沥青混合料理论最大相对密度试验方法研究

汪正兴，王志海，刘增宏

（1.中国水利水电科学研究院 北京中水科海利工程技术有限公司，北京 100038；2.北京市南水北调大宁管理处，北京 102442）

沥青混合料理论最大相对密度试验方法研究

汪正兴1，王志海2，刘增宏1

（1.中国水利水电科学研究院 北京中水科海利工程技术有限公司，北京 100038；2.北京市南水北调大宁管理处，北京 102442）

沥青混合料的理论最大相对密度是沥青混凝土的一个重要参数，因而其测试方法的准确性也尤其重要。现行试验规程中给出了三种用于测试沥青混合料理论最大相对密度的方法，测试方法并不统一。本文分别采用这3种不同试验方法对同一沥青混合料样品进行测试比较，分析了各种试验方法的不足之处。同时还采用3组不同吸水率的集料研究了集料吸水率对各种测试方法的影响。通过对比试验揭示了不同试验方法的对试验结果的影响，最后对三种试验方法提出了建议。

沥青混合料；理论最大相对密度；孔隙率

1 研究背景

沥青混凝土的孔隙率对其性能有着重要的影响［1-5］，是沥青混凝土配合比设计时需要考虑的一个重要参数。而在测试沥青混凝土的孔隙率之前需要先测试沥青混合料的理论最大相对密度，因此，理论最大相对密度试验的准确性就显得尤为重要。

沥青混合料是由沥青、矿料和填料等组成，其内部含有各种孔隙，这些孔隙可以分为沥青混合料之间的开口及闭口孔隙、集料自身的开口孔隙、集料自身的闭口孔隙、试件表面的凹陷四类，沥青混凝土的孔隙率指的是沥青混合料之间的开口及闭口孔隙占整个沥青混合料的比例。而沥青混合料的理论最大相对密度就是指当沥青混合料之间的开口及闭口孔隙为0时的密度。对于一定质量的沥青混合料，只要测出其扣除混合料之间开口及闭口孔隙的体积（有效体积），就能测出其理论最大相对密度。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中给出了三种测试方法：计算法、真空法、溶剂法［6］。还有人研究用沥青浸渍法［7］测试沥青混合料理论最大相对密度。为了研究规范中三种不同测试方法之间的区别，以及集料的吸水率对测试结果的影响，本文使用3组不同吸水率的集料拌制沥青混合料，分别采用规范中规定的三种方法进行理论最大相对密度测试，并采用不同理论最大相对密度计算马歇尔试件的孔隙率，对试验结果进行分析比较。

2 试验内容

2.1 试验材料试验所采用材料的指标见表1—4。

由于真空法并不适用于测试密级配沥青混凝土的理论最大相对密度，为了便于进行三种测试方法的比较，本次试验采用开级配沥青混合料。其集料配比和沥青含量如表5。

2.2 试验方法按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）［6］中的规定，分别用真空法、计算法、溶剂法测试沥青混合料的理论最大相对密度，采用体积法测试马歇尔试件的孔隙率。

表1 沥青性能指标

表2 集料1性能指标测试值

表4 集料3性能指标测试值

表3 集料2性能指标测试值

表5 沥青混合料配合比 （单位：%）

真空法是采用真空泵抽出沥青混合料间孔隙的空气，并使水进入其中，使沥青混合料间的孔隙为0来测试沥青混合料理论最大相对密度的一种方法。试验时分别测试沥青混合料质量ma、容器装满水时的质量mb、试样抽真空后容器装满水和试样时的质量mc。沥青混合料的理论最大相对密度γt按下式计算：

计算法是通过公式计算组成沥青混合料各组分的有效体积，进而计算出沥青混合料理论最大相对密度的一种方法。其计算公式如下：

式中：Pa为油石比；γb为沥青相对密度；γse为合成集料的有效相对密度；γsa为集料的合成表观相对密度；γsb为集料的合成毛体积相对密度；C为集料的沥青吸收系数；ωx为合成矿料的吸水率。

溶剂法是采用沥青溶剂（一般为三氯乙烯）将沥青混合料中的沥青溶解掉，使溶剂进入混合料之间的孔隙，从而使沥青混合料间的孔隙为0来测试沥青混合料理论最大相对密度的一种方法。其计算公式如下：

式中：ma为容量瓶充满混合料与溶剂的总质量；mb为容量瓶加混合料的质量；mc为容量瓶的质量；me为容量瓶充满溶剂时质量；γc为溶剂对水的相对密度。

3 试验结果及分析

三种方法测试的沥青混合料理论最大相对密度试验结果见表6，采用三种理论最大相对密度试验结果计算的马歇尔试件孔隙率结果见表7。

从表6和表7可以看出，计算法和真空法的试验结果非常接近，而溶剂法和真空法相差较大，且随着集料吸水率的增大差别也增大，下面从各种测试方法的原理进行分析。

表6 理论最大相对密度试验结果（单位：g（/cm3））

表7 马歇尔试件孔隙率测试结果

另外，从表7的孔隙率测试结果还可以看出，沥青混合料理论最大相对密度的测试结果对孔隙率的计算结果有较大影响。当集料吸水率较大时，分别采用溶剂法与真空法测试的理论最大相对密度计算出的孔隙率值相差2%以上，这在进行配合比优选时会造成重大影响。

3.1 真空法根据真空法的原理，其测试时需要将沥青混合料完全分散，否则真空泵并不能抽出混合料内部的小气泡，从而对测试结果造成影响。因此真空法不适用于改性沥青或者难以分散的密级配沥青混合料。另外，当拌合不均匀或者当钻芯、切割造成集料没有完全被沥青裹覆时，也会对测试结果造成影响。因此当沥青混合料能够完全分散时，可以认为真空法测试的结果应该是准确的。本试验采用的沥青混合料为开级配大孔隙率沥青混合料，较易分散，可以认为本试验中真空法测试的结果为准确的，并以此为准比较其他测试方法的结果。

3.2 计算法从计算法的公式可以看出，其在计算沥青混合料有效体积时，考虑了集料吸收沥青对集料密度的影响，采用集料的有效相对密度来代替集料的毛体积相对密度比较合理。公式中的沥青吸收系数C值和集料的吸水率有关。从表6的计算结果也可以看出计算法测试的结果和真空法非常接近。

为了比较采用不同集料密度对计算法测试结果的影响，表8列出了分别采用集料合成表观密度、集料合成毛体积密度计算的结果。

由表8可以看出，采用集料有效密度计算的结果处于采用表观密度和毛体积密度计算的结果之间，和真空法测试结果相比，采用表观密度计算的结果偏大而采用毛体积密度计算的结果偏小。这是因为采用集料的表观密度计算时，相当于将集料的开口孔隙从混合料体积全部扣除，而采用集料的毛体积密度时相当于将集料的开口孔隙全部计入混合料的体积中，而在实际的沥青混合料中，集料的开口孔隙会部分吸收沥青，采用集料的有效密度计算时，正是考虑了这一因素。公式中的沥青吸收系数C值考虑了集料对沥青的吸收，其值是根据试验数据回归得出的经验公式计算出来的，大小和集料的吸水率有关，所以在使用计算法时必须采用集料的有效相对密度进行计算以得到相对准确的结果。

3.3 溶剂法 从溶剂法的试验原理上可以看出，溶剂溶解沥青后同样会进入集料的开口孔隙，因而溶剂法在计算有效体积时亦将集料的开口孔隙扣除，使得测试的理论最大相对密度偏大。从上面的测试结果也可以看出，溶剂法的测试结果比真空法和计算法都大，但和表8中采用集料表观密度计算的结果非常接近。这是因为在测试集料表观密度时也是扣除了集料的开口孔隙，二者在试验原理上一致。

表8 采用不同集料密度计算出的理论最大相对密度（单位：g（/cm3））

表9 计算法和溶剂法与真空法的偏差 （单位：%）

正因为溶剂法测试时，集料同样会吸收溶剂，所以溶剂法的测试结果受集料的吸水率影响较大。表9列出了计算法和溶剂法测试结果与真空法测试结果之间的偏差，从表9可以看出，随着集料吸水率的减小，溶剂法测试结果和真空法之间的偏差越来越小，而计算法结果的准确性几乎不受集料孔隙率的影响。因此溶剂法只适用于测试集料非常致密，几乎不吸水的沥青混合料。

4 结论

（1）不同测试方法对沥青混合料理论最大密度的测试结果有很大的影响；（2）当沥青混合料拌合均匀且能完全分散时，真空法能够取得准确的测试结果，因此开级配沥青混合料应优先采用真空法测试；（3）采用集料的有效密度计算沥青混合料理论最大密度的结果和真空法很接近，在真空法不适用的情况如密级配沥青混合料时可以采用计算法测试；（4）溶剂法测试误差较大，但随着集料吸水率的减小，其误差会减小。因而只适用于集料比较致密吸水率较小的沥青混合料，一般情况下不建议采用。

［1］ 魏诚.孔隙率对沥青混凝土性能影响实验研究［J］.科技信息，2010（2）：149-150.

［2］ 刘增宏，黄昊，郝巨涛，等 .沥青混凝土空隙率与击实次数的关系［J］.中国水利水电科学研究院学报，2013，11（2）：144-150.

［3］ 张应波，王为标，兰晓，等.土石坝沥青混凝土心墙酸性砂砾石料的适用性研究［J］.水利学报，2012，43（4）：460-466.

［4］ 郝巨涛.国内沥青混凝土防渗技术发展中的重要问题［J］.水利学报，2008，39（10）：1213-1219.

［5］ 徐豫清，葛文璇，来晨霏.孔隙率对沥青混合料性能的影响［J］.山西建筑，2010（1）：181-182.

［6］ JTG E40-2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［7］ 郭德栋，许宏妹，扈惠敏.沥青浸渍法测定理论最大相对密度的应用研究［J］.合肥工业大学学报，2010（5）：731-734.

Research of test method for theoretic maximum specific gravity of asphalt concrete

WANG Zhengxing1，WANG Zhihai2，LIU Zenghong1
（1.Beijing IWHRKHLCo.Ltd.，IWHR，Beijing 100038，China；2.Beijing South-north Water Diversion Project’sOfficeof Daning，Beijing 102442，China）

The theoretic maximum specific gravity is an important index of asphalt concrete，so the test method is also very important.The current test standard has given 3 kinds of methods for testing the theo⁃retical maximum specific gravity of asphalt concrete.In this article，the theoretic maximum specific gravity of asphalt concrete was tested by different methods applied in the current test standard，and the disadvan⁃tages of each method are discussed.At the same time，3 kinds of aggregates with different water absorp⁃tion have been used to study how the water absorption affects the results.The influence of different test methods is analyzed and suggestions are given.

Asphalt concrete；Theoretic maximum specific gravity；Porosity

TV431.5

：Adoi：10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.04.013

1672-3031（2015）04-0317-05

（责任编辑：李 琳）

2014-11-25

汪正兴（1984-），男，安徽人，硕士，工程师，主要从事水工沥青混凝土防渗研究。E-mail：johnnywzx@163.com