沥青混合料最大理论密度的确定及应用

沥青混合料最大理论密度的确定及应用

孙辉

扬州汇通建设有限公司 江苏仪征 211400

摘 要: 采用不同试验方法对3种不同级配沥青混合料进行了最大理论密度研究。结果表明，浸渍法确定的沥青混合料最大理论密度与真空法测得的试验结果非常接近：Superpave加权法确定的视密度与毛体积密度加权值为0.4时，计算的最大理论密度与真空法测得的试验结果非常接近，但权值的确定相对繁琐，建议采用浸渍法确定沥青混合料最大理论 密度。

关键词: 最大理论密度；沥青混合料； 浸渍密度；加权密度；真空试验法； 压实度

最大理论密度的确定可以采用计算法, 也可以采用实测法。其中计算法确定集料的密度又分为采用集料毛体积密度计算、集料视密度计算和毛视均值计算

3种方法：而实测法主要包括溶剂法和真空法。实测法所得数据较为准确，但事实上，由于试验条件的限制，施工现场对设计或现场空隙率的控制，一直采用计

算法。如何选择一种方法使所确定的理论最大密度与压实后混合料理想状态的情况更为吻合, 成为沥青混合料配合比设计结果优劣的关键。

测定集料视密度时, 集料体积不包括开孔孔隙体积。因此，在沥青混合料中，只有集料孔隙全部为沥青所占据，或集料本来就无孔隙时，采用集料视密度才是

合理的。但事实上, 沥青不可能像,水一样全部吸入孔隙，而只能有部分孔隙吸入沥青。因此，以集料视密度计算的沥青混合料的理论最大密度将偏大。我国和美国都规定了在计算理论最大相对密度时集料的密度采用毛体积相对密度。而测定毛体积密度时，则完全包括开口孔隙体积，该法否认了沥青会被集料的孔隙吸

收，与集料在沥青混合料中的实际状况不符合, 由此计算的沥青混合料的最大理论密度将偏小。而采用视密度和毛体积密度的均值来计算, 虽然相对而言会更接

近实际理论最大密度, 但仍不能真实反映集料开口孔隙被沥青浸渍的实际情况, 会因集料的吸水率、沥青对集料开口孔隙浸渍的程度不同而产生不同的偏差。因

此, 在计算集料的密度时, 其合理值应介于表观密度和毛体积密度之间。

因此，有必要对集料密度的测定方法及沥青混合料最大理论密度计算公式进行深入的研究, 力争找到一种合理的沥青混合料最大理论密度测定计算方法。

1 最大理论密度的计算方法

我国《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTJ 052-2000)规定，在计算理论最大相对密度G_mm时, 对于粗集料, 宜采用相对毛体积密度，对于细集料

(含矿粉)采用视密度。其计算公式为:

式中:P_b为油石比；G_b为沥青的相对密度；γ₁……γ_n为各种矿料对水的相对密度；P₁……P_n为各种矿料占矿料总质量的百分率。

在Superpave(高性能沥青路面)中提出了集料有效比重的概念，即单位体积的不可渗透材料(排除可由沥青渗透的孔隙)在规定温度空气中的质量与相同体积同一密度的无气蒸馏水在规定温度的空气中质量的比值，其经验公式为：

Gse = Gsb+ C(Gsa- Gsb ) (2)

式中：Gse、Gsb、Gsa 分别为集料的有效密度、毛体积相对密度和表观相对密度；C为常数，通常采用0. 8，对吸水性集料可要求该值接近0. 6或0. 5。

所谓的集料沥青浸渍相对密度，是把集料的毛体积减去集料被沥青浸渍吸入沥青的体积后，作为集料的有效体积，这样集料的干质量除以集料的有效体积，即可得集料在沥青混合料中的有效相对密度。该计算方法符合集料在沥青混合料中所处的实际状况，因而用集料的沥青浸渍相对密度确定的沥青混合料的最大理论密度是比较合理的。其最大理论密度Gid 的计算如下：

式中：Pb为油石比；Gb为沥青的相对密度；ρ₁……ρ_n为各种矿料(含矿粉)的浸渍密度；P₁……P_n为各种矿料(含矿粉)占矿料总质量的百分率。

2 原材料性质

2.1 沥青性质

试验所用沥青为70#沥青，其性能指标测试结果如表 1 所示。

2.2 集料性质

试验所用各档集料、填料均为河北省鹿泉的石灰岩加工而成。参考贝雷法对粗细集料的划分原则，以集料公称粒径的0.22倍作为粗细集料的划分界线，故取4. 75mm筛孔作为本研究粗细集料的划分界限。试验测得集料的压碎值为18.5%，冲击值为12. 8%，各档粗集料的吸水率均小于1. 5%。其物理力学指标测定结果如表 2 所示。

3 试验结果分析

为了进一步研究集料密度对沥青混合料最大理论密度的影响，笔者研究了3种不同级配的沥青混合料，其中BL-30为采用美国贝雷法设计的级配, LSAM-30是采用体积法设计的级配，而ATB-30级配为规范推荐级配的中值。BL-30及ATB-30用作柔性基层材料，而LSAM - 30是作为下面层材料。各级配组成见表 3。

将各档集料和矿粉的实测密度值代入沥青混合料最大理论密度计算公式[式(1)-式(3)],可得3种不同级配的沥青混合料的最大理论密度计算结果。表 4为3种级配沥青混合料在最佳油石比下计算和由真空法实测的最大理论密度值。而 Superpave加权法中8:2表示石料的表观密度的加权系数为0.8，毛体积密度的加权系数为0.2，其余类推。

从表 4的数据可以看出，采用视密度法及毛体积密度法计算的最大理论密度均与混合料实测最大理论密度相差较大；采用浸渍法确定的3种沥青混合料的

密度与采用真空法测得的混合料密度非常接近；采用Superpave加权法确定沥青混合料的最大理论密度时，视密度与毛体积密度的不同权值对计算结果影响较大，该法推荐的视密度加权值0.8计算出的混合料最大理论密度结果明显偏大，说明权值取得偏大。在本文研究的范围内，尽管各档粗集料的吸水率均小于1.5% ， 但是采用表观密度与毛体积密度比为4：6的比例计算的理论密度与真空法测定的理论密度最为接近，即C值为0.4。

4 施工验证

施工过程中，由于拌和设备自身的仪器误差，使生产过程中的油石比与设计阶段的油石比略有不同；另外，对于每小时生产能力为200～300t的拌和楼而言, 由于矿质集料料源、运输、堆放、铲运等因素的影响, 使得在最后的拌和过程中混合料的级配与设计级配略有不同。为了研究这些因素对沥青混合料最大理论密度的计算到底有多大影响, 笔者从热料仓中取料进行密度试验, 试验结果见表 5。3 种不同级配混合料的生产配比如表 6 所示。

由上面的结果可知，采用Superpave加权法中的C值为0. 4，与真空法实测结果非常接近，故取C值为0. 4计算热料仓3种级配沥青混合料的最大理论密度。冷料仓及热料仓的最大理论密度的对比见表7。

由表7的对比结果可以看出, 热料仓取料计算的结果与冷料仓计算的结果相差不大, 在施工过程中, 采用冷料仓的试验结果进行最大理论密度的计算可以满足施工精度的要求。但是如果所用的各档集料的料源差别较大, 应以每天热料仓取料的计算结果为准, 确定混合料的最大理论密度。

从表7的结果还可以看出, 采用毛体积密度计算出来的最大理论密度明显小于Superpave加权法计算的理论密度, 而由此计算的混合料的空隙率也较真实情况偏小, 这样在设计阶段会导致设计空隙率偏小, 而实际混合料的空隙率偏大, 对混合料的使用性能造成不良的影响; 此外, 在施工完成后, 若以混合料毛体积密度计算的最大理论密度计算压实度, 会导致实际压实度不足, 却得出压实度合格的错误结论。这样将给工程质量带来一定的隐患, 因此, 正确选择适宜的最大理论密度计算方法至关重要。

5 结论

(1)采用浸渍法计算的混合料的最大理论密度与实测沥青混合料最大理论密度非常接近, 该法试验简单, 便于操作, 可在施工中采用。

(2)当C值取为0.4时，Superpave加权法计算的混合料最大理论密度与实测沥青混合料最大理论密度非常接近, 但是集料类型及性质对权值有一定的影响，应用时应首先确定合理的权值。

(3)施工过程中, 若集料料源稳定, 则集料的运输、加热及拌和对其密度值影响很弱, 其作用可以忽略不计。若为多个采石场的料源, 则在施工过程中应按

浸渍法计算热料仓取料的集料密度, 进而确定沥青混合料的最大理论密度, 并将其作为检验压实度的最大理论密度。

本文研究仅验证了河北鹿泉的石灰岩加权系数 C值取0.4比较合适, 其他地区及不同岩性的集料还有待于进一步研究。