小议沥青混合料中沥青含量测定方法

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　　摘要：随着我国公路等级的提高，沥青路面已成为高等级道路路面中占主要地位的路面结构。为了提高我国沥青路面的质量水平，修筑优质沥青路面，在施工过程中及时地对沥青结合料的性质进行准确检验具有较大的现实意义。本文笔者根据几年公路施工、试验检测实践及规程，对各种试验方法的特点及适用情况逐一分析，供同行参考。
　　 关键词：沥青混合料；含量测定方法；比较分析
　　Abstract: along with the highway levels increase, asphalt pavement has become a high grade road pavement predominant in the pavement structure. In order to promote the quality level of the asphalt pavement, asphalt pavement construction quality, in the construction of asphalt in time with the nature of the material accurate inspection has a great practical significance. This paper according to the years of highway construction, test practice and procedures for all kinds of test method of characteristics and applicable case by analysis, refers for the colleague.
　　Keywords: asphalt mixture; The content determination methods; Comparative analysis
　　
　　
　　 中图分类号：P632+.6文献标识码：A 文章编号：
　　
　　 前言
　　 沥青混合料的沥青含量试验是检验拌和机拌制的沥青混合料或从挖（钻）取的各种沥青路面试样中的沥青含量及矿料颗粒组成是构成沥青路面质量的一个极其主要的因素，它既可以检验混合料拌和机的工作情况，又可以作为判断混合料质量的依据。近几年，随着我公司沥青路面试验检测业务的不断增加，若不能及时准确地测出沥青混合料的油石比（沥青含量）和级配，并对沥青混合料的质量作出鉴定，那么试验检测工作就不能及时有效的指导施工生产，就有可能造成大批不合格混合料生产出厂，给沥青路面造成隐患，使沥青路面过早的出现病害，给施工单位造成经济损失。
　　 沥青混合料沥青含量试验的测定方法根据试验的原理不同，可以分为抽提法、比色法、射线法和烧灼法四种类型。
　　 1抽提法
　　抽提法就是将沥青从混合物中提取分离出来，测出其质量。
　　按Pb=（m-ma）/m或Pa=（m-ma）/ma
　　式中：Pb：沥青混合料中沥青含量%
　　 Pa：沥青混合料的油石比
　　 m：沥青混合料的总质量（g）
　　 ma：抽提后矿料的质量（g）
　　此类型按试验设备不同又分为以下四种方法：
　　 1.1冲洗法：
　　 将苯或三氯乙烯或其它有机溶剂倒入盛有定量沥青混合料的容器中，使沥青溶于苯液中，充分搅拌后，放置沉淀几分钟，然后慢慢将含有沥青的苯溶液倒掉，重新向容器中倒入溶剂，重复上述步骤，直到倒出的溶液为无色为止，然后将矿料烘干称重并筛分，计算沥青含量或油石比和级配。这种方法的优点是简单、快速（约30-40分钟），不需太多的试验设备。缺点是洗涤沥青过程中易将混合料中的石粉洗去一部分，试验精度较低且不安全，一般用于缺乏设备的低等级路施工中的沥青含量的测定。
　　这种方法可进一步改进，采用三氯乙烯做溶剂，将淘洗后的溶剂慢慢倒入另一个带盖容器内，每次将溶有沥青的溶剂倒入后应迅速将容器盖盖上，以免溶剂挥发。如此反复淘洗，直至倒出的溶液是淡黄色为止，将洗净的矿料烘干称重（m1），再将所有溶有沥青的抽提液（溶液）倒入量筒中，准确定量到mL（Va），然后充分拌匀抽提液，取出10mL（Vb）放入坩锅中，在热浴中或电炉中适当加热时溶液试样变成暗黑色，置高温炉（500~600℃）中烧成残渣，取出坩锅冷却，向坩锅中按每一克残渣5mL的用量比例，注入碳酸胺饱和溶液，静置一小时放入105±5℃烘箱中干燥，取出放入干燥器冷却后，称取残渣质量（m3）。
　　按下式计算溶液中的矿粉质量：
　　 m2=m3*Va/vb
　　式中：m2为混入三氯乙烯的矿粉质量
　　将洗净烘干的试样质量加上m2按下式计算沥青含量：
　　沥青含量（%）=[m0-（m1+m2）]/m0
　　油石比（%）=[m0-（m1+m2）]/（m1+m2）
　　式中：m0为称取的沥青混合料的总质量（g）
　　 改进后的试验精度提高了，但试验时间延长至2小时左右。笔者经过十几次与离心抽提仪进行对比试验，改进后的试验结果与离心抽提仪试验结果平行试验误差一般在+0.2%―-0.2%左右，满足精度要求。此方法主要是在离心抽提议出现故障时，或同时抽提几台拌和机所拌混合料，而抽提仪只有一台忙不过来时使用。
　　 1.2离心抽提法：
　　 此法是我公司使用最多的一种方法，原理是1000-1500克左右（粗粒式沥青混合料用高限，中粒式沥青用中限，细粒式用低限）的定量沥青混合料置于仪器旋转锅（离心分离器）内，向分离器内注入三氯乙烯，使溶剂浸没试样，记录溶剂用量，将已称重的圆环形洁净滤纸垫装在分离器边缘上，加盖坚固，在分离器出口放置回收瓶，上口应注意密封，防止流出，开动离心器，使盛有试样的离心器转速逐渐增至3000r/min。在离心作用下，被溶解的沥青与溶剂一起透过滤纸被甩出，然后再加入溶剂。如此反复直至流出的溶液呈清彻的淡黄色为止。一般约需4―5次用此方法抽提的沥青溶液中，不可能不混入少量的能通过滤纸的细矿粉成份。为精确测定沥青含量，在用压力过滤器时，可用燃烧法测定具体方法，详见《公路工程沥青和沥青混合料试验规程》。在实际使用时同一种混合料用同台仪器测定的矿粉泄漏情况变化不大时，也可以不必每一次都进行此项测定，而参考已有数据作少量修正，此法一次试验需要30-40min，如要测泄漏抽提液中矿粉共约1.5-2小时，这种方法具有样品最大，精度较高、时间也比较短，试验结果代表性好的优点。
　　 1.3电热抽提仪法（回流式沥青抽提仪）：
　　 此法是将1000g沥青试样轻轻放入钢筛筒的滤纸筒内挂入抽提筒柱上，接上（水）冷凝器，加热筒底部的苯产生上升白苯蒸气，在冷凝器内凝结滴入混合料中，溶解了沥青的苯溶液，流回筒底部，再加热蒸发，如此反复直至将混合料中的沥青全部洗出。详见JTJ052-93《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。这种方法的精度较高，流出的沥青经蒸馏除苯后可对沥青性质进行测定，但试验所需时间长，一般约需9-12小时，不能及时有效的指导沥青混合料的生产，多用于沥青路面的试验研究和检查验收。这种方法泄漏入抽提仪中的矿粉数量较之离心法更多，必须测定抽提仪中矿粉含量。
　　 1.4脂肪抽提仪法（素克斯抽提仪法）：
　　 此法的原理与回流式抽提仪法（电热抽提仪法）基本相同，试验方法详见JTJ052-93《公路工程沥青混合料试验规程》。它是利用医学研究中的脂肪抽提法作为试验仪器，试验时间较之电热抽提仪法短，一般约需3-5小时，是以前一种比较广泛应用的方法。但我国一直未解决用于此法的滤纸筒，用滤纸卷成筒做试验时，矿粉泄漏也很严重，且受仪器构造限制，每次试验只能对200-300g沥青混合料测定，往往缺乏代表性，尤其是粗粒式沥青混合料，沥青含量偏差太大，只适用于细粒式沥青混合料中沥青含量的测定，且必须对泄漏提液中的矿粉进行测定，所需时间较长。

　　 2射线法
　　射线法是利用放射性元素测定沥青含量的方法，原理与核子密度仪相同，仪器由Hm241:BE快中子探测器，微处理机组成。放射源发生的高能中子与沥青混合料中的氢原子碰撞后被减速慢化，从快中子被慢化的程度按标定的曲线，计算混合料中的沥青含量。目前使用此方法操作简单、方便快捷，只需4分钟就可以得出测定结果，且取样较大，代表性强，不存在测定时矿粉损失对结果的影响问题，精度较高，适用于大型沥青拌和站的质量控制。不足之处是它只能测定出沥青含量，不能同时测出矿粉级配。且只适用粘稠石油沥青。使用时应注意不同标号品种的沥青，要对仪器进行标定。该法受环境影响较大，挪动地点必须重新标定，操作人员必须进行培训，持证上岗，试验时做好防护，严格遵守操作规程，经常对仪器进行放射性安全鉴定。
　　 3光线比色法
　　 比色法的理论依据是“朗伯-比耳”定律，即“光通过有色液体时，通过光的强度与有色溶液的溶度和液层的溶度成正比。”应用这一原理，将不同沥青含量的苯溶液在相同厚度的情况下，用不同光源照射，将透过的光分别照射到同一光电池上，就会产生不同数值的光电压，其值随沥青含量的增加而减少。因此，对一定数量的沥青含量系列光电压标准进行比较，就可以确定出沥青混合料的油石比。此法测出精度较差，所需样点数量少，代表性差，未列入JTJ052-93《公路工程沥青混合料试验规程》。但由于此方法使用方便、快捷，且可自动打印和显示油比测试结果，测一个结果约需15min，便于施工沥青含量的控制。
　　 常用几种沥青含量测定结果比较
　　
　　
　　
　　以上从试验原理与仪器的适用度方面对目前沥青混合料的沥青含量测定的几种方法进行了比较分析。笔者认为沥青含量试验仪器应选择快速、精确的仪器，以满足试验数据指导控制施工生产要求。如射线法、离心式抽提法都能适应这种要求。在沥青路面，尤其是高等级公路施工中，由于对沥青混合料质量要求高。为切实保证质量信息及时性、准确性、最好选用射线法与离心式抽提仪相结合的方法，既迅速测定沥青含量又能准确测定混合料的级配，对于施工生产具有更直接的指导意义。
　　 结语
　　现在许多单位均采用氯经物溶剂抽提来测定沥青含量和矿物级配两项重要指标，但是由于抽提用的溶剂价格很贵，处理困难，且不安全，对身体和环境均有影响，国际上有一些国家已规定不得使用此类溶剂。有的国家正在研究新型生物溶剂来替代现有溶剂，至今尚未成功。但沥青试验仪器的发展正在朝快速、精确、对人身环境影响小的方向发展。
　　
　　参考文献
　　 JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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