第6期(总第133期) 2001年12月20日华东公路E AST CHINA HI GHW AY No . 6(Total No . 133)
December 2001
文章编号:1001-7291(2001) 06-0047-04 文献标识码:B
·材 料·
沥青混合料中集料有效相对密度测定法与计算法的研究
○王 勤 游国兰 (同济大学道路与交通工程重点试验室 上海 200092)
摘要:建立了沥青混合料中集料有效相对密度测定法。根据试验结果的分析, 论证了过去经验法的局限性, 创立了集料有效相对密度的计算公式, 为沥青混合料包括沥青玛蹄脂碎石混合料的组成设计, 提供了科学的依据。关键词:集料有效相对密度; 集料表观相对密度; 集料毛体积相对密度
集料颗粒的相对密度分为表观相对密度和毛体积相对密度。但集料在沥青混合料中, 其颗粒内的空隙既不是全吸入沥青表现为表观相对密度状态; 又不是不吸入沥青表现为毛体积相对密度状态。而是吸入一部分沥青还剩余一部分空隙, 此时的集料体积为有效体积, 其相对密度称有效相对密度。因而, 其值必在表观相对密度与毛体积相对密度之间。
据此, 在沥青混合料组成设计中, 沥青混合料理论最大相对密度G mm 公式应是:
G mm P P
s b G se G b
百分率;
G b ———为沥青相对密度, 25 25℃; G s e ———为合成集料的有效相对密度。但集料的有效相对密度没有常规的试验方法, 因而目前在沥青混合料组成设计中, 沥青混合料理论最大相对密度计算时, 集料相对密度如何取值, 各国作出了不同的规定。我国规范规定:“通常用表观相对密度, 当集料面干吸水率>1. 5%时, 用表观相对密度与表干相对密度的平均值”。日本规定:“通常用表观相对密度, 当集料面干吸水率>1. 5%时, 用表观相对密度与毛体积相对密度的平均值”。显然这都是权宜之计, 不得已而采用的办法。因计算时如集料用表观相对密度, 所得理论最大相对密度必然偏大, 而使压实沥青混合料的空隙率计算结果也偏大, 还影响沥青饱和度VFA 的结果, 最后使最佳沥青含量或油石比的确定不合理。集料用表观相对密度和表干相对
＊ 收稿日期:2001-06-13修回日期:2001-10-11
密度平均值或表观相对密度与毛体积相对密度平均值也不是都能适用于集料不同的面干吸水情况, 同样不能得出正确的结果。至于在沥青玛蹄脂碎石混合料
(SMA ) 设计中, 我国和美国在理论最大相对密度计算中都规定集料用毛体积相对密度, 则偏离实际更远。以上状况说明, 虽然大家都共识集料应当采用有效相对密度, 但由于没有实测结果, 实际使用时却处于混乱状态。
美国在高性能沥青混合料(Superpave ) 设计中, 明确规定集料用有效相对密度, 并以之计算集料吸入的沥青量, 但也没有实测方法, 而采用了经验公式, 如式(2) 。
G se =G s b +C (G sa -G sb )
(2)
式中 G se 、G sa 、G sb ———分别为集料有效相对密度、
集料表观相对密度和集料毛体积相对密度;
C ———经验系数, 通常用0. 8, 当为吸水性集
料时, 用0. 6或0. 5(C =0. 5时即表观
相对密度与毛体积相对密度的平均值) 。
显然, 这较前者前进了一步, 但C 值仍需靠经验决定, 难免掺入人为因素, 也难得出正确的结果, 影响了Superpave 设计体系的完整性。
当然, 集料有效相对密度, 也可以先测定沥青混合料的理论最大相对密度G mm , 然后通过(1) 式反算而得。但溶剂法把沥青全部溶解, 溶剂渗入集料空隙, 因而集料仍处于表观相对密度状况, 所得理论最大相对密度必然偏大。真空法好一些, 但在抽真空时也有使沥青膜破坏而使水渗入集料内部, 抽真空时还有部分细料可能透过滤网而吸入胶管的情况, 而影响
(1)
式中 P s 、P b ———为集料和沥青占总混合料的质量
—48—
华东公路2001年第6期
了试验结果。国内外都曾经发现按反算法所得的集料有效相对密度有时不在表观相对密度和毛体积相对密度之间而超出其范围的不合理现象。何况溶剂法花费太大, 真空法设备较复杂, 工程单位还难以做到。有鉴于此, 作者认为不如直接测定集料有效相对密度更为合理, 找出内在规律, 检验经验公式(2) 中C 值的实际含义, 避免经验法的局限性, 创立正确的计算公式, 使沥青混合料组成设计, 包括SMA 组成设计的空隙率V 、沥青饱和度V FA 的计算结果正确, 最终使最佳沥青含量或最佳油石比正确。使沥青混合料组成设计立于坚实的科学基础上。因为压实沥青混合料的空隙率、饱和度是设计中重点分析的问题, 应当认真对待。
1 集料有效相对密度的试验方法1. 1 基本原理
仍然采用阿基米德原理, 先称容器在空气中质量P 、再称容器在水中质量P w , 得容器体积(P -P w ) 。把洗净烘干的集料质量A , 置于容器中, 以20%左右的油石比与集料进行预拌, 使其吸入沥青, 同时再加入相当集料质量的沥青, 使集料分散在沥青中, 称集料+沥青+容器在空气中质量T 和水中质量T w , 得集料+沥青+容器的体积(T -T w ) 。样品中的沥青质量B =T -A -P 。同时测定该沥青的相对密度G b (25 25℃) , 则B G b 即所用的沥青体积。因此集料的有效体积V =(T -T w ) -(P -P w ) -B G b 。集料的干质量A 除以有效体积V , 即得该集料的有效相对密度G s e , 如式(3) 。
G se (T -T w ) -(P -P w ) -B G b
1. 2 试验用具
(1) 烘箱:保持125℃±30℃的恒温, 并可进行温度调节。(2) 天平:称量2kg , 精度0. 1g , 其构造应能称取试样在空气和水中质量。
(3) 试样容器:直径20c m , 深4cm 的铝制容器, 供放入集料加入已经加温脱水的沥青预拌, 和加入沥青搅拌之用, 如无标准容器, 可用类似形状的平底铝锅代替。
(4) 恒温油浴槽:能够保持加入试验容器内的沥青温度在137℃～143℃。若无恒温油浴槽, 可用铝锅装入导热油, 用煤气灶加热控制。
(5) 温度计:可测到200℃。
(6) 恒温油浴:25℃。(3)
(8) 盘子:若干个, 供放集料用。
(9) 三脚架:高度5c m 左右, 放入导热油的容器内。
(10) 气体加热器:供排除沥青表面气泡用。1. 3 试样准备
(1) 集料:把洗净后的集料用四分法取有代表性的试样在烘箱中烘干, 温度控制在(150±3) ℃。供
测定集料有效相对密度、表观相对密度和毛体积相对密度使用。
(2) 沥青:每一样品约需600ml ～800ml , 先加温脱水, 温度控制在(150±3) ℃备用。同时取样做沥青相对密度G b (25 25℃) 试验, 精确至小数点后三位。
1. 4 试验步骤(1) 称取已加热(150±3) ℃的集料约500g (A ) , 精确至0. 1g 。
(2) 称取试验容器在空气中质量(P ) 和25℃水中质量(P w ) , 精确至0. 1g 。
(3) 把三角架放入恒温油浴内或导热油锅中, 上置试验容器, 当容器底与三脚架接触时油的深度应较容器底高1. 5cm 以上。
(4) 把已烘干称好的集料(A ) 放入容器内, 先加上相当集料质量约20%的备用沥青(例如集料为500g , 则沥青约100g ) , 用铁棒搅拌, 使集料吸入沥青, 立即再加入约相当于集料质量的沥青或更多一些(例如集料500g , 可再加沥青约500g 以上) , 继续用铁棒充分搅拌, 时间约15min , 排除气泡。此时应注意温度控制在137℃～143℃,最后把棒上粘着的集料放回试验容器内。
(5) 取出装着试样的容器, 进一步用气体加热器在沥青表面加热, 排除气泡冷却到室温后再用气体加热器排除气泡。
(6) 擦去容器底部及周围的油。
(7) 在室温下准确称取集料+沥青+容器在空气中质量(T ) , 精确至0. 1g 。然后放入25℃恒温水浴中保温1. 5h 以上。
(8) 称取集料+沥青+容器在25℃水中质量(T w ) , 精确至0. 1g 。
(9) 按公式(3) 计算集料有效相对密度G se 。1. 5 试验中应予特别注意的问题
(1) 一定要在试验用的沥青中取样做沥青相对密度G b (25 25℃) 的试验, 精确至小数点后三位, 并, 。此
2001年第6期王 勤 游国兰:沥青混合料中集料有效相对密度测定法与计算法的研究为本法最关键的所在。否则, 将会得不出正确的结果。
(2) 搅拌后, 一定要把棒上粘着的集料, 放回容器内, 以免集料质量(A ) 减少。
(3) 用气体加热器排除沥青表面气泡务必认真仔细。
(4) 称水中重时, 水温要控制在25℃左右, 水
表1
容 器
集 料
空中重P
12345
0. 631. 291. 481. 973. 64
76. 577. 276. 377. 1116. 7113. 2
128. 1124. 4116. 8113. 4
水中重P W 47. 648. 148. 048. 365. 454. 1
74. 171. 665. 464. 1
容积P -P W 28. 929. 128. 328. 851%349. 1
54. 052. 851. 449. 3项 目
集料+沥青+容器
吸水率(%)
空中重T 1177. 91190. 11365. 01366. 81480. 01373. 1
1433. 81370. 41346. 51341. 9
水中重T W 394. 9396. 1385. 3386. 8425. 8419. 7
430. 4425. 5408. 8403. 6
容积T -T W 783. 0794. 0979. 7980. 01054. 2953. 4
1003. 4942. 8937. 7938. 3
501. 5502. 4501. 6599. 8500. 2500. 3
500. 4500. 5505. 8500. 9
599. 9610. 5787. 1786. 7863. 1759. 6
805. 3745. 4724. 9727. 6
1. 0311. 031160321. 0321. 0381. 038
1. 0401. 0401. 0321. 032
集料干重
A
沥青重B =T -A -P
沥青相对密度25 25℃
—49—
要清洁, 做好一批试验, 要重新换水, 以免水密度发生变化。
(5) 无恒温油浴而用导热油时, 要控制油温。
2 不同面干吸水率集料的试验结果及规律分析2. 1 试验结果
试验结果如表1所示。
不同含水量集料有效相对密度测定结果
集料有效密度G se
单 值2. 9122. 9082. 6582. 6512. 9181. 900
2. 8582. 8892. 7512. 723
平均值
2. 9102. 6552. 9092. 9742. 737
2. 2 计算分析
根据集料有效相对密度G se 测定结果, 结合各集料表观相对密度G s a , 毛体积相对密度G sb , 可计算得以下有关内容, 如表2。
(1) 单位质量集料的空隙率V w V w =(1 G sb -1 G s a ) (cm g ) (2) 集料面干吸水率W W =100×V w ×P w (%) 式中 P w ———水的密度, 以1. 0计。
(3) 单位质量集料吸入沥青的容积V a V a =(1 G s b -1 G se ) (c m g ) (4) 单位质量集料吸入的沥青质量m m =V a ×G b (g g )
表2
集料No 12345
G sa 2. 9222. 6902. 9622. 9602. 939
33
则单位沥青混合料中, 集料吸入的沥青占沥青混合料
的百分率P b 2为:
G b ×G mw
P b 2×V a ×100=0. 95G b V a ×100(%)
G m b
以上5种集料P b 2分别为0. 53%、0. 79%、0. 86%、0. 95%、1. 05%。这正是同样的集料级配组成, 而沥青混合料的最佳沥青含量或最佳油石比会不同的根本原因。
②随着集料面干吸水率W 的增大, V a V w 却随之减少。而且lg (V a V w ) 与W 间成明显的线性规律, 这就揭开了过去G se 经验法的秘密, 对经验公式
(4) (5)
(6) (7)
的建立起到关键的作用。对此下节将作详细的讨论。3 集料有效相对密度经验值的内含和计算公式的建立
经验法中规定在计算沥青混合料理论最大相对密度计算时, 集料通常用表观相对密度, 当面干吸水率>1. 5%时用表观相对密度和毛体积相对密度的平均值, 这在定性上是对的。美国Superpave 设计法中用公式(2) 定集料有效相对密度, 并提明随着集料面干吸水率不同, 采用不同的经验系数C , 原则上也是可以接受的但都存在局限性。现根据表2的结果, 可以揭示其内涵了。并分析如下:
V a =) V w G sb G se G s b G sa
G se -G s b G sa (5) 集料吸入沥青容积与集料空隙之比V a V w
集料吸入沥青后的计算结果
G sb 2. 8692. 6002. 8382. 7972. 655
G s e 2. 9102. 6552. 9092. 8742. 737
V w 0. 00630. 01290. 01480. 01970. 0364
W (%) 0. 631. 291. 481. 973. 64
V a 0. 00490. 00800. 00860. 00960. 0109
m 0. 00510. 00820. 00890. 01000. 0110
V a V w 0. 7780. 6180. 5810. 4870. 299
从表2可以看出以下明显的规律:
①随着集料面干吸水率W 的增大, 被集料吸入的沥青质量m 随之增加。如单位沥青混合料中集料m b 的95,
—50—
G se -G sb
从(2) 式知:经验系数C G sa -G sb V a G sa C a G se
所以=C ; C V w G se V w G s a
华东公路2001年第6期
从计算结果知:当W
2. 0%,C 在0. 5左右, 当W =2. 0%～3. 0%时, C 在0. 4左右。证明过去经验值定性上还是合理的, 但定量上不行, 且难以掌握。如经验公式(2) 中的C 值, 用统计式(8) 计算。则成为理论与实验相结合的计算法了。其结果必然更为合理, 且消除了各国经验法的局限性。
4 结语4. 1 沥青混合料和SMA 混合料材料组成设计时, 集料要用有效相对密度, 建议用本文提出的试验法直接测定。
4. 2 工程单位一般可用本文创立的公式计算, 即:
G se =G s b +C (G sa -G sb )
C =Co lg (-0. 1474W -0. 0244)(r =-0. 999) 4. 3 集料表观相对密度和毛体积相对密度都应认真
(8)
测定, 才能使结果全面正确。4. 4 沥青稠度不同, 可能集料吸入沥青体积V a 略有差异, 故对特种沥青, 如改性沥青最好用试验法直接测定, 试验中温度控制可较一般情况提高10℃,由于该法设备简单, 各单位均可自行试验。
可见, C 值是有明确的含义, 并可通过试验计算
而得。且C 与W 的关系与V a V w 的关系一样成半对数的线性规律。从表2结果可计算不同W 时的C 值, 如表3。
表3
集料编号12345
G s a 2. 9222. 9602. 9622. 9602. 939
集料面干吸水率W 与经验系数C 关系
G s e 2. 9102. 6552. 9092. 8742. 737
W (%) V a V w 0. 631. 291. 481. 973. 64
0. 7780. 6180. 5810. 4870. 299
C
V a V w ×G s e G s a 统计式(8)
0. 7750. 6100. 5710. 4730. 278
0. 7630. 6100. 5720. 4840. 275
根据表3结果, 可统计得(8) 式
lg C =A W +B
=-0. 1474W -0. 0244, r =-0. 999即C =Co lg (-0. 01474W -0. 0244)
表4
W (%) 0. 25C
0. 50
0. 75
按此式计算不同W 时C 值, 附于表3之末和表4。
W 与C 关系
1. 00
1. 25
1. 50
1. 75
2. 00
2. 50
3. 0
0. 8690. 7890. 7330. 6730. 6190. 5680. 5220. 4800. 4050. 342
○简 讯
○
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第6期(总第133期) 2001年12月20日华东公路E AST CHINA HI GHW AY No . 6(Total No . 133)
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·材 料·
沥青混合料中集料有效相对密度测定法与计算法的研究
○王 勤 游国兰 (同济大学道路与交通工程重点试验室 上海 200092)
摘要:建立了沥青混合料中集料有效相对密度测定法。根据试验结果的分析, 论证了过去经验法的局限性, 创立了集料有效相对密度的计算公式, 为沥青混合料包括沥青玛蹄脂碎石混合料的组成设计, 提供了科学的依据。关键词:集料有效相对密度; 集料表观相对密度; 集料毛体积相对密度
集料颗粒的相对密度分为表观相对密度和毛体积相对密度。但集料在沥青混合料中, 其颗粒内的空隙既不是全吸入沥青表现为表观相对密度状态; 又不是不吸入沥青表现为毛体积相对密度状态。而是吸入一部分沥青还剩余一部分空隙, 此时的集料体积为有效体积, 其相对密度称有效相对密度。因而, 其值必在表观相对密度与毛体积相对密度之间。
据此, 在沥青混合料组成设计中, 沥青混合料理论最大相对密度G mm 公式应是:
G mm P P
s b G se G b
百分率;
G b ———为沥青相对密度, 25 25℃; G s e ———为合成集料的有效相对密度。但集料的有效相对密度没有常规的试验方法, 因而目前在沥青混合料组成设计中, 沥青混合料理论最大相对密度计算时, 集料相对密度如何取值, 各国作出了不同的规定。我国规范规定:“通常用表观相对密度, 当集料面干吸水率>1. 5%时, 用表观相对密度与表干相对密度的平均值”。日本规定:“通常用表观相对密度, 当集料面干吸水率>1. 5%时, 用表观相对密度与毛体积相对密度的平均值”。显然这都是权宜之计, 不得已而采用的办法。因计算时如集料用表观相对密度, 所得理论最大相对密度必然偏大, 而使压实沥青混合料的空隙率计算结果也偏大, 还影响沥青饱和度VFA 的结果, 最后使最佳沥青含量或油石比的确定不合理。集料用表观相对密度和表干相对
＊ 收稿日期:2001-06-13修回日期:2001-10-11
密度平均值或表观相对密度与毛体积相对密度平均值也不是都能适用于集料不同的面干吸水情况, 同样不能得出正确的结果。至于在沥青玛蹄脂碎石混合料
(SMA ) 设计中, 我国和美国在理论最大相对密度计算中都规定集料用毛体积相对密度, 则偏离实际更远。以上状况说明, 虽然大家都共识集料应当采用有效相对密度, 但由于没有实测结果, 实际使用时却处于混乱状态。
美国在高性能沥青混合料(Superpave ) 设计中, 明确规定集料用有效相对密度, 并以之计算集料吸入的沥青量, 但也没有实测方法, 而采用了经验公式, 如式(2) 。
G se =G s b +C (G sa -G sb )
(2)
式中 G se 、G sa 、G sb ———分别为集料有效相对密度、
集料表观相对密度和集料毛体积相对密度;
C ———经验系数, 通常用0. 8, 当为吸水性集
料时, 用0. 6或0. 5(C =0. 5时即表观
相对密度与毛体积相对密度的平均值) 。
显然, 这较前者前进了一步, 但C 值仍需靠经验决定, 难免掺入人为因素, 也难得出正确的结果, 影响了Superpave 设计体系的完整性。
当然, 集料有效相对密度, 也可以先测定沥青混合料的理论最大相对密度G mm , 然后通过(1) 式反算而得。但溶剂法把沥青全部溶解, 溶剂渗入集料空隙, 因而集料仍处于表观相对密度状况, 所得理论最大相对密度必然偏大。真空法好一些, 但在抽真空时也有使沥青膜破坏而使水渗入集料内部, 抽真空时还有部分细料可能透过滤网而吸入胶管的情况, 而影响
(1)
式中 P s 、P b ———为集料和沥青占总混合料的质量
—48—
华东公路2001年第6期
了试验结果。国内外都曾经发现按反算法所得的集料有效相对密度有时不在表观相对密度和毛体积相对密度之间而超出其范围的不合理现象。何况溶剂法花费太大, 真空法设备较复杂, 工程单位还难以做到。有鉴于此, 作者认为不如直接测定集料有效相对密度更为合理, 找出内在规律, 检验经验公式(2) 中C 值的实际含义, 避免经验法的局限性, 创立正确的计算公式, 使沥青混合料组成设计, 包括SMA 组成设计的空隙率V 、沥青饱和度V FA 的计算结果正确, 最终使最佳沥青含量或最佳油石比正确。使沥青混合料组成设计立于坚实的科学基础上。因为压实沥青混合料的空隙率、饱和度是设计中重点分析的问题, 应当认真对待。
1 集料有效相对密度的试验方法1. 1 基本原理
仍然采用阿基米德原理, 先称容器在空气中质量P 、再称容器在水中质量P w , 得容器体积(P -P w ) 。把洗净烘干的集料质量A , 置于容器中, 以20%左右的油石比与集料进行预拌, 使其吸入沥青, 同时再加入相当集料质量的沥青, 使集料分散在沥青中, 称集料+沥青+容器在空气中质量T 和水中质量T w , 得集料+沥青+容器的体积(T -T w ) 。样品中的沥青质量B =T -A -P 。同时测定该沥青的相对密度G b (25 25℃) , 则B G b 即所用的沥青体积。因此集料的有效体积V =(T -T w ) -(P -P w ) -B G b 。集料的干质量A 除以有效体积V , 即得该集料的有效相对密度G s e , 如式(3) 。
G se (T -T w ) -(P -P w ) -B G b
1. 2 试验用具
(1) 烘箱:保持125℃±30℃的恒温, 并可进行温度调节。(2) 天平:称量2kg , 精度0. 1g , 其构造应能称取试样在空气和水中质量。
(3) 试样容器:直径20c m , 深4cm 的铝制容器, 供放入集料加入已经加温脱水的沥青预拌, 和加入沥青搅拌之用, 如无标准容器, 可用类似形状的平底铝锅代替。
(4) 恒温油浴槽:能够保持加入试验容器内的沥青温度在137℃～143℃。若无恒温油浴槽, 可用铝锅装入导热油, 用煤气灶加热控制。
(5) 温度计:可测到200℃。
(6) 恒温油浴:25℃。(3)
(8) 盘子:若干个, 供放集料用。
(9) 三脚架:高度5c m 左右, 放入导热油的容器内。
(10) 气体加热器:供排除沥青表面气泡用。1. 3 试样准备
(1) 集料:把洗净后的集料用四分法取有代表性的试样在烘箱中烘干, 温度控制在(150±3) ℃。供
测定集料有效相对密度、表观相对密度和毛体积相对密度使用。
(2) 沥青:每一样品约需600ml ～800ml , 先加温脱水, 温度控制在(150±3) ℃备用。同时取样做沥青相对密度G b (25 25℃) 试验, 精确至小数点后三位。
1. 4 试验步骤(1) 称取已加热(150±3) ℃的集料约500g (A ) , 精确至0. 1g 。
(2) 称取试验容器在空气中质量(P ) 和25℃水中质量(P w ) , 精确至0. 1g 。
(3) 把三角架放入恒温油浴内或导热油锅中, 上置试验容器, 当容器底与三脚架接触时油的深度应较容器底高1. 5cm 以上。
(4) 把已烘干称好的集料(A ) 放入容器内, 先加上相当集料质量约20%的备用沥青(例如集料为500g , 则沥青约100g ) , 用铁棒搅拌, 使集料吸入沥青, 立即再加入约相当于集料质量的沥青或更多一些(例如集料500g , 可再加沥青约500g 以上) , 继续用铁棒充分搅拌, 时间约15min , 排除气泡。此时应注意温度控制在137℃～143℃,最后把棒上粘着的集料放回试验容器内。
(5) 取出装着试样的容器, 进一步用气体加热器在沥青表面加热, 排除气泡冷却到室温后再用气体加热器排除气泡。
(6) 擦去容器底部及周围的油。
(7) 在室温下准确称取集料+沥青+容器在空气中质量(T ) , 精确至0. 1g 。然后放入25℃恒温水浴中保温1. 5h 以上。
(8) 称取集料+沥青+容器在25℃水中质量(T w ) , 精确至0. 1g 。
(9) 按公式(3) 计算集料有效相对密度G se 。1. 5 试验中应予特别注意的问题
(1) 一定要在试验用的沥青中取样做沥青相对密度G b (25 25℃) 的试验, 精确至小数点后三位, 并, 。此
2001年第6期王 勤 游国兰:沥青混合料中集料有效相对密度测定法与计算法的研究为本法最关键的所在。否则, 将会得不出正确的结果。
(2) 搅拌后, 一定要把棒上粘着的集料, 放回容器内, 以免集料质量(A ) 减少。
(3) 用气体加热器排除沥青表面气泡务必认真仔细。
(4) 称水中重时, 水温要控制在25℃左右, 水
表1
容 器
集 料
空中重P
12345
0. 631. 291. 481. 973. 64
76. 577. 276. 377. 1116. 7113. 2
128. 1124. 4116. 8113. 4
水中重P W 47. 648. 148. 048. 365. 454. 1
74. 171. 665. 464. 1
容积P -P W 28. 929. 128. 328. 851%349. 1
54. 052. 851. 449. 3项 目
集料+沥青+容器
吸水率(%)
空中重T 1177. 91190. 11365. 01366. 81480. 01373. 1
1433. 81370. 41346. 51341. 9
水中重T W 394. 9396. 1385. 3386. 8425. 8419. 7
430. 4425. 5408. 8403. 6
容积T -T W 783. 0794. 0979. 7980. 01054. 2953. 4
1003. 4942. 8937. 7938. 3
501. 5502. 4501. 6599. 8500. 2500. 3
500. 4500. 5505. 8500. 9
599. 9610. 5787. 1786. 7863. 1759. 6
805. 3745. 4724. 9727. 6
1. 0311. 031160321. 0321. 0381. 038
1. 0401. 0401. 0321. 032
集料干重
A
沥青重B =T -A -P
沥青相对密度25 25℃
—49—
要清洁, 做好一批试验, 要重新换水, 以免水密度发生变化。
(5) 无恒温油浴而用导热油时, 要控制油温。
2 不同面干吸水率集料的试验结果及规律分析2. 1 试验结果
试验结果如表1所示。
不同含水量集料有效相对密度测定结果
集料有效密度G se
单 值2. 9122. 9082. 6582. 6512. 9181. 900
2. 8582. 8892. 7512. 723
平均值
2. 9102. 6552. 9092. 9742. 737
2. 2 计算分析
根据集料有效相对密度G se 测定结果, 结合各集料表观相对密度G s a , 毛体积相对密度G sb , 可计算得以下有关内容, 如表2。
(1) 单位质量集料的空隙率V w V w =(1 G sb -1 G s a ) (cm g ) (2) 集料面干吸水率W W =100×V w ×P w (%) 式中 P w ———水的密度, 以1. 0计。
(3) 单位质量集料吸入沥青的容积V a V a =(1 G s b -1 G se ) (c m g ) (4) 单位质量集料吸入的沥青质量m m =V a ×G b (g g )
表2
集料No 12345
G sa 2. 9222. 6902. 9622. 9602. 939
33
则单位沥青混合料中, 集料吸入的沥青占沥青混合料
的百分率P b 2为:
G b ×G mw
P b 2×V a ×100=0. 95G b V a ×100(%)
G m b
以上5种集料P b 2分别为0. 53%、0. 79%、0. 86%、0. 95%、1. 05%。这正是同样的集料级配组成, 而沥青混合料的最佳沥青含量或最佳油石比会不同的根本原因。
②随着集料面干吸水率W 的增大, V a V w 却随之减少。而且lg (V a V w ) 与W 间成明显的线性规律, 这就揭开了过去G se 经验法的秘密, 对经验公式
(4) (5)
(6) (7)
的建立起到关键的作用。对此下节将作详细的讨论。3 集料有效相对密度经验值的内含和计算公式的建立
经验法中规定在计算沥青混合料理论最大相对密度计算时, 集料通常用表观相对密度, 当面干吸水率>1. 5%时用表观相对密度和毛体积相对密度的平均值, 这在定性上是对的。美国Superpave 设计法中用公式(2) 定集料有效相对密度, 并提明随着集料面干吸水率不同, 采用不同的经验系数C , 原则上也是可以接受的但都存在局限性。现根据表2的结果, 可以揭示其内涵了。并分析如下:
V a =) V w G sb G se G s b G sa
G se -G s b G sa (5) 集料吸入沥青容积与集料空隙之比V a V w
集料吸入沥青后的计算结果
G sb 2. 8692. 6002. 8382. 7972. 655
G s e 2. 9102. 6552. 9092. 8742. 737
V w 0. 00630. 01290. 01480. 01970. 0364
W (%) 0. 631. 291. 481. 973. 64
V a 0. 00490. 00800. 00860. 00960. 0109
m 0. 00510. 00820. 00890. 01000. 0110
V a V w 0. 7780. 6180. 5810. 4870. 299
从表2可以看出以下明显的规律:
①随着集料面干吸水率W 的增大, 被集料吸入的沥青质量m 随之增加。如单位沥青混合料中集料m b 的95,
—50—
G se -G sb
从(2) 式知:经验系数C G sa -G sb V a G sa C a G se
所以=C ; C V w G se V w G s a
华东公路2001年第6期
从计算结果知:当W
2. 0%,C 在0. 5左右, 当W =2. 0%～3. 0%时, C 在0. 4左右。证明过去经验值定性上还是合理的, 但定量上不行, 且难以掌握。如经验公式(2) 中的C 值, 用统计式(8) 计算。则成为理论与实验相结合的计算法了。其结果必然更为合理, 且消除了各国经验法的局限性。
4 结语4. 1 沥青混合料和SMA 混合料材料组成设计时, 集料要用有效相对密度, 建议用本文提出的试验法直接测定。
4. 2 工程单位一般可用本文创立的公式计算, 即:
G se =G s b +C (G sa -G sb )
C =Co lg (-0. 1474W -0. 0244)(r =-0. 999) 4. 3 集料表观相对密度和毛体积相对密度都应认真
(8)
测定, 才能使结果全面正确。4. 4 沥青稠度不同, 可能集料吸入沥青体积V a 略有差异, 故对特种沥青, 如改性沥青最好用试验法直接测定, 试验中温度控制可较一般情况提高10℃,由于该法设备简单, 各单位均可自行试验。
可见, C 值是有明确的含义, 并可通过试验计算
而得。且C 与W 的关系与V a V w 的关系一样成半对数的线性规律。从表2结果可计算不同W 时的C 值, 如表3。
表3
集料编号12345
G s a 2. 9222. 9602. 9622. 9602. 939
集料面干吸水率W 与经验系数C 关系
G s e 2. 9102. 6552. 9092. 8742. 737
W (%) V a V w 0. 631. 291. 481. 973. 64
0. 7780. 6180. 5810. 4870. 299
C
V a V w ×G s e G s a 统计式(8)
0. 7750. 6100. 5710. 4730. 278
0. 7630. 6100. 5720. 4840. 275
根据表3结果, 可统计得(8) 式
lg C =A W +B
=-0. 1474W -0. 0244, r =-0. 999即C =Co lg (-0. 01474W -0. 0244)
表4
W (%) 0. 25C
0. 50
0. 75
按此式计算不同W 时C 值, 附于表3之末和表4。
W 与C 关系
1. 00
1. 25
1. 50
1. 75
2. 00
2. 50
3. 0
0. 8690. 7890. 7330. 6730. 6190. 5680. 5220. 4800. 4050. 342
○简 讯
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