 # (31 . 516 mm)2 # (164 . 75 mm)3 # (4 . 752 . 36 mm)4 #( 2 . 36 mm)石灰石 0 . 81辉绿岩 0 . 65玄武岩 0 . 612 . 6552 . 7692 . 9142 . 6632 . 7582 . 8932 . 6592 . 7502 . 9222 . 7012 . 8812 . 9522 . 6952 . 8012 . 9512 . 6972 . 8082 . 9462 . 6992 . 7712 . 9242 . 7012 . 8812 . 952注 :玄武岩 (京山三阳) 为 :1 # (199 . 5 mm) 、2 # (9 . 54 . 75 mm) 、3 # (4 . 752 . 36 mm) 、4 # ( 集料有效相对密度计算法实测法 集料毛体积相对密度计 算法 ,且通过大量的试验数据对比与分析 ,集料有效相对密度计算法与实测法的理论最大密度较接近 ,同时沥青混合料的结构参数 空隙率结果的大小关系为 集料表观相对密度计算法 集料有效相对密度计算法实测法 集料毛体积相对密度计算法。(2) 对于 sb s 改性沥青 ,理论最大密度结果的大 小关系为集料表观相对密度计算法 集料有效相对密度计算法实测法 (分散仔细) 集料毛体积相对密度 计算法 实测法 ( 分散马虎) ,且通过大量的试验数据对比与分析 ,集料有效相对密度计算法与实测法 (分散仔细) 的理论最大密度较接近 ,同时沥青混合料的结构 参数 空隙率结果的大小关系为集料表观相对密度计算法 集料有效相对密度计算法实测法 ( 分散仔 细) 集料毛体积相对密度计算法 实测法 ( 分散马虎) 。(3) 通过大量试验数据的对比和分析 ,采用不同计算方法得出结果存在差值 ,因此在沥青混合料配合 比设计时选用适宜的理论最大密度确定方法显得尤为重要。考虑集料吸收沥青的客观事实 ,对于普通重交沥 青建议以集料有效相对密度计算法计算理论最大密 度 ,有条件实测时 ,可采用实测法测定理论最大密度。 而对于 sb s 改性沥青 ,因聚合物改性沥青结合料粘度 较大 ,分散相对困难 ,通过一系列的试验认为用真空法 测定改性沥青混合料的理论最大密度时人为误差可能 较大 ,建议还是以集料有效相对密度计算法计算理论 最大密度 。当采用真空法时 ,若能保证沥青混合料分 散仔细 ,实测法仍然可行 。在湖北襄十高速公路沥青混合料路面施工过程 中 ,对下、中面层的普通重交沥青 a h - 70 的 a c - 25 和 a c - 20 结构沥青混合料室内设计和现场施工 控制 ,采用了集料有效相对密度计算法或实测法的理 论最大密度为依据 ; 而对 sb s 改性 沥青混 合料的sp12 . 5 结构上面层则只采用集料有效相对密度计算 法计算理论最大密度为依据。第 2 6 卷第3 期2 0 0 6 年 6 月中外公路255文章编号 :1671 - 2579 (2006) 03 - 0255 - 04土工合成材料界面直剪摩擦试验研究施有志(福建省厦门市公路局 , 福建 厦门 361009)摘 要 : 该文通过土工合成材料与不同填料的直剪摩擦试验 ,研究土工合成材料的界面特性 。并探讨了在直剪试验中 ,剪切速度对剪应力峰值强度的影响 。关键词 : 土工合成材料 ; 直剪摩擦试验 ; 剪切速率所改变 。近几年来已有学者开始对土工格栅的界面特性展开了研究 ,但同类的研究不多。因此 ,开展土工格 栅与各种填料间的摩擦特性的试验研究是必要和迫切 的。本文选择在加筋工程中常用的加筋材料 单向 土工格栅 、经编土工格栅 、有纺土工布 ,测定其在圆砾、 粗砂和残积土中的摩擦特性 ,并进行比较 ;探讨了剪切 速度对界面剪应力峰值强度的影响。前言1加筋土技术是一种新型的岩土工程技术 ,土工合成材料与土之间的界面性能是影响加筋土技术应用的 重要因素之一。国内外用于测定土工合成材料与土之 间的界面特性的方法一般有直剪摩擦试验和拉拔试验。但由于试验条件 、试验方法的差异 ,测得的结果差 别较大 ;而且以前的研究主要集中在土工织物 ( 有纺、 无纺) 在砂土、粘土中的剪切特性 。随着土工合成材料 技术的发展 ,各种高强度的土工合成材料 ,如单向土工 格栅、经编土工格栅得到了广泛的应用 ,填料种类也有2 试验方法和内容2 . 1试验仪器及方法混合料的路用性能 , 应根据实际情况合理选择测定方法。(5) 对改性沥青和 sma 运用实测法时 ,应认真仔 细将沥青混合料的细集料团粒分散开 ,团粒尺寸不大 于 6 . 4 mm ,建议最好用