CN105445162A - 室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法，室内乳化沥青砂封层空隙率的测量方法,该测量方法包括以下步骤：步骤1：乳化沥青砂封层试件的提取；步骤2：采用封口膜法测定乳化沥青砂封层试件毛体积密度γ^f；步骤3：采用沥青浸渍法测定乳化沥青砂封层试件最大理论密度γ_t；步骤4：代入公式计算空隙率。本发明填补了乳化沥青砂封层提取及空隙率测量方法的空白，为单独研究乳化沥青砂封层的性能提供了可靠可行的方法，且操作简单，乳化沥青砂封层提取完整度高，人为影响小，成本低，无污染，是一种具有较高创新性的乳化沥青砂封层空隙率测定方法，为科研院所和施工、检测单位提供了一个有效的检测方法，为工程质量的提高提供了依据。

Description

室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法

技术领域

本发明属于乳化沥青砂封层的设计及施工领域，具体涉及室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法。

背景技术

随着路面路用性的研究日臻成熟，业内人士已经充分认识到水损与空隙率有很高的相关性。沥青混合料的空隙率是保证沥青路面尤其是高速公路沥青路面质量的重要指标之一。沥青混合料的空隙率已经有很多学者进行了研究，但是乳化沥青砂封层的空隙率却鲜有人研究。

沥青混合料空隙率可以采用普通的马歇尔试件测量，但是乳化沥青砂封层的试件提取和空隙率的测量，现有规范中还没有明确提出一种可行的方法。乳化沥青砂封层是在原沥青混合料路面之上加铺的很薄预养护层，但乳化沥青砂封层试件直接从原路面上取下非常困难，而且不能保证完整性，强行取下会破坏原来的结构，空隙率等指标更是大大改变。因此，急需提出一种操作简便、准确性高、成本低、污染小的乳化沥青砂封层空隙率的测量方法。

一般测量空隙率的方法是分别求得最大理论相对密度γ_t和毛体积相对密度γ_f，然后代入公式 $VV=(1-\frac{{\mathrm{\γ}}_f}{{\mathrm{\γ}}_t})\×100\%$ 求出空隙率。

式中：

VV----空隙率

γ_t----最大理论相对密度

γ_f----毛体积相对密度

一般求解最大理论相对密度γ_t有两种方法：溶剂法和真空法。溶剂法是采用三氯乙烯作为溶剂，将集料表面的沥青溶解，达到零空隙状态；此法缺点是溶剂将沥青膜溶解后将会进一步进入集料开口空隙中，使得混合料实际体积变小，继而使最大理论密度偏大，而且三氯乙烯溶剂影响人体健康，污染环境。该法不适用于集料吸水率大于1.5％的沥青混合料。真空法在理论上有弊端，只要松散的沥青混合料有闭口空隙，真空法测得的结果就不准确。首先，按照沥青混合料试验规程将细集料团块分散到6.4mm以下，不可避免地存在闭口空隙。如果在一定负压下进行振荡，水不能进入闭口空隙，则真空法测得的密度偏小；如果增大负压，增强振荡，迫使水进入闭口空隙，但这又会使沥青膜破裂，使水进入集料的开口空隙，进而影响测试结果的精度。此外该法试验精度还与沥青混合料级配和沥青用量的变异性有关。该方法不适用于吸水率大于3％的多孔性集料的沥青混合料。

求解毛体积相对密度γ_f，一般有表干法、蜡封法、水中重法。表干法只适用于测定吸水率不大于2％的各种沥青混合料试件。但表干法操作在准确获得试件的表干质量m_f时操作较难。在用拧干的湿毛巾擦试件表面时要制造一种真正的饱和面干状态，表面既不能有多余的水膜，又不能把吸入空隙中的水分擦走，人工操作时具有很强在主观性，因此缺乏严格在科学的可操作性从而造成实验较大的误差。虽然蜡封法可以测定吸水率大于2％的混合料试件的空隙率。它的关键在于蜡封时既要把空隙封住，又不能让蜡吸入空隙中。而且试件表面温度对蜡封法试验结果影响很大，这种方法的技巧性很强，对试验条件要求较高。另外蜡封后的试件基本不能进行马歇尔试验，需要重新制作试件，工作量增加了1倍。只有在试件极密实，几乎不吸水时，才可以用水中重法测定的表观密度代替表干法测定的毛体积密度。水中重法适用于测定吸水率小于0.5％的密实沥青混凝土试件，而实际存在的沥青混凝土大部分空隙率大于0.5％，所以此方法适用范围太窄。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明旨在提供一种新型准确的室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法,该方法包括以下步骤：

步骤1：乳化沥青砂封层试件的提取；

步骤2：采用封口膜法测定乳化沥青砂封层试件毛体积密度γ_f

步骤3：采用沥青浸渍法测定乳化沥青砂封层试件最大理论密度γ_t

步骤4：代入空隙率公式计算空隙率。

所述步骤1乳化沥青砂封层试件的提取包括以下步骤：

步骤1.1：为了能方便取下砂封层试件在砂封层与原路面之间铺设了一层聚四氟乙烯薄膜。由于受限于吊篮的尺寸并且为了还原最真实的路面与砂封层的契合度与构造深度，同时考虑碾压成型时耐穿刺性，确定聚四氟乙烯薄膜规格尺寸。选取尺寸为100×100×0.2mm的聚四氟乙烯薄膜材料，该薄膜材料具有良好的耐热性(熔点327℃)、耐穿刺性、并且不与沥青及集料反应的惰性；

步骤1.2：将薄膜放置在标准尺寸为300*300*50mm的车辙板上，在该薄膜上均匀撒布沥青集料并覆盖胶皮，由沥青集料为乳化沥青和4.75mm级别的机制砂组成；为防止碾压时材料损失，在薄膜四周做成一个围挡，用一定厚度、宽度的胶黏条带材料粘贴在薄膜四周，形成围挡；在胶皮上进行碾压，模拟实际工程的胶轮碾压机的揉搓作用；

步骤1.3：养生6小时后进行再次碾压，待碾压完成后将乳化沥青砂封层试件小心取下，把试件四周的围挡剪去，试件即提取完毕。

所述步骤2采用封口膜法测定乳化沥青砂封层试件毛体积密度γ_f包括以下步骤：

步骤2.1：在25℃下，采用水中重法标定封口膜对水的相对密度γ_p；

步骤2.2：测得乳化沥青砂封层试件质量m_a；

步骤2.3：取一片80mm×80mm的封口膜，将其进行适当拉伸至(120mm±5mm)×(120mm±5mm)。将拉伸后的封口膜包裹住试件封层面，沿乳化沥青砂封层试件四周边缘压封口膜，然后将试件翻转至另一面，并放置在泡沫垫上。

步骤2.4：同理用封口膜将试件另一面包裹，使封口膜紧密重叠。然后用泡沫垫放在试件的顶部，并缓慢向下挤压泡沫垫以消除封口膜与试件之间的气泡。

步骤2.5：分别称取封口膜密封试件的空气中质量m_p和水中质量m_c。封口膜密封法测定的试件毛体积密度γ_f按下式计算：

${\mathrm{\γ}}_f=\frac{m_a}{(m_p-m_c)-(m_p-m_a)/{\mathrm{\γ}}_p}$

所述步骤3采用沥青浸渍法测定乳化沥青砂封层的最大理论密度γ_t包括以下步骤：

步骤3.1：将权利要求3中所述步骤2.4得到的试件的封口膜除去，并在在通风处晾晒直至恒重。分别测得1#不锈钢杯(含钢勺)、2#不锈钢杯的质量m₁、m₆和水中重量m₂、m₇；

步骤3.2：称量装有试件和钢勺的1#不锈钢杯质量m₃，

步骤3.3：分别测得带有无气泡基质沥青的1#不锈钢杯(含钢勺和试件)、2#不锈钢杯的质量m₄、m₈和水中重量m₅、m₉。

步骤3.4：计算试件的最大理论密度γ_t。

${\mathrm{\γ}}_t=\frac{m_3-m_1}{m_4-m_5-(m_1-m_2)-(m_4-{\mathrm{\ω}}_3)/{\mathrm{\γ}}_a}$

${\mathrm{\γ}}_a=\frac{m_8-m_6}{m_8-m_9-(m_6-m_7)}$

式中：γ_a为基质沥青相对密度。

本发明与现有技术相比有以下优点：

本发明提出了全新的砂封层试件的制作方法，填补了砂封层空隙率测量技术的空白，该方法的提出，为科研院所和施工、检测单位提供了一个有效的检测方法，为工程质量的提高提供了依据。在测量毛体积密度时采用封口膜法，与表干法相比，封口膜密封法试验操作简便，最大程度减少了人为因素的影响，有利于形成较为理想的饱和面干状态，与蜡封法相比，封口膜密封法避免了蜡吸入开口空隙，造成对毛体积的影响。在测量最大理论密度时采用沥青浸渍法，克服了真空法、溶剂法理论上都不准确的缺点，该法得益于沥青的优良特性，用沥青代替水或者三氯乙烯，理论上严密，从而使混合料空隙率等于0。应用于测定乳化沥青砂封层路面的空隙率来检验水平。由于目前规范及文献对砂封层空隙率测量没有提及，本方法可用来填补这部分空白，同时该方法可用于实验室研究，也可应用于路面工程验收和养护期的检测。

附图说明

具体操作流程图如图1所示。图1按照阶段性步骤表明了操作过程。

具体实施方式

以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征在不相冲突前提下的相互结合，均在本发明的保护范围之内。

制备砂封层试件的具体步骤为：

(1)为了能方便取下砂封层试件在砂封层和原路面之间铺设了一层聚四氟乙烯薄膜。由于受限于吊篮的尺寸并且为了还原最真实的路面与砂封层的契合度与构造深度，同时考虑碾压成型时耐穿刺性，确定聚四氟乙烯薄膜规格尺寸。

其特征是，薄膜材料选用聚四氟乙烯，薄膜规格尺寸选取100×100×0.2mm。该薄膜具有良好的耐热性(熔点327℃)、耐穿刺性、并且不与沥青及集料反应的惰性。

(2)将薄膜放置在尺寸为300*300*50mm的车辙板上，在该薄膜上均匀撒布乳化沥青和4.75mm级别的机制砂组成的沥青集料并覆盖胶皮碾压。为防止碾压时材料损失，在薄膜四周做成一个围挡。用1cm宽的海绵胶带粘贴在薄膜四周，形成围挡。

其特征为覆盖胶皮进行碾压，这样可以模拟实际工程的胶轮碾压机的揉搓作用。

(3)养生6小时后进行复压待碾压完成后将砂封层试件小心取下，把试件四周的围挡剪去，试件即制作完毕。

采用封口膜法测定砂封层试件毛体积密度，具体步骤为：

(1)首先在25℃下，采用水中重法标定封口膜对水的相对密度γ_p＝0.8。

(2)然后测得试件质量m_a＝75.0g。

(3)取一片80mm×80mm的封口膜，将其进行适当拉伸(拉伸至123mm×124mm)。将拉伸后的封口膜包裹住试件封层面，沿砂封层试件四周边缘压封口膜，然后将试件翻转至另一面，并放置在泡沫垫上。

(4)同理用封口膜将试件另一面包裹，使封口膜紧密重叠。然后用泡沫垫放在试件的顶部，并缓慢向下挤压泡沫垫以消除封口膜与试件之间的气泡。

(5)分别称取封口膜密封试件的空气中质量m_p＝75.6g和水中质量m_c＝41.2g。封口膜密封法测定的试件毛体积密度γ_f按下式计算，结果为γ_f＝2.1802。

${\mathrm{\γ}}_f=\frac{m_a}{(m_p-m_c)-(m_p-m_a)/{\mathrm{\γ}}_p}$

采用沥青浸渍法测定砂封层的最大理论密度，具体步骤为：

(1)将上述试件的封口膜除去，并在在通风处晾晒直至恒重。分别测得1#不锈钢杯(含钢勺)、2#不锈钢杯的质量m₁、m₆和水中重量m₂、m₇；

(2)称量装有试件和钢勺的1#不锈钢杯质量m₃，并将其放入烘箱内养生1h，温度设置为165℃。另将1000g辽河90#基质沥青放入烘箱中。1h后将辽河90#基质沥青分别倒入1#和2#不锈钢杯中，1#不锈钢杯需要搅拌3min。然后把1#、2#不锈钢杯再次放入145℃的烘箱中，每隔20min中搅拌一次，待无气泡后取出在25℃下静置24h。

(3)分别测得带有无气泡基质沥青的1#不锈钢杯(含钢勺和试件)、2#不锈钢杯的质量m₄、m₈和水中重量m₅、m₉。

(4)计算试件的最大理论密度γ_t。

${\mathrm{\γ}}_t=\frac{m_3-m_1}{m_4-m_5-(m_1-m_2)-(m_4-m_3)/{\mathrm{\γ}}_a}$

${\mathrm{\γ}}_a=\frac{m_8-m_6}{m_8-m_9-(m_6-m_7)}$

式中：γ_a为基质沥青相对密度。

式中：γ_a为基质沥青相对密度。试验结果汇总见表1。

表1沥青浸渍法测量结果

经过计算得到试件的最大理论密度γ_t＝2.2710。

将毛体积密度γ_f＝2.1802，砂封层试件最大理论密度γ_t＝2.2710代入式中，经过计算得到试件的空隙率VV＝4％。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法,其特征在于：该方法包括以下步骤：

步骤1：乳化沥青砂封层试件的提取；

步骤2：采用封口膜法测定乳化沥青砂封层试件毛体积密度γ_f；

步骤3：采用沥青浸渍法测定乳化沥青砂封层试件最大理论密度γ_t；

步骤4：代入空隙率公式计算空隙率。

2.根据权利要求1所述的室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法，其特征在于：所述步骤1乳化沥青砂封层试件的提取包括以下步骤：

步骤1.1：选取尺寸为100×100×0.2mm的聚四氟乙烯薄膜材料；

步骤1.2：将薄膜放置在车辙板上，在该薄膜上均匀撒布沥青集料并覆盖胶皮；用一定厚度、宽度的胶黏条带材料粘贴在薄膜四周，形成围挡；在胶皮上进行碾压，模拟实际工程的胶轮碾压机的揉搓作用；

步骤1.3：养生6小时后进行再次碾压，待碾压完成后将乳化沥青砂封层试件小心取下，把试件四周的围挡剪去，试件即提取完毕。

3.根据权利要求1所述的室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法，其特征在于：所述步骤2采用封口膜法测定乳化沥青砂封层试件毛体积密度γ_f包括以下步骤：

步骤2.1：在25℃下，采用水中重法标定封口膜对水的相对密度γ_p；

步骤2.2：测得乳化沥青砂封层试件质量m_a；

步骤2.3：取一片80mm×80mm的封口膜，将其进行适当拉伸至(120mm±5mm)×(120mm±5mm)，将拉伸后的封口膜包裹住试件封层面，沿乳化沥青砂封层试件四周边缘压封口膜，然后将试件翻转至另一面，并放置在泡沫垫上；

步骤2.4：同理用封口膜将试件另一面包裹，使封口膜紧密重叠，然后用泡沫垫放在试件的顶部，并缓慢向下挤压泡沫垫以消除封口膜与试件之间的气泡；

步骤2.5：分别称取封口膜密封试件的空气中质量m_p和水中质量m_c，封口膜密封法测定的试件毛体积密度γ_f按下式计算：

。

4.根据权利要求1所述的室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法，其特征在于：所述步骤3采用沥青浸渍法测定乳化沥青砂封层的最大理论密度γ_t包括以下步骤：

步骤3.1：将权利要求3中所述步骤2.4得到的试件的封口膜除去，并在在通风处晾晒直至恒重；分别测得1#不锈钢杯(含钢勺)的质量m₁和在水中的质量m₂、2#不锈钢杯的质量m₆和在水中的质量m₇；

步骤3.2：称量装有试件和钢勺的1#不锈钢杯质量m₃；

步骤3.3：分别测得带有无气泡基质沥青的1#不锈钢杯(含钢勺和试件)、2#不锈钢杯的质量m₄、m₈和水中重量m₅、m₉；

步骤3.4：计算试件的最大理论密度γ_t

式中：γ_a为基质沥青相对密度。

5.根据权利要求1所述的室内乳化沥青砂封层试件的提取及空隙率的测量方法，其特征在于：所述一定厚度、宽度的胶黏条带材料选用1cm宽的海绵胶带。