水利工程瀝青混凝土瀝青含量測試方法分析探討*

(新疆水利水電科學研究院， 新疆 烏魯木齊 830049)

水利工程瀝青混凝土瀝青含量測試方法分析探討*

楊桂權賀歆王懷義

(新疆水利水電科學研究院， 新疆 烏魯木齊 830049)

本文分析探討了水利工程瀝青混凝土瀝青含量抽提法和公路試驗規程燃燒法的優缺點，通過試驗數據直觀比較兩種方法的不同。試驗結果表明，采用公路試驗規程燃燒法在精準度、方便程度、環保性等方面均要優于水利工程試驗規程的抽提法。筆者建議，以后水利工程應推廣采用燃燒法測試瀝青含量的技術方法，同時提出了采用燃燒法測試瀝青混凝土瀝青含量時需要注意的事項。

瀝青混凝土；瀝青含量；抽提法；燃燒法

1 概 述

瀝青含量是瀝青混凝土配合比設計和現場施工控制的一個非常重要的指標，直接關系到瀝青心墻的滲透性等指標。當瀝青用量過少時，骨料之間的瀝青黏接力不足，形成較多孔隙，直接導致水利工程瀝青心墻滲透系數變大，水穩定系數降低，極大地影響了工程的安全性。因此，在水利工程中如何準確測量瀝青含量至關重要。目前水利工程的測試方法主要是《水工瀝青混凝土試驗規程》(DL/T 5362—2006)中9.5“瀝青混凝土抽提試驗”[1]，該方法的原理是利用三氯乙烯溶解瀝青混凝土樣品，放入燒杯或者離心分離器里不斷清洗干凈瀝青混凝土中的瀝青，之后從回收的混合液體里過濾燃燒出混合液里的殘渣，再利用飽和(NH4)2CO3反應計算出填料的質量，最終計算出瀝青混凝土樣品中的瀝青含量數值。

《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E 20—2011)中T0735-2011“瀝青混合料中瀝青含量試驗(燃燒爐法)”[2]，該方法目前是公路工程規范中采用的一種新方法，該方法在國外已得到普遍推廣應用，最初由美國國家瀝青技術中心(National Center for AsphaltTechnology, NCAT)[3]開展規模的試驗研究，在此基礎上美國材料實驗協會(American Society of Testing Materials ,ASTM)[4]和美國國有公路運輸管理員協會(American Association of State Highway and Transportation Officials，AASHTO)[5]正式制定發布這種方法，之后該方法引進至國內，目前普遍在國內公路工程、水利工程等領域進行瀝青含量的測試。

燃燒法的基本原理：瀝青混合料主要是由兩類物質所構成：一類為無機物，由粗細、集料和填料(如礦粉等)組成，統稱為集料；另一類為有機物，即瀝青，瀝青主要由碳氫化合物及其衍生物所構成，可燃，且灰粉質量很小(在試驗過程中可以忽略不計)。集料則不可燃燒，將瀝青混合料放入設定為一定溫度的燃燒爐內充分燃燒，可燃的瀝青被燒掉，只留下不可燃燒的無機礦物質，從而達到油石分離的目的[6]。

本研究同時采用兩種方法用來檢測瀝青混凝土的瀝青含量，分析比較二者在不同方面的優缺點。

2 瀝青混凝土材料組成

2.1 瀝青

采用SG70號瀝青，相關性能指標見表1，由檢測結果可知，瀝青性能滿足技術指標要求。

表1 試驗用瀝青技術指標

2.2 骨料

骨料采用破碎性能良好的堿性人工骨料，相關性能指標見表2、表3，由檢測結果可知，檢測結果符合瀝青混凝土骨料技術指標要求且質地良好。

表2 試驗用細骨料技術指標

表3 試驗用粗骨料技術指標

2.3 填料

填料采用石灰石粉，相關性能指標見表4，由結果可知，結果符合填料技術指標要求。

表4 試驗用填料技術指標

3 瀝青混凝土試樣的制備

3.1 瀝青用量的選擇

水工瀝青混凝土瀝青分為碾壓式和澆筑式，瀝青用量均大于公路瀝青混凝土，試驗采用相同的礦料比例，瀝青用量采用6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%，基本覆蓋了水工瀝青混凝土碾壓式和澆筑式的瀝青用量。

3.2 瀝青混凝土的拌和

采用烘干的礦料，準確稱量各級質量，加熱拌和，之后按要求采用差減法稱量倒入事前加熱好的瀝青，拌和至達到規定要求溫度，全部倒出至樣品盆中作為一個樣品備用，每個瀝青用量制備6個樣品。為不使校準的瀝青發生偏差，制備樣品前先用瀝青相同的瀝青配合比進行洗鍋，目的是使拌和鍋的內壁先附著一些瀝青和填料，防止在拌和標定的試樣過程中拌和鍋粘料導致試驗誤差。

4 瀝青含量的測試結果分析

制備好的樣品，相同瀝青用量的6個樣品，3個樣品進行燃燒法測試(測試儀器如圖1所示)，兩個樣品進行離心抽提法測試(測試過程如圖2所示)。測試過程均按照規范嚴格進行，測試結果見表5。

圖1 燃燒法測試儀器

圖2 提法測試儀器

表5 燃燒法和抽提法測試結果

通過測試結果可以看出，同一組中燃燒法測試瀝青含量實測平均值與真實值之間的偏差范圍在0.03～0.14之間，標準偏差范圍在0.03～0.05之間，極差范圍在0.05～0.08之間，計算修正系數在0.03～0.14之間；離心抽提法測試瀝青含量實測平均值與真實值之間的偏差范圍在0.05～0.12之間，標準偏差范圍在0.09～0.12之間，極差范圍在0.09～0.15之間，修正系數在0.25～0.43之間。從結果可知，燃燒法的標準偏差和極差均要小于離心抽提法，說明燃燒法的重復性要優于離心抽提法；從修正系數上可以看出，燃燒法的修正系數要小于離心抽提法，說明燃燒法的測試結果更接近真實值。通過分析試驗過程尋找原因，發現離心抽提法在測試過程中，三氯乙烯作為溶劑本身在溶解瀝青方面存在缺點，這一點Abson[7]與Burton[8]多年以前就曾經研究過多種氯化物和苯溶劑對瀝青的影響，三氯乙烯會改變瀝青性能，致使清洗不徹底。另外，由于需要在清洗過后回收三氯乙烯混合液體，通過縮小倍數，之后過濾，燃燒生成殘渣，再用飽和(NH4)2CO3和殘渣反應，烘干，最后計算出回收液體中的填料質量，從而得出瀝青用量的大小，在這一系列過程中，每一步驟都會使測試結果發生偏移，層層疊加最終數據偏差較大，劉振丘[9]教授也提出，有關研究表明離心抽提法無法使瀝青與礦料徹底發生分離，進而導致測試值與真實值之間存在差距；另外我們發現，隨著瀝青用量的增加，把瀝青混凝土中的瀝青完全溶解清洗干凈需要消耗更多的三氯乙烯，測試混合液中填料質量則會致使縮小的倍數增大，進一步增大測試的誤差，從修正系數上可以看出，隨著瀝青用量的增加，修正系數基本上也是隨之增加，與真實值之間的誤差也進一步增加。然而，采用燃燒法時，只需要采用當前的配比礦量級配進行一次燃燒校正，就可以得到修正系數，該數據不會隨著瀝青用量的增加而發生變化，所測試的瀝青含量數據更接近真實值，測試方法準確度更好。

5 結論和建議

采用燃燒法和離心抽屜法兩種方法測試瀝青含量，燃燒法操作簡單方便、時間短、安全、環保、數據準確、偏移小，修正系數容易獲得。而抽提法操作復雜、過程繁瑣、時間長、數據相對于燃燒法不夠準確、偏移大。清洗使用劇毒易燃的三氯乙烯(TCE)作為溶劑，對人胚胎干細胞[10]、淋巴細胞[11]等多方面都有嚴重的健康影響，揮發性高，對環境污染也很大，中國已在《消耗臭氧層物質管理條例》已將它列為淘汰物質之一，目前國外已經推廣使用燃燒法測試瀝青含量，而國內水利規范只有抽提法，并沒有將燃燒法作為推薦測試方法，只有國內公路規范有燃燒法。建議有關部門綜合考慮，在今后國內水利工程瀝青混凝土瀝青含量測試中增加燃燒法，并逐步替代抽提法。

[1] DL/T 5362—2006水工瀝青混凝土試驗規程[S]. 北京: 中國水利水電出版社，2006.

[2] JTG E 20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S]. 北京: 人民交通出版社， 2011.

[3] 趙文杰. 美國國家瀝青技術中心(NCAT)的研究動態[J]. 石油瀝青, 2003(1): 6.

[4] 賀克斌. 總懸浮微粒中的瀝青成分在植物中的累積[J]. 環境科學,1995(6): 63-65.

[5] 唐彬. AASHTO法對我國瀝青路面設計的啟示[J]. 吉林交通科技, 2014(3): 7-9.

[6] 吳桂金. 燃燒法測定瀝青混合料中瀝青含量應用的探討[J]. 公路，2004(6): 123-124.

[7] Abson G. Method And Appartaus for the Recovery of Asphalt. Proc.[J]. ASTMⅡ, 1933: 704-714.

[8] Abson G, Burton C. The Use of Chorinated Solvents in the Abson Recovery Method[J].Proceedings,Association of Asphalt Paving Technologists, 1960,29: 106-108.

[9] 劉振丘，孔令云，成志強, 等. 燃燒法和抽提法測試RAP級配及瀝青含量的對比分析[J]. 公路與汽運，2014(4): 100-104.

[10] 王丹， 陳濤，王國卿, 等. 三氯乙烯對人胚胎干細胞心肌分化的影響和機制[J]. 中國應用生理學雜志，2015(3): 216-219.

[11] 余佳，翟志芳，郝飛. 三氯乙烯對人周圍血T淋巴細胞活化影響[J]. 中國職業醫學, 2013(5): 437-439.

Analysisanddiscussiononthetestmethodofasphaltcontentinasphaltconcreteforwaterconservancyengineering

YANG Guiquan, HE Xin, WANG Huaiyi

(XinjiangWaterConservancyandHydropowerResearchInstitute,Urumqi830049,China)

In the paper, advantages and disadvantages of asphalt concrete asphalt content extraction method and road test procedure combustion method in water conservancy projects are analyzed and discussed. Difference of the two methods is visually compared through experimental test data. The test results show that road test procedure burning method is adopted, which is better than the extraction method of water conservancy engineering test procedures in the aspects of accuracy, convenience, environmental protection, etc. The author proposes that the technical method of testing asphalt content by burning methods should be promoted in future water conservancy projects. Meanwhile, precautions for testing asphalt content in asphalt concrete by burning method are proposed.

asphalt concrete; asphalt content; extraction method; burning method

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.009

由國家重點研發計劃資助，編號：2017YFC 0405102。

TV41

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1005-4774(2017)011-0040-04