一种集料相对密度及吸水率的测试方法和仪器技术

一种集料表观相对密度吸水率的测试方法和仪器。方法主要包括：采用抽真空方法缩短集料饱和时间；采用酒精浓度探测法确定饱和面干点；采用超声液位法进行集料体积计算。仪器和系统的主要特征包括由机械本体结构、传感器测量及电子控制数据处理系统和辅助设备三大部分组成。主要步骤包括：（ａ）将集料放入烘箱中烘干至恒重，称取一定质量的样品，记录质量；（ｂ）将集料在真空抽气装置中，加浓酒精，抽真空至饱和状态；（ｃ）将饱和集料在饱和面干装置中，在稳定的热风下搅拌，根据酒精浓度传感器判断使之达到饱和面干状态，称取并记录饱和面干质量；（ｄ）往装料的容器中注入一定量已知密度的浓酒精，用超声波测距装置量取酒精液面位置，记录液面高度数据；（ｅ）根据上述数据计算集料的表观相对密度、毛体积相对密度以及吸水率；（ｆ）根据浓酒精密度和水的密度关系，进行相对密度和吸水（液）率的换算，再根据试验温度，对相对密度和吸水率进行温度修正。本发明专利技术实现了粗、细集料的表观相对密度、毛体积相对密度以及吸水率测量的全自动化；统一了原先粗、细两种不同大小集料的测试方法；有效地消除了人工测试方法的主观性，使试验具有更好的精度和可重复性；大大缩短了试验和人工干预时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测试方法和仪器，用来测定公路和结构建筑等土木工程以及石油和地质勘探领域所用到的集(石)料的表观相对密度、毛体积相对密度及吸水率。
技术介绍
集(石)料相对密度和吸水率是公路和结构建筑工程等土木工程领域中设计和施工时所要用到的两个基本参数。这些参数在石油和地质勘探领域中也有重要作用。工程技术人员非常关心一种能准确并且快速测试集(石)料的相对密度和吸水率的方法和仪器。集(石)料的相对密度和吸水率是反映集(石)料亲水性能的重要指标。集料的相对密度可以定义为在室温下(AASHTO规范规定的温度为23±1.7℃)单位体积集料的质量和同体积水的质量的比值。集料的相对密度有表观相对密度和毛体积相对密度。表观相对密度的体积考虑的是集料的体积，并不包括集料在饱和状态下(集料完全吸收水的状态)被水所填充的孔隙体积。毛体积相对密度的体积是总体积，除了集料的体积外，还包括集料达到饱和面干(Saturated surface drySSD)状态下被水所填充的孔隙体积。如果用其它液体或在其它温度下测定的相对密度可根据换算关系转换。沥青路面集料有不同大小粒径的集料按一定比例组成。集料有不同形状以及不同材质。在沥青混合料设计中，集(石)料(包括粗集料和细集料)的表观相对密度，毛体积相对密度以及吸水率是设计所需的基本指标。为了计算沥青路面的空隙率，首先要知道集料的相对密度。多孔的集料也容易吸收沥青，为了弥补被集料吸收的沥青，设计需要增加额外的沥青用量。沥青用量的准确程度，是沥青混合料具备优良性能的重要因素之一。粗集料通常指粒径大于4.75mm的集料(最大公称粒径小时则指粒径大于2.36mm的集料)，细集料则指粒径小于4.75mm(或2.36mm)大于0.075mm的集料。通常如果吸水率大于2％则认为集料为吸水性集料。现有对粗、细集料常用的相对密度测试方法有所不同。测量细集料相对密度和吸水率的方法有美国各州公路和运输管理者协会规范(American Associationof State Highway and Transportation OfficialsAASHTO T84)、美国试验和材料协会规范(AmericanSociety for Testing and MaterialsASTM C128)以及我国的《公路工程集料试验规程》(JTJ058-2000)等。但是这些方法通常由于测试者的主观因素而使试验结果可重复性较差。这些方法的主要步骤如下将细集(石)料的样品在烘箱中烘干至恒重，将样品在水中浸泡24小时左右(2004年AASHTO规范缩短到15-19小时)达到饱和状态，将浸泡过的集(石)样品放入平底搪瓷盆中，用电吹风吹至饱和面干状态。饱和面干的判断方法是将细集料样品装入倒置的圆台容器中，用金属小锤轻轻压实后，移去圆台容器，如果样品能轻微摊落成圆锥形，则认为样品刚好达到饱和面干状态。如果摊落量太少，表明样品太湿，还需继续吹，直到合适的摊落量为止。如果摊落量过大，表明样品太干，需重新浸水饱和后再进行吹干的过程。不同的试验人员对饱和面干状态的判断通常会有不同的标准。当细集料达到饱和面干状态时，称取一定量的样品装入容量瓶中，加水至刻度线，称量容量瓶、水以及细集料样品的总质量。将细集料倒出，放入烘箱中烘干至恒重，秤量其质量。秤量容量瓶加水至刻度线后的质量。集料的相对密度(表观相对密度和毛体积相对密度)和吸水率可根据上述数据及水的密度计算得到。棱角性好的细集料通常吸水性较好、表面纹理粗糙而较难摊落。因此，用上述的圆锥法决定富有棱角性的细集料的饱和面干状态就比较困难。相对密度测定的不准确将会严重影响沥青路面或者其它结构的性能。在水泥混凝土领域，通常也用上述的圆锥法来确定细集料的相对密度并确定混合料中的加水量。加水量的不正确将会影响混凝土结构的强度和耐久性。AASHTO T85和ASTM C-127以及我国的《公路工程集料试验规程》(JTJ058-2000)描述了粗集料相对密度的测试标准。为了得到粗集料的饱和面干状态，上述规范均用毛巾擦拭粗集料的表面来获得。同样，这一方法受试验者的主观影响很大。毛巾擦拭法时不同试验者或不同样品饱和面干的判断都有不同。研究人员尝试了多种方法来减少饱和面干状态确定时的人为主观误差。例如Howard的玻璃广口瓶法、Martin的干湿球温度法、Saxer的吸收时间曲线法、Hughes和Bahramian的饱和空气干燥法以及Kandhal和Lee的色度法等。此外，美国国家沥青技术中心(National Center for Asphalt TechnologyNCAT)在2000年第79届交通研究论坛(Transportation Research BoardTRB)上提出了一种采用温度-时间关系曲线和湿度-时间关系曲线的方法测试细集料饱和面干状态的仪器。美国爱达荷州的博伊西州的一家公司(Barnstead/Thermolyne Company of Boise，ID.)近年来推出了一种红外线法测量细集料饱和面干的仪器。2001年日本的AKASAKA NARIYASU申请专利，用水加热法使集料达到饱和状态来测试集料相对密度和吸水率。美国的James和Lawrence等在2002年和2003年两次申请了有关粗、细集料相对密度和吸水率的专利技术专利，用塑料袋抽真空法来测量集料的相对密度和吸水率。上述研究和专利技术大多集中在确定细集料饱和面干状态，这些方法各自在某些程度上有所改进，但应用过程中存在的自动化程度不高、耗时过长、精确度受人为或环境影响较大以及操作不便等问题仍远没有得到全面解决。我国现有有关密度测试方法和仪器的专利实质上都只是用于固体的表观相对密度的测试。如专利“便携式密度计及密度测量方法”(公开号CN 1084272A)、“沥青混合料最大相对密度仪”(公开号CN2509579Y)、“多功能真密度瓶”(公开号CN 2188204Y)、“固体密度智能测量装置”(CN 2082412U)等等。但这些方法都不能用于同时测量集料的表观相对密度、毛体积相对密度以及吸水率。
技术实现思路
本专利技术提供了一种方法和仪器和系统来测试粗、细集料的表观相对密度、毛体积相对密度以及吸水率。本方法由以下几个步骤组成(a)将集料放入一定温度的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温，秤取一定质量的样品，记录质量；(b)将集料在真空抽气装置中，加浓酒精，抽真空至饱和状态；(c)将饱和集料在饱和面干装置中，在稳定的热风下均匀搅拌，根据酒精浓度传感器判断使之达到饱和面干状态，秤取并记录饱和面干质量；(d)往装料的容器中注入一定量已知密度的浓酒精，用超声波测距装置量取酒精液面位置，记录液面高度数据；(e)根据上述数据及已知浓酒精和水的密度，计算集料的表观相对密度、毛体积相对密度以及吸水率；并根据试验温度，对试验结果进行温度修正。一种用来测试粗、细集料的表观相对密度、毛体积相对密度以及吸水率的仪器及系统。其特征包括I.机械本体机构包括①料桶，金属弧形筛网，②可伸缩搅拌器，③支架，④桶体，⑤钟罩式密封桶盖，⑥安全阀，⑦电机，及⑧底座；II.传感器测量及电子控制数据处理系统包括①电子称，②酒精浓度传感器，③超声液位计，④温度传感器，⑤电子控制数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集料相对密度及吸水率的测试方法，其主要步骤包括：（ａ）将集料放入烘箱中烘干至恒重，秤取一定质量的样品，记录质量；（ｂ）将集料在真空抽气装置中，加浓酒精，抽真空至饱和状态；（ｃ）将饱和集料在饱和面干装置中，在稳定的热风下搅拌，根据酒精浓度传感器判断使之达到饱和面干状态，秤取并记录饱和面干质量；（ｄ）往装料的容器中注入一定量已知密度的浓酒精，用超声波测距装置量取酒精液面位置，记录液面高度数据；（ｅ）根据上述数据计算集料的表观相对密度、毛体积相对密度以及吸水率；（ｆ）根据浓酒精密度和水的密度关系，进行相对密度和吸水（液）率的换算，再根据试验温度，对相对密度和吸水率进行温度修正。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴伟，陈宗阳，孙峻清，
申请(专利权)人：陈兴伟，陈宗阳，孙峻清，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]