沥青混合料最大理论相对密度的三种确定方法比
在交通部发布的《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40－2004中，明确以马歇尔试验方法为配合比设计的标准方法，也就是用体积指标的设计方法为主，在美国的Superpave设计方法中，更是提出了准确的4％空隙率的设计方法。因此，对沥青混合料的各项体积指标，包括密度、空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA的测定计算准确与否，直接影响到沥青混合料的路用性能，而其中的沥青饱和度VFA和最重要的体积指标空隙率VV是由毛体积相对密度和最大理论相对密度决定的，在毛体积相对密度测定相对准确的情况下，沥青混合料的最大理论相对密度的准确性就决定了设计的成败，进而影响到路面的使用性能和使用寿命。同时在路面的压实度控制中也需要用到最大理论相对密度，也影响到施工质量的管理和评价。因此，有必要对沥青混合料的最大理论相对密度的确定方法进行对比，减少结果与实际的偏差，用以提高确定沥青混合料最大理论相对密度的准确性。
-
有效相对密度计算法
计算法是用各种成份矿料的配合比、各种成份矿料的表观相对密度、各种成分矿料的毛体积密度、沥青的含量（或沥青的油石比）来计算出沥青混合料的最大理论相对密度的方法。
混合料的最大理论相对密度γ
ti＝（100+P
ai）/（100/γ
se+P
ai/γ
b）
其中：P
ai――沥青混合料中的油石比
γ
b－－沥青的相对密度（25℃/25℃）
γ
se――合成矿料的有效相对密度
-
真空实测法
真空法是想借助负压使分散的沥青混合料中的开口孔隙充满水，强烈振荡使混合料充分分散，气泡升出水面，使得混合料达到最大的分散程度，实现空隙率为0的目的，然后再测量混合料密度的方法。
混合料的最大理论相对密度γ
ti＝m
a/（m
a+m
b－m
c）。
其中：m
b――负压容器与水的总质量；
m
a――混合料试样的净质量；
m
c――沥青混合料试样、容器和水的总质量。
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沥青浸渍实测法
沥青浸渍法是使用与沥青混合料的结合料相同的物质――沥青作为介质，在合适的试验条件下，使得此介质能够进入混合料内部的开口和闭口空隙中，从而使混合料的空隙率为零，再在此状态下测定混合料的密度的方法。
由于在现行的试验规程里还没有这个方法，因此该方法并不是标准的方法。
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试验用具：沥青密度和相对密度试验全套仪器，金属搅拌棒，沥青混合料容器（小桶、小盆或小锅等均可），水中重法全套仪器，烘箱；
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准备与沥青混合料所用的沥青（或尽量相近的沥青）相同的沥青（数量应该满足倒在小桶上能完全覆盖试样）；
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首先根据《公路工程沥青及混合料试验规程》JTJ 052－2000中T0603－1993沥青密度与相对密度试验的方法测定该沥青的相对密度γb；
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称量干净的搅拌棒和小桶的质量m1及它们的水中质量m2；
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将500～1000g沥青混合料装入小桶中，准确称量混合料、小桶、搅拌棒的总质量m3；
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将装有搅拌棒及混合料的小桶放入140℃（改性沥青为165℃）的烘箱中养生1小时，同时将相同的沥青（约3㎏）放入烘箱中；
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1小时后取出沥青搅拌，待沥青温度降至130℃～135℃（改性沥青为140℃～150℃）时，把沥青倒到装有混合料的小桶中，直到完全覆盖沥青混合料，用搅拌棒搅拌3min，排出气泡；
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将小桶放到温度125℃～130℃（改性沥青140℃～145℃）的烘箱中，隔20min搅拌一次，共搅拌二次，每次搅拌3min，观察表面无气泡后放在烘箱中60min；
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将装有搅拌棒及混合料的小桶取出在室温中放置12～24小时后，准确称量混合料、小桶、搅拌棒的总质量m4和水中质量m5；
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计算沥青混合料的最大相对理论密度γti＝（m3－m1）/【m4－m5－（m1－m2）－（m4－m3）/γb】。
我们使用广州地区普遍容易得到的花岗岩作为集料，分别有粗集料：10-20mm、10-15mm、5-10mm，细集料：0-5mm的石屑、石灰石矿粉，加上普通重交70号B级沥青，按技术规范要求的配比制成沥青路面中面层普遍使用的AC－20C密级配沥青混合料，在不同的三个沥青油石比下分别用有效相对密度计算法、真空实测法 、沥青浸渍实测法测定该混合料的最大理论相对密度，然后对三种方法算出的最大理论相对密度和矿料的合成有效相对密度进行分析比较，结果如下表1和表2：#p#分页标题#e#
三种方法测得的最大理论相对密度和矿料的有效相对密度
（矿料合成表观相对密度＝2.657，矿料合成毛体积相对密度＝2.596） 表1
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油石比％ |
最大理论相对密度（有效相对密度计算法） |
最大理论相对密度（真空实测法） |
最大理论相对密度（沥青浸渍实测法） |
矿料的合成有效相对密度（有效相对密度计算法） |
反算矿料的合成有效相对密度（真空实测法） |
反算矿料的合成有效相对密度（沥青浸渍实测法） |
|
4.3 |
2.478 |
2.484 |
2.496 |
2.639 |
2.645 |
2.660 |
|
2.478 |
2.478 |
2.493 |
2.639 |
2.638 |
2.656 |
|
2.478 |
2.480 |
2.481 |
2.639 |
2.641 |
2.642 |
|
2.478 |
2.508 |
2.498 |
2.639 |
2.674 |
2.662 |
|
平均 |
2.478 |
2.488 |
2.492 |
2.639 |
2.650 |
2.655 |
|
4.8 |
2.462 |
2.481 |
2.468 |
2.639 |
2.662 |
2.646 |
|
2.462 |
2.478 |
2.479 |
2.639 |
2.658 |
2.659 |
|
2.462 |
2.441 |
2.478 |
2.639 |
2.614 |
2.658 |
|
2.462 |
2.456 |
2.468 |
2.639 |
2.632 |
2.646 |
|
平均 |
2.462 |
2.464 |
2.473 |
2.639 |
2.641 |
2.653 |
|
5.3 |
2.445 |
2.471 |
2.458 |
2.639 |
2.670 |
2.654 |
|
2.445 |
2.426 |
2.453 |
2.639 |
2.615 |
2.648 |
|
2.445 |
2.451 |
2.463 |
2.639 |
2.645 |
2.660 |
|
2.445 |
2.465 |
2.449 |
2.639 |
2.663 |
2.643 |
|
平均 |
2.445 |
2.453 |
2.456 |
2.639 |
2.648 |
2.651 |
|
总平均值 |
2.639 |
2.646 |
2.653 |
|
总标准差 |
0 |
0.0198 |
0.0074 |
|
总标准差系数 |
0 |
0.750% |
0.278% |
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不同油石比下三种方法测出的最大理论相对密度的标准差和标准差系数
表2
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油石比％ |
标准差 |
标准差系数 |
|
最大理论相对密度（有效相对密度计算法） |
最大理论相对密度（真空实测法） |
最大理论相对密度（沥青浸渍实测法） |
最大理论相对密度（有效相对密度计算法） |
最大理论相对密度（真空实测法） |
最大理论相对密度（沥青浸渍实测法） |
|
4.3 |
0 |
0.0139 |
0.0076 |
0 |
0.558% |
0.306% |
|
4.8 |
0 |
0.0190 |
0.0061 |
0 |
0.769% |
0.246% |
|
5.3 |
0 |
0.0200 |
0.0061 |
0 |
0.815% |
0.247% |
从表格中可以看出：
-
无论是最大理论相对密度的标准差系数，还是矿料的合成有效相对密度标准差系数，有效相对密度计算法最少，为零，但不能看作这样的方法具有代表性。因为有效相对密度计算法是用同一个公式计算出来的，标准差系数的分析没有意义，我们从试验过程的分析认为，最大的误差应该来自测定粗集料的毛体积相对密度时表干法擦水的标准带有主观性，即集料的饱和面干状态很难确定，中间难免会出现人为误差，而且这个误差有时对结果影响很大，还有细集料的毛体积相对密度很难测定，现有的《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40－2004中规定的测定方法：当石屑规格为0～5mm，或者虽然已经分开有3～5mm及0～3mm两档规格，但材料品种相同时，将其中的2.36mm以下部分筛除后按粗集料方法T0304测定毛体积相对密度，作为这些材料的毛体积相对密度。这个测定方法本身就有误差。所以不推荐用有效相对密度计算法。
-
排除了有效相对密度计算法，我们再来看看真空实测法，真空实测法最大理论相对密度的标准差系数与沥青浸渍实测法最大理论相对密度的标准差系数的比值，在1.827倍到3.296倍之间，而矿料的合成有效相对密度（真空实测法）的标准差系数与矿料的合成有效相对密度（沥青浸渍实测法）的标准差系数的比值为2.697倍，说明真空实测法的变异程度高，数据代表性程度低。
再从试验过程中分析，分散的混合料(规程规定细集料团块分散到6.4 mm以下)不可能没有闭口空隙，这是造成误差的一个原因，另外仔细分散和不仔细分散也会造成试验结果的变异。而且一般来说，此方法不适用于吸水率大于3％的多孔性集料的沥青混合料，且不适用于改性沥青混合料，测定混合料的范围有所限制
-
最后看看沥青浸渍实测法，无论是最大理论相对密度的标准差系数，还是矿料的合成有效相对密度的标准差系数，都比真空实测法低，平均低2.6倍左右，证明用这个方法测出的数据具有较大的代表性。
从试验过程中分析，由于试验中使用了与沥青混合料的结合料相同的沥青作为介质，可以很容易使沥青混合料分散，并充满沥青混合料的空隙，使得沥青混合料在高温下接近零空隙状态，而温度降低，沥青成为固态，可以非常方便地用水中重法测量密度。而且不论是改性沥青还是普通沥青，这个方法都可以适用，避免了现行规范对不同的沥青用不同方法来确定最大理论相对密度的矛盾，且重复性试验的精度较高。#p#分页标题#e#
沥青混合料的最大理论相对密度直接决定了混合料的体积特性，而混合料的体积特性是马歇尔或Superpave设计方法的决定性因素，最大理论相对密度的较小偏差都会引起混合料体积参数的较大变动，使实际偏离设计而影响到沥青路面的路用性能。
在交通部发布的《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40－2004中，明确了沥青混合料的最大理论相对密度的确定方法：即对非改性的普通沥青混合料，要求用真空法实测各组（不同油石比）沥青混合料的最大理论相对密度，或者只对其中一组（相同油石比）沥青混合料进行真空法实测最大理论相对密度，然后计算出其他组（不同油石比）的最大理论相对密度（真空实测法）；而对改性沥青或SMA混合料，则根据矿料的有效相对密度、沥青的相对密度和不同油石比来计算各个不同沥青用量混合料的最大理论相对密度（有效相对密度计算法）。
我们经过分别使用有效相对密度计算法 真空实测法 沥青浸渍实测法来对同一种沥青混合料进行最大理论相对密度的测试，发现沥青浸渍实测法方法简便可行，人为影响因素小，试验数据变异性小，对非改性或改性的沥青都适用，是有效的测量沥青混合料最大理论相对密度的试验方法。
参考文献：
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JTJ 052－2000 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》
-
JTG F40－2004 《公路沥青路面施工技术规范》
-
周卫峰，赵可，孟庆营，卢永贵，徐金枝 《测定沥青混合料最大理论相对密度的浸渍法》。中国公路学报 2007年第一期
