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)，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)瀝青混合料控制起到了指導(dǎo)的作用。
2 測(cè)定瀝青混合料中瀝青含量的方法介紹
瀝青混合料中瀝青含量的檢測(cè)方法根據(jù)試驗(yàn)的原理不同，可以分為射線法、比色法、抽提法和燃燒
法四種類(lèi)型。
2． 1 射線法
射線法是利用放射性元素測(cè)定瀝青含量的方法，原理與核子密度儀相同，發(fā)射源發(fā)生的高能中子與瀝青混合料中的氫原子碰撞后被減速慢化，從快中子被慢化的程度按標(biāo)定的曲線計(jì)算混合料中的瀝青含量。使用此方法操作簡(jiǎn)單、方便快捷，只需
4min 就可以得出測(cè)定結(jié)果，且取樣較大，代表性強(qiáng)，不存在測(cè)定時(shí)礦粉損失對(duì)結(jié)果的影響問(wèn)題，精度較高，適用于大型瀝青拌和站的質(zhì)量控制。不足之處是它只能測(cè)定出瀝青含量，不能同時(shí)測(cè)出礦料級(jí)配，而且只適用粘稠石油瀝青。由于該方法受環(huán)境影響較大，挪動(dòng)地點(diǎn)必須重新標(biāo)定，放射性元素若未做好防護(hù)會(huì)對(duì)操作人員身體造成傷害，所以該方法目前
不被采用。
2． 2 光線比色法比色法的理論依據(jù)是“朗伯 － 比耳”定律，即
“光通過(guò)有色液體時(shí)，通過(guò)光的強(qiáng)度與有色溶劑的溶度成正比。”應(yīng)用這一原理，將不同瀝青含量的苯
溶液在相同厚度的情況下，用不同光源照射，將透過(guò)的光分別照射到同一光電池上，就會(huì)產(chǎn)生不同數(shù)值的光電壓，其值隨瀝青含量的增加而減少。因此，對(duì)
一定數(shù)量的瀝青含量系列光電壓標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，就
可以確定出瀝青混合料的油石比。此方法使用方便、快捷，且可自動(dòng)打印和顯示油石比測(cè)定結(jié)果，測(cè)
一個(gè)結(jié)果約需 15min，便于施工瀝青含量的控制，但
由于此法測(cè)出精確度較差，未列入 JTJ052 － 2000
《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》。
2． 3 抽提法
抽提法是將瀝青從瀝青混合料中溶解分離出來(lái)，通過(guò)混合料質(zhì)量差而求算瀝青含量，從而可以得到兩個(gè)重要的參數(shù): 瀝青含量和集料級(jí)配。抽提法包括沖洗法、離心抽提法、電熱抽提法( 回流式瀝青抽提儀) 和脂肪抽提器法( 索克斯里抽提儀) ，其中離心抽提法為**常見(jiàn)方法。
2． 3． 1 離心式瀝青抽提儀
我院檢測(cè)中心使用的離心式瀝青抽提儀為北京蘭航產(chǎn) CT － 3 型離心式瀝青抽提儀，原理是將 1 ～1． 5kg 瀝青混合料置于儀器旋轉(zhuǎn)鍋 ( 離心分離器)
內(nèi)，向分離器內(nèi)注入三氯乙烯，使溶劑浸沒(méi)試樣，記
錄溶劑用量，將已稱重圓環(huán)形潔凈濾紙墊裝在分離器邊緣上，加蓋堅(jiān)固，在分離器出口放置回收瓶，上
口應(yīng)注意密封，防止流出，開(kāi)動(dòng)離心器，使盛有試樣的離心器轉(zhuǎn)速逐漸增** 3000r /min。在離心的作用下，被溶解的瀝青與溶劑一起透過(guò)濾紙被甩出，然后再加入溶劑，如此反復(fù)直**流出的溶液呈清澈的淡黃色為止，一般約需 4 ～ 5 次。該方法的優(yōu)點(diǎn)是操作相對(duì)簡(jiǎn)單，儀器輕便，不需要配置大功率電源設(shè)備。
缺點(diǎn)是影響試驗(yàn)精度的環(huán)節(jié)較多，一部分礦粉被當(dāng) 做瀝青隨殘液排出，致使所測(cè)瀝青含量偏高而且數(shù) 值不易確定，所測(cè)結(jié)果與約定真值誤差較大; 該方法 使用的溶劑為三氯乙烯，此溶劑是一種化工原料，具 有一定的毒性和揮發(fā)性，使用后難以處理，不利于環(huán) 境保護(hù)和安全生產(chǎn)，另外試驗(yàn)所需時(shí)間較長(zhǎng)( 大約 需要 2h) ，且儀器不能自動(dòng)烘干，集料需取出另行烘 干后進(jìn)行礦料篩分稱量，操作較為麻煩。 2． 3． 2 德G 20 － 1100 型瀝青混合料分析器 德G 20 － 1100 型瀝青混合料分析器于今年由 我院科研開(kāi)發(fā)中心引進(jìn)，該設(shè)備由德G贏華泰檢測(cè) 技術(shù)有限公司( infra Test Pruftechnik GmbH) 生產(chǎn)， 按照歐盟委員會(huì)機(jī)器指示 89 /392 /EEC，附件ⅡA 標(biāo) 準(zhǔn) ( EC Machinery Directive 89 /392 /EEC，Annex Ⅱ A) 設(shè)計(jì)制造。該儀器原理是在一個(gè)完全密閉的系 統(tǒng)里，利用非易燃溶劑( 三氯乙烯) 提取并確定瀝青 混合料中的瀝青含量。shou先，將混合料稱重( 不超 過(guò) 3． 5kg) ，裝入一個(gè)篩筒中，將篩筒放入清洗倉(cāng)。 隨后利用溶劑和超聲波進(jìn)行清洗，清洗周期次數(shù)可 根據(jù)混合料類(lèi)型預(yù)設(shè)。清洗時(shí)，礦料仍留在篩筒中， 而瀝青、溶劑以及礦粉則被分離到相連的離心機(jī)中， 經(jīng)過(guò)離心分離，礦粉留在離心機(jī)內(nèi)的杯狀容器中，而 瀝青和溶劑則流向另一個(gè)還原裝置中進(jìn)行分離，復(fù) 原后的溶劑可以重復(fù)使用。清洗完成之后，石料和 粉末狀充填物將被自動(dòng)烘干。 該方法的優(yōu)點(diǎn): ( 1) 試驗(yàn)所需時(shí)間較短，提取所需運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間( 包 括烘干在內(nèi)) 大約 35 ～ 45min。 ( 2) 溶劑消耗少，儀器配有自動(dòng)冷卻回收循環(huán) 系統(tǒng)，將混合液中的溶劑在蒸餾倉(cāng)中蒸餾，經(jīng)冷卻裝 置冷卻回收**倉(cāng)中，以備下次使用，這樣不僅節(jié)約了 成本，更避免了溶劑對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)踐證明，溶劑 的損耗量小于 50ml。 ( 3) 試驗(yàn)精度高，不僅能精確地測(cè)量混合料中 的瀝青含量，還能準(zhǔn)確地測(cè)量混合料中的礦料摻量。 ( 4) 自動(dòng)化程度高，將混合料放入儀器后，整個(gè) 試驗(yàn)過(guò)程由儀器自帶程序控制完成，無(wú)需工作人員 現(xiàn)場(chǎng)守候。 該設(shè)備缺點(diǎn)是操作面板還未漢字化，我G試驗(yàn) 初學(xué)者有一定難度。 2． 4 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。我檢測(cè)中心所用儀器為 NCAT( 美G 瀝青技術(shù)中心) 燃燒法瀝青含量測(cè)試儀，該儀器主 要由燃燒爐、燃燒爐內(nèi)置電子天平和電腦控制系統(tǒng) 組成，利用瀝青可以燃燒、而集料不能燃燒的原理通 過(guò)紅外線加熱，使瀝青混合料中的瀝青完全燃燒。 燃燒法具有以下幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn): ( 1) 自動(dòng)化程度高。只需將一定質(zhì)量的瀝青混 合料放入燃燒爐內(nèi)，開(kāi)啟控制系統(tǒng)后，從整個(gè)試驗(yàn)過(guò) 程的監(jiān)控到報(bào)告打印均可自動(dòng)完成。 ( 2) 快捷。在爐溫達(dá)到要求設(shè)定溫度后，完成 一次試驗(yàn)一般不超過(guò)一小時(shí)，能夠及時(shí)有效地指導(dǎo) 施工，適用于施工、監(jiān)理以及各級(jí)質(zhì)檢機(jī)構(gòu)做仲裁檢 驗(yàn)。 ( 3) 精密度、準(zhǔn)確度高。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)化 程度高，人為影響因素少，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果精密度高， 離散性小; 試驗(yàn)環(huán)節(jié)中主要影響因素是集料的燒失 量，對(duì)于同一種材質(zhì)相同級(jí)配的混合料，其燒失量在 相同溫度下可看做一常數(shù)，做為修正系數(shù)使用。 ( 4) 有利于環(huán)境保護(hù)。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)和操作人員身體 健康，同時(shí)也節(jié)約了處理危險(xiǎn)溶劑的相關(guān)費(fèi)用。 ( 5) 方便后續(xù)工作。采用該方法試驗(yàn)后剩余礦 料級(jí)配沒(méi)有明顯變化，燃燒試驗(yàn)后剩余礦料可以直 接用于瀝青混合料的級(jí)配分析。 設(shè)備較為昂貴，檢驗(yàn)成本高和耗電量大，需要有 相應(yīng)的配電能力是燃燒法的主要缺點(diǎn)。 3 試驗(yàn)分析比較 就常用的離心式瀝青抽提儀、燃燒法瀝青含量 測(cè)試儀以及我院剛引進(jìn)的德G 20 － 1100 型瀝青混 合料分析器三種設(shè)備針對(duì)三種級(jí)配類(lèi)型的瀝青混合 料進(jìn)行試驗(yàn)分析。 3． 1 級(jí)配類(lèi)型及原材料摻配比例的確定 結(jié)合我省高速公路常用的級(jí)配類(lèi)型，本次試驗(yàn) 采用 ATB25、LAC25、SMA － 13L 三種級(jí)配類(lèi)型作為 研究對(duì)象。試驗(yàn)所用的原材料各種試驗(yàn)參數(shù)均符合 JTG F40 － 2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對(duì) 其各自的要求，在此不再說(shuō)明。所用原材料產(chǎn)地以 及摻入比例詳見(jiàn)表 1、表 2。按照表 1、表 2 中各種原 材料比例進(jìn)行摻配，所得到的三種級(jí)配類(lèi)型的合成 級(jí)配詳見(jiàn)表 3。 3． 2 瀝青混合料的拌和 按照上述表中提供的礦料級(jí)配及瀝青用量，在
室內(nèi)采用小型拌和鍋進(jìn)行瀝青混合料拌制，shou先將干燥的礦料每一粒級(jí)以表 3 的級(jí)配要求準(zhǔn)確稱量
( 準(zhǔn)確** 1g) 加熱拌和，依次加入瀝青和礦粉，對(duì)于
SMA － 13L 級(jí)配預(yù)先將纖維和集料一起提前拌和均
勻，拌制方法嚴(yán)格按照 T0702 － 2000 規(guī)定的粘稠石油瀝青或煤瀝青混合料拌和方法進(jìn)行。同時(shí)，為不使校準(zhǔn)試樣瀝青含量產(chǎn)生偏差，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，之后拌制的混合料用于試驗(yàn)。每個(gè)級(jí)配按照相同的瀝青含量拌制
9 個(gè)試樣，每種儀器采用 3 個(gè)試樣進(jìn)行瀝青混合料瀝青含量抽提試驗(yàn)。
3． 3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分別采用北京蘭航產(chǎn) CT － 3 型離心式瀝青抽
提儀、德G 20 － 1100 型瀝青混合料分析器、NCAT
( 美G瀝青技術(shù)中心) 燃燒法瀝青含量測(cè)試儀( 表 4
和表 5 中將此三種儀器分別簡(jiǎn)寫(xiě)成離心式瀝青抽提儀、混合料分析器、混合料燃燒儀) 將拌制好的瀝青混合料進(jìn)行瀝青含量抽提試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 4、表
5 所示。
3． 4 試驗(yàn)結(jié)果分析
3． 4． 1 瀝青含量誤差分析
由表 4 可看出 3 種儀器的試驗(yàn)誤差分別為: 北
京蘭航產(chǎn) CT － 3 型離心式瀝青抽提儀試驗(yàn)誤差為
0. 26% ～ 0． 43% 、德G 20 － 1100 型瀝青混合料分析
器試驗(yàn)誤差為 － 0． 07% ～ － 0． 12% 、NCAT( 美G瀝青技術(shù)中心) 燃燒法瀝青含量測(cè)試儀試驗(yàn)誤差為
0. 19 ～ 0． 28% ，可以明顯看出采用德G 20 － 1100 型
瀝青混合料分析器進(jìn)行瀝青混合料瀝青含量抽提試驗(yàn)所得結(jié)果，與試驗(yàn)前混合料瀝青含量**為接近，誤
差**小，精度**高，根據(jù) JTG F40 － 2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中表 11． 4． 4( 熱拌瀝青混合料的頻度和質(zhì)量要求表) 對(duì)熱拌瀝青混合料瀝青用量
允許偏差的要求“采用抽提試驗(yàn)方法檢測(cè)瀝青混合料瀝青用量時(shí)，高速公路、一級(jí)公路用瀝青含量允許偏差為 ± 0． 3% ，其他等級(jí)公路為 ± 0． 4% ”的要求，可見(jiàn)德G 20 － 1100 型瀝青混合料分析器能夠更好地滿足高速公路瀝青混合料瀝青含量試驗(yàn)檢測(cè)的需
要。
3． 4． 2 礦料級(jí)配誤差分析
通過(guò)表 5 可以看出，采用此三種儀器進(jìn)行試驗(yàn)，所得到的礦料級(jí)配誤差影響主要集中在礦粉比例上，即從 0． 075mm 篩孔通過(guò)量可看出三種儀器設(shè)備試驗(yàn)后與試驗(yàn)前級(jí)配誤差大小依次為北京蘭航產(chǎn)
CT － 3 型離心式瀝青抽提儀 ＞ NCAT( 美G瀝青技術(shù)中心) 燃燒法瀝青含量測(cè)試儀 ＞ 德G 20 － 1100 型瀝青混合料分析器，試驗(yàn)對(duì)比后可見(jiàn)，德G 20 － 1100
型瀝青混合料分析器對(duì)礦料級(jí)配影響不大。
3． 4． 3 綜合分析
采用北京蘭航產(chǎn) CT － 3 型離心式瀝青抽提儀進(jìn)行試驗(yàn)所產(chǎn)生的誤差**大，主要是由于試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)設(shè)備及人為操作影響誤差決定，試驗(yàn)過(guò)程中肯定會(huì)有部分礦粉流入混合液中，而瀝青含量是由混合料質(zhì)量差求算得到，集料和礦粉總質(zhì)量減少，從
而導(dǎo)致瀝青含量的增加，試驗(yàn)結(jié)果也同時(shí)證實(shí)了這一點(diǎn)。德G 20 － 1100 型瀝青混合料分析器之所以具有高精度標(biāo)準(zhǔn)，主要是由于自身的工作原理決定的，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程在一個(gè)密閉的空間中進(jìn)行，溶劑、瀝青和礦粉經(jīng)過(guò)分離后直接進(jìn)入離心杯中，離心杯沒(méi)有空隙，瀝青混合液經(jīng)過(guò)離心作用，只能通過(guò)杯口進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，而礦粉留在了離心杯中，我院所采購(gòu)的該設(shè)備是標(biāo)準(zhǔn)配置，**多可容納礦粉 200g，此規(guī)定就是為了防止過(guò)多礦粉流入瀝青混合液，被計(jì)入瀝青含量，從而增加了瀝青含量。該設(shè)備所產(chǎn)生的誤差是: 試驗(yàn)過(guò)程中瀝青混合液是否清澈透明是由
人為主觀感覺(jué)所判斷，這樣會(huì)使微量瀝青留在礦料中，導(dǎo)致礦料含量增加，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，瀝青含量誤差均在 － 0． 1% ，而礦料級(jí)配中 0． 3mm、 0. 15mm、0． 075mm 篩孔通過(guò)率均略有增加。NCAT
( 美G瀝青技術(shù)中心) 燃燒法瀝青含量測(cè)試儀主要誤差還是集料的燒失量( 對(duì)于 SMA － 13L 級(jí)配所加入的木質(zhì)纖維素肯定也在高溫情況下被燒盡) ，該
誤差已被計(jì)入系統(tǒng)誤差，對(duì)于同一級(jí)配類(lèi)型同一種材質(zhì)的瀝青混合料，該燒失量均作為瀝青含量修正
系數(shù)看待。
4 結(jié)論
本文詳細(xì)介紹了求取瀝青混合料中瀝青含量及礦料級(jí)配的幾種試驗(yàn)方法，就普遍采用的離心式瀝
青抽提儀、燃燒法瀝青含量測(cè)試儀及新引進(jìn)的德G
20 － 1100 型瀝青混合料分析器三種試驗(yàn)儀器，對(duì)三種級(jí)配類(lèi)型瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)分析比較，結(jié)果證明德G 20 － 1100 型瀝青混合料分析器較其他兩種試驗(yàn)儀器具有較高的精確度。目前由于試驗(yàn)誤差較大，試驗(yàn)過(guò)程中使用有機(jī)溶劑不利于環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)，離心式瀝青抽提儀在我省的高速公路建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用較少; 燃燒法瀝青含量測(cè)試儀，因其方便快捷、精確度較高等優(yōu)點(diǎn)，被普遍應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中，而德G 20 － 1100 型瀝青混合料分析器剛剛被引進(jìn)，主要用于科學(xué)研究，其智能化、高精確度等優(yōu)點(diǎn)有望得到廣泛認(rèn)可和大力推廣。
