燃燒法與離心法測定瀝青混合料中瀝青含量試驗研究

          〔提  要〕簡要介紹瀝青混合料中瀝青含量檢測方法`試驗結果

                       分析及試驗度要求，確定瀝青含量的修正系數。

1 概述

  瀝青混合料中的瀝青含量對其熱穩定性能存在著明顯的影響，是瀝青混合料配合比設計和施工控制的一個重要指標。當瀝青用量過少時，集料表面瀝青膜過薄，混合料呈干枯狀而缺乏足夠的粘結力，不能形成高的強度，穩定度不高。增加瀝青用量，混合料粘結力增強，穩定度隨之提高，然而當瀝青用量進一步增加，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位移,從而降低穩定度，產生擁包和車轍。如何準確、真實地反映施工生產過程中瀝青混合料的瀝青含量是每位瀝青試驗檢測人員應盡的責任，瀝青含量的準確可靠性也對瀝青混合料質量控制起到了指導的作用，近年來我國對瀝青含量試驗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，根據瀝青混合料燃燒前和燃燒后剩余礦物的質量差可以計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）以評定瀝青拌和廠產品質量，抽提的瀝青溶液可用于回收瀝青，以評定瀝青的老化性質，抽提后的礦料用于混合料級配分析。

3 瀝青混合料的材料組成

3.1 結合料

  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%。

  纖維穩定劑摻用德國進口顆粒木質素纖維（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地堅硬耐磨的花崗巖軌制成的碎石，細集料為閩江中偏細砂（細度模數為2.0），填料為石灰巖磨細得到的礦粉，其合成級配見表1。

表1   試驗用瀝青混合料合成級配通過率（%）

4 瀝青混合料的拌制及試驗件的制備

4.1 瀝青混合料的拌和

  用干燥的礦料每一粒級以表1級配要求準確稱取集料用量（準確度為1g）加熱拌和，為不使校準試樣瀝青含量產生偏差，首先對瀝青混合拌和機的攪拌鍋進行處理，使其符合要求，處理方法是按設計的瀝青含量攪拌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。試驗中分別以AC-25、AC-16、AC-13、SMA-13四種混合料為研究對象，對每一類型混合料分別取三組不同級配，不同瀝青含量共12組試樣；每組試樣以同級配、同瀝青含量拌制6個子樣，3個子樣用以燃燒法測試瀝青含量和級配分析，另3個子樣用離心抽提法測定瀝青含量和級配分析。

5 試驗結果分析

  通過試驗結果表明，燃燒法測量瀝青含量平均值與校準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%同時也顯示燃燒法試驗后剩余礦料級配沒有明顯變化，通過計算HMA混合料的修正系數為0.10，而SMA混合料的修正系數為0.04。這是因為SMA摻入0.04%的木質素纖維被燃盡，故SMA與HMA混合料的瀝青含量之差為0.04。試驗結果說明燃燒后的礦料級配與校準級配偏差值沒有向人們所擔心的那樣石料經燃燒會崩解破碎。級配分析與校準級配的偏差范圍在-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配都具有較低的測量偏差和較高的度，符合美國標準《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，可見采用燃燒法設備性能穩定，重復性良好。

  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行業標準《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JGJ05-2002）的有關規定。但與燃燒法測試的值相比偏差大、精度低。

表2   不同試驗方法所測瀝青含量的度

6 結論

  燃燒法測定瀝青混合料含量作為一種新型試驗方法在國外已得到普遍推廣應用，對于這種試驗方法的度和精密度，美國國家瀝青技術中心（NCAT）組織了規模的試驗研究，在此基礎上1998年和1999年ASTM和AASHTO制定了這種試驗方法正式試驗標準，我國目前尚無正式標準，建議有關技術主管部門對這種試驗方法組織開展試驗研究，并制定相應的試驗標準。

  燃燒法試驗操作簡單方便，比離心抽提法所需的時間短、安全、適合于對瀝青混合料生產質量進行實時監控，試驗開始時僅需試驗檢測人員在現場輸入試樣初始質量和校準系數，試驗進行時不需要試驗人員在現場且對試驗的成本降低。

  燃燒法不需要使用三氯乙烯溶劑，有利于社會環境的保護和有利于操作人員身體健康。不需要處理危險溶劑的相關費用。采用燃燒法試驗后剩余礦料級配沒有明顯變化，燃燒試驗后剩余礦料*可以用于瀝青混合料的級配分析，試驗的精度偏差與離心法抽提后的級配分析相當。

  綜上所述燃燒法的優點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。