燃燒法與離心法測(cè)定瀝青混合料中瀝青含量試驗(yàn)研究
〔提 要〕簡(jiǎn)要介紹瀝青混合料中瀝青含量檢測(cè)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(guò)少時(shí)，集料表面瀝青膜過(guò)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(rùn)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(guò)程中瀝青混合料的瀝青含量是每位瀝青試驗(yàn)檢測(cè)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(lái)我國(guó)對(duì)瀝青含量試驗(yàn)zui普遍的檢測(cè)方法是離心抽提法。
2 燃燒法和離心抽提法試驗(yàn)簡(jiǎn)介
2.1 燃燒法
燃燒法測(cè)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(cè)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(jiàn)表1。
3.2 抗剝落劑和纖維穩(wěn)定劑
抗剝落劑選用無(wú)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(guó)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(jiàn)表1。
表1 試驗(yàn)用瀝青混合料合成級(jí)配通過(guò)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(cè)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(cè)試瀝青含量和級(jí)配分析，另3個(gè)子樣用離心抽提法測(cè)定瀝青含量和級(jí)配分析。
5 試驗(yàn)結(jié)果分析
通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明，燃燒法測(cè)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(méi)有明顯變化，通過(guò)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(shuō)明燃燒后的礦料級(jí)配與校準(zhǔn)級(jí)配偏差值沒(méi)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(cè)量瀝青含量和級(jí)配都具有較低的測(cè)量偏差和較高的度，符合美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《燃燒法測(cè)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(jiàn)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(cè)的的瀝青含量值雖然都符合國(guó)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(cè)試的值相比偏差大、精度低。
表2 不同試驗(yàn)方法所測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定瀝青混合料含量作為一種新型試驗(yàn)方法在國(guó)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(guó)國(guó)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(guó)目前尚無(wú)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(jiǎn)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(cè)人員在現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(méi)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(wèn)題表明燃燒法具有取代離心法的極大潛力，有一些國(guó)家離心抽提法將要取消。
