沥青混合料油石比是表示沥青混合料中沥青含量的直接参数,而沥青含量是沥青混合料配合比设计和施工控制的一个重要指标,其对沥青混合料的热稳定性能存在着明显的影响。对于橡胶沥青,由于其中含有的橡胶粉影响,橡胶沥青混合料中沥青含量无法用抽提仪检测,只能用燃烧炉,但是燃烧炉目前还不普及。因此如何准确、真实地反映施工生产过程中沥青混合料的油石比,是工程中存在的一个现实问题。
现有沥青含量测定方法概述
现有的沥青混合料油石比检测方法主要有离心抽提法和燃烧法。
离心抽提法
离心抽提法中一部分矿粉被当做沥青随残液排出,致使所测沥青含量偏高且数值不易确定,所测结果与约定真值误差较大。其误差来源主要有:
(1)使用的滤纸规格型号影响矿粉损失量引入的误差;(2)离心机的旋转速度影响矿粉损失量引入的误差;(3)使用溶剂的数量、清洗的遍数影晌矿粉损失量引入的误差;(4)混合料中矿粉含量的多少和矿粉的粗细程度影响矿粉损失量引人的误差;(5)离心机密封的精密程度影响矿粉损失量引人的误差;(6)操作人员的操作水平引人的试验误差;(7)各个称量环节引人的试验误差;(8)中间环节容器置换引起粉料丢失引入的试验误差等。
由于矿粉损失不易确定,试验操作环节繁多,因此试验结果有很大的不确定性,任何一个环节控制不当,都可能影响到检测结果。如果要得到一个相对精确的检验结果,则需要更多的检验环节加以辅助。例如离心抽提完成后,再抽取一定数量的溶解液,放在热浴上蒸发至干,然后放入燃烧炉中灼烧成残渣,加人碳酸胺饱和溶液静置1h,再放人烘箱中干燥。整个过程漫长而繁杂,时效性差,其结果往往失去对施工的指导意义。同时,离心法使用的溶剂一般为三氣乙烯,是一种化工原料,具有一定的毒性和挥发性,不利于操作人员健康。
燃烧法
燃烧法是利用沥青可以燃烧,而集料不能燃烧的原理,将一定质量的沥青混合料放入密闭的高温炉内加热燃烧,烧除沥青,达到测定沥青含量或油石比的目的。该方法中所用的仪器设备主要有燃烧炉、内置电子天平和电脑控制系统。燃烧法虽准确度高、结果离散性小,但其所用设备较为昂贵,检验成本较高;耗电量大,需要有相应的配电能力,燃烧炉耗电功率一般需要5kw左右,燃烧温度高,不够节省环保。对于现场检测来说,若没有燃烧炉或燃烧炉临时发生故障,就会造成无法及时检测沥青混合料油石比的情况,从而影响施工进度和准确性。
针对现有技术的缺陷或不足,本研究的目的在于提供一种成本低、准确度高且适于现场应用的普通沥青、改性沥青及橡胶沥青混合料中油石比的快速检测方法。
试验方法原理
沥青混合料由沥青结合料、集料及填充料组成,集料及填充物为不可燃无机物,沥青则由碳氢化合物及其衍生物构成,可燃且燃烧残留分较小,一般燃烧炉法对沥青燃烧残留分忽略不计,本试验方法对沥青燃烧残留进行测试并修正。通常沥青闪点在240~330℃之间,燃点比闪点约髙3~6℃度,如果强制燃烧沥青,则需要温度髙达900℃,只用汽油燃烧达不到完全燃烧。
根据相似相溶原理,即极性分子组成的溶质易溶于极性分子组成的溶剂,难溶于非极性分子组成的溶剂;非极性分子组成的溶质易溶于非极性分子组成的溶剂,难溶于极性分子组成的溶剂,沥青是有机物,能溶解在汽油中,则根据沥青和汽油均可燃烧的特性,沥青先溶解在加热的汽油中,然后可以在高温下与汽油一起燃烧至烧尽。
现有的燃烧炉法检测沥青含量是利用设定高于沥青燃点的温度将沥青灼烧掉,其存在燃烧炉设备较为昂贵,检验成本较高、耗电量大等缺点。本方法基于沥青可溶于汽油、且汽油与沥青皆可燃烧而集料不能燃烧的原理,利用第三方溶剂汽油,使沥青溶于汽油且在汽油中燃烧,进而达到测定沥青含量或油石比的目的。
试验方法叙述
本方法具体步骤是:
步骤一,将500~1000g待测热沥青混合料盛人耐髙温的器皿中,其中:器皿的质量为m0,器皿与待测热沥青混合料的总质量为m1;
步骤二,于盛有待测热沥青混合料的器皿中加人汽油,所加汽油将待测热沥青混合料浸没并浸泡20~30min,同时在浸泡过程中搅拌待测热沥青混合料;
步骤三,于器皿上加设盖件,并将加有盖件的器皿置于明火上加热至待测热沥青混合料中的沥青充分溶解于汽油中,接着取掉所加的盖件;之后汽油和待测热沥青混合料在器皿中燃烧至汽油燃尽;
步骤四,称取器皿与燃后残留物的质量叫m2;
步骤五,根据公式计算待测热沥青混合料油石比A。
沥青燃烧残留分测定
沥青中均含有一定的燃烧残留分,在燃烧结束后,燃烧残留分会存留在燃烧残留物中,如不扣除燃烧残留分含量,直接所得试验结果就会与实际值有一定误差。通过选取具有代表性的十组沥青试样来测定沥青中的燃烧残留分含量,以确定沥青的燃烧残留分范围并对本发明的直接检测结果进行修正。沥青中的燃烧残留分含量范围为17%~18%。取平均值17.5%对试验结果进行修正。
试验方法可靠性验证
选定具有代表性的差异化样本(沥青混合料)进行验证试验,以验证本方法的准确度和适用性。使用本方法对各样本的油石比进行测定,并与各样本的巳知油石比进行对比,进而对本方法的准确性和适用性达到验证的目的。用本方法测得的沥青合料油石比与实际油石比的误差很小,均小于0.2,可见该方法准确度较高。
橡胶沥青混合料沥青含量测定
上述方法经验证,准确性较高,其也可用于橡胶沥青油石比的测定。
橡胶沥青燃烧残留分的测定
橡胶沥青的燃烧残留分含量与普通沥青还有所不同,通过选取具有代表性的十组橡胶沥青试样来测定橡胶沥青中的燃烧残留分含量,以确定橡胶沥青的燃烧残留分范围并对其直接检测结果进行修正。橡胶沥青中的燃烧残留分含量范围为15%~16%。取平均值15.8%对带人公式对试验结果进行修正。
橡胶沥青混合料沥青含量测试验证
选定具有代表性的差异化样本进行验证试验,以验证本方法的准确度和适用性。使用本方法对各样本的油石比进行测定,并与各样本的巳知油石比进行对比,进而对本方法的准确性和适用性达到验证的目的。用本方法测得的橡胶沥青混合料油石比与实际油石比的误差很小,均小于0.1,可见该方法也适用于橡胶沥青混合料油石比检测。
与现有方法比较
普通沥青混合料
以下是本方法与现有技术中的离心抽提法和燃烧炉法的对比试验。试验中分别采用本方法、离心抽提法和燃烧法对相同的普通沥青混合料样品进行检测。与离心抽提法和燃烧炉法相比,该试验方法误差更小,可见其测试精确度更高。
改性沥青混合料
试验中分别采用本方法、离心抽提法和燃烧法对相同的普通SBS改性沥青混合料样品进行检测。与离心抽提法和燃烧炉法相比,该试验方法用于测试改性沥青混合料最佳油石比时误差更小,可见其测试精确度更高。
橡胶沥青混合料
试验中分别采用本方法、离心抽提法和燃烧法对相同的橡胶沥青混合料样品进行检测。与离心抽提法和燃烧炉法相比,该试验方法用于测试橡胶沥青混合料最佳油石比时误差更小,具有更髙的测试精确度。
小结
(1)针对现有沥青含量测定方法的不足,利用相似相容原理,发明了一种新的沥青混合料测定方法,即快速燃烧法。(2)对该方法进行了准确性验证,并与现有的离心抽提法和燃烧法进行了对比,试验结果准确度高于现有方法。(3)与现有技术相比,该方法特点:只需使用汽油,无需复杂仪器,测试成本低;与离心抽提法相比,无需使用三氯乙烯等有毒液体,对人体无害;与燃烧炉法相比,加热温度较低,节能环保;测试过程易操作,快速,简易,更适用于现场快速检测;测试原理简单,易于使广大检测人员掌握;使用燃烧残留分修正系数进行修正测试结果准确性较好。
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