不同测试方法对粗集料表观密度检测结果的影响

杨 栋 陈文宏 王皓平 郭丹丹

（中铁二十一局第三工程有限公司，安徽 芜湖 241000）

本文通过实验对不同测试方法对粗集料表观密度检测结果的影响进行了研究，利用3组相同料源、不同级配的碎石，利用三种不同检测方法对其表观密度进行准确测试，得出三种方法的测试结果存在的偏差，从而为实际施工情况提供参考。

1 样品及试验设计

1.1 粗集料

粗集料产自安徽省宣城市泾县某采石场，其类型为石灰岩碎石，主要化学成分为碳酸盐及硅铝酸盐、并含有微量白云石。试验用样品碎石整体光洁干净，无杂质。依据交通部发布的JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》，对该碎石压碎值、吸水率、针片状颗粒含量进行检测，检测结果如表1所示：

表1 碎石压碎值、吸水率、针片状颗粒含量

检测结果符合JTG/T 3650-2020《公路桥涵施工技术规范》中对粗集料的技术要求。

1.2 试验设计

试验分别采用JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》中T0304-2005、法国标准NF P18-559“砂与砾石在石蜡油中的密度测量”以及真空法对三档碎石分别进行表观密度试验，将三种试验方法所得结果进行整理，分析得出结论。

2 表观密度试验

2.1 JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》T0304-2005

JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》为我国公路工程行业对于水泥混凝土和沥青混合料用粗集料的主要试验依据，其特点为成本低，操作简单，但是却用时长、易产生误差。

本试验严格JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》中T0304-2005的要求，分别对三档碎石进行取样、漂洗、浸泡、称量、计算，所测结果如表2所示：

表2 T0304-2005所得表观密度结果

2.2 法国标准NF P18-559“砂与砾石在石蜡油中的密度测量”

2.2.1 主要仪器设备及介质比重瓶：容积1000ml，直径45mm-50mm。

真空泵：可获取压力47kpa。

石蜡油：本试验以石蜡油作为介质，并准确测得时20℃石蜡油的密度ρ。

2.2.2 实验步骤

称取样品800g，在105℃±5℃的环境下烘干至恒重，然后放置在盛有无水硫酸钙指示剂的干燥箱内冷却至室温备用。

已知标准比重瓶的质量为M0，体积为V0，在比重瓶内加入适量石蜡油（可没过样品即可），测得比重瓶与石蜡油的质量M1，将样品慢慢装入比重瓶，搅拌后静置，待气泡全部排出后，称量装好样品的比重瓶质量M2，将样品放入压力为47KPa的环境下保压2h，然后用石蜡油将比重瓶灌满，用滤纸吸走瓶外壁以及多余的石蜡油，在20℃±1℃的环境下冷却4-6h，称取质量M3。

取3次平行试验平均值作为结果，由此便可得出三档碎石样品的表观密度，如表3所示：

表3 法国标准NF P18-559所得表观密度结果

2.3 真空法

真空法是参照GB/T 2999-2002《耐火材料 颗粒体积密度试验方法》设计的试验方法，在《公路工程集料试验规程》T0304-2005和法国标准NF P18-559两种试验中，都没有最大程度将样品开口孔隙中的气体排出彻底，导致试验结果与真实数值有一定偏差。而真空法在理论上可以最大程度的排出样品开口孔隙中的气体，使测试结果更加准确。相对《公路工程集料试验规程》T0304-2005，真空法还可以排出样品吸水率、水和样品中微量的化学物质反应的缺点。

2.3.1 主要仪器及介质

真空干燥箱：能将绝对压力降至不大于2500Pa，并安装有负压表，外部可安装溢流装置。

溢流装置：带溢流管的液体容器。

无盖容器：金属或硬质塑料容器，大口径，无盖。

航空煤油：本实验采用标椎航空煤油，标椎密度为0.8g/cm3

2.3.2 试验步骤

取4.75～9.5mm样品1000g、9.5～19mm样品1000g、19～31.5mm样品1500g，在105℃±5℃的环境下烘干至恒重，为保证样品中的微量化学物质不与水反应，故不采用水对样品进行漂洗，改用吹风机对样品表面进行清理，直至恒重。再次将样品放入105℃±5℃的环境下烘干至恒重，然后放置在盛有无水硫酸钙指示剂的干燥箱内冷却至室温备用。

冷却至室温后，准确称取试样质量M1，将样品放入无盖容器中，关闭真空干燥箱流水阀，温度设施为20℃±1℃，关紧箱门，开启抽真空装置。当内部负压达到2500Pa时，保压30min。

连接溢流装置与真空干燥箱，溢流装置内倒满航空煤油，关闭抽真空装置，打开真空干燥箱流水阀，使航空煤油压入无盖容器中，直至没过样品20mm。关闭真空干燥箱流水阀，取下溢流装置，再次打开抽真空装置，当内部负压达到2500Pa时，保压30min。

保压结束后，关闭真空干燥箱，打开进气阀卸压，待压强平衡后，取出无盖容器。小心的将样品转移至网篮中，测得样品在航空煤油中的浮重M2。

故样品表观密度：ρa=0.8M1/（M1-M2）

取3次平行试验平均值作为结果，由此便可得出真空法测得三档碎石样品的表观密度，如表4所示：

表4 真空法所得表观密度结果

3 结论及原因分析

3.1 试验结论

通过实验，得到了JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》中T0304-2005、法国标准NF P18-559“砂与砾石在石蜡油中的密度测量”和真空法所测得的三档碎石分别的表观密度，如表5所示：

表5 三种方法测得的碎石表观密度（g/cm3）

由表可知， 《公路工程集料试验规程》T0304-2005所测得的结果整体相对较大，而法国标准NF P18-559与真空法所测得的结果相近，真空法所测得的结果比NF P18-559略小。且在整个试验中，碎石颗粒范围越小，三种方法测得的结果差值越大。

3.2 原因分析

在《公路工程集料试验规程》T0304-2005试验方法中，使用介质为水，样品的吸水以及样品中微量化学成分，如氧化钙等物质会与水发生反应。由于样品的吸水和微量化学成分无法保证完全相同，故会产生误差，导致结果略有偏差。

在整个试验中，碎石颗粒范围越小，碎石整表面积会增加，相对应的开口气孔也大量增加，同时与介质接触不完全的气孔不能很好的将气体排出，所以导致法国标准NF P18-559和真空法的整体结果比T0304-2005要小。真空法所采用的负压法在样品与介质接触前，就进行了负压抽真空，比法国标准NF P18-559的抽真空更彻底，所以导致真空法所测得的结果比NF P18-559略小。

碎石的表观密度对混合物的性能有影响，尤其是沥青混合料的理论相对最大密度和孔隙率，整个试验表明三种方法都有不同程度的误差，但法国标准NF P18-559和真空法整体略优于《公路工程集料试验规程》T0304-2005。以此为实际试验检测和施工提供参考。