CN103528918B - 一种有效测定沥青混合料最大理论相对密度的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有效测定沥青混合料最大理论相对密度的试验方法，包括沥青混合料中较粗集料有效密度的测定方法和较细集料有效密度的测定方法。通过本发明设计得到的集料有效密度能准确反映混合料中不同粒径石料的状态，从而准确得到混合料的理论最大密度，进而对评价混合料的空隙率起到至关重要的作用。在沥青混合料配合比设计和现场施工检测中,准确评价混合料的空隙率可以使沥青混合料密实性得到有效改善，并且可以有效减少路面渗水情况，减少了路面水破坏的发生，对于进一步提高我国沥青路面的路用性能，减少沥青路面早期损坏改善路面发挥重要作用。

Description

一种有效测定沥青混合料最大理论相对密度的试验方法

技术领域

本发明涉及道路工程中一种沥青混合料理论最大密度测定的试验方法。

背景技术

空隙率是沥青混合料的重要指标，空隙率与耐久性、抗老化性和抗水害能力有密切关系。现在许多高速公路的建设中都把严格控制面层空隙率，提高沥青路面的压实度作为路面施工质量管理的核心。但是在工程应用中，常常会遇到施工单位和监理因密度的测量方法不同而引起争议情况，主要原因在于最大理论相对密度的测定方法。目前常用的获得理论最大密度的方法有：真空法、溶剂法和计算法。

（1）真空法

真空法由美国在1992年最早提出，利用真空泵和密闭容器将真空压强降低到一定程度并通过不断振动充分排除松散沥青混合料中的空气，从而测定出混合料的理论最大密度。真空法具有快速、简便等优点，因此一直被认为是最为有效的混合料理论最大密度测试方法。

真空法测试最大理论相对密度的试验结果受到多种因素影响：

A、机械因素，包括真空压力大小、震动幅度和震动时间。目前各个厂家生产的最大理论相对密度仪型号不一，性能参差不齐。

B、人为因素。试验人员的熟练程度直接影响精度水平。

C、取样因素。混合料从施工现场取样时，可能存在因为取样不均而导致测试结果差异性较大。

（2）溶剂法

溶剂法是利用三氯乙烯对沥青的溶解作用将沥青混合料溶解分散成松散颗粒，同时以三氯乙烯为介质，测试混合料排开三氯乙烯的体积，从而计算出混合料的最大理论相对密度。该方法需使用大量的三氯乙烯，该化学物质具有较强的毒性，在使用过程中会对人体造成一定的伤害。同时，溶剂三氯乙烯不仅能够充分溶解矿料表面的沥青膜，还能渗入到矿料内部，因此导致最大理论相对密度结果偏大。少数情况下，由于沥青未被充分溶解而导致测定结果偏小，主要与试验温度、溶剂浓度和混合料在溶剂中的浸泡时间等因素有关。其次三氯乙烯的吸入量与沥青的吸入量不同。因此该方法并未在工程中被广泛使用。

（3）计算法

较之前两种方法，计算法具有快速、直接的优点。我国现行《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40—2004（以下简称规范）规定，对非改性的普通沥青混合料，在成型马歇尔试件的同时，用真空法实测各组沥青混合料的最大理论相对密度γ_ti。当只对其中一组油石比测定最大理论相对密度时或沥青采用改性沥青或SMA混合料时，宜用下式计算最大理论相对密度γ_ti。

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ti}}=\frac{100+P_{\mathrm{ai}}}{\frac{100}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}}+\frac{P_{\mathrm{ai}}}{{\mathrm{\γ}}_b}}---\left(1\right)$

式中:γ_ti——沥青混合料最大理论相对密度，无量纲；

P_ai——所计算的沥青混合料中的油石比，%；

γ_se——矿料的合成有效相对密度，无量纲（矿料是指各种不同粒径的集料按一定的级配掺混后的统称）；

γ_b——沥青的相对密度(25℃/25℃)，无量纲。

其中，对改性沥青及沥青玛蹄脂等难以分散的混合料，有效相对密度宜由矿料的合成毛体积相对密度与合成表观相对密度计算确定（矿料的合成毛体积相对密度是指按一定级配比例掺混而成的矿料在计算合成密度中，单档集料密度按毛体积相对密度计算，由此得到的矿料合成密度；同理定义合成表观相对密度）:

γ_se=C×γ_sa+(1-C)×γ_sb              （3）

C=0.033w_x ²-0.296w_x+0.9339            （4）

w_x=(1/γ_sb-1/γ_sa)×100          （5）

式中:C——集料的沥青吸收系数;

w_x——集料的吸水率%;

γ_sb——集料的毛体积相对密度，无量纲;

γ_sa——集料的表观相对密度，无量纲。

矿料有效密度如何选取对计算法确定的混合料理论最大密度至关重要。根据《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)可以测得各单档粗集料的毛体积相对密度、表观相对密度、表干相对密度；细集料和矿粉可以测得表观相对密度。那么代入计算时选择哪个密度作为计算参数？如果使用毛体积相对密度与表观相对密度，那么二者的加权值各为多少？在实际应用中，对于这些问题，不同的计算人员有不同的选择方式，体现出了计算法所得结果的不确定性。

在根据《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)测定集料的表观密度试验中，是假设水完全填充集料开口孔隙，因此在计算集料视密度时排除了开口孔隙体积；计算集料毛体积密度时则假设完全包括开口孔隙体积。但是，实际上集料在沥青混合料中的情况与假设情况有所不同，沥青混合料在热拌的过程，沥青对集料开口孔隙的浸渍既不会像水那样完全浸满，也不会彻底被排除在开口孔隙之外，而是由空气和沥青来共同充满集料的开口孔隙。

另外，规范中规定对非改性沥青混合料，可以根据真空法实测的最大理论相对密度。如果借用真空法测得的试验结果，反算石料的有效密度γ_se，可以获得毛体积相对密度与表观相对密度的加权值，计算结果如表1所示。

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}=\frac{100-P_b}{\frac{100}{{\mathrm{\γ}}_t}-\frac{P_b}{{\mathrm{\γ}}_b}}---\left(8\right)$

γ_se'=Aγ_sb+Bγ_sa               （9）

式中:P_b——试验采用的沥青用量，%；

γ_t——试验沥青用量条件下实测得到的最大相对密度，无量纲；

γ_se'——单一粒径矿料有效相对密度；

γ_Sb——单一粒径矿料毛体积相对密度；

γ_Sa——单一粒径矿料表观相对密度；

A、B——加权系数，其中A+B=1。

表1反算加权值大小

可以看出，对于不同的原材料，毛体积相对密度加权值是不同的，这要因材而异。同样，对于同一种石料，对于不同粒径的集料，对沥青的吸附程度也肯定不同，即毛体积相对密度加权值应该也是不同的；但在规范中，在计算沥青混合料最大理论相对密度时，对于不同原材料或不同档的集料，矿料毛体积相对密度加权值A和表观密度加权值B一般是采取固定值，如直接取A=0.5，B=0.5,或者A=0.4，B=0.6，原因是不同原材料或不同档都赋予同一个加权值是规范中便于计算而统一规定的，只是根据不同的石料特点，不同的计算人员赋予的值有所不同而已，因此，原有方法存在着很大的随意性和不确定性。另外，在现场施工中，级配往往是变化的，而在混合料内部级配变化，粒径大小变化中如继续使用之前确定的加权值来计算矿料有效密度也是不恰当的。从以上诸多问题可以看出，现在在普遍使用的计算法存在一个很大的问题，就是：在计算矿料有效密度时，不同的原材料料和不同档的集料都是被赋予的同样一个毛体积相对密度加权值，这个会直接影响得出的理论最大密度的准确性。

发明内容

基于目前计算法中存在的问题，本发明旨在要提供一种新的能有效测定沥青混合料最大理论相对密度的试验方法，该试验方法是先逐个将每档集料的有效相对密度都测定出来，然后结合其级配中含量来计算能得到准确的理论最大密度。

本发明的主要内容是先在室内测算各档粗、细集料的有效相对密度，然后根据混合料中的级配进行计算得出理论最大密度。通过室内试验获得的各档石料有效密度充分弥补了真空法和溶剂法带来的不足，提高了计算法在理论最大密度数值的计算精度，其技术方案如下：

一种有效测定沥青混合料最大理论相对密度的试验方法，包括以下步骤：

(1)测定较粗集料有效相对密度的步骤：

根据交通部颁布的《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)（简称《集料试验规程》）对集料的筛分标准，将粒径≥0.6mm的较粗集料按照粒径等级逐档筛分出4～8档；交通部颁布的《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)对粗细集料的分界线是4.75mm或者2.36mm，但是依照本试验对于较粗集料有效相对密度的测定方法，可有效测定0.6mm～1.18mm及以上各档粒径集料的有效相对密度，故本发明中对“粗集料”的概念扩展到了0.6mm，变成不是严格意义上的“粗集料”，故本发明称之为“较粗集料”，相应地，集料粒径在0.6mm以下的在本发明中称为“较细集料”。较粗集料具体分档如0.6mm～1.18mm、1.18mm～2.36mm、2.36mm～4.75mm、4.75mm～9.5mm、9.5mm～13.2mm、13.2mm～16mm、16mm～19mm等，然后从各档集料中取相同质量的集料分别做试验如下，

1）将1号试样皿烘干至恒重，称取空中重M₁，然后用水中重法称取水中重M₂；

2）将单档集料烘干，然后放在干燥皿中冷却至恒温，放入1号试样皿中后称取试样皿和石料的总质量M3，放于烘箱内，若后续将加入的沥青为改性沥青，则将温度控制在180℃～190℃，若后续将加入的沥青为非改性沥青，则将温度控制在170℃～180℃；加热3.5小时～4.5小时；选取上述的温度是根据实际施工过程中的拌合楼内石料的加热温度来考量的，更能贴近现实情况；选择上述的加热时间是让石料的温度能充分加热到设定温度。

3）为达到室内试验和现场混合料中集料对沥青吸收的一致性，拌合锅内的沥青不可过多，能保证完全包覆石料即可，为达到沥青能满足完全包覆集料的目的，即集料与沥青的质量比例控制为15～35：1（对集料为1000克时，称取沥青质量大约为30克～65克），故根据步骤（1）中最初称取的各档集料分别的质量，换算并称取相应的沥青，放于拌合锅内加热，若所选沥青为改性沥青，则拌合锅温度为165℃～175℃，若所选沥青为非改性沥青，则拌合锅温度为155～165℃，直至沥青被加热至融化状态；选取上述的温度是根据实际施工过程中的拌合楼内沥青的加热温度来考量的，更能贴近现实情况；

4）将上述步骤2）中加热过的集料试样放入步骤3）中的拌合锅内，拌合时间为110～130秒；

5）将包覆沥青的石料取出，放入洁净的1号试样皿中，冷却后连同试样皿一起称取空中重M₄，那么裸附沥青的重量为M₅（M₅=M₄-M₃）；

6）利用水中重法称取包覆沥青混料（石料）和1号试样皿在水中的重量M₆；

7）称取2号试样皿先烘干至恒重称取空中重M₇，然后放入水浴中称取水中重M₈，最后烘干待用。将加热至175℃～185℃的试验用的新制沥青倒入2号试样皿中，在室温下冷却4小时～6小时；

8）称取装有试验用的新制沥青的2号试样皿总质量M₉及水中质量M₁₀;

9）分别计算各档较粗集料有效相对密度γ₁与计算沥青相对密度γ₂分别为：

${\mathrm{\γ}}_1=\frac{M_3-M_1}{(M_4-M_6)-M_2-\frac{M_5}{{\mathrm{\γ}}_2}}$

${\mathrm{\γ}}_2=\frac{M_9-M_7}{M_{10}-M_8}$

作为优选，上述试验方法中，步骤(1)中从各档集料中取相同质量的集料分别做试验，所述相同质量的范围为200～1000克。

为了使测得的集料有效相对密度的误差更小，故上述试验方法中，步骤（1）中可优选从各档集料中取两份相同质量的集料来做成平行试验，然后在步骤（1）的步骤9）中，取集料的有效相对密度为两组平行试验所得的两个γ₁值的平均值，取集料的沥青相对密度为两组平行试验所得的γ₂值的平均值。

(2)测定较细集料有效相对密度的步骤：

根据交通部颁布的《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)对集料的筛分标准，将粒径﹤0.6mm的较细集料按照粒径等级逐档筛分为0mm～0.075mm、0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm、0.3mm～0.6mm四档；因为0mm～0.075mm这档集料粒径过小，一般采用矿粉代替，其有效相对密度以《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0352-2000的试验方法测定；对0.3mm～0.6mm这档集料，因为其粒径处在较粗集料和较细集料之间，用步骤（1）的测较粗粒径的有效相对密度的方法来测其有效相对密度的话其粒径相对太小，用《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0352-2000中规定的方法来测的话粒径又相对太大，故采用行业通常的方法：即用《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0328-2005的方法测出其毛体积相对密度和表观相对密度，然后取两者的平均值为集料的有效相对密度；对0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm这两档集料用如下试验测出其有效相对密度：

1）按交通部颁布的行业规范《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0352-2000中对粒径为0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm两档集料密度的检测方法的介绍，这两档集料的密度利用李氏比重瓶测出其表观相对密度，而未规定毛体积相对密度的测定方法，本发明为了使最终得到的细集料的有效相对密度值尽量准确，借助该集料的毛体积相对密度，取集料的毛体积相对密度与表观相对密度的平均值作为有效密度，来计算沥青混合料最大理论相对密度。但是由于该细集料的粒径较小，根据室内试验很难将毛体积相对密度测得，故本试验先根据《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0352-2000中规定的方法测得0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm两档较细集料的表观相对密度G_a；

然后考虑如何计算出集料的毛体积相对密度。根据较粗集料密度测定中的计算公式可知，毛体积相对密度可由吸水率、表干相对密度、表观相对密度之间的关系进行推导，推导公式如下：

$G_c=\frac{G_a\×\mathrm{\ω}+G_a}{G_a\×\mathrm{\ω}+1}$

$G_b=\frac{G_c}{1+\mathrm{\ω}}$

式中：G_a——集料的表观相对密度；

G_c——集料的表干相对密度；

G_b——集料的毛体积相对密度；

ω——吸水率（%）。

从上式可知，只要知道了各档集料的吸水率ω，就可以依据现有的公式计算出集料的毛体积相对密度，故下一步就是要考虑如何算出各档细集料的吸水率ω。

2）根据吸水率与集料粒径大小存在的关系，对于同一石料粒径越小，吸水率越大，粒径越大，吸水率越小，粒径大小与吸水率呈线形关联性，这主要是由集料的比表面积决定的，根据实验确认，相关系数达0.97以上，因此可根据粒径较大的石料的吸水率对粒径较小的石料的吸水率进行推导。故本试验为了推算出各档细集料的吸水率ω，通过测定多种较大粒径集料的吸水率，由这些数据建立粒径大小与吸水率的线性函数，根据该函数的反函数，反推出粒径较小的各档细集料吸水率ω；

3）得到各档细集料吸水率ω后，利用如下公式以推导各档较细集料的毛体积相对密度G_b：

$G_c=\frac{G_a\×\mathrm{\ω}+G_a}{G_a\×\mathrm{\ω}+1}$

$G_b=\frac{G_c}{1+\mathrm{\ω}}$

式中：G_a——集料的表观相对密度；

G_c——集料的表干相对密度；

G_b——集料的毛体积相对密度；

ω——吸水率（%）。

4）为了使最终得到的细集料的有效相对密度的值尽量准确，分别计算各档较细集料的有效相对密度为上述步骤3）得到的集料的毛体积相对密度和上述步骤1）得到的集料的表观相对密度的平均值。

(3)计算沥青混合料最大理论相对密度

根据较粗集料和较细集料在各级配中的含量，用计算法得出矿料合成有效相对密度γ_se，然后计算沥青混合料最大理论相对密度γ_ti，其中各档较粗集料和较细集料的有效相对密度分别取步骤（1）和步骤（2）得出的有效相对密度，具体计算公式如下：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}=\frac{100}{\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_1}+\frac{P_2}{{\mathrm{\γ}}_2}+......\frac{P_n}{{\mathrm{\γ}}_n}}$

式中：γ_se——矿料的合成有效相对密度，无量纲（矿料是指各种不同粒径的集料按一定的级配掺混后的统称）

P₁、P₂、----、P_n——级配中各档集料的质量百分比含量，其累计之和为100；

γ₁、γ₂、----、γ_n——级配中各档集料的有效相对密度；

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ti}}=\frac{100+P_{\mathrm{ai}}}{\frac{100}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}}+\frac{P_{\mathrm{ai}}}{{\mathrm{\γ}}_b}}$

式中:γ_ti——沥青混合料最大理论相对密度，无量纲；

P_ai——沥青混合料中的油石比，%；

γ_se——矿料的合成有效相对密度，无量纲；

γ_b——沥青的相对密度(25℃)，无量纲。

本发明的有益效果是：

虽然，从表面来看，根据本发明的方法测得的较粗集料的有效相对密度与用原有的《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0328-2005的方法测出集料表观相对密度很相近，但从工程实际应用当中，即便小数点后第二位数的差异也会导致很大的试验结果差异，主要是因为对路面压实度的评价以及空隙率的评价有直接影响。

计算法获得理论最大相对密度方法中的最大不确定因素就是集料有效密度的选择。本发明方法是基于多年试验室生活的用心总结，充分对沥青混合料中的石料状态进行思考，然后归纳得出的试验方法，通过本发明的方法得到的集料有效密度能准确反映混合料中不同粒径石料的状态，从而准确得到混合料的理论最大密度，进而对评价混合料的空隙率起到至关重要的作用。在沥青混合料配合比设计和现场施工检测中,准确评价混合料的密实性可以使沥青混合料密实性得到有效改善，并且可以有效减少路面渗水情况，减少了路面水破坏的发生，对于进一步提高我国沥青路面的路用性能，减少沥青路面早期损坏，改善路面发挥了重要作用。

附图说明

图1为集料吸水率随粒径大小变化的关系。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面的实例。

因为粗集料对沥青混合料的性能影响较大，故根据行业的通常习惯，4.75mm粒径以上的集料选择用质量较好的辉绿岩，而4.75mm粒径以下的集料就选择质量较一般的石灰岩。

1.较粗集料有效相对密度测定

该方法的主导思想是模拟混合料在室内成型和工程实际应用中石料对沥青的吸附。试验条件是：石料、沥青加热温度和加热时间、油石比等条件和工程实际应用相差不大，试验内容包括以下几部分：

1）石料准备

取筛分好的粒径为0.6mm～1.18mm、1.18mm～2.36mm、2.36mm～4.75mm、4.75mm～9.5mm、9.5mm～13.2mm和13.2mm～16mm单档集料，为了考察试验结果的稳定性，故从各档集料中各取两份200～1000克的集料，按照后续的步骤作平行试验。另外，在本实施例中，为了对比本发明测定的集料有效相对密度的准确性，故先用该取得的各档集料按照《集料试验规程》中规定的密度测定方法测定集料的毛体积相对密度和集料表观相对密度，再用以下方法测定集料的有效相对密度，测定的集料的毛体积相对密度和集料表观相对密度试验结果如表3所示。需要说明的是，《集料试验规程》中只规定了集料毛体积相对密度和集料表观相对密度，而根据本方法的试验思路，在实际应用中是不需要对这两个密度指标进行检测的，此处仅是作为对比研究。

2）石料有效密度检测试验

A、试验用具：烘箱、网篮、试样皿、铁勺、天平。

B、试验方法：

（1）将1号试样皿烘干至恒重，称取空中重M₁，然后用水中重法称取水中重M₂；

（2）将已做完密度试验的各档石料烘干，然后放在干燥皿中冷却至恒温，称取一定质量（200～1000克）放入1号试样皿中称取试样皿和石料的总质量M₃,放于烘箱内，若后续将加入的沥青为改性沥青，则将温度控制在180℃～190℃，若后续将加入的沥青为非改性沥青，则将温度控制在170℃～180℃；加热3.5小时～4.5小时；

（3）称取一定沥青质量的沥青，放于拌合锅内加热。若所选沥青为改性沥青，则拌合锅温度为165℃～175℃，若所选沥青为非改性沥青，则拌合锅温度为155～165℃，直至沥青被加热至融化状态；

（4）将上述步骤2）中加热过的集料试样放入步骤3）中的拌合锅内，拌合时间为110～130秒；

（5）将包覆沥青的石料取出，放入洁净的1号试样皿中，冷却后连同试样皿一起称取重量M₄，计算出裸附沥青的重量为M₅，公式为：M₅=M₄-M₃；

（6）利用水中重法称包覆附沥青的集料和1号试样皿在水中的重量M₆；

（7）称取2号试样皿的空中重M₇和水中重M₈，烘干待用，将加热至175℃～185℃的试验用的新制沥青倒入2号试样皿中，在室温下冷却4小时～6小时

（8）称取装有沥青的2号试样皿总质量M₉及水中质量M₁₀。

（9）计算集料有效相对密度_γ1与计算沥青相对密度_γ2分别为：

${\mathrm{\γ}}_1=\frac{M_3-M_1}{(M_4-M_6)-M_2-\frac{M_5}{{\mathrm{\γ}}_2}}$

${\mathrm{\γ}}_2=\frac{M_9-M_7}{M_{10}-M_8}$

试验情况说明：用作测定有效密度的石料是已做完密度试验的石料。主要是为了减少石料有效密度随石料密度变化的差异性，有利于对比本试验方法测得的有效相对密度同《集料试验规程》中规定的方法测得的集料毛体积相对密度和表观相对密度的大小差异；

通过室内试验检测，得到的石料有效密度见下表2所示：

表2集料有效密度测定结果

通过试验结果获得各档有效密度后，对各档集料的密度加权值计算如下表：

表3集料各密度加权值

粒径

有效相对密度

毛体积相对密度

表观相对密度

加权值

（mm）				A(毛)	B（表）
						13.2～16	2.9903	2.9851	3.0329	0.89	0.11
9.5～13.2	2.9825	2.9725	3.0349	0.84	0.16
						4.75～9.5	2.9733	2.9501	3.0317	0.72	0.28
2.36～4.75	2.689	2.6671	2.7142	0.54	0.46
						1.18～2.36	2.6964	2.6679	2.7233	0.49	0.51
0.6～1.18	2.6948	2.6607	2.7179	0.40	0.60

注：表中A(毛)为集料毛体积相对密度加权值；B（表）为集料表观相对密度加权值。

由表中可以看出：

第一、随粒径由大变小时，表观密度与毛体积密度之差越来越大。

第二、在集料有效密度测定中，毛体积相对密度的加权值随粒径较小而减小，表观相对密度的加权值随之增大，即有效相对密度越来越趋向于表观相对密度。虽然，从表面来看，根据本发明的方法测得的集料的有效相对密度与原有的《集料试验规程》中规定测定集料表观相对密度的方法得到的试验结果数据很相近，但从工程实际应用当中，即便小数点后第二位数的差异也会导致很大的试验结果差异，主要是因为对路面压实度的评价以及空隙率的评价有直接影响。本发明方法是基于多年试验室生活的用心总结，充分对沥青混合料中的石料状态进行思考，然后归纳得出的试验方法，其有益之处就是在于通过试验设计得到的集料有效密度能准确反映混合料中不同粒径石料的状态，从而准确得到混合料的理论最大密度，进而对评价混合料的空隙率起到至关重要的作用。在沥青混合料配合比设计和现场施工检测中,准确评价混合料的密实性可以使沥青混合料密实性得到有效改善，并且可以有效减少路面渗水情况，减少了路面水破坏的发生。

2.测定较细集料有效相对密度步骤：

根据交通部颁布的《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)对集料的筛分标准，将粒径﹤0.6mm的较细集料按照粒径等级逐档筛分为0mm～0.075mm、0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm、0.3mm～0.6mm四档；其中0mm～0.075mm这档集料用矿粉代替，其有效相对密度以《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0352-2000的试验方法测定；对0.3mm～0.6mm这档集料，用《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0328-2005的方法测出毛体积相对密度和表观相对密度，然后取两者的平均值为集料的有效相对密度；对0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm这两档集料用如下试验测出其有效相对密度：

1）根据《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0352-2000中规定的方法测得0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm两档较细集料的表观相对密度；

2）通过测定多种较大粒径集料的吸水率，由这些数据建立粒径大小与吸水率的线性函数，根据该函数的反函数，反推出粒径较小的各档细集料吸水率ω；

3）根据较粗集料密度测定中的计算公式，推导出各档细集料的毛体积相对密度，推导公式如下:

$G_c=\frac{G_a\×\mathrm{\ω}+G_a}{G_a\×\mathrm{\ω}+1}$

$G_b=\frac{G_c}{1+\mathrm{\ω}}$

式中：G_a——集料的表观相对密度；

G_c——集料的表干相对密度；

G_b——集料的毛体积相对密度；

ω——吸水率（%）。

4）分别计算各档较细集料的有效相对密度为上述步骤3）所得的集料的毛体积相对密度和上述步骤1）所得的集料的表观相对密度的平均值。

该密度可以用于计算最大理论相对密度使用。保持粗集料含量和沥青含量不变，粗集料密度均采用同一种有效密度。在计算最大理论相对密度时，第一组使用细集料（0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm、0.3mm～0.6mm）的表观相对密度，第二组使用细集料（0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm、0.3mm～0.6mm）的毛体积相对密度，计算结果如下：

表4细集料密度选择对理论最大相对密度的影响情况

油石比(%)	4.3	4.7	5.1	5.5
					第一组	2.6745	2.6583	2.6425	2.627
第二组	2.6690	2.6529	2.6372	2.6217
					二者差值	0.0055	0.0054	0.0053	0.0053

由表中可以看出，在计算各个油石比下的理论最大相对密度时，细集料不同密度的选择对结果的影响最大差值为0.0055。因此毛体积相对密度对混合料最大理论相对密度产生一定的影响，在计算时不可忽略，故印证了本发明的细集料有效相对密度取毛体积相对密度和表观相对密度平均值的考量是正确的。

实施例的具体计算过程如下：

1、较粗集料有效密度测定

根据上述具体实施例中较粗集料有效密度测定的试验方案，测定较粗集料有效密度如下表所示：

表5集料有效密度测定

2、较细集料有效密度测定

对0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm这两档集料：

(1)细集料吸水率反算

表6较粗集料吸水率情况

（2）较细集料有效密度计算

根据上表所示，由这些数据建立集料粒径大小与吸水率的线性函数如附图1所示，根据该函数的反函数，反推出粒径较小的各档细集料吸水率ω：

粒径大小与吸水率的函数关系式为

Y=-0.2029×X+2.0354

其中：Y——吸水率（%）；

X——为粒径大小（mm）

根据粒径大小与吸水率的关系式，代入公式推算粒径为0.15mm的集料吸水率为2.00%，0.075mm的集料吸水率为2.02%。

如前所述，毛体积相对密度可由吸水率、表干相对密度、表观相对密度之间的关系进行推导，推导公式如下：

$G_c=\frac{G_a\×\mathrm{\ω}+G_a}{G_a\×\mathrm{\ω}+1}$

$G_b=\frac{G_c}{1+\mathrm{\ω}}$

式中：G_a——集料的表观相对密度；

G_c——集料的表干相对密度；

G_b——集料的毛体积相对密度；

ω——吸水率（%）。

试验中，0.15mm的集料表观相对密度为2.6874，0.075mm的集料表观相对密度为2.6799，代入公式计算如下：

表7较细集料相对密度计算结果

因此，根据上述具体实施例中较细集料有效密度测定的试验方法，较细集料有效密度为毛体积相对与表观相对密度的平均值，代入公式计算得：0.15mm的集料有效密度为2.6189，0.075mm的集料有效相密度为2.6111。

对0mm～0.075mm这档集料，用矿粉代替，其有效相对密度以《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0352-2000的试验方法测得，为2.673.

对0.3mm～0.6mm这档集料，用《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0328-2005的方法测出毛体积相对密度为2.6593，表观相对密度为2.7153，然后取两者的平均值为集料的有效相对密度2.6873。

汇总所有较粗和较细集料的有效相对密度如下：

表8集料有效相对密度

配合比设计中矿质混合料的级配采用规范中值，如下表：

表9混合料级配

根据较粗集料和较细集料在各级配中含量，用计算法得出矿料的有效相对密度γ_se，

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}=\frac{100}{\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_1}+\frac{P_2}{{\mathrm{\γ}}_2}+......\frac{P_n}{{\mathrm{\γ}}_n}}$

式中：γ_se——矿料的合成有效相对密度，无量纲；

P₁、P₂、----、P_n——级配中各档集料的质量百分比含量，其累计之和为100；

γ₁、γ₂、----、γ_n——级配中各档集料的有效相对密度；

经计算，矿料合成有效密度γ_se=2.8089，然后计算沥青混合料最大理论相对密度。

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ti}}=\frac{100+P_{\mathrm{ai}}}{\frac{100}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}}+\frac{P_{\mathrm{ai}}}{{\mathrm{\γ}}_b}}$

式中:γ_ti——沥青混合料最大理论相对密度，无量纲；

P_ai——沥青混合料中的油石比%；

γ_se——矿料的合成有效相对密度，无量纲；

γ_b——沥青的相对密度(25℃)，无量纲。

假设沥青相对密度为0.9776，按此方法可以计算任何油石比下的理论最大相对密度，如当油石比分别为4.5%，5.0%，5.5%时的理论最大相对密度分别为2.5992，2.5789,2.5590。

Claims (3)

1.一种有效测定沥青混合料最大理论相对密度的试验方法，包括以下步骤：

(1)测定较粗集料有效相对密度的步骤：

根据交通部颁布的《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)对集料的筛分标准，将粒径≥0.6mm的较粗集料按照粒径等级逐档筛分出4～8档，从各档集料中取相同质量的集料分别做试验如下：

1）将1号试样皿烘干至恒重，称取空中重M₁，然后用水中重法称取水中重M₂；

2）将单档集料烘干，然后放在干燥皿中冷却至恒温，放入1号试样皿中后称取试样皿和石料的总质量M₃，放于烘箱内，若后续将加入的沥青为改性沥青，则将温度控制在180℃～190℃，若后续将加入的沥青为非改性沥青，则将温度控制在170℃～180℃；加热3.5小时～4.5小时；

3）为达到沥青能满足完全包覆集料的目的，集料与沥青的质量比例控制为15～35：1，根据步骤（1）中最初称取的各档集料分别的质量，换算并称取相应的沥青，放于拌合锅内加热，若所选沥青为改性沥青，则拌合锅温度为165℃～175℃，若所选沥青为非改性沥青，则拌合锅温度为155～165℃，直至沥青被加热至融化状态；

4）将上述步骤2）中加热过的集料试样放入步骤3）中的拌合锅内，拌合时间为110～130秒；

5）将包覆沥青的石料取出，放入洁净的1号试样皿中，冷却后连同试样皿一起称取重量M₄，计算出裸附沥青的重量为M₅，公式为：M₅=M₄-M₃；

6）利用水中重法称包覆附沥青的集料和1号试样皿在水中的重量M₆；

7）称取2号试样皿的空中重M₇和水中重M₈，烘干待用，将加热至175℃～185℃的试验用的新制沥青倒入2号试样皿中，在室温下冷却4小时～6小时；

8）称取装有试验用的新制沥青的2号试样皿总质量M₉及水中质量M₁₀;

9）分别计算各档较粗集料的有效相对密度γ₁与计算沥青相对密度γ₂分别为：

${\mathrm{\γ}}_1=\frac{M_3-M_1}{(M_4-M_6)-M_2-\frac{M_5}{{\mathrm{\γ}}_2}}$

${\mathrm{\γ}}_2=\frac{M_9-M_7}{M_{10}-M_8}$

(2)测定较细集料有效相对密度步骤：

根据交通部颁布的《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)对集料的筛分标准，将粒径﹤0.6mm的较细集料按照粒径等级逐档筛分为0mm～0.075mm、0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm、0.3mm～0.6mm四档；其中0mm～0.075mm这档集料用矿粉代替，其有效相对密度以《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0352-2000的试验方法测定；对0.3mm～0.6mm这档集料，用《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0328-2005的方法测出集料的毛体积相对密度和表观相对密度，然后取两者的平均值为集料的有效相对密度；对0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm这两档集料用如下试验测出其有效相对密度：

1）根据《公路工程集料试验规程》(JTGE42—2005)中T0352-2000中规定的方法测得0.075mm～0.15mm、0.15mm～0.3mm两档较细集料的表观相对密度G_a；

2）根据吸水率与集料粒径大小存在的关系，对于同一石料粒径越小，吸水率越大，粒径越大，吸水率越小，吸水率与粒径大小关系呈线形关联性，回归系数达0.97以上；故通过测定多种较大粒径集料的吸水率，由这些数据建立粒径大小与吸水率的线性函数，根据该函数的反函数，反推出粒径较小的各档细集料吸水率ω；

3）利用如下公式推导出各档细集料的毛体积相对密度G_b：

$G_c=\frac{G_a\×\mathrm{\ω}+G_a}{G_a\×\mathrm{\ω}+1}$

$G_b=\frac{G_c}{1+\mathrm{\ω}}$

式中：G_a——集料的表观相对密度；

G_c——集料的表干相对密度；

G_b——集料的毛体积相对密度；

ω——吸水率，%；

4）分别计算各档较细集料的有效相对密度为上述步骤3）所得的集料的毛体积相对密度和上述步骤1）所得的集料的表观相对密度的平均值；

(3)计算沥青混合料最大理论相对密度的步骤：

根据较粗集料和较细集料在各级配中的含量，用计算法得出矿料合成有效相对密度γ_se，然后计算沥青混合料最大理论相对密度γ_ti，其中较粗集料和较细集料的有效相对密度分别取步骤（1）和步骤（2）得出的有效相对密度，具体依据如下公式：

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}=\frac{100}{\frac{P_1}{{\mathrm{\γ}}_1}+\frac{P_2}{{\mathrm{\γ}}_2}+......\frac{P_n}{{\mathrm{\γ}}_n}}$

式中：γ_se——矿料的合成有效相对密度，无量纲；

P₁、P₂、----、P_n——级配中各档集料的质量百分比含量，其累计之和为100；

γ₁、γ₂、----、γ_n——级配中各档集料的有效相对密度；

${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{ti}}=\frac{100+P_{\mathrm{ai}}}{\frac{100}{{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{se}}}+\frac{P_{\mathrm{ai}}}{{\mathrm{\γ}}_b}}$

式中:γ_ti——沥青混合料最大理论相对密度，无量纲；

P_ai——沥青混合料中的油石比，%；

γ_se——矿料的合成有效相对密度，无量纲；

γ_b——沥青的相对密度(25℃)，无量纲。

2.根据权利要求1所述的有效测定沥青混合料最大理论相对密度的试验方法，其特征在于，所述步骤(1)中从各档集料中取相同质量的集料分别做试验中的“相同质量”的范围为200～1000克。

3.根据权利要求1所述的有效测定沥青混合料最大理论相对密度的试验方法，其特征在于，所述步骤（1）中是从各档集料中取两份相同质量的集料来做成平行试验，然后在步骤（1）的步骤9）中，取集料的有效相对密度为两组平行试验所得的两个γ₁值的平均值，取集料的沥青相对密度为两组平行试验所得的γ₂值的平均值。