CN101477012B - 一种新型的蜡封测定沥青混合料毛体积密度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的蜡封测定沥青混合料蜡封毛体积密度测定方法，属于公路沥青混合料设计技术领域。本发明通过在沥青混合料试件表面形成一定厚度的蜡膜，将表面的开口孔隙全部包括在蜡膜内部，此时，形成了包含石料、沥青、闭口孔隙和开口孔隙在内的试件体积，即我们所需要的真实体积，使测试的结果更加真实可靠，有效的保障了沥青混合料配合比设计的准确性。本方法可以有效的统一不同孔隙范围沥青混合料的密度，避免了以往不同孔隙范围沥青混合料需要采用不同密度测定方法的不便。

Description

一种新型的蜡封测定沥青混合料毛体积密度的方法

技术领域

属于公路与城市道路学科，沥青路面专业，沥青混凝土设计的技术领域。

背景技术

沥青混合料作为一种多孔、非均质材料，其空隙率的测定方法一直以来都是工程界研究的课题。沥青混合料的“空隙”包括：闭口孔隙、开口孔隙以及一部分表面构造深度。其中开口空隙与构造深度具有相似的表征，在密度测量时常常混淆，导致混合料密度测量不准确。从概念上讲，开口空隙是混合料物理孔隙的一部分，直接影响混合料的力学性能和路用性能，而构造深度则是混合料基本路用性能的要求，以保证路面具有一定的抗滑性能，保证行车安全。严格区分这两类“孔隙”是当前所有混合料密度测量试验的难点。

现有的毛体积密度测定方法很多，包括体积法、水中重法、表干法、蜡封法以及真空塑封法等，多种方法最本质的区别在于其包含的沥青混合料的空隙组成不同，体积法量测的是试件的整个外观尺寸，包括了所有的开口孔隙、闭口孔隙以及所有的表面的构造深度。现行规范规定的水中重法只能用于空隙率＜3％试件的测定，包含的基本上仅仅是试件的闭口孔隙，对于开口孔隙由于水已经进入，基本不包括在内，因此，对于空隙率稍大的沥青混合料该方法测量误差极大。表干法测定的方式与水中重法基本相似，差别在于增加了对于沥青混合料表干状态的测定，表干状态下认为其包含了试件的开口孔隙，即此时的体积包括了闭口孔隙和开口孔隙两部分，应该说概念上是合理的，但是，当沥青混合料空隙率较大时，水就无法在表面形成饱和面干状态，即实际上无法量测试件的闭口孔隙，导致空隙率偏小，由于沥青混合料配合比设计时往往采用从低到高的4～6个油石比来确定最佳油石比，因此，当油石比较低时，空隙率测量的误差将增大，导致整个油石比范围的沥青混合料空隙率测定规律失真。现行规范的蜡封方法一方面对于蜡的温度给定不明确，在实验操作的过程中，温度过高则蜡在表面形成饱和面干状态的同时不可避免的使一部分蜡吸入开口孔隙中，因此，测定的结果也会导致沥青混合料的空隙偏小，密度偏大。另外，美国SHRP计划的研究成果之一，研制开发了采用真空塑封薄膜的手段，通过一定负压使塑封薄膜部分吸入构造深度(即表面凹陷)中，形成表面的饱和状态，从理论上讲是正确的，但是，在操作过程中，塑封薄膜无法形成真正的仅包含开口孔隙和闭口孔隙的饱和状态，仍然包含过多的表面凹陷在内，对于空隙率大，构造深度大的大孔隙沥青混合料适用性较好，但对于普遍采用的一、二型沥青混合料适用性不强。因此，孔隙含量仍然过大，密度偏低。而且该设备和耗材塑封薄膜的价格较高，不适应大面积的推广。

对于2004年10月27日公开的“一种压实沥青混凝土的密度测定方法”，申请号200310111980.4，中所提到的采用硅胶封测定密度的方法，同样存在容易将开口空隙和构造深度混淆的问题，因为硅胶在试验初期是具有一定流动状态下的液体，用它来封闭试件，硅胶很容易进入到试件的开口空隙中，从而导致试验检测的失败。因此，这种试验方法的实际操作性不强。

针对以上几种方法都存不足，因此，有必要开发一种能够有效的统一不同孔隙范围沥青混合料的密度测定方法。

发明内容

本方法的目的在于通过新型蜡封方法，实现不同孔隙率范围的沥青混合料密度测定的统一方法。

一种新型的蜡封测定沥青混合料蜡封毛体积密度测定方法，包括如下步骤：

(1)称量干燥试件空中重量m_a，

(2)在试件表面形成石蜡膜，使表面的开口孔隙封闭在蜡膜内，干燥，

(3)称取空中重量m_f，

(4)称取水中重量m_w，

(5)按照公式计算试件的毛体积密度

$\mathrm{\ρ}=\frac{m_a}{(m_a-m_w-(m_f-m_a)/r)}$

其中r为石蜡密度。

所述步骤(2)中的石蜡膜的制备是将石蜡熔液涂刷在试件表面。

所述步骤(2)中石蜡熔液的温度为50～60℃。

所述涂刷是用毛笔沾取石蜡熔液涂刷，其笔身与试件表面呈20°～30°。

所述步骤(2)中的干燥温度为18～22℃。

所述步骤(2)后试件还通过沾取蜡熔液完全蜡封。

所述蜡封时石蜡熔液温度为60～65℃。

所述完全蜡封是将试件的一半沾取石蜡熔液后，再用另一半沾取石蜡熔液。

本发明是在现有蜡封方法基础上所作的改进。本发明是利用蜡的非晶体特性，在一定的温度范围内即具有液体的流动性，同时当温度略有降低就会形成固体。这样，当在一定温度范围内沾取蜡溶液，涂刷到试件表面，由于温度降低，蜡很快固化形成一层蜡膜，而不会导致蜡渗入到混合料的开口空隙中，从而有效地将混合料表面的开口空隙和构造深度区分开。在试件表面形成包括开口孔隙在内的蜡膜，使蜡膜内的体积成为定义上的沥青混合料的真实体积，使毛体积密度的计算更接近真实值。

本发明的蜡膜是采用涂刷的方式形成的，涂刷方式简单，且易控制蜡膜形成，不容易使蜡熔液浸入到开口孔隙中，且又能进入表面构造深度中。

涂刷过程中，石蜡熔液的温度控制在50～60℃，以表面出现石蜡初凝状态为宜，蜡温过高，容易导致流淌到试件表面的开口孔隙中去。

本发明在涂刷时采用毛笔涂刷，其笔身与试件表面呈20°～30°，避免笔头直接将蜡熔液蘸入到试件的开口孔隙内。

本发明的试件表面形成了蜡膜，将表面开口孔隙包含在蜡膜内，干燥后可以再蜡封，这样在蜡封时的石蜡熔液就不会进入到开口孔隙内部，蜡封步骤使试件蜡封更完整，形成真正的仅包含开口孔隙和闭合孔隙的饱和状态。同时蜡膜和蜡封采用的相同材质，要计算重量和最终计算结果时都很方便，原有的计算公式也不需要改变定义。

蜡膜形成后，为了加强蜡膜的强度，避免在下步水中称重等实验操作过程中，蜡膜遭到破坏，需要进行进一步的蜡封。蜡封时石蜡熔液的温度为60～65℃，温度过高，则在表面形成饱和面干状态的同时又可能会熔化蜡膜而不可避免的使一部分蜡吸入开口孔隙中，导致测定的沥青混合料的空隙偏小，密度偏大。

具体的操作过程如下：

1、对于按照设计配合比成型完成的沥青混合料试件，将试件以不同油石比做好标记按顺序排列好，注意试件之间保持一定间距，养生12小时以上备用。

2、除去试件表面浮粒，称取干燥试件空中重m_a，量取试件的高度、直径并做好记录将石蜡加热至熔点以上，至蜡的流动状态，用温度计测定蜡温，控制蜡温在50～60℃，观察表面出现石蜡初凝状态为宜。

3、用毛笔沾取石蜡熔液，笔身与试件表面呈20°～30°，轻轻将蜡涂刷在试件表面。刷蜡时应注意蜡的温度，避免由于蜡温过高，导致蜡流淌到试件表面的空隙中；同时，也应注意笔身的角度，避免笔头直接将蜡蘸入到试件空隙内部。应以蜡膜在表面形成开口孔隙的饱和状态为标准。

4、将表面刷好蜡膜的试件按照试件编号顺序排好，待一组配合比试件全部刷蜡完毕后，将所有试件在空气中放置30min，注意空气温度不宜过低，应控制20℃左右，使蜡膜干燥。

5、重新加热石蜡熔液，控制蜡温在60～65℃范围。

6、待蜡温满足上述要求以后，手持干燥的试件，垂直放入熔蜡盆中，以试件的一半沾取蜡熔液，并迅速拿出，调转方向，将试件的另一半以同样的方式沾取蜡溶液。将所有的试件按照上述方法封好。

7、检查试件表面，仔细检查表面是否还有蜡膜未封住的孔洞，如果有需用毛笔沾取蜡熔液进行刷补。

8、将试件按油石比顺序排好，晾干，称取重量m_f。

9、调整好浸水电子天平，挂上网篮，浸入溢流水箱的水中，调节水位，将天平调平复零，将试件置于网篮中(注意尽量减小水的晃动)，待天平稳定后读取读数，即试件水中重m_w。如果天平读数无法稳定，则说明蜡封失败，水渗入了蜡封薄膜中间，试件应该作废。

10、按照下列公式计算试件的毛体积密度

$\mathrm{\ρ}=\frac{m_a}{(m_a-m_w-(m_f-m_a)/r)}$

式中：r为石蜡密度；

本发明通过在沥青混合料试件表面形成一定厚度的蜡膜，将表面的开口孔隙全部包括在蜡膜内部，此时，形成了包含石料、沥青、闭口孔隙和开口孔隙在内的试件体积，即我们所需要的真实体积，使测试的结果真实可靠，有效的保障了沥青混合料配合比设计的准确性。本方法可以有效的统一不同孔隙范围沥青混合料的密度，避免了以往不同孔隙范围沥青混合料需要采用不同密度测定方法的不便。

附图说明

图1两种测定方法毛体积密度结果比较。

具体实施方式

实施例1：测定半开型沥青混合料试件的密度：

采用量程为4000g，感量0.01g的电子天平称取干燥试件的空中重ma＝1209.5g；

将石蜡熔化至所需温度50～60℃，用毛笔沾取石蜡熔液均匀涂抹在试件表面，注意控制蜡温以及操作的力度，使蜡膜形成于开口孔隙的表面，不要将蜡熔液点入开口孔隙当中；

在室温中将蜡封好的试件干燥30min，调整蜡温到60～65℃，手持试件以垂直方式沾取蜡熔液，然后调转试件以同样方式重复一次；

仔细检查封好的试件，如有遗留的孔洞，以毛笔沾蜡刷补；

待试件表面干燥，重新称取试件的蜡封重量mf＝1251.48g；

调整好浸水电子天平，挂上网篮，浸入溢流水箱的水中，调节水位，将天平调平复零，将试件置于网篮中(注意尽量减小水的晃动)，待天平稳定后读取读数，即试件水中重mw＝712g。

上述试验所用石蜡密度r＝0.8458g/cm3，石蜡密度的相关测定方法可参见《公路沥青及沥青混合料试验规程》或由供应商提供。

计算试件的密度：

$\mathrm{\ρ}=\frac{m_a}{(m_a-m_w-(m_f-m_a)/r)}$

将以上实测数据带入公式，即得试件的密度ρ＝2.4608g/cm3

实施例2：开级配沥青混合料密度：

采用量程为4000g，感量0.01g的电子天平称取干燥试件的空中重ma＝1150.66g；

将石蜡熔化至所需温度50～60℃，用毛笔沾取石蜡熔液均匀涂抹在试件表面，注意控制蜡温以及操作的力度，使蜡膜形成于开口孔隙的表面，不要将蜡熔液点入开口孔隙当中；

在室温中将蜡封好的试件干燥30min，调整蜡温到60～70℃，手持试件以垂直方式沾取蜡熔液，然后调转试件以同样方式重复一次；

仔细检查封好的试件，如有遗留的孔洞，以毛笔沾蜡刷补；

待试件表面干燥，重新称取试件的蜡封重量mf＝1206.54g；

调整好浸水电子天平，挂上网篮，浸入溢流水箱的水中，调节水位，将天平调平复零，将试件置于网篮中(注意尽量减小水的晃动)，待天平稳定后读取读数，即试件水中重mw＝638.12g。

上述试验所用石蜡密度r＝0.8458g/cm3，石蜡密度的相关测定方法可参见《公路沥青及沥青混合料试验规程》或由供应商提供。

计算试件的密度：

$\mathrm{\ρ}=\frac{m_a}{(m_a-m_w-(m_f-m_a)/r)}$

将以上实测数据带入公式，即得试件的密度ρ＝2.2818g/cm3

实施例3：不同测定方法的对比：

3-1本发明蜡封法与表干法对比

以相同试件首先按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》规定的表干毛体积密度测定方法，测定该组试件的表干毛体积密度。

采用美国corelok真空干燥器将测定过表干密度的试件干燥，重新称取空中重，按照本方法规定的步骤测定各试件的蜡封毛体积密度。

两种方法下测定的毛体积密度对比如下表1，及图1。

表1不同方法测定毛体积密度

从试验结果可见，采用表干法测定，当沥青混合料油石比偏低时，如3.4％，其测定的混合料毛体积密度反而比3.8％油石比时的毛体积密度还大，这显然违背了基本的客观规律。即混合料的毛体积密度随着油石比的增加而逐渐增大，最终达到一个最大值，再逐渐减小。因此，说明表干法试验存在较大的局限性。而蜡封法试验结果稳定且符合客观规律。

3-2本发明蜡封法与原有蜡封法的对比

原有蜡封试验方法与本发明的改进蜡封试验方法，对沥青混合料各项体积指标测量分析的比较：

下表为两种方法测定的相应体积指标的误差分析：由此看到，当混合料空隙率较大时，原有蜡封法与改进蜡封法的实验结果相差较大，由此说明，改进蜡封试验方法，提高试验可靠度是必要的。

油石比

蜡封密度

干密度

VCA

空隙率

VMA

VFA

3.8

1.36％

1.36％

-1.81％

-21.25％

-8.23％

8.86％

4.2

0.84％

0.84％

-1.14％

-19.42％

-5.47％

5.98％

4.6

0.28％

0.28％

-0.38％

-9.97％

-1.89％

2.12％

5

0.22％

0.22％

-0.31％

-11.93％

-1.51％

1.71％

5.4

-0.06％

-0.06％

0.08％

4.01％

0.38％

-0.45％

Claims (2)

1.一种新型的蜡封测定沥青混合料蜡封毛体积密度测定方法，包括如下步骤：

(1)称量干燥试件空中重量m_a，

(2)在试件表面形成石蜡膜，使表面的开口孔隙封闭在石蜡膜内，干燥，

(3)称取空中重量m_f，

(4)称取水中重量m_w，

(5)按照公式计算试件的毛体积密度

$\mathrm{\ρ}=\frac{m_a}{(m_a-m_w-(m_f-m_a)/r)}$

其中r为石蜡密度，所述步骤(2)中的石蜡膜的制备是将石蜡熔液涂刷在试件表面，所述石蜡熔液的温度为50～60℃，所述涂刷是用毛笔沾取石蜡熔液涂刷，其笔身与试件表面呈20°～30°，所述步骤(2)后试件还通过沾取石蜡熔液完全蜡封，所述完全蜡封时石蜡熔液温度为60～65℃，所述完全蜡封是将试件的一半沾取石蜡熔液后，再用另一半沾取石蜡熔液。

2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤(2)中的干燥温度18～22℃。

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