浸渍法与规范法测试沥青混合料理论最大密度对比分析

殷卫永，李 豪，常迅夫，毛海臻，尚康宁

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450000）

沥青混合料压实后的空隙率是沥青混合料配合比设计过程中以及现场工程质量评价中的重要指标，确定空隙率需要用到混合料理论最大密度，而矿料有效相对密度又是计算确定混合料理论最大密度的关键指标。

目前，在实际工程建设中，通常采用真空法实测的方法确定基质沥青混合料理论最大密度。但真空法试验过程中，存在缺陷的集料其表面沥青膜容易破裂，导致部分水分穿过沥青膜进入集料内部，使试验结果出现偏差[1-2]。试验中表现为整个试验过程持续有气泡冒出，有时抽真空1h之后还有部分气泡冒出。此外，沥青混合料往往难以充分散开，导致混合料内部包裹部分气泡，同样对测量结果有影响。因此，通过准确测量不同粒径规格集料或集料混合料的有效相对密度，然后结合混合料油石比、沥青密度等参数计算得到沥青混合料的理论最大密度，能更加准确、真实地反映混合料的实际情况。而现行规范中通过集料吸水率等参数进行计算确定的集料混合料有效相对密度是一种模糊性计算方法，沥青吸收系数的计算带有很大的不确定因素，用其计算的集料有效相对密度也需要进一步完善[3-4]。

文章结合工程实例，以某一级公路的沥青路面工程为依托，测定了其LM-1标和LM-2标上面层、中面层和下面层集料混合料的有效相对密度，并通过计算确定了各层的理论最大密度，然后对浸渍法和现行规范的试验方法测试结果进行比较分析，为进一步改善试验方法、提高工程质量提供参考。

1 试验步骤

（1）按《沥青密度与相对密度试验仪器》（T 0603—2011）试验方法测定沥青相对密度（25℃/25℃）。

（2）将铁盆和钢勺空气中质量记为m1，水中质量记为。

（3）取质量为m的干燥集料在烘箱中加热5h，温度设置为160℃。加热温度与生产中混合料实际温度保持一致，可根据实际情况适当调整。

（4）加热沥青至160℃，同时加热另一铁盆内沥青至120℃；对于改性沥青的加热温度，应适当提高约10℃。

（5）取出试样并置于电热炉上，往集料中逐滴加入沥青（沥青温度为160℃），然后持续搅拌30～50s，使沥青充分分散，均匀附在集料上。

（6）停止加热，将混合料静置一段时间，使混合料冷却至约120℃，然后沿盆侧壁缓慢加入沥青（沥青温度为120℃），直至淹没覆盖集料，持续搅拌几分钟。

（7）将混合料继续放置，直至混合料温度接近室温，将铁盆、钢勺和沥青混合料的总质量记为M。

（8）在25℃水浴槽中恒温保温2h，将铁盆、钢勺和沥青混合料的总质量记为。

（9）按公式（1）计算集料有效相对密度。

式中：ρw为25℃水的密度；ρb为沥青相对水的密度（25℃/25℃）。

2 结果分析

2.1 利用浸渍法测试沥青混合料理论最大密度实测结果

该项目路面工程共分为LM-1标和LM-2标两个路面标段。在配合比设计过程中，先按照现行规范，采用马歇尔试验方法确定最佳各层位最佳配合比。

为进一步检验混合料体积指标及性能，采用了浸渍法测定两个标段不同层位集料混合料的有效相对密度。按照上述确定的浸渍法试验步骤，以及通过马歇尔配合比试验方法得出的最佳配合比，对LM-1标和LM-2标的上面层、中面层和下面层的集料混合料分别进行有效相对密度的测定，再通过测得的结果计算出两个标段不同层位的沥青混合料的理论最大密度。基于浸渍法的各标段各层位集料混合料有效相对密度试验结果如表1所示。

由表1结果分析可知：

（1）两个标段上面层、中面层和下面层每个层位两次平行试验结果基本一致，误差在允许范围内，表明浸渍法测试集料混合料有效相对密度具有可操作性和可复现性，具有较强的实际试验意义。

（2）LM-1标和LM-2标两个路面标段之间，以及相同标段不同层位之间，测试得出的有效相对密度结果存在差异，尤其是在中面层和下面层上两个标段的密度差别较大，这是由于施工过程中不同标段及不同层位之间集料发生变化，导致集料密度、表面性质等集料固有属性发生变化。LM-1标和LM-2标上面层采用相同的集料，试验结果基本一致。

2.2 浸渍法与规范方法测试结果对比

各标段不同层位配合比设计过程中，按照现行规范方法进行测试。为了比较浸渍法和现行规范方法测试得到的集料混合料有效相对密度结果的差异，将测试结果汇总对比分析，如表2所示。沥青混合料理论最大密度为根据有效相对密度结果计算得到。

表1 基于浸渍法的各标段各层位集料混合料有效相对密度试验结果

表2 浸渍法与现行规范方法试验结果对比

由表2结果分析可知：

（1）与现行规范法得到的集料混合料的有效相对密度相比，采用浸渍法测试得到的集料混合料有效相对密度呈现整体偏小的趋势，利用浸渍法得到的混合料理论最大密度也偏小，导致计算得到的空隙率也偏小。

（2）采用浸渍法测试得到的集料混合料有效相对密度与采用现行规范法得到的集料混合料有效相对密度整体偏差范围在0.02～0.04，沥青混合料理论最大相对密度偏差也在0.02～0.04，沥青混合料压实后空隙率呈现0.7%～1.4%的偏差范围。

（3）不同标段之间以及相同标段不同层位之间，集料混合料的有效相对密度和空隙率，两种测试方法之间测试结果差异存在一定变化范围，这主要是由于集料特性不同引起。

2.3 各标段路面渗水系数检验

由于空隙率测试和计算受到诸多参数的影响，不同测试方法之间也存在差异，相同路面的空隙率可能出现不同的测试结果，且空隙率不能直观反映路面密实程度。路面渗水系数测试较为方便，不需要中间参数，结果简单明了，能直接反映路面密实程度。文章依托工程不同标段各层位路面渗水系数测试结果如表3所示。

表3 不同标段各层位渗水系数测试结果

由表3结果分析可知：

（1）LM-1标和LM-2标各层位渗水系数均满足现行规范要求，表明路面空隙率在合理范围内，工程质量良好。

（2）在利用马歇尔试验配合比设计方法确定的路面空隙率相同的情况下，路面渗水系数存在一定差异。

（3）浸渍法与现行规范法得出的空隙率差别越大，路面渗水系数越小，表明路面实际空隙率越小。

出现上述现象主要是由于采用马歇尔配合比设计方法确定的混合料目标空隙率一致，采用浸渍法测试得到的空隙率比采用现场规范方法得到的空隙率小。两者空隙率测试结果偏差越大，浸渍法得到的空隙率越小，实际渗水系数测试结果也越小，两者趋势基本一致。表明采用浸渍法测试集料混合料密度方法是可行的，且测试结果与实际情况更为接近。实际工程中在利用现行规范配合比设计方法确定最佳配合比后，可采用浸渍法验证，进一步确保工程质量。

2.4 浸渍法与规范方法测试结果差异原因分析

浸渍法与规范方法测试结果存在一定差异，这是因为在沥青混合料中，集料表面的孔隙只有一部分能被沥青填充，而集料的密度与很多因素有关，如集料的表面性质、沥青的黏度、集料粒径的大小等[5]。具体情况如图1所示。

从图1可以看出，沥青吸附集料时，开口孔隙并未完全填充，而水和空气则是完全填充的，因此用浸渍法测试的集料混合料有效相对密度，以及计算得到的混合料理论最大密度偏小。根据现场渗水系数测试结果，浸渍法测试更符合现场沥青混合料的实际情况。

3 结论

（1）由于受到集料吸水率、表面粗糙程度等集料自身特性的影响，用现行规范方法测定和计算的有效相对密度与用沥青浸渍法实测的集料混合料有效相对密度存在一定差异，浸渍法得到的有效相对密度整体偏小。

（2）采用浸渍法测试得到的集料混合料的有效相对密度与采用现行规范法得到的集料混合料的有效相对密度整体偏差范围在0.02～0.04。沥青混合料压实后空隙率呈现0.7%～1.4%的偏差范围。

图1 不同包裹介质下集料体积

（3）集料表面吸附沥青时，开口孔隙并未完全填充，而水和空气则是完全填充，这是浸渍法与现行规范法试验结果出现差异的主要原因。

（4）浸渍法测得的有效相对密度能真实地反映沥青混合料的吸附情况及路面实际情况，将其作为基本参数进行混合料理论最大密度的计算是合理的。实际应用过程中，实际工程中在利用现行规范配合比设计方法确定最佳配合比后，可采用浸渍法验证，进一步确保工程质量。