尹義林，金牛娟，陳 亮，胡永剛

（上海市市政規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，上海市 200031）

0 引言

壓實(shí)瀝青混合料的礦料間隙率（VMA）是指瀝青混合料試件中礦料部分以外的體積占混合料總體積的百分率[1]。在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中，VMA是瀝青混合料的重要體積指標(biāo)之一。2004年9月發(fā)布的JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》根據(jù)集料的公稱(chēng)最大粒徑和設(shè)計(jì)空隙率規(guī)定了各種瀝青混合料的最小VMA要求值。配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，在最佳瀝青用量確定后，應(yīng)檢驗(yàn)最佳瀝青用量下試件的VMA值是否滿(mǎn)足相應(yīng)的空隙率對(duì)應(yīng)的最小VMA要求值[2]。最小VMA要求值是參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整制定的[2]。我國(guó)對(duì)VMA的研究仍停留在室內(nèi)研究和理論探討中[3]。

由VMA指標(biāo)的計(jì)算公式[1,2]可知，該指標(biāo)是由礦料占瀝青混合料總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（Ps）、試件的毛體積相對(duì)密度（γf）、礦料合成毛體積相對(duì)密度（γsb）決定的。在礦料合成毛體積密度如何計(jì)算上，存在分歧，意見(jiàn)集中在細(xì)集料相對(duì)密度該如何取值。歷年的試驗(yàn)規(guī)程也有不同的表述，2000年6月發(fā)布的JTJ 052-2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的T 0705試驗(yàn)方法規(guī)定細(xì)集料相對(duì)密度采用表觀相對(duì)密度代替[4]，即采用T 0328試驗(yàn)方法（容量瓶法）[5]。究其原因，這主要是因?yàn)榧?xì)集料毛體積相對(duì)密度T 0330試驗(yàn)方法（坍落筒法）本身存在局限性，國(guó)際上存在爭(zhēng)議，飽和面干狀態(tài)難以界定，試驗(yàn)重復(fù)性和再現(xiàn)性差[2,4,5]。為與國(guó)際接軌[1,5]，2011年新發(fā)布的JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)T 0705試驗(yàn)方法的一些參數(shù)計(jì)算做了較大修訂，其中規(guī)定了計(jì)算時(shí)，細(xì)集料相對(duì)密度采用毛體積相對(duì)密度。顯然，細(xì)集料相對(duì)密度取值不同，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不同，因此，對(duì)于同一瀝青混合料，VMA計(jì)算結(jié)果也是不同的。自新試驗(yàn)規(guī)程[1]實(shí)施以來(lái)，細(xì)集料相對(duì)密度對(duì)VMA計(jì)算結(jié)果的影響研究基本未見(jiàn)報(bào)道。

本文僅以AC-13瀝青混合料為研究對(duì)象，與同行討論不同試驗(yàn)方法測(cè)定的細(xì)集料相對(duì)密度對(duì)VMA、VFA體積指標(biāo)計(jì)算結(jié)果的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

粗、細(xì)石灰?guī)r集料：安徽池州金凱礦業(yè)有限公司生產(chǎn)。填料：浙江湖州楊家埠匯眾建材經(jīng)營(yíng)部生產(chǎn)。瀝青：70號(hào)A級(jí)，中國(guó)石化煉油銷(xiāo)售有限公司提供。各規(guī)格礦料相對(duì)密度及吸水率試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 各規(guī)格礦料相對(duì)密度及吸水率試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)細(xì)集料（0～2.36）mm的相對(duì)密度，本試驗(yàn)采用了2種方法分別進(jìn)行試驗(yàn)。方法1：根據(jù)原試驗(yàn)規(guī)程JTJ 052-2000的規(guī)定，按T 0328試驗(yàn)方法（容量瓶法）執(zhí)行，采用表觀相對(duì)密度。方法2：根據(jù)新試驗(yàn)規(guī)程JTG E20-2011的規(guī)定，按T 0330試驗(yàn)方法（坍落筒法）執(zhí)行，采用毛體積相對(duì)密度；或采用細(xì)集料中篩取的大于2.36 mm部分按T 0304試驗(yàn)方法（網(wǎng)籃法）測(cè)定的毛體積相對(duì)密度代替[1]。對(duì)方法2，本試驗(yàn)采用T 0304試驗(yàn)方法。

1.2 配合比

由于VMA值受瀝青混合料試件空隙率和瀝青用量等多種因素的影響；礦料級(jí)配對(duì)礦料合成相對(duì)密度、對(duì)瀝青混合料的壓實(shí)特性也有影響。有必要拉大級(jí)配和瀝青用量的差別，以期研究不同配合比下的VMA值改變情況。因此，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了3種級(jí)配，通過(guò)調(diào)整各規(guī)格礦料比例，使3種級(jí)配的關(guān)鍵篩孔（2.36 mm）通過(guò)率分別處于規(guī)范級(jí)配范圍中值、中值±5%附近。對(duì)每種級(jí)配分別采用3個(gè)瀝青用量，即最佳瀝青用量5.0%、最佳瀝青用量±0.3%進(jìn)行試驗(yàn)，最佳瀝青用量的確定過(guò)程本文不作贅述。

各規(guī)格礦料占礦料總質(zhì)量的比例見(jiàn)表2。

表2 各規(guī)格礦料占礦料總質(zhì)量的比例

1.3 試件成型與試驗(yàn)

采用擊實(shí)法，雙面各擊實(shí)75次，分別成型不同配合比的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件；表干法測(cè)定試件的毛體積相對(duì)密度；真空法測(cè)定理論最大相對(duì)密度[1]。

2 結(jié)果與討論

2.1 細(xì)集料相對(duì)密度對(duì)礦料合成毛體積相對(duì)密度計(jì)算結(jié)果的影響

γsb的計(jì)算公式為[1]：

式中：γsb為礦料的合成毛體積相對(duì)密度，無(wú)量綱；P1、P2、Pn為各規(guī)格礦料占礦料總質(zhì)量的比例（%），其和為 100；γ1、γ2、γn為各規(guī)格礦料相對(duì)密度，無(wú)量綱。

根據(jù)表1、表2和式（1），按方法1和方法2分別計(jì)算得到的γsb見(jiàn)表3。

由表1可見(jiàn)，由于對(duì)細(xì)集料（0～2.36）mm吸水率大，按T 0304試驗(yàn)方法測(cè)得的毛體積相對(duì)密度（2.620）小于按T 0328試驗(yàn)方法測(cè)得的表觀相對(duì)密度（2.695），而其他礦料相對(duì)密度取值相同，按

表3 不同試驗(yàn)方法的礦料合成毛體積相對(duì)密度計(jì)算結(jié)果

式（1）計(jì)算，因此，如表3所示，按JTG E20-2011規(guī)定計(jì)算獲得的結(jié)果比按JTJ 052-2000規(guī)定計(jì)算獲得的結(jié)果均要小。另外，按JTG E20-2011規(guī)定，細(xì)集料（0～2.36）mm的比例越大，γsb越小。

2.2 細(xì)集料相對(duì)密度對(duì)VMA和VFA計(jì)算結(jié)果的影響

瀝青混合料體積指標(biāo)VV、VMA、VFA的計(jì)算公式為[1,2]：

根據(jù)瀝青用量（Ps）、礦料質(zhì)量占瀝青混合料質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（Ps）、表3所列的礦料合成毛體積相對(duì)密度（γsb），以及試驗(yàn)測(cè)得的不同配合比瀝青混合料試件毛體積相對(duì)密度（γf）和理論最大相對(duì)密度（γt），按式（2）～式（4），計(jì)算瀝青混合料的體積指標(biāo)。

根據(jù)表4[2]，插值確定不同VV對(duì)應(yīng)的最小VMA要求值。

表4 AC-13瀝青混合料的VMA要求

按JTJ 052-2000，細(xì)集料采用表觀相對(duì)密度時(shí)的瀝青混合料體積指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

按JTG E20-2011，細(xì)集料采用毛體積相對(duì)密度時(shí)的瀝青混合料體積指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

比較表5和表6可見(jiàn)，對(duì)于同一配合比的瀝青混合料，γsb不同導(dǎo)致VMA和VFA計(jì)算結(jié)果不同。按式（3），γsb減小，VMA計(jì)算結(jié)果減?。辉侔词剑?），VMA計(jì)算結(jié)果減小，VFA計(jì)算結(jié)果減小。因此，表6中的VMA和VFA計(jì)算結(jié)果均相應(yīng)的比表5中的要小。另外，對(duì)于級(jí)配2和級(jí)配3，瀝青用量4.7%時(shí)，表5中，按JTJ 052-2000，細(xì)集料相對(duì)密度采用表觀相對(duì)密度，VMA計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范要求；而表6中，按JTG E20-2011，細(xì)集料相對(duì)密度采用毛體積相對(duì)密度，VMA計(jì)算結(jié)果改變?yōu)椴粷M(mǎn)足規(guī)范要求。對(duì)于級(jí)配3，瀝青用量4.7%時(shí)，VFA計(jì)算結(jié)果由65.0%降低為62.6%，改變?yōu)椴环?5%～75%的規(guī)范要求[2]?？梢?jiàn)，在某種級(jí)配和瀝青用量的條件下，細(xì)集料相對(duì)密度如何取值會(huì)影響到瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果合格與否的判定。

表5 細(xì)集料采用表觀相對(duì)密度時(shí)的瀝青混合料體積指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

表6 細(xì)集料采用毛體積相對(duì)密度時(shí)的瀝青混合料體積指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

為使VMA指標(biāo)能滿(mǎn)足規(guī)范要求，配合比設(shè)計(jì)人員通常會(huì)通過(guò)增加瀝青用量或調(diào)整礦料級(jí)配變細(xì)等途徑來(lái)減小VV值，從而使VMA值能大于較小VV對(duì)應(yīng)的最小VMA要求值，以滿(mǎn)足規(guī)范要求。例如，如表6所示，對(duì)級(jí)配3，瀝青用量4.7%增加到5.0%后，VFA計(jì)算結(jié)果改變?yōu)槟軡M(mǎn)足規(guī)范要求。

根據(jù)表5和表6，細(xì)集料相對(duì)密度采用不同相對(duì)密度時(shí)的瀝青混合料的VMA和VFA計(jì)算結(jié)果變化情況見(jiàn)表7。

細(xì)集料（0～2.36）mm的吸水率大，按T 0304試驗(yàn)方法測(cè)得的毛體積相對(duì)密度與按T 0328試驗(yàn)方法測(cè)得的表觀相對(duì)密度相差較大，且細(xì)集料（0～2.36）mm在AC-13瀝青混合料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，因此，對(duì)γsb計(jì)算結(jié)果影響較大，導(dǎo)致對(duì)VMA和VFA計(jì)算結(jié)果顯著下降。以致對(duì)某些配合比的瀝青混合料，體積指標(biāo)由滿(mǎn)足規(guī)范要求改變?yōu)椴粷M(mǎn)足要求。

表7 VMA和VFA的減小情況匯總

可見(jiàn)，細(xì)集料相對(duì)密度采用毛體積相對(duì)密度時(shí)，礦料合成毛體積相對(duì)密度以及瀝青混合料的VMA和VFA計(jì)算結(jié)果要比采用表觀相對(duì)密度時(shí)的計(jì)算結(jié)果顯著下降。可見(jiàn)，礦料合成毛體積相對(duì)密度參數(shù)的計(jì)算方法與國(guó)際接軌了，相應(yīng)的瀝青混合料的體積評(píng)價(jià)指標(biāo)要求也應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。

3 結(jié)論

（1）對(duì)礦料合成毛體積相對(duì)密度以及瀝青混合料的VMA和VFA，細(xì)集料相對(duì)密度采用毛體積相對(duì)密度時(shí)，要比采用表觀相對(duì)密度時(shí)的計(jì)算結(jié)果顯著下降。

（2）現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)程JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)礦料合成毛體積相對(duì)密度參數(shù)的計(jì)算方法作了調(diào)整，導(dǎo)致對(duì)某些配合比的瀝青混合料，體積指標(biāo)由滿(mǎn)足規(guī)范要求改變?yōu)椴粷M(mǎn)足要求。現(xiàn)行規(guī)范JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》在修訂時(shí)，相應(yīng)的瀝青混合料的體積評(píng)價(jià)指標(biāo)VMA和VFA要求也應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。

[1]JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]郝培文,徐金枝,肖曼,等.礦料間隙率標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2008,28(1):21-25.

[4]JTJ 052-2000,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5]JTG E42-2005,公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].