CN113533115A - 一种新型细集料密度和吸水率测试方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型细集料密度和吸水率测试方法和系统。本发明通过将不同设定质量的水加入细集料和闷料的方式制备不同含水率的细集料试样，再通过坍落筒法，取最接近饱和面干状态的试样，采用吹风机采用微暖风进行边搅拌边风干或适当加入少量水分对试样加以搅拌润湿，直至确定饱和面干试样为止，能够大幅提高试验效率。并且，采用不同质量的水制备试样，能够避免因倒水导致细集料试样的部分细粉的流失，确保细集料级配的准确性；仅对最接近饱和面干状态的试样进行短时间的微暖风风干甚至无需采用吹风风干，能够避免因吹风过度导致细集料试样干湿不一或过分干燥以及风干过程中细集料颗粒被吹走的问题发生，也能确保试验结果测试的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，特别是涉及一种新型细集料密度和吸水率测试方法和系统。
背景技术
沥青混凝土的空隙率与其透水性能、耐老化、抗永久变形能力和稳定度有密切联系：若空隙率偏大，容易渗水和发生水损害，形成松散、坑槽等早期病害；若空隙率偏小，则沥青混凝土稳定度较低，容易形成车辙等病害。因此，在实际应用过程中，沥青混凝土的设计空隙率一般要求为3～6％，以确保沥青混凝土路面在使用过程中具有良好的路用性能。
而细集料是沥青混凝土的重要组成部分，主要起到填充沥青混凝土粗集料骨架空隙的作用，是影响沥青混凝土空隙率和密实度的关键材料。在沥青混凝土配合比设计过程中，沥青混凝土空隙率和各档粗、细集料的准确用量是基于粗、细集料的密度和吸水率等因素计算得出。其中，细集料的密度和吸水率是沥青混凝土空隙率的计算结果准确性的主要因素，因此，准确测量细集料的密度和吸水率，是进行沥青混凝土配合比设计的重要前提。
目前《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)中规定采用坍落筒法进行细集料(天然砂、机制砂和石屑)的密度和吸水率。在使用该方法进行测试前，必须按如下方法准备饱和面干状态的细集料试样：取约1000g的细集料装入并摊平在浅盘当中，后注入洁净水没过细集料表面，用玻璃棒轻微搅动5分钟后，静置24小时。静置完毕，将上部多余的水分倒走后，摊开试样，用手提吹风机吹入暖风，并不断翻拌试样，使水分蒸发，达到估计的饱和面干状态后，采用坍落筒法，判定细集料是否真正达到了饱和面干状态。在判定是否达到饱和面干状态过程中，若干燥过分，则需缓慢加水(但总加水量不得超过5ml，否则试样作废)，或若水分偏多，则需采用吹风机继续吹干，并多次反复重新采用坍落同进行测试判断。
可见，目前规范中规定使用的测试方法，其试样准备过程冗长、复杂，且人为干扰大，导致试验数据再现性和重复性差；此外，繁琐的准备过程(注水和用吹风机鼓风一般需要进行3～5遍)降低了试验效率，也使得部分试验人员不按标准进行试验，将未达到真实饱和面干状态的细集料试样取出进行下一步试验，导致细集料的密度和吸水率试验结果有所误差。
因此，亟需寻找一种快捷、高效、准确的细集料密度和吸水率的测试方法或系统替代传统测试方法，以确保相关试验数据的准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型细集料密度和吸水率测试方法和系统，以提高新型细集料密度和吸水率的测试准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种新型细集料密度和吸水率测试方法，包括：
将细集料样品用设定孔径标准筛过筛后，采用缩分法将过筛后的细集料样品进行缩分得到第一细集料试样；
在每一所述第一细集料试样中加入设定质量的洁净水，并将洁净水和细集料试样调匀后，盖上具有设定湿度的布料，在预设环境条件下，放置设定时间得到第二细集料试样；
分别将多份所述第二细集料试样装入坍落筒中，用捣棒捣至预设次数后，沿垂直方向提起所述坍落筒观测试样的坍落情况；
依据所述坍落情况确定多份所述第二细集料试样中满足饱和面干状态标准的试样，作为饱和面干试样；
获取预设质量的饱和面干试样后，将预设质量的饱和面干试样置于烘箱中烘干至恒重，冷却后称取干样质量；
将干样通过漏斗全部倒入容量瓶中，而后加洁净水至第一设定刻度处，转动容量瓶排除气泡后，浸泡设定时间段后，加水至第二设定刻度处，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分后称量容量瓶得到第一质量；倒出容量瓶中的干样和洁净水，清洗容量瓶后，将洁净水加入容量瓶至所述第二设定刻度处，塞紧瓶盖，擦干瓶外水分后称量容量瓶得到第二质量；
根据所述干样质量、所述第二质量和所述第一质量确定所述细集料样品的表观相对密度；
根据所述干样质量、所述第二质量、所述第一质量和所述预设质量确定所述细集料样品的毛体积相对密度；
根据所述干样质量和所述预设质量确定所述细集料样品的吸水率。
优选地，所述设定孔径为2.36mm的孔径。
优选地，在每一所述第一细集料试样中加入设定质量的洁净水，具体为：
按梯度称取不同质量的洁净水；
将不同质量的洁净水对应加入到第一细集料试样中。
优选地，当多份所述第二细集料试样均不满足饱和面干状态标准时，对所述第二细集料试样进行搅拌、风干或加以搅拌润湿的方式处理后，重新采用坍落筒进行饱和面干状态标准测试，直至多份所述第二细集料试样中存在满足饱和面干状态标准的试样为止。
优选地，对于天然砂，沿垂直方向提起所述坍落筒后，将坍落体积达到预设体积的天然砂试样的作为饱和面干试样；
对于机制砂和石屑，沿垂直方向提起所述坍落筒后，将机制砂和石屑试样发生塌落的试样中最小含水率的试样作为饱和面干试样。
优选地，所述预设环境条件为室温为23℃±1.7℃的环境条件；所述设定时间为18小时。
优选地，所述预设次数为25次；所述预设质量为300g。
优选地，所述第一设定刻度为450ml；所述设定时间段为大于等于4小时；所述第二设定刻度为500ml。
优选地，所述细集料样品的表观相对密度为：
所述细集料样品的毛体积相对密度为：
所述细集料样品的吸水率为：
式中，γa为细集料样品的表观相对密度，γb为细集料样品的毛体积相对密度，wx为细集料样品的吸水率，m0为干样质量、m1为第二质量，m2为第一质量，m3为预设质量。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的新型细集料密度和吸水率测试方法中，通过将不同设定质量的水加入细集料和闷料的方式制备不同含水率的细集料试样，再通过坍落筒法，取最接近饱和面干状态的试样，采用吹风机采用微暖风进行边搅拌边风干或适当加入少量水分对试样加以搅拌润湿，直至确定饱和面干试样为止。整个饱和面干试样制备过程被大大简化，风干试验或加水搅拌的时间大大缩短，制备饱和面干试样的总耗时由3～5小时缩短至0.5小时以内，大幅提高试验效率。并且，本发明采用不同质量的水制备试样，无需倒出相应的多余水分，避免了因倒水导致细集料试样的部分细粉的流失，确保细集料级配的准确性。而本发明仅对最接近饱和面干状态的试样进行短时间的微暖风风干甚至无需采用吹风风干，减少甚至避免了因吹风过度导致细集料试样干湿不一或过分干燥的现象发生，以及风干过程中细集料颗粒被吹走的现象发生，确保试验结果测试的准确性。
对应于上述提供的测试方法，本发明还对应提供了如下实施系统：
一种新型细集料密度和吸水率测试系统，包括：
质量获取模块，用于获取干样质量、第二质量、第一质量和预设质量；
表观相对密度确定模块，用于根据所述干样质量、所述第二质量和所述第一质量确定所述细集料样品的表观相对密度；
毛体积相对密度确定模块，用于根据所述干样质量、所述第二质量、所述第一质量和所述预设质量确定所述细集料样品的毛体积相对密度；
吸水率确定模块，用于根据所述干样质量和所述预设质量确定所述细集料样品的吸水率。
以本发明提供的新型细集料密度和吸水率测试系统达到的技术效果与上述提供的新型细集料密度和吸水率测试方法达到的技术效果相同，故在此不再进行赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的新型细集料密度和吸水率测试方法的流程图；
图2为本发明提供的新型细集料密度和吸水率测试方法的具体实施框图；
图3为本发明实施例提供的新型细集料密度和吸水率测试方法和传统测试方法所得的毛体积相对密度数值相关性的示意图；
图4为本发明实施例提供的新型细集料密度和吸水率测试方法和传统测试方法所得的吸水率数值相关性的示意图；
图5为本发明提供的新型细集料密度和吸水率测试系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种新型细集料密度和吸水率测试方法和系统，以提高新型细集料密度和吸水率的测试准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的新型细集料密度和吸水率测试方法，包括：
步骤100：将细集料样品用设定孔径标准筛过筛后，采用缩分法将过筛后的细集料样品进行缩分得到第一细集料试样。例如，将干燥的细集料样品用2.36mm的标准筛进行过筛，除去2.36mm以上的部分。用缩分法将细集料缩分至每份约1000g(根据需要准备4～6份)，分别装入浅盘当中。
步骤101：在每一第一细集料试样中加入设定质量的洁净水，并将洁净水和细集料试样调匀后，盖上具有设定湿度的布料，在预设环境条件下，放置设定时间得到第二细集料试样。例如，根据经验(细集料的吸水率一般在0.75％～2.0％)，按梯度称取不同质量的洁净水，如7.5g、10g、12.5g、15g、17.5g、20g等，加入放置在不同浅盘中的细集料试样中。采用玻璃棒或者调土刀将洁净水和细集料调匀，盖上具有设定湿度的布料(该布料的湿度要求为不能有自由水分流淌或滴落)，在室温为23℃±1.7℃的环境条件下，放置18h以上。
步骤102：分别将多份第二细集料试样装入坍落筒中，用捣棒捣至预设次数后，沿垂直方向提起坍落筒观测试样的坍落情况。例如，分别将多份试样松散地一次装入坍落筒中，用捣棒轻捣25次，捣棒端面距试样表面距离不超过10mm，使之自由落下，捣完刮平筒口。随后从垂直方向徐徐提起坍落筒观测试样的坍落情况。
步骤103：依据坍落情况确定多份第二细集料试样中满足饱和面干状态标准的试样，作为饱和面干试样。若上述试样均未能达到饱和面干状态，则取最接近饱和面干状态的试样，采用吹风机采用微暖风进行边搅拌边风干或适当加入少量水分对试样加以搅拌润湿，重新采用坍落筒进行测试，直至确定饱和面干试样为止。其中，判断饱和面干状态的标准为：对于天然砂，沿垂直方向提起坍落筒后，将坍落体积达到预设体积的天然砂试样的作为饱和面干试样。对于机制砂和石屑，沿垂直方向提起坍落筒后，将机制砂和石屑试样发生塌落的试样中最小含水率的试样作为饱和面干试样。例如，对于天然砂，宜以“在试样中心部分上部成为2/3左右的圆锥体，即大致坍塌1/3左右”作为标准状态。对于机制砂和石屑，宜以“多份样品中同时提起坍落筒时发生塌落的试样中最小含水率的试样”作为饱和面干试样。
步骤104：获取预设质量的饱和面干试样后，将预设质量的饱和面干试样置于烘箱中烘干至恒重，冷却后称取干样质量。例如，称取满足饱和面干标准的制样约300g放置于托盘中，将称取的细集料试样连同托盘放置于105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，冷却后称取干样质量。
步骤105：将干样通过漏斗全部倒入容量瓶中，而后加洁净水至第一设定刻度处，转动容量瓶排除气泡后，浸泡设定时间段后，加水至第二设定刻度处，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分后称量容量瓶得到第一质量。倒出容量瓶中的干样和洁净水，清洗容量瓶后，将洁净水加入容量瓶至第二设定刻度处，塞紧瓶盖，擦干瓶外水分后称量容量瓶得到第二质量。例如，称取干样质量完毕后，将干样通过漏斗全部倒入容量瓶中，而后加洁净水至450ml刻度处，转动容量瓶排除气泡后，浸泡4小时以上。再仔细加水至500ml刻度处，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称量其总量得到第一质量。最后全部倒出集料试样，洗净瓶内外，用同样的水，加至500ml刻度处，塞紧瓶盖，擦干瓶外水分，称量其总量得到第二质量。
步骤106：根据干样质量、第二质量和第一质量确定细集料样品的表观相对密度。
步骤107：根据干样质量、第二质量、第一质量和预设质量确定细集料样品的毛体积相对密度。
步骤108：根据干样质量和预设质量确定细集料样品的吸水率。
其中，细集料样品的表观相对密度为：
细集料样品的毛体积相对密度为：
细集料样品的吸水率为：
式中，γa为细集料样品的表观相对密度，γb为细集料样品的毛体积相对密度，wx为细集料样品的吸水率，m0为干样质量、m1为第二质量，m2为第一质量，m3为预设质量。
基于以上步骤，本发明提供的新型细集料密度和吸水率测试方法的具体实施框图如图2所示。
为验证该新型细集料密度和吸水率测试方法与传统测试方法之间的差异，选取了广东省及其周边地区的23个石场生产的细集料，分别采用两种测试方法测试23类细集料的毛体积相对密度γb和吸水率wx，并通过相对偏差和相关性等指标对结果进行可靠性判定，相关测试结果如下表1至表3所示：
表1 基于传统测试方法的23个石场细集料毛体积相对密度和吸水率数据汇总表
表2 基于新测试方法的23个石场细集料毛体积相对密度和吸水率数据汇总表
表3 基于新旧测试方法的23个石场细集料毛体积相对密度和吸水率数据对比表
图3和图4的分析结果表明，在23组数据中，本发明提供的测试方法与传统测试方法所得的毛体积相对密度和吸水率的相对偏差绝对值均值分别为0.67％和1.37％，相对偏差绝对值最大值分别为1.41％和2.9％，并由相关性分析可知，两类测试方法所得的毛体积相对密度数值相关度很高，判定系数R2分别达到了0.9273和0.9923。说明本发明提供的测试方法的所得密度和吸水率数值与传统方法所得的数值之间的误差很小，本发明提供的测试方法具有很好的替代性。另外，可以发现，通过本发明提供的测试方法测试所得的23组细集料的毛体积相对密度变异系数和吸水率的变异系数均值分别为0.24％和0.48％，较传统测试方法所得的23组细集料的毛体积相对密度变异系数和吸水率变异系数(分别为0.42％和0.85％)小，说明本发明提供的测试方法的测试结果更为稳定、分散程度低、准确性更高。
综上，相对于传统测试方法，本发明提供新型细集料密度和吸水率测试方法具有如下优势：
1、传统方法中，细集料需要在完全泡水24小时并倒去多余水分后，再采用吹风机对完全湿润、泌水的细集料试样进行搅拌风干，过程中试验人员需要极其细致和小心，并控制风力和风温不会将局部细集料蒸发过度，一般来说，采用吹风机对完全湿润的细集料试样风干至饱和面干状态，约需要3～4小时，若风干过度，还需要重新加入少量水分再次进行搅拌风干至饱和面干状态，可能增加耗时0.5～1小时不等。整个饱和面干试样制备过程繁琐、耗时长，试验效率非常低下。
本发明通过划分梯度和闷料的方式制备不同含水率的细集料试样，再通过坍落筒法，取最接近饱和面干状态的试样，采用吹风机采用微暖风进行边搅拌边风干或适当加入少量水分对试样加以搅拌润湿，直至确定饱和面干状态试样为止。整个饱和面干试样制备过程被大大简化，风干试验或加水搅拌的时间大大缩短，制备饱和面干试样的总耗时由3～5小时缩短至0.5小时以内，大幅提高试验效率。
2、本发明采用划分梯度的方式制备试样，基本不存在细集料试样存在过多的多余水分，即无需倒出相应的多余水分，避免了因倒水导致细集料试样的部分细粉的流失，确保细集料级配的准确性。
3、本发明仅对最接近饱和面干状态的试样进行短时间的微暖风风干甚至无需采用吹风风干，减少甚至避免了因吹风过度导致细集料试样干湿不一或过分干燥的现象发生，以及风干过程中细集料颗粒被吹走的现象发生，确保试验结果测试的准确性。
此外，对应于上述提供的新型细集料密度和吸水率测试方法，本发明还对应提供了一种新型细集料密度和吸水率测试系统。如图5所示，该新型细集料密度和吸水率测试系统包括：质量获取模块1、表观相对密度确定模块2、毛体积相对密度确定模块3和吸水率确定模块4。
其中，质量获取模块1用于获取干样质量、第二质量、第一质量和预设质量。
表观相对密度确定模块2用于根据干样质量、第二质量和第一质量确定细集料样品的表观相对密度。
毛体积相对密度确定模块3用于根据干样质量、第二质量、第一质量和预设质量确定细集料样品的毛体积相对密度。
吸水率确定模块4用于根据干样质量和预设质量确定细集料样品的吸水率。
上述干样质量、第二质量、第一质量和预设质量的获取过程请参见上述新型细集料密度和吸水率测试方法给出的具体步骤。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种新型细集料密度和吸水率测试方法，其特征在于，包括：
将细集料样品用设定孔径标准筛过筛后，采用缩分法将过筛后的细集料样品进行缩分得到第一细集料试样；
在每一所述第一细集料试样中加入设定质量的洁净水，并将洁净水和细集料试样调匀后，盖上具有设定湿度的布料，在预设环境条件下，放置设定时间得到第二细集料试样；
分别将多份所述第二细集料试样装入坍落筒中，用捣棒捣至预设次数后，沿垂直方向提起所述坍落筒观测试样的坍落情况；
依据所述坍落情况确定多份所述第二细集料试样中满足饱和面干状态标准的试样，作为饱和面干试样；
获取预设质量的饱和面干试样后，将预设质量的饱和面干试样置于烘箱中烘干至恒重，冷却后称取干样质量；
将干样通过漏斗全部倒入容量瓶中，而后加洁净水至第一设定刻度处，转动容量瓶排除气泡后，浸泡设定时间段后，加水至第二设定刻度处，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分后称量容量瓶得到第一质量；倒出容量瓶中的干样和洁净水，清洗容量瓶后，将洁净水加入容量瓶至所述第二设定刻度处，塞紧瓶盖，擦干瓶外水分后称量容量瓶得到第二质量；
根据所述干样质量、所述第二质量和所述第一质量确定所述细集料样品的表观相对密度；
根据所述干样质量、所述第二质量、所述第一质量和所述预设质量确定所述细集料样品的毛体积相对密度；
根据所述干样质量和所述预设质量确定所述细集料样品的吸水率。
2.根据权利要求1所述的新型细集料密度和吸水率测试方法，其特征在于，所述设定孔径为2.36mm的孔径。
3.根据权利要求1所述的新型细集料密度和吸水率测试方法，其特征在于，在每一所述第一细集料试样中加入设定质量的洁净水，具体为：
按梯度称取不同质量的洁净水；
将不同质量的洁净水对应加入到第一细集料试样中。
4.根据权利要求1所述的新型细集料密度和吸水率测试方法，其特征在于，当多份所述第二细集料试样均不满足饱和面干状态标准时，对所述第二细集料试样进行搅拌、风干或加以搅拌润湿的方式处理后，重新采用坍落筒进行饱和面干状态标准测试，直至多份所述第二细集料试样中存在满足饱和面干状态标准的试样为止。
5.根据权利要求4所述的新型细集料密度和吸水率测试方法，其特征在于，对于天然砂，沿垂直方向提起所述坍落筒后，将坍落体积达到预设体积的天然砂试样的作为饱和面干试样；
对于机制砂和石屑，沿垂直方向提起所述坍落筒后，将机制砂和石屑试样发生塌落的试样中最小含水率的试样作为饱和面干试样。
6.根据权利要求1所述的新型细集料密度和吸水率测试方法，其特征在于，所述预设环境条件为室温为23℃±1.7℃的环境条件；所述设定时间为18小时。
7.根据权利要求1所述的新型细集料密度和吸水率测试方法，其特征在于，所述预设次数为25次；所述预设质量为300g。
8.根据权利要求1所述的新型细集料密度和吸水率测试方法，其特征在于，所述第一设定刻度为450ml；所述设定时间段为大于等于4小时；所述第二设定刻度为500ml。
9.根据权利要求1所述的新型细集料密度和吸水率测试方法，其特征在于，所述细集料样品的表观相对密度为：
所述细集料样品的毛体积相对密度为：
所述细集料样品的吸水率为：
式中，γa为细集料样品的表观相对密度，γb为细集料样品的毛体积相对密度，wx为细集料样品的吸水率，m0为干样质量、m1为第二质量，m2为第一质量，m3为预设质量。
10.一种新型细集料密度和吸水率测试系统，其特征在于，包括：
质量获取模块，用于获取干样质量、第二质量、第一质量和预设质量；
表观相对密度确定模块，用于根据所述干样质量、所述第二质量和所述第一质量确定所述细集料样品的表观相对密度；
毛体积相对密度确定模块，用于根据所述干样质量、所述第二质量、所述第一质量和所述预设质量确定所述细集料样品的毛体积相对密度；
吸水率确定模块，用于根据所述干样质量和所述预设质量确定所述细集料样品的吸水率。
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- 2021-07-28 CN CN202110856929.4A patent/CN113533115A/zh active Pending
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