燃燒法與離心法測定瀝青混合料中瀝青含量試驗(yàn)研究
〔提 要〕簡要介紹瀝青混合料中瀝青含量檢測方法`試驗(yàn)結(jié)果
分析及試驗(yàn)度要求，確定瀝青含量的修正系數(shù)。
1 概述
瀝青混合料中的瀝青含量對(duì)其熱穩(wěn)定性能存在著明顯的影響，是瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)和施工控制的一個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)瀝青用量過少時(shí)，集料表面瀝青膜過薄，混合料呈干枯狀而缺乏足夠的粘結(jié)力，不能形成高的強(qiáng)度，穩(wěn)定度不高。增加瀝青用量，混合料粘結(jié)力增強(qiáng)，穩(wěn)定度隨之提高，然而當(dāng)瀝青用量進(jìn)一步增加，集料表面瀝青膜增厚，自由瀝青增多，自由瀝青就尤如集料顆粒之間的潤滑劑，使顆粒在荷載作用下易于滑動(dòng)位移,從而降低穩(wěn)定度，產(chǎn)生擁包和車轍。如何準(zhǔn)確、真實(shí)地反映施工生產(chǎn)過程中瀝青混合料的瀝青含量是每位瀝青試驗(yàn)檢測人員應(yīng)盡的責(zé)任，瀝青含量的準(zhǔn)確可靠性也對(duì)瀝青混合料質(zhì)量控制起到了指導(dǎo)的作用，近年來我國對(duì)瀝青含量試驗(yàn)zui普遍的檢測方法是離心抽提法。
2 燃燒法和離心抽提法試驗(yàn)簡介
2.1 燃燒法
燃燒法測量瀝青混合料中瀝青含量的方法是將預(yù)熱干燥的瀝青混合料放入538℃的燃燒爐中，瀝青被燃燒，瀝青煙氣排放到燃燒爐外，根據(jù)瀝青混合料燃燒前和燃燒后剩余礦物的質(zhì)量差可以計(jì)算出瀝青混合料中的瀝青含量，燃燒后剩余的礦料可用于級(jí)配分析。
2.2 離心抽提法
離心抽提法是采用離心分離法測定粘稠石油瀝青拌制的瀝青混合料中的瀝青含量（或油石比）以評(píng)定瀝青拌和廠產(chǎn)品質(zhì)量，抽提的瀝青溶液可用于回收瀝青，以評(píng)定瀝青的老化性質(zhì)，抽提后的礦料用于混合料級(jí)配分析。
3 瀝青混合料的材料組成
3.1 結(jié)合料
本研究所用瀝青為殼牌AH-70#重交瀝青，改性瀝青為殼牌改性瀝青SBS I-D（僅在SMA13使用）。用量見表1。
3.2 抗剝落劑和纖維穩(wěn)定劑
抗剝落劑選用無毒具有良好效性的AR-68抗剝落劑用量為瀝青含量的0.4%。
纖維穩(wěn)定劑摻用德國進(jìn)口顆粒木質(zhì)素纖維（僅在SMA13使用）。用量為混合料的0.4%。
3.3 集料和填料
瀝青混合料集料為質(zhì)地堅(jiān)硬耐磨的花崗巖軌制成的碎石，細(xì)集料為閩江中偏細(xì)砂（細(xì)度模數(shù)為2.0），填料為石灰?guī)r磨細(xì)得到的礦粉，其合成級(jí)配見表1。
表1 試驗(yàn)用瀝青混合料合成級(jí)配通過率（%）
篩孔 混合料 | 26.5 | 19 | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 | 結(jié)合料(%) |
AC-25 | 95-100 | 77-85 | 67-75 | 50-65 | 40-55 | 30-37 | 24-30 | 15-19 | 13-15 | 10-13 | 6-10 | 4-6 | 4.0-4.2 |
AC-16 | / | 100 | 95-100 | 65-70 | 50-60 | 28-30 | 24-25 | 18-19 | 14-16 | 10-12 | 7-8 | 5-6 | 4.6-4.9 |
AC-13 | / | / | 100 | 95-100 | 60-80 | 28-42 | 23-30 | 18-23 | 14-19 | 10-13 | 7-10 | 5-7 | 4.8-5.2 |
SMA-13 | / | / | 100 | 95-100 | 50-75 | 25-33 | 23-28 | 19-23 | 15-19 | 13-15 | 10-13 | 8-10 | 5.8-6.2 |
4 瀝青混合料的拌制及試驗(yàn)件的制備
4.1 瀝青混合料的拌和
用干燥的礦料每一粒級(jí)以表1級(jí)配要求準(zhǔn)確稱取集料用量（準(zhǔn)確度為1g）加熱拌和，為不使校準(zhǔn)試樣瀝青含量產(chǎn)生偏差，首先對(duì)瀝青混合拌和機(jī)的攪拌鍋進(jìn)行處理，使其符合要求，處理方法是按設(shè)計(jì)的瀝青含量攪拌1~2鍋瀝青混合料并將其倒掉。在攪拌鍋壁均勻涂上一層黃油。
4.2 瀝青混合料試樣的制備
為了確保在測定瀝青混合料中瀝青含量用燃燒法和離心法的度和精密度。試驗(yàn)中分別以AC-25、AC-16、AC-13、SMA-13四種混合料為研究對(duì)象，對(duì)每一類型混合料分別取三組不同級(jí)配，不同瀝青含量共12組試樣；每組試樣以同級(jí)配、同瀝青含量拌制6個(gè)子樣，3個(gè)子樣用以燃燒法測試瀝青含量和級(jí)配分析，另3個(gè)子樣用離心抽提法測定瀝青含量和級(jí)配分析。
5 試驗(yàn)結(jié)果分析
通過試驗(yàn)結(jié)果表明，燃燒法測量瀝青含量平均值與校準(zhǔn)瀝青含量之差范圍在0.01%至0.05%之間偏差的平均值為0.03%同時(shí)也顯示燃燒法試驗(yàn)后剩余礦料級(jí)配沒有明顯變化，通過計(jì)算HMA混合料的修正系數(shù)為0.10，而SMA混合料的修正系數(shù)為0.04。這是因?yàn)镾MA摻入0.04%的木質(zhì)素纖維被燃盡，故SMA與HMA混合料的瀝青含量之差為0.04。試驗(yàn)結(jié)果說明燃燒后的礦料級(jí)配與校準(zhǔn)級(jí)配偏差值沒有向人們所擔(dān)心的那樣石料經(jīng)燃燒會(huì)崩解破碎。級(jí)配分析與校準(zhǔn)級(jí)配的偏差范圍在-0.6～0.9之間與離心法的偏差相同，這綜合顯示出用燃燒法測量瀝青含量和級(jí)配都具有較低的測量偏差和較高的度，符合美國標(biāo)準(zhǔn)《燃燒法測定瀝青混合物的瀝青含量》（ASTM D6307-98）的精密度和偏差要求，可見采用燃燒法設(shè)備性能穩(wěn)定，重復(fù)性良好。
表2可以看出用離心提抽法所測的的瀝青含量值雖然都符合國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JGJ05-2002）的有關(guān)規(guī)定。但與燃燒法測試的值相比偏差大、精度低。
表2 不同試驗(yàn)方法所測瀝青含量的度
混合料 種類 | 校準(zhǔn)瀝青含量（%） | 燃燒法瀝青含量 | 離心法瀝青含量 | ||||||||
實(shí)測平均值（%） | 標(biāo)準(zhǔn)偏差值（%） | 組內(nèi)級(jí)差（%） | 允許標(biāo)準(zhǔn)偏差（%）（ASTM-1998） | 修正 系數(shù) | 實(shí)測平均值（%） | 標(biāo)準(zhǔn)偏差值（%） | 組內(nèi)級(jí)差（%） | 允許偏差（%）(JTJ052-2000) | 修正 系數(shù) | ||
AC-13 | 5.00 | 5.06 | 0.04 | 0.07 | ≤0.04 | 0.10 | 5.37 | 0.06 | 0.11 | ±0.3 | 0.35 |
SMA-13 | 6.00 | 6.14 | 0.03 | 0.06 | ≤0.04 | 0.14 | 6.45 | 0.05 | 0.10 | ±0.3 | 0.45 |
AC-16 | 4.90 | 4.99 | 0.04 | 0.06 | ≤0.04 | 0.10 | 5.16 | 0.05 | 0.04 | ±0.3 | 0.26 |
AC-25 | 4.20 | 4.34 | 0.03 | 0.06 | ≤0.04 | 0.10 | 4.35 | 0.04 | 0.07 | ±0.3 | 0.22 |
6 結(jié)論
燃燒法測定瀝青混合料含量作為一種新型試驗(yàn)方法在國外已得到普遍推廣應(yīng)用，對(duì)于這種試驗(yàn)方法的度和精密度，美國國家瀝青技術(shù)中心（NCAT）組織了規(guī)模的試驗(yàn)研究，在此基礎(chǔ)上1998年和1999年ASTM和AASHTO制定了這種試驗(yàn)方法正式試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，我國目前尚無正式標(biāo)準(zhǔn)，建議有關(guān)技術(shù)主管部門對(duì)這種試驗(yàn)方法組織開展試驗(yàn)研究，并制定相應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
燃燒法試驗(yàn)操作簡單方便，比離心抽提法所需的時(shí)間短、安全、適合于對(duì)瀝青混合料生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，試驗(yàn)開始時(shí)僅需試驗(yàn)檢測人員在現(xiàn)場輸入試樣初始質(zhì)量和校準(zhǔn)系數(shù)，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)不需要試驗(yàn)人員在現(xiàn)場且對(duì)試驗(yàn)的成本降低。
燃燒法不需要使用三氯乙烯溶劑，有利于社會(huì)環(huán)境的保護(hù)和有利于操作人員身體健康。不需要處理危險(xiǎn)溶劑的相關(guān)費(fèi)用。采用燃燒法試驗(yàn)后剩余礦料級(jí)配沒有明顯變化，燃燒試驗(yàn)后剩余礦料*可以用于瀝青混合料的級(jí)配分析，試驗(yàn)的精度偏差與離心法抽提后的級(jí)配分析相當(dāng)。
綜上所述燃燒法的優(yōu)點(diǎn)和離心抽提法存在的問題表明燃燒法具有取代離心法的極大潛力，有一些國家離心抽提法將要取消。
