楊文武，尹 杰，黃羽寒（成都暢達通檢測技術(shù)股份有限公司，四川 成都 610000）

瀝青混合料的配合比設(shè)計多數(shù)采用體積設(shè)計法[1]。礦料合成相對密度、空隙率、間隙率、飽和度等都是其體積設(shè)計的重要參數(shù)，空隙率則是根據(jù)試件毛體積相對密度和理論最大相對密度按公式求到。因此真空法測得理論最大相對密度與實際值的誤差大小是體積法成功的關(guān)鍵，會直接影響設(shè)計混合料的路用性能。同時，道路瀝青路面的壓實度也與理論最大相對密度的值有直接聯(lián)系，因此理論最大相對密度重要性不言而喻。目前，世界各國對瀝青混合料理論最大相對密度的檢測方法均有所不同。美國常使用真空法測密度，日本則使用計算法。通過大量的試驗經(jīng)驗與理論探索，我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定在條件不允許的情況下可以采用計算法，其余要求優(yōu)先采用真空法來測定瀝青混合料理論最大相對密度?，F(xiàn)通過試驗探究不同振動頻率、水溫、抽真空時間條件下，理論最大相對密度的變化情況，從而提高試驗室真空法檢測的準(zhǔn)確性。

1 確定理論最大相對密度的方法

理論最大相對密度[2]是計算混合料配合比的體積參數(shù)的關(guān)鍵因素之一，與馬歇爾試件的空隙率、飽和度等在配合比設(shè)計過程中息息相關(guān)，常被作為一個施工過程中質(zhì)量控制的重要參數(shù)。如需準(zhǔn)確檢測瀝青混合料理論最大相對密度，第一步需理解集料和瀝青密度的檢測原理。瀝青混合料理論最大相對密度是指混合料在壓實成型至無空隙的理想狀態(tài)下單位體積的試件質(zhì)量與同溫度下水的質(zhì)量比。天平稱量即可得到混合料的質(zhì)量。如需確定混合料最大理論相對密度，只需通過試驗測出當(dāng)下混合料的體積，用質(zhì)量與體積的比值則可求出其密度。瀝青混合料由瀝青和集料構(gòu)成，集料形成骨架，瀝青黏附在集料與集料之間，使得集料和瀝青緊密粘接在一起。由于集料形狀為不規(guī)則的棱角，集料之前多存在空隙，且空隙越大，混合料的密度就越小，相反混合料空隙全部被瀝青填滿，空隙率無限趨近于零時，混合料的密度將會達到最大值。此時的密度就是混合料的理論最大相對密度。

現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定用兩種方法來檢測混合料的理論最大相對密度。

（1）計算法。使用混合料中各粒集料、瀝青的相對密度及各組分合成配比的比例計算求得理論最大相對密度。集料密度目前有 3 種，分別是毛體積相對密度、有效相對密度和表觀相對密度。計算如式（1）所示。

3 個不同的相對密度分別代表著不同的體積。用合成集料的表觀相對密度來處理理論最大相對密度時，將集料和瀝青的黏結(jié)情況看成集料開口空隙的體積全部被瀝青填充。計算總體積時，瀝青體積包含了開口空隙體積，此時體積為集料實體體積與閉口體積、瀝青體積之和。對合成毛體積相對密度而言，瀝青幾乎未被開口空隙所吸附，此時的理論最大相對密度的體積包括礦料實體 ＋ 開口體積 ＋ 閉口體積。由于實際情況中瀝青具有一定流動性，在集料表面存在一部分開口孔隙，導(dǎo)致瀝青不能填充所有集料表面的孔隙，此時混合料的體積包含瀝青體積、集料表觀體積、未被瀝青填充的開口空間的體積，稱為混合料的有效體積，相應(yīng)的計算得出的密度是理論上最大有效的相對密度。有效體積[3]是相對最符合實際情況的體積，介于表觀體積和毛體積之間，表觀相對密度測值是最大的，理論最大毛體積相對密度是最小的，有效相對密度處于兩者中間?，F(xiàn)在越來越多研究發(fā)現(xiàn)采用集料有效相對密度計算出來的理論相對密度是最準(zhǔn)確的。

（2）實測法，分為真空法和溶劑法。我國現(xiàn)行方法中多采用真空法。真空法利用真空泵排出混合料空隙中的空氣，使空隙率接近于零，測得的密度更接近理論最大相對密度。試驗操作對結(jié)果影響頗大，為避免集料與瀝青內(nèi)部出現(xiàn)氣泡，要求瀝青混合料充分分散，細集料盡可能分散到 6.4 mm 以下，特殊情況下可以加入表面活性劑，還需考慮集料的吸水性大小。

真空法采用A類容器時的計算公式如式（2）[3]所示。

式中：γ t—瀝青混合料的理論最大相對密度，無量綱；

ma—干燥混合料試樣的空氣質(zhì)量，g;

m1—負壓容器在 25 ℃ 水中的質(zhì)量，g;

m2—負壓容器與混合料一起于 25 ℃ 水中的質(zhì)量，g。

真空法比計算法更準(zhǔn)確，但也存在著很多會影響測試結(jié)果的因素。如真空容器中的負壓值是否達到條件，抑或試驗水溫的穩(wěn)定情況均會直接影響理論最大相對密度的測值準(zhǔn)確性。大量的試驗結(jié)果表明，隨著負壓值的降低，集料與瀝青的粘附性也會降低，理論相對密度測值會偏大。調(diào)節(jié)振動頻率主要是盡可能排除混進集料、瀝青之間的空氣，氣泡未排除干凈，會導(dǎo)致理論最大相對密度結(jié)果偏小。

2 試驗條件對理論最大相對密度的影響

現(xiàn)設(shè)計 3 種不同參數(shù)和不同級配，分別做 2 組平行試驗，求平均值作為試驗結(jié)果。

設(shè)計參數(shù)如表 1 所示。

表1 設(shè)計參數(shù)及其變化范圍

2.1 振動頻率

對不同級配混合料用不同振動頻率做兩組平行試驗，求平均值，得到不同頻率下理論最大相對密度的變化情況。具體如圖 1、圖 2 所示。

圖1 AC-20 C

圖2 AC-20 F

由試驗結(jié)果可知，密度隨著振動頻率增加而升高，70～110 r/min 之間密度增速較快，超過 110 r/min 后其增速減慢，但當(dāng)頻率達到 140 r/min 后，水變得渾濁不清。原因是包裹在集料外的瀝青被振散和從集料表面脫離融入水中，使測得集料的理論相對密度偏大。因此在 110 r/min 以下的頻率下試驗結(jié)果更準(zhǔn)確。

2.2 試驗水溫

針對不同級配及水溫條件下做兩組試驗取其平均值，得到水溫與最大密度的關(guān)系如圖 3、圖 4 所示。

圖3 AC-20 C

圖4 AC-20 F

由試驗結(jié)果可知，無論是 AC-20 C 還是 AC-20 F，水溫條件在 20～25 ℃ 下對密度試驗的影響幾乎為零。隨著水溫不斷升高，瀝青逐漸被軟化，在混合料來回振動的情況下，瀝青更容易脫落，容器中水出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，測得的理論相對密度則偏大。

因此，AC 瀝青混合料理論最大相對密度試驗水溫最好是在 20～25 ℃ 之間。

2.3 抽真空時間

對 AC-20 C 和 AC-20 F 料在不同抽真空時間情況下，做兩組試驗，測定最大相對密度，取平均值為結(jié)果，作密度-真空時間關(guān)系圖如圖 5、圖 6 所示。

圖5 AC-20 C

圖6 AC-20 F

由試驗結(jié)果可知，抽真空時間在前段時間內(nèi)，測得密度越來越大， 40 min 后密度趨于不變。對以粗集料為主的級配 AC-20 C 當(dāng)真空時間為 5～30 min 穩(wěn)步上升，30 min 之后對密度的影響不大，因此普通 AC-20 C 料可以按 30 min抽真空測密度。

對細集料偏多的 AC-20 F 料，從曲線圖可知，密度在5～15 min 內(nèi)上升，過了 15 min 后，上升幅度逐漸減小至穩(wěn)定不變。因此可按 15 min 抽真空時間測密度。

3 結(jié) 語

據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)分析，可采用的測定參數(shù)范圍如下。

（1）測定普通瀝青（AC-20 C、AC-20 F）混合料理論最大相對密度時，振動頻率為 110 r/min。

（2）對于普通瀝青（AC-20 C、AC-20 F）混合料而言，最佳水溫溫度范圍為 20～25 ℃。

（3）抽真空時間，普通瀝青 AC-20 C 料為 30 min；AC-20 F 料為 15 min。