一种测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的试验装置和试验方法与流程

本发明属于公路沥青路面再生技术领域，具体涉及到一种测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的试验装置和试验方法。

背景技术：

沥青路面再生技术尤其是厂拌或就地热再生技术得到越多的应用，热再生沥青混合料的理论最大相对密度是指该混合料在压实成型至无空隙理想状态下单位体积的试样质量与同温度下水的密度比。理论最大相对密度是计算空隙率等体积指标的基础，也是路面压实度计算的重要参数，其偏差会造成路面实际空隙率与设计空隙率不一致，影响配合比设计的准确度，因此现已成为热再生沥青混合料配合比设计、施工和质量评价中的一个极为关键的技术指标。

按照《公路沥青路面施工技术规范》（jtgf40-2004）的规定，现行沥青混合料理论最大相对密度的测定方法包括计算法和实测法，实测法包括真空法和溶剂法，具体试验方法见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（jtge20-2011），申请人在大量试验的基础上，分析利用上述方法测定热再生沥青混合料的最大理论密度存在以下问题：（1）若回收沥青路面材料中含有改性沥青，或采用改性沥青拌制热再生沥青混合料，则由于改性沥青黏度较大，利用真空法测定时，混合料中的空隙难以被水完全填充，使得测试结果不准确；（2）采用溶剂法则需要消耗较多的三氯乙烯溶剂，而三氯乙烯对环境和人体都有影响，该方法产生的废液通常难以处理；（3）计算法可以通过测定各种矿料、沥青及其他添加剂的密度，并根据配比计算得到最大理论密度，但是经抽提或燃烧法回收后得到的旧集料、矿粉的密度难以准确测定，而纤维材料的回收和测定更加无法实现。因此，目前还缺乏快速、准确测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的方法。

技术实现要素：

针对上述试验方法存在的问题，本发明的目的在于提供一种测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的试验装置和试验方法，该试验装置和试验方法以沥青作为介质，通过加热、搅拌和浸润，能够使沥青充分填充热再生沥青混合料的开口空隙，同时准确测定混合料的质量和实体体积（无开口空隙），进而计算得出热再生沥青混合料的理论最大相对密度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的试验装置，由搅拌模块1、称重模块2、注水模块3、沥青喷射模块4、加热模块5和控制模块6组成。

所述的搅拌模块1有两个，分别包括钢制桶101、搅拌叶片102和搅拌电机103，搅拌叶片102和搅拌电机103安装于钢制桶101内部底侧，与钢制桶101连为一体；

所述的称重模块2采用电子称重系统，可以实时称取钢制桶内试样的质量；

所述的注水模块3包括溢水传感器301、溢水孔302、水槽303、水泵304和水管305，水泵304将水槽303中的水经水管305抽出并注入钢制桶101中，溢水孔302位于钢制桶101桶壁固定高度处；

所述的沥青喷射模块4包括沥青管401、沥青泵402和沥青槽403，待沥青槽403内的沥青加热呈流动状态时，沥青泵402将沥青抽出，顺着沥青管401喷射进入钢制桶101；

所述的加热模块5由钢制桶加热层501、钢制桶温度传感器502、沥青槽加热层503和沥青槽温度传感器504组成；

所述的控制模块6包括开关601、电源插头602和控制面板603，控制面板603可以采集和显示各模块的检测数据，并控制其他各模块进行工作。

所述的搅拌叶片为102为不锈钢材质，搅拌电机103可以驱动搅拌叶片102对钢制桶内的试样进行搅拌。

所述的溢水孔302上安装有溢水传感器，可以检测到溢水孔302是否有水溢出。

所述的称重模块2表面有螺纹凹槽，用以固定钢制桶。

所述的钢制桶加热层501和沥青槽加热层503均采用环绕内壁的环形电阻丝加热，钢制桶温度传感器501附着于搅拌叶片中，测定桶内实时温度，沥青槽温度传感器503附着于沥青槽底部，测定沥青槽内沥青的实时温度

利用上述试验装置测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的试验方法，包括以下步骤进行：

（1）试验准备

①接通电源插头并打开开关601，将两侧的钢制桶101分别拧紧固定在称重模块2上，设定加热温度为25℃，称取钢制桶101的质量记作m1，启动控制面板603上的注水按钮将两个钢制桶101中注满水，待桶内水温达到25℃时，进行称重，将水+桶的质量记作m0；

②将水倒出，随后再把钢制桶101分别拧紧固定在称重模块2上，待两个钢制桶101内水分烘干后，把两份质量为2～4kg的待测混合料试样分别加入钢制桶101并称重，将料+桶的质量记作m2；

（2）测定

①设定钢制桶101和沥青槽403的加热温度，待桶内的混合料及沥青槽403中的沥青达到设定温度时，启动沥青喷射模块4，沥青泵402将1～2kg质量的沥青顺着沥青管401喷射进两侧的钢制桶101中，保证沥青将沥青混合料全部覆盖；

②启动搅拌模块1，按照50r/min的转速搅拌30min，再静置60min；将两侧钢制桶101加热温度调整至25℃，待钢制桶101内试样温度达到25℃时，称重模块2称取钢制桶内的料+沥青+桶质量m3；

③启动注水模块3，将钢质桶101内注满水，待桶内水温达25℃时，称重模块2称取钢制桶中的料+沥青+桶+水质量m4；

④在控制面板中输入沥青的相对密度a，由控制模块按以下公式自动计算热再生沥青混合料理论最大相对密度，当两份试样的重复性试验误差≤0.011时，取其平均值为最终试验结果并显示；否则提示“误差过大，应重新进行试验”：

式中：t-热再生沥青混合料理论最大相对密度，无量纲；

m0-钢制桶和水的质量（g）；

m1-钢制桶的质量（g）；

m2-钢制桶和热再生沥青混合料的总质量（g）；

m3-钢制桶、沥青混合料和沥青的总质量（g）；

m4-钢制桶、沥青混合料、沥青和水的总质量（g）；

a-沥青的密度。

所述步骤（2）中的加热温度，若为普通沥青则为130℃；若是改性沥青则设为160℃。

本发明具有以下优点：

（1）试验数据准确、误差小

本发明以沥青为介质，将其加入到热再生沥青混合料中，通过加热、搅拌和静置，使得沥青能够充分浸入到混合料的各个空隙中，并排出气泡，此时测定的热再生沥青混合料体积十分准确；试验装置包含两个钢制桶，对同一种热再生沥青混合料可以同时进行两份试样的平行试验，最大程度上减少试验误差。

（2）试验过程环保、无危害

本发明避免了测定回收沥青路面材料中的旧矿料、沥青及其他材料指标，无需抽提或燃烧法去除沥青，避免了三氯乙烯等有毒材料对人体损伤的同时，也减轻了环境污染；

（3）试验操作简便、易掌握

本发明试验装置和试验方法通过各种传感器准确控制试样温度、注水过程和沥青的喷射，不仅能够提高试验数据准确性，而且试验操作简单、易行，节约试验成本，也有利于该试验方法的大范围推广和应用。

附图说明

图1为试验装置立体图；

图2为试验装置侧面结构示意图；

图3为试验装置俯视图；

图4为钢制桶结构示意图；

图5为信号控制流程图；

图中：1-搅拌模块；包括：101-钢制桶；102-搅拌叶片；103-搅拌电机；

2-称重模块；

3-注水模块；包括：301-溢水传感器；302-溢水孔；303-水槽；304-水泵；305-水管；

4-沥青喷射模块；包括：401-沥青管；402-沥青泵；403-沥青槽；

5-加热模块；包括：501-钢制桶加热层；502-钢制桶温度传感器；503-沥青槽加热层；504-沥青槽温度传感器；

6-控制模块；包括：601-开关；602-电源插头；603-控制面板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1～4所示，本发明的试验装置由搅拌模块1、称重模块2、注水模块3、喷射沥青模块4、加热模块5和控制模块6组成；钢制桶101底部有螺纹凸起，可固定于称重模块2上的螺纹凹槽中，凹槽底部与钢制桶底部接触时，搅拌模块1及钢制桶温度传感器502接入控制电路，并受控制模块6控制，钢制桶101侧壁与钢制桶加热层501不接触，仅底部固定在称重模块2上。调节控制面板603上的加热温度，使得钢制桶101和沥青槽403保持所需温度。按下控制面板603上的注水按钮，注水模块3工作，桶内水位高度达到溢水孔302高度时，自动停止注水，多余的水从溢水孔302流入水槽303。两个钢制桶101分别加入1至2kg混合料试样，称重模块2称重并按下控制面板603上试验开始按钮。各模块信号控制如图5所示，完成测定工作。搅拌模块1的搅拌作用使得沥青充分填充混合料的开口空隙。可同时进行1#和2#两组试验测定，最后该装置根据公式自动计算沥青混合料理论最大相对密度。

试验方法的实施方式：

为验证本发明一种测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的试验装置及试验方法的可靠性与有益效果，下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于以下实施例。

实施例1

按照本发明的技术方案，本实施例给出一种测定热再生沥青混合料理论最大相对密度的试验方法，以ac-20c型热再生沥青混合料为例，具体实施步骤如下：

（1）试验准备

①接通电源插头并打开开关，将两侧的钢制桶分别拧紧固定在称重模块上，设定加热温度为25℃，称取钢质桶的质量记作m1，启动控制面板上的注水按钮将两个钢制桶中注满水，待桶内水温达到25℃时，进行称重，将水+桶的质量记作m0；

②将水倒出，随后再把钢制桶分别拧紧固定在称重模块上，待两个钢制桶内水分烘干后，把两份质量为2～4kg的待测混合料试样分别加入钢制桶并称重，将料+桶的质量记作m2；

（2）测定

①设定桶和沥青槽的加热温度为130℃，待桶内的混合料及沥青槽中的沥青达到设定温度时，启动沥青喷射模块，沥青泵将1～2kg质量的道路石油沥青顺着沥青管喷射进两侧的钢制桶中，保证沥青将沥青混合料全部覆盖；

②启动搅拌模块，按照50r/min的转速搅拌30min，再静置60min；将两侧钢制桶加热温度调整至25℃，待钢制桶内试样温度达到25℃时，称重模块称取钢制桶内的料+沥青+桶质量m3；

③启动注水模块，将钢质桶内注满水，待桶内水温达25℃时，称重模块称取钢制桶中的料+沥青+桶+水质量m4；

④在控制面板中输入道路石油沥青的相对密度a=1.038，由控制模块按以下公式自动计算热再生沥青混合料理论最大相对密度，两份试样的重复性试验误差≤0.011，取其平均值为最终试验结果并显示。

式中：t-热再生沥青混合料理论最大相对密度，无量纲；

m0-钢制桶和水的质量（g）；

m1-钢制桶的质量（g）；

m2-钢制桶和热再生沥青混合料的总质量（g）；

m3-钢制桶、沥青混合料和沥青的总质量（g）；

m4-钢制桶、沥青混合料、沥青和水的总质量（g）；

a-沥青的相对密度。

同时利用真空法和计算法测定该热再生沥青混合料理论最大相对密度，与本发明的试验方法所得结果进行比较，如表1所示。

表1ac-20c型热再生沥青混合料理论最大相对密度的测定结果对比

按照各方法所得理论最大相对密度测定值进一步确定最佳油石比，分别进行高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔和冻融劈裂试验，试验结果见表2。

表2ac-20c型热再生沥青混合料性能试验结果对比

实施例2

按照本发明的技术方案，本实施例给出一种测定沥青混合料理论最大相对密度的试验方法，以ac-13c型改性热再生沥青混合料为例，具体实施步骤如下：

（1）试验准备

①接通电源插头并打开开关，将两侧的钢制桶分别拧紧固定在称重模块上，设定加热温度为25℃，称取钢质桶的质量记作m1，启动控制面板上的注水按钮将两个钢制桶中注满水，待桶内水温达到25℃时，进行称重，将水+桶的质量记作m0；

②将水倒出，随后再把钢制桶分别拧紧固定在称重模块上，待两个钢制桶内水分烘干后，把两份质量为2～4kg的待测混合料试样分别加入钢制桶并称重，将料+桶的质量记作m2；

（2）测定

①设定桶和沥青槽的加热温度为160℃，待桶内的混合料及沥青槽中的沥青达到设定温度时，启动沥青喷射模块，沥青泵将1～2kg质量的改性沥青顺着沥青管喷射进两侧的钢制桶中，保证沥青将沥青混合料全部覆盖；

②启动搅拌模块，按照50r/min的转速搅拌30min，再静置60min；将两侧钢制桶加热温度调整至25℃，待钢制桶内试样温度达到25℃时，称重模块称取钢制桶内的料+沥青+桶质量m3；

③启动注水模块，将钢质桶内注满水，待桶内水温达25℃时，称重模块称取钢制桶中的料+沥青+桶+水质量m4；

④在控制面板中输入改性沥青的相对密度a=1.042，由控制模块按以下公式自动计算热再生沥青混合料理论最大相对密度，两份试样的重复性试验误差≤0.011，取其平均值为最终试验结果并显示。

式中：t-热再生沥青混合料理论最大相对密度，无量纲；

m0-钢制桶和水的质量（g）；

m1-钢制桶的质量（g）；

m2-钢制桶和热再生沥青混合料的总质量（g）；

m3-钢制桶、沥青混合料和沥青的总质量（g）；

m4-钢制桶、沥青混合料、沥青和水的总质量（g）；

a-沥青的相对密度。

同时利用真空法和计算法测定该热再生沥青混合料理论最大相对密度，与本发明的试验方法所得结果进行比较，如表3所示。

表3ac-13c型改性热再生沥青混合料理论最大相对密度试验结果对比

按照各方法所得理论最大相对密度测定值确定最佳油石比，分别高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔和冻融劈裂试验，试验结果见表4。

表4ac-13c型改性热再生沥青混合料性能试验结果对比

上述实施例的试验结果表明：针对普通沥青与改性沥青拌制的热再生沥青混合料，利用本发明试验装置与试验方法均能准确、稳定的测定其最大理论相对密度，平行试验误差小；对比其他方法，依据本试验结果确定的热再生沥青混合料具有更优的高温、低温和水稳定性能，且均满足规范要求，说明本试验方法更为合理、试验结果更为可信。

需要说明的是，以上实施例仅是为了理解本发明，本发明不限于该实施例，凡在本发明的技术方案基础上所做的技术特征的添加、等同替换或修改，均应视为本发明的保护范围。