燃燒法檢測(cè)瀝青含量

1、燃燒法瀝青含量測(cè)試1 前言美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心（NCAT在九十年代初開(kāi)始研究用燃燒法測(cè)量瀝青混合料的瀝青含量，并研制了燃燒法瀝青含量測(cè)試儀。美英兩國(guó)均有廠家生產(chǎn)燃燒法瀝青含量測(cè)試儀。我國(guó)從九十年代后期開(kāi)始引進(jìn)這種設(shè)備用于公路檢測(cè)和科研教學(xué)。我國(guó)也有廠家生產(chǎn)出了燃燒法瀝青含量測(cè)試儀。因?yàn)檫@種測(cè)試方法在國(guó)外普及時(shí)間不長(zhǎng)，在我國(guó)剛剛引進(jìn)，不少人對(duì)這種測(cè)試方法有種種疑問(wèn)也完全是正常的。如有的認(rèn)為簡(jiǎn)單方便，有的認(rèn)為根本不行，并發(fā)現(xiàn)有些石料經(jīng)燃燒后有崩解破碎等情況?，F(xiàn)根據(jù)我們對(duì)國(guó)外有關(guān)資料的研究和研制燃燒法瀝青含量測(cè)試儀的體會(huì)對(duì)燃燒法測(cè)量瀝青含量的試驗(yàn)方法和測(cè)試設(shè)備作一介紹。其實(shí)這種試驗(yàn)方法在國(guó)外推廣初期

2、，我們上述疑問(wèn)同樣是存在的。 為此美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心于1996 年完成了燃燒法測(cè)量瀝青含量的 Round-Robin 研究。 美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心選擇遍布美國(guó)12個(gè)獨(dú)立試驗(yàn)室，每個(gè)試驗(yàn)室由美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心提供一套燃燒法瀝青含量測(cè)試儀和試驗(yàn)樣品。每個(gè)試驗(yàn)室按照美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心編制的試驗(yàn)大綱進(jìn)行四種類(lèi)型熱拌瀝青混合料各四個(gè)試樣的試驗(yàn)。各個(gè)試驗(yàn)室將測(cè)量的瀝青含量、通過(guò)4.75mm篩網(wǎng)百分比和通過(guò)75micron 篩網(wǎng)百分比各16 組數(shù)據(jù)返回美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心。由美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出此種試驗(yàn)方法測(cè)量瀝青含量、通過(guò)4.75mm篩網(wǎng)百分比和通過(guò)75micron篩網(wǎng)百分的

3、 精確度和精密度。為統(tǒng)一試驗(yàn)方法 ASTM口 AASHTOb別于1998年和1999年發(fā)布 了燃燒法測(cè)量瀝青含量的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) ASTM D6307-98和AASHTO T308-99。2 .試驗(yàn)原理燃燒法測(cè)量熱拌瀝青混合料中瀝青結(jié)合料含量的方法是將熱拌瀝青混合料放入538c的燃燒爐中，瀝青結(jié)合料被燃燒。根據(jù)混合料 燃燒前和燃燒后的質(zhì)量差可以計(jì)算混合料中的瀝青含量。燃燒后剩余 的集料可用于級(jí)配分析。因?yàn)闉r青含量表示為除濕后混合料質(zhì)量的百分比，如果混合料發(fā)硬或受潮應(yīng)將混合料放入 110邙C （ASTMD6307-98要求）或125邙C（AASHTO T308-9緩求）烘箱中加熱，以去除混合料中水

4、分。美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心（NCAT研究表明大多數(shù)混合料最適宜的 燃燒溫度是538C ,較高的試驗(yàn)溫度增加大多數(shù)混合料中礦料的質(zhì)量 損失，較低的試驗(yàn)溫度增加試驗(yàn)時(shí)間。試樣也允許在略低于538 c放入燃燒爐，因?yàn)樵嚇右坏╅_(kāi)始燃燒，燃燒爐的溫度將很快達(dá)到要求溫 度。在試驗(yàn)的燃燒階段，燃燒爐的溫度一般都要超過(guò)設(shè)定溫度。溫度 超過(guò)的范圍取決于試樣的質(zhì)量和瀝青結(jié)合料的含量。試驗(yàn)樣品質(zhì)量取決于熱拌瀝青混合料中礦料的最大名義尺寸，可參照表1所要求的質(zhì)量準(zhǔn)備試樣。表1試樣質(zhì)量集料最大名義尺寸mm篩網(wǎng)尺寸試樣最小質(zhì)量， 克4.75No. 412009.53/8 in120012.51/2 in150019.03/

5、4 in200025.01 in300037.51 1/2 in4000在燃燒試驗(yàn)期間，對(duì)于大多礦料通常都要損失一些質(zhì)量 （通常小 于0.4%）。測(cè)量的熱拌瀝青混合料在燃燒試驗(yàn)期間的質(zhì)量損失由瀝青 結(jié)合料的質(zhì)量損失和集料的質(zhì)量損失組成。 從測(cè)量的總質(zhì)量損失中減 去集料的質(zhì)量損失后才是瀝青結(jié)合料的質(zhì)量損失。 根據(jù)瀝青結(jié)合料的 質(zhì)量損失和燃燒試驗(yàn)前熱拌瀝青混合料的質(zhì)量即可計(jì)算出瀝青含量 或油石比。為提高這種試驗(yàn)方法的測(cè)量精確度， 應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)以測(cè) 量出每種類(lèi)型礦料在相同試驗(yàn)條件下的質(zhì)量損失并計(jì)算出每種類(lèi)型 礦料的校準(zhǔn)系數(shù)。3 .校準(zhǔn)燃燒法測(cè)量熱拌瀝青混合料瀝青含量的結(jié)果可能受混合料中礦料類(lèi)型的影

6、響。為提高瀝青含量測(cè)量精確度，對(duì)每種類(lèi)型的混合料都 應(yīng)進(jìn)行一組校準(zhǔn)試樣試驗(yàn)，以確定這種混合料的校準(zhǔn)系數(shù)。校準(zhǔn)試驗(yàn) 應(yīng)在所承接試驗(yàn)進(jìn)行前完成。每次混合料成分或級(jí)配設(shè)計(jì)有變化時(shí)， 都應(yīng)進(jìn)行這種校準(zhǔn)試驗(yàn)。如果由于礦料破碎，或集配不當(dāng)，某種混合 料的校準(zhǔn)系數(shù)超過(guò)0.5%,則應(yīng)將試驗(yàn)溫度降低到482±5C,并使用 在482c得到的校準(zhǔn)系數(shù)。校準(zhǔn)試樣應(yīng)具有與熱拌瀝青混合料所使用礦料有近似相同的質(zhì)量和礦料集配。在烘箱中干燥礦料試樣到質(zhì)量恒定。加熱礦料和瀝青結(jié)合料近似達(dá)到150。在拌合校準(zhǔn)試樣前，應(yīng)對(duì)攪拌機(jī)的攪拌鍋進(jìn)行處理，使其符合要求，不使校準(zhǔn)試樣瀝青含量產(chǎn)生偏差。可以按設(shè)計(jì)的瀝青含量攪拌12鍋熱

7、拌瀝青混合料并將其倒掉。在攪拌鍋壁均勻涂一層黃油。按設(shè)計(jì)的瀝青結(jié)合料含量(P)制備校準(zhǔn)試樣。如 果使用添加劑和改性劑，則也應(yīng)該在校準(zhǔn)試樣中加入添加劑和改性 劑。按照不同試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求的份數(shù)制備校準(zhǔn)試樣后，按照試驗(yàn)方法A或試驗(yàn)方法B 的要求在溫度為538的燃燒爐內(nèi)測(cè)試校準(zhǔn)試樣。ASTM D6307-98要求制備3個(gè)校準(zhǔn)試樣，測(cè)試結(jié)果取3個(gè)校準(zhǔn)試樣的平均值。AASHTO T308-9朦求制備2個(gè)校準(zhǔn)試樣。如果兩個(gè)試樣測(cè)量瀝青結(jié)合料含量之差超過(guò)0.15%，則再重復(fù)進(jìn)行兩個(gè)試樣的試驗(yàn)。從這四個(gè)試驗(yàn)中去掉一個(gè)最高的和一個(gè)最低的試驗(yàn)結(jié)果，以剩余的兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果平均值確定校準(zhǔn)系數(shù)。以下式計(jì)算各個(gè)試樣的校準(zhǔn)系數(shù)C

8、F：CF= ( M I- Ml) / Mi) * 100)-P此處：M I =燃燒前校準(zhǔn)試樣混合料總質(zhì)量ML =燃燒后校準(zhǔn)試樣混合料總質(zhì)量 P = 以百數(shù)表示的在混合料中瀝青結(jié)合料占總的混合料質(zhì)量的百 分比美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心 Round-Robin研究的校準(zhǔn)試樣為與熱拌 瀝青混合料具有同樣礦料集配但沒(méi)有瀝青結(jié)合料的礦料。在578c溫度的燃燒爐中燃燒校準(zhǔn)試樣40分鐘測(cè)量每種礦料質(zhì)量損失數(shù)量。以 此計(jì)算混合料的校準(zhǔn)系數(shù)。4 .試驗(yàn)設(shè)備4.1 燃燒爐試驗(yàn)方法A和試驗(yàn)方法B對(duì)燃燒爐要求不同。試驗(yàn)方法A要求燃燒爐備有能與燃燒爐爐膛隔熱的內(nèi)輅式天平 系統(tǒng)。在試驗(yàn)期間天平系統(tǒng)能自動(dòng)測(cè)量和顯示試樣的質(zhì)量變化

9、。在試驗(yàn)進(jìn)行前由操作員向燃燒爐的測(cè)控系統(tǒng)輸入在第3節(jié)所測(cè)校準(zhǔn)試樣 在燃燒試驗(yàn)期間礦料質(zhì)量損失的校準(zhǔn)系數(shù)和試樣的初始質(zhì)量。有的燃燒爐能自動(dòng)測(cè)算溫度補(bǔ)償系數(shù)。溫度補(bǔ)償系數(shù)為燃燒試驗(yàn)結(jié)束時(shí)天平 所測(cè)高溫爐膛內(nèi)物體質(zhì)量（熱拌瀝青混合料中所剩余礦料和試料籃 等）和上述物體在常溫所測(cè)質(zhì)量之差與所測(cè)熱拌瀝青混合料常溫質(zhì)量 的百分比。燃燒爐測(cè)控系統(tǒng)能自動(dòng)從測(cè)量的瀝青百分比含量中減去溫 度補(bǔ)償系數(shù)。如燃燒爐無(wú)自動(dòng)測(cè)算溫度補(bǔ)償系數(shù)功能，則應(yīng)該用同一燃燒爐進(jìn)行校準(zhǔn)試樣試驗(yàn)，則所測(cè)得的系數(shù)為校準(zhǔn)系數(shù)和溫度補(bǔ)償系 數(shù)之和。熱拌瀝青混合料試樣應(yīng)與校準(zhǔn)試樣有近似相同的質(zhì)量、瀝青含量和礦料集配，并在同一臺(tái)燃燒爐上進(jìn)行燃燒試驗(yàn)

10、。在燃燒試驗(yàn)前 應(yīng)向燃燒爐輸入這一系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)燃燒爐測(cè)控系統(tǒng)自動(dòng)從所測(cè)瀝 青含量中減去校準(zhǔn)系數(shù)和溫度補(bǔ)償系數(shù)。 燃燒試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)試樣質(zhì)量損 失的變化連續(xù)3分鐘不超過(guò)試樣總質(zhì)量的 0.01%寸，燃燒爐發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，試驗(yàn)自動(dòng)結(jié)束。打印機(jī)打印輸出試樣初始質(zhì)量、試樣質(zhì)量損失、溫度補(bǔ)償系數(shù)、校準(zhǔn)系數(shù)、修正后的瀝青含量（百分比）、試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)溫度等。試驗(yàn)方法B不要求所用燃燒爐具有內(nèi)輅式天平系統(tǒng)。僅要求燃燒爐能自動(dòng)控制試驗(yàn)溫度和試樣燃燒時(shí)間。以下要求對(duì)試驗(yàn)方法 A和試驗(yàn)方法B所用燃燒爐是一致的。燃燒爐具有保持578溫度的能力。燃燒爐應(yīng)具有良好的保溫性能，防止?fàn)t體大量向外散熱。燃燒爐爐膛容積應(yīng)足以容納

11、3500 克試樣。燃燒爐在燃燒試驗(yàn)期間應(yīng)具有強(qiáng)制通風(fēng)能力。燃燒爐的鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制空氣通過(guò)爐膛以加速試驗(yàn)進(jìn)行并將燃燒產(chǎn)生的瀝青煙氣通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾后排到室外或試驗(yàn)室排煙罩內(nèi)。過(guò)濾器能將瀝青煙氣降低到一個(gè)可接受的水平。燃燒爐工作穩(wěn)定時(shí)，將沒(méi)有明顯煙氣溢出到試驗(yàn)室。4.2 天平天平應(yīng)為分辯率0.1 克的二級(jí)天平。應(yīng)可稱(chēng)量3500克試樣、試料籃和收集盤(pán)的質(zhì)量。4.3 試料籃試料籃為兩個(gè)不銹鋼板打孔成篩網(wǎng)狀的盒形結(jié)構(gòu)。一個(gè)嵌套在另一個(gè)頂部。試料籃應(yīng)有適當(dāng)尺寸可以使試樣在試料籃中薄薄攤開(kāi)，以使空氣向上并環(huán)繞試樣粒子。4.4 收集盤(pán)不銹鋼板制成的收集盤(pán)支撐試料籃。收集盤(pán)能收集通過(guò)試料籃篩網(wǎng)孔下落的礦料粒子和熔化的

12、瀝青結(jié)合料。4.5 收集盤(pán)/試料籃叉形操作裝輅此裝輅插入收集盤(pán)，將收集和試料籃同時(shí)放入或移出高溫的燃燒爐爐 膛。4.6 烘箱自然通風(fēng)或強(qiáng)制通風(fēng)的烘箱，可保持 125c溫度。烘箱用于干燥礦料 和熱拌瀝青混合料。在燃燒試驗(yàn)前預(yù)熱熱拌瀝青混合料。4.7 安全防護(hù)裝備防護(hù)眼鏡或安全面罩、高溫手套、長(zhǎng)袖外套等。4.8 其他裝備各種配套的抹刀、盤(pán)子、攪拌機(jī)、鋼絲刷等。用于制備熱拌瀝青 混合料并用于從試料籃和收集盤(pán)中清除礦料。5 .試驗(yàn)方法首先將燃燒爐預(yù)熱到538c。在105± 5C的烘箱內(nèi)干燥熱拌瀝青 試樣，到其質(zhì)量不變。將試料籃和收集盤(pán)放在燃燒爐外天平上，天平 去皮。將熱拌瀝青試樣均勻在試料籃

13、中攤開(kāi)，注意使試料離開(kāi)試料籃 邊緣。記錄試樣的初始質(zhì)量W so以下的步驟由于試驗(yàn)方法A和試驗(yàn) 方法B所使用設(shè)備不同而有所不同。5.1 試驗(yàn)方法A向燃燒爐輸入試樣的初始質(zhì)量W S和校準(zhǔn)系數(shù)C F。打開(kāi)爐門(mén)，將 試料籃放入燃燒爐，關(guān)閉爐門(mén)。檢查天平顯示是否穩(wěn)定。如天平顯示 不穩(wěn)定，可能與天平支撐系統(tǒng)或試料籃接觸燃燒爐爐壁有關(guān)。開(kāi)始試驗(yàn)，燃燒爐鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作。試驗(yàn)一直進(jìn)行到試樣質(zhì)量損失的 變化不 超過(guò)試樣初始質(zhì)量的0.01 %,燃燒爐發(fā)出穩(wěn)定的聲光報(bào)警信號(hào)，試 驗(yàn)自動(dòng)結(jié)束，打印機(jī)自動(dòng)打印試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)使用的礦料顯示有較大質(zhì) 量損失時(shí)，可以使用0.02 %的最終質(zhì)量損失百分比。5.2 試驗(yàn)方法B在燃燒爐

14、中燃燒熱拌瀝青試樣不少于 45分鐘，對(duì)于熱拌瀝青試 樣合適的初始燃燒時(shí)間取決于試樣的質(zhì)量。對(duì)于質(zhì)量大的試樣，有效燃燒時(shí)間將比45分鐘長(zhǎng)。燃燒后，從燃燒爐中取出試樣，讓它近似 冷卻到室溫。稱(chēng)量和記錄燃燒后的質(zhì)量( W),精確到0.1克。將試 樣放回燃燒爐。燃燒爐達(dá)到設(shè)定溫度后，至少燃燒試樣 15分鐘。從 燃燒爐取出試樣并讓它近似冷卻到室溫。稱(chēng)量和記錄燃燒后的質(zhì)量(W)。重復(fù)以上步驟直到燃燒后測(cè)量質(zhì)量( W 的變化不超過(guò)試樣初 始質(zhì)量(W)白0 0.01%。在上述操作中應(yīng)防止礦料粒子掉到試料籃和 收集盤(pán)之外。5.3 瀝青含量計(jì)算試驗(yàn)后，按下式計(jì)算瀝青含量。試驗(yàn)方法A由燃燒爐測(cè)控系統(tǒng)自 動(dòng)計(jì)算出瀝青

15、含量。試驗(yàn)方法B則需人工計(jì)算。AC%=( MBM)/M) * 100) G 此處：AC菽正的瀝青含量，為烘箱干燥后熱拌瀝青試樣 質(zhì)量的百分比。乂人=燃燒后剩余礦料總質(zhì)量。Mb=燒前熱拌瀝青試樣總質(zhì)量CF=在第3節(jié)獲得的校準(zhǔn)系數(shù)。對(duì)于試驗(yàn)方法 A,校準(zhǔn)系數(shù)在試驗(yàn)前輸入燃燒爐。對(duì)于試9僉方法A, ( M-M)為燃燒爐所測(cè)量的試樣在燃燒試驗(yàn)期 間質(zhì)量損失。M為試驗(yàn)前輸入燃燒爐的試樣初始質(zhì)量。5.4 礦料集配分析試樣在試料籃中冷卻至室溫。將試樣從試料籃倒入一個(gè)平盤(pán)。 使 用小鋼絲刷確保從試料籃清除所有剩余細(xì)小試料。按JTJ 052-2000“公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程”的 T 0725-2000

16、 “瀝青混合 料的礦料級(jí)配檢驗(yàn)方法”進(jìn)行礦料級(jí)配分析。6 .關(guān)于精密度現(xiàn)在國(guó)家對(duì)計(jì)量及質(zhì)量監(jiān)督工作正在加強(qiáng)。質(zhì)量、長(zhǎng)度、載荷、 溫度、速度、時(shí)間等量值的測(cè)量?jī)x器和傳感器由國(guó)家計(jì)量部門(mén)進(jìn)行檢 定。但道路儀具設(shè)備大部分是專(zhuān)用儀具，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)。按照 JTJ 052-2000 ”公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程”總則的規(guī)定 要求由試驗(yàn)人員自檢。燃燒法測(cè)量熱拌瀝青混合料瀝青結(jié)合料含量是 一種新型試驗(yàn)方法，應(yīng)該展開(kāi)對(duì)這種試驗(yàn)方法精密度的研究。 本文已 討論了修正不同類(lèi)型混合料在燃燒試驗(yàn)期間礦質(zhì)量損失的校準(zhǔn)系數(shù)， 修正同一質(zhì)量物體在常溫和在燃燒爐高溫爐膛內(nèi)所測(cè)質(zhì)量差昆的溫度補(bǔ)償系數(shù)。按照J(rèn)TJ 052

17、-2000 ”公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn) 規(guī)程”總則規(guī)定“試驗(yàn)方法的精密度或允許差用重復(fù)性試驗(yàn)和復(fù)現(xiàn)性 試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差或誤差表示"。在我國(guó)急需有關(guān)部門(mén)組織開(kāi)展 檢驗(yàn)這種試驗(yàn)方法和試驗(yàn)設(shè)備精密度的重復(fù)性試驗(yàn)和復(fù)現(xiàn)性試驗(yàn)研究，并制定相應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心（NCAT為測(cè)定燃燒法測(cè)量熱拌瀝青混合 料瀝青含量這種試驗(yàn)方法的精確度和精密度，開(kāi)展了本文前言所述的Round-Robin研究。NCA璉擇遍布美國(guó)12個(gè)試驗(yàn)室。每個(gè)試驗(yàn)室完 成4種混合料各4個(gè)試樣共16個(gè)試樣的燃燒試驗(yàn)。測(cè)量的瀝青結(jié)合 料含量平均值如表2所示。每種混合料瀝青含量平均值為 12個(gè)試驗(yàn) 室每種混合料各進(jìn)行

18、4個(gè)試樣共48個(gè)試驗(yàn)結(jié)果的平均值。如表2所 示，測(cè)量的瀝青結(jié)合料含量平均值與真實(shí)結(jié)合料含量之差范圍在 -0.03%至+0.03%。192個(gè)試樣測(cè)量的瀝青結(jié)合料含量全部偏差平均值 為-0.02%。較低的測(cè)量偏差顯示用燃燒法測(cè)量熱拌瀝青混合料瀝青結(jié) 合料含量能獲得較高精確度。表2燃燒試驗(yàn)所測(cè)瀝青含量的精確度混合料“真實(shí)”瀝青結(jié) 合料（AC） 含量，%測(cè)量瀝青結(jié)合料 （AC） 含量平均值，%偏差，%16.005.98-0.0226.005.99-0.0135.004.97-0.0345.505.530.03美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心（NCAT Round-Robin研究使用試驗(yàn)方法A用路面混合料進(jìn)行精密度測(cè)定的結(jié)果如表3所示。表3燃燒試驗(yàn)所測(cè)瀝青含量的精密度瀝青含量標(biāo)準(zhǔn)偏差， %兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果可 接受的范圍，%單一操作員精密度0.040.11多個(gè)試驗(yàn)室精密度0.060.17美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)（ASTM指出溶劑抽提法單一操作員標(biāo)準(zhǔn)差和 多個(gè)試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.21麻口 0.22%。與溶劑抽提法比較，燃燒 法具有明顯低的標(biāo)準(zhǔn)偏差，因此具有較高的精密度。7 .結(jié)束語(yǔ)7.1 燃燒法測(cè)量熱拌瀝青混合料瀝青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)方法的精確度和精密度， 美國(guó) 國(guó)家瀝青技術(shù)中心（NCAT組織了大規(guī)模的