维普资讯 http://www.cqvip.com 第３５卷第３期 ２００２年６月 哈尔滨建筑大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃ．Ｅ．＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｖｏｌ＿３５ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２００２ 沥青混合料空隙率测定方法的初探 谭忆秋，陈国明，姜丽伟，李强 （哈尔滨－１２业大学交通科学与工程学院，黑龙江哈尔滨１５００９０） 摘要：沥青路面的空隙率与路面的使用性能直接相关，要减少沥青面层可能产生的各种损害现象，必须严格 控制沥青面层的空隙率，而实际测定空隙率的方法多达２０种．结合沥青在矿料表面的分布状态，分析了压实沥 青混合料试件密度与理论最大密度的各种不同含义，研究了不同级配类型沥青混合料的空隙率测定和计算方 法，提出了测定空隙率的选用方法和原则． 关键词：分布状态；试件密度；理论最大密度；空隙率 中图分类号：ＴＵ５３５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—６７８０（２００２）０３—０１２０—０５ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｉｎ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ＴＡＮ Ｙｉ－ｑｉｕ，ＣＨＥＮ Ｇｕｏ－ｍｉｎｇ，ＪＩＡＮＧ Ｌｉ－ｗｅｉ，ＬＩ Ｑｉａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５００９０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｉｎ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ．Ｉｎ ｏｒ— ｄｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｄａｍａｇｅｓ，ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ２０ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｉｎ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｏｎ ａｎ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ ｓｕｒｆａｃｅ．ｄｉｆ－ ｆｅｒｅｎｔ ｍｅａｎｉｎｇｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎ ｃｏｍｐａｃｔ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｔａｔｅ；ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｄｅｎｓｉｔｙ；ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｎｓｉｔｙ；ａｉｒ ｖｏｉｄ 随着高速公路建设的发展，对路面结构 的使用性能提出了更高的要求，由水损害引 起的路面早期损坏也受到人们的重视，研究 表明，沥青路面的空隙率与路面的使用性能 直接相关，当实际空隙率在８％～１ ５％的范围内 时，水容易进入混合料内部，则在荷载作用下 产生动水压力，对沥青膜产生剥离，降低沥青 与矿料的粘附性，加速沥青混合料的老化，造 成沥青混合料的早期破坏．因此，提高沥青面 现场钻孔试件的密度并对空隙率和压实度等指标 进行评定，在我国近年来的高速公路建设实践中， 空隙率问题成了沥青混合料配合比设计和施＿Ｔ中 的重点．目前我国空隙率的测定方法归结起来有 ２０种方法，施工单位可以通过不同的方法使空隙 率满足规范要求，但其实际路面的透水性却很大． 本文根据规范推荐的方法 ，研究了６种不同类型 混合料的实测试件密度和理论最大密度的测定方 法，根据沥青在矿料表面的分布状态，推荐了不同 级配沥青混合料的实测试件密度和理论最大密度 的测定方法，提出不同混合料类型空隙率的测定 方法． 层的使用性能，减少沥青面层可能产生的早 期损害现象，控制沥青面层的空隙率是十分 必要的． 在施工检测过程中，需要测定马歇尔试件和 收稿１３期：２００１一Ｏ９—Ｏ７ １ 试验安排 采用规范推荐的ＡＣ一１６ Ｉ上限、ＡＣ一１６Ⅱ上 限和下限３种矿料级配，分别采用盘锦北方沥 青ＡＨ一９０和５％ＳＢＳ改性盘锦北方沥青ＡＨ一９０ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０００８００５）；中国博士 后基金资助项目 作者简介：谭忆秋（１９６８一），女，哈尔滨工业大学副教授，现同济 大学博士后． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 谭忆秋，等：沥青混合料空隙率测定方法的初探１２１ 制作６种沥青混合料，并按照规范规定的方法进行 试验，所得数据分别绘于图２～图９中．其中图表中符 号的含义如下：１和２，３￣－Ｎ４，５和６的级配类型分别为 ＡＣ－１６ Ｉ型上限，ＡＣ－１６ １Ｉ型上限和ＡＣ－１６ １Ｉ型下 ２ 沥青在矿料表面的分布状态【２Ｊ 沥青在矿料表面的分布状态有五补隋况（图１）： 限；其中１，３，５采用北方沥青ＡＨ－９０，２，４，６采用５％ （ａ）为沥青渗入矿料开口孑Ｌ隙中并裹覆其内 边界，外轮廓未被沥青裹覆；（ｂ）为沥青未渗入矿 料开口孑Ｌ隙中，其外轮廓未被沥青裹覆；（ｃ）为沥 青未渗入矿料开口孑Ｌ隙中，其外轮廓被沥青裹覆； （ｄ）为沥青渗入矿料开口孑Ｌ隙中，并填充其部分 空间，其外轮廓被沥青裹覆；（ｅ）为沥青渗人矿料 开口孑Ｌ隙中，并填充其全部空问，其外轮廓被沥青 裹覆． ＳＢＳ改性北方沥青ＡＨ一９０；ａ，ｂ，ｃ，ｄ分别为采用水中 重法、表干法、蜡封法和体积法实测试件密度；Ａ、Ｂ、 Ｃ分别为按照粗集料表观密度、毛体积密度、表观和 表干密度平均值来计算混合料理论最大密度，Ｄ、Ｅ 分别为采用真空法和溶剂法实测理论最大密度． 闭口孔隙Ｖ ； 矿料实体Ｖ，； 开口孔隙Ｖ：； 部分开口孔隙 ： ２一 ＿矿料毛体积 ： ＋ ２＋ ，；矿料表观体积 吸人矿料开口孔隙中的沥青 ＋ ，；总的沥青体积 ＋ 图１沥青在矿料表面的分布状态 Ｆｉｇ．１ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｏｎ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ ｓｕｒ｛．ａｃｅ ３实测试件密度的试验方法分析 篇 ３．１各种实测试件密度含义 姜 定的体积是包括混合料成型后的表面纹理， 如表１所示，水中重法排除了混合料内 部的连通的开口孔隙，测定的结果将比实际 因此结果将较实际密度小，是一种粗糙的测 定方法． 表１ ４种测试方法比较 Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ４ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 谭忆秋，等：沥青混合料空隙率测定方法的初探 表３不同混合料试件的空隙率变化范围 Ｔａｂｌｅ ３ Ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｓｐｅｃｉｍｅｎ Ｓｏ＝：０．０８５％，几乎不吸水．由图４和图５可以看出，对 度来计算空隙率是比较合理的． ５．２ ＡＣ－１６Ⅱ型上限 同一种最大密度，由水重中法和表干法计算的空 隙率近似相等，由体积法计算的空隙率明显偏大， Ⅱ型混合料的级配比Ｉ型要粗，而上限是该 故对于此种类型的沥青混合料，计算空隙率所用 试件毛体积密度可用表干法测定，也可以用水中 重法测定的表观密度来代替表干密度．由试验原 理分析可知，溶剂法实测的最大密度普遍偏大，使 得对应的空隙率明显偏大；按粗集料毛体积密度 计算最大密度时，没有考虑矿料吸收沥青的影响， 使空隙率偏小；按粗集料表观密度计算的最大密 度虽然大于上者，但不能真实反映矿料吸收沥青 的状况；采用粗集料表观和表干密度平均值计算 最大密度是模拟实际情况的一种做法；采用真空 法实测最大密度，如果忽略图１中（ａ）、（ｂ）所示 的两种特殊情况，则由此得到的空隙率与定义最 为相近，能够比较真实的反映混合料的空隙组成， 比较图４和图５中的空隙率数据曲线，可得出与上 述分析相同的结论．因此，采用真空法实测最大密 — 卜Ａ—－．｜－－Ｂ—１ Ｃ— Ｄ— Ｅ ・Ｏ 意６．０ 餐 剥３．０ １．Ｏ 实验方法 图４基质沥青混合料空隙率比较 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｉｎ ｏｒｉｇｉｎａｌ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ —＿．卜Ａ—＿． Ｂ—１ Ｃ— Ｄ— Ｅ 得 鬣 刹 实验方法 图５改性沥青混合料空隙率比较 Ｆｉｇ．５ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｉｎ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ 级配中比较密实的一种．使用基质沥青时，试件的 吸水率Ｓ。：０．１４３％；使用改性沥青时，试件的吸水 率Ｓ。：０．２４１％．吸水并不严重，从图６和图７中的数 据比较可以看出，由水中重法和表干法计算的空 隙率相近，故在这种情况下，计算空隙率时所用毛 体积密度应采用表干法，混合料最大密度由真空 法得到．图７中曲线Ｃ和Ｄ重合，即由Ｃ和Ｄ法得到 Ｌ．。． ．． ．．． ， ．．．． ．．．．．．．的空隙率值相同．这也验证了按ｃ法计算空隙率 时可以接近真实情况． ５．３ ＡＣ－１６１１型下限 Ⅱ型下限是较粗的级配类型，使用基质沥青 时，吸水率Ｓｏ：：１．２８２％．由图８可以看出由水中重法 和表干法计算得到的空隙率相差较大．根据前面 的分析，水中重法不适合吸水率较大的沥青混合 料，因此，在此情况下计算空隙率时应采用表干法 —１ 一Ａ—● Ｂ— 广一ｃ—÷．－一Ｄ— ÷＿一Ｅ ８，Ｏ ６．０ 褥４．０ 鬣 ２．０ Ｏ．Ｏ 实验方法 图６基质沥青混合料空隙率比较 Ｆｉｇ．６ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｉｎ ｏｒｉｇｉｎａｌ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｒｕｅ —＿． 一Ａ—● Ｂ— ｒ－一Ｃ—÷‘－一Ｄ— 一Ｅ ６．０ ４．ｏ 料 蒿２．ｏ Ｏ．Ｏ 实验方法 图７改性沥青混合料空隙率比较 Ｆｉｇ．７ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｉｎ ｍｏｄｉｉｆｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ Ｌ 维普资讯 http://www.cqvip.com １２４ 哈尔 滨建筑大学 学报 第３５卷 测定的毛体积密度．此种情况下，Ａ、Ｄ、Ｅ法所得的 混合料最大密度． 最大密度近似相等，对应的是混合料中矿料开口 孑Ｌ隙基本被沥青填满，反映在图中的空隙率曲线 近似重合，即某些时候采用Ａ、Ｅ方法所得的最大 ６ 结论 （１）沥青混合料试件密度及理论最大密度测 密度是适用的，但从普遍意义讲应当采用真空法 实测最大密度．使用改性沥青时，吸水率Ｓ。＝ １．４９２％，吸水性提高．如图９所示，计算空隙率时， 应采用表干法测定毛体积密度，采用真空法实测 定方法表征了不同的沥青及矿料的分布情况，而 混合料空隙率测定方法有２０种，采用不同方法测 定的空隙率非常离散．因此，规范混合料空隙率的 ——●一Ａ—＿．●一Ｂ—１６—一Ｃ—－｜‘—．Ｄ— ‘一Ｅ １３．０ １１．５ 嘉１０．０ ８．５ 划 ７．０ ５．５ ４．０ ａ ｂ ｃ ｄ 实验方法 图８基质沥青混合料空隙率比较 Ｆｉｇ．８ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｉｎ ｏｒｉｇｉｎａｌ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ ——●一Ａ—＿．●一Ｂ—１ Ｃ— ．‘一Ｄ— ■一Ｅ 镁 剥 实验方法 图９改性沥青混合料空隙率比较 Ｆｉｇ．９ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｉｒ ｖｏｉｄｓ ｉｎ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ 测定方法是非常必要的． （２）对Ｉ型混合料，试件吸水性不大，计算空 隙率时实测试件密度可以采用表干法测定，当试 件表干重和空中重近似相等时，可用表观密度代 替毛体积密度；最大密度首选由真空法实测，其次 可采用理论计算，计算时粗集料采用表观密度和 表干密度的平均值，细集料和矿粉采用表观相对 密度． （３）对Ⅱ型沥青混合料，试件吸水性较大，计 算空隙率时实测试件密度可以采用表干法测定， 吸水严重时，必须用腊封法测定，但要注意蜡的温 度和封腊技巧；最大密度首选由真空法实测得到， 其次可采用理论计算，计算时粗集料采用表观密 度和表干密度的平均值，细集料和矿粉采用表观 相对密度． 参考文献： ［１］ＪＴＪ０５２－２０００，公路工程沥青及沥青混合料试验规 程［Ｓ］． ［２］李强．沥青混合料体积指标研究（改性沥青混合料ＳＭＡ 路面施工）［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２０００． ［３］严家圾道路建筑材料・３．［Ｍ］．北京：人民交通出版社， 】９９６．
