概述

瀝青用量是評(píng)價(jià)瀝青路面施工質(zhì)量的重要指標(biāo)，適宜的瀝青用量是形成瀝青混合料力學(xué)強(qiáng)度及避免瀝青路面快速老化的重要條件。在瀝青路面施工質(zhì)量評(píng)價(jià)體系與科學(xué)的瀝青路面施工支付體系中瀝青用量指標(biāo)占有很大比重。如何準(zhǔn)確、快速的測定瀝青路面的瀝青用量至關(guān)重要。

《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTGE20－20011中測定瀝青含量的方法有:離心式分離法、燃燒法、射線法。離心式分離法溶劑較貴，且對(duì)人體有害，礦粉易流失，測試精度不高。射線法測定結(jié)果受環(huán)境影響很大，且標(biāo)定程序較復(fù)雜。燃燒法測定瀝青混合料含量的優(yōu)點(diǎn)為測試精度高、較為經(jīng)濟(jì)、無溶劑污染、無輻射等，因此國內(nèi)外瀝青含量試驗(yàn)普遍采用的檢測方法為燃燒法。

目前燃燒法測定瀝青含量的也存在一些問題。燃燒法顯示結(jié)果的誤差主要有溫度誤差及礦料損失誤差，因此需要標(biāo)定過程。目前規(guī)范中的標(biāo)定過程受瀝青混合料制拌過程中瀝青的損失等的影響，標(biāo)定結(jié)果不夠準(zhǔn)確。試驗(yàn)檢測過程存在現(xiàn)場取料及燃燒取料時(shí)級(jí)配離析的影響，在瀝青混合料取樣時(shí)，若細(xì)集料偏多，則檢測瀝青含量數(shù)據(jù)會(huì)偏高，若粗集料偏多，則測定瀝青含量數(shù)據(jù)偏小。本文將通過試驗(yàn)尋找更合理的燃燒法標(biāo)定過程，同時(shí)分別建立關(guān)鍵篩孔和分形維數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)關(guān)系，從而進(jìn)行考慮離析情況下燃燒法測定瀝青含量的研究。

燃燒爐法標(biāo)定方法研究

燃燒爐法測瀝青含量的原理:通過在燃燒爐的高溫環(huán)境(538℃)下瀝青混合料中的瀝青燃燒，直至連續(xù)3min試樣質(zhì)量每分鐘損失率小于0.01%，燃燒爐自動(dòng)停止，燃燒爐自帶的稱量系統(tǒng)將測得燃燒過程質(zhì)量的損失，從而計(jì)算瀝青含量。燃燒法顯示的質(zhì)量損失除了燃燒掉的瀝青外，還包括:①燃燒后538℃的高溫下測得的物體質(zhì)量的損失，這是因?yàn)橥晃矬w在溫度變化時(shí)測得重量是不同的;②在高溫環(huán)境下集料含有的有機(jī)物燃燒掉引起的質(zhì)量損失。其中由于高溫下測得的物體質(zhì)量損失燃燒爐可以通過溫度及稱量系統(tǒng)測得，顯示溫度補(bǔ)償。故標(biāo)定過程為測礦物燃燒損失。

2003年毛菊良等研究了燃燒法測瀝青含量標(biāo)定過程，建立了顯示油石比與真實(shí)油石比的線性相關(guān)關(guān)系，從而降低了攪拌過程瀝青損失。本文將研究兩種新的燃燒法標(biāo)定方法:①僅燃燒礦料;②在底盤上拌合瀝青與礦料，再分裝到試樣籃。這2種方法直接避免了攪拌過程中瀝青的損失。

燃燒法選用的試驗(yàn)設(shè)備及材料

試驗(yàn)設(shè)備包括:燃燒爐(NCATAsphaltContentTester)、試樣籃、刮刀等。本次研究采用AC－16瀝青混合料作為研究對(duì)象，集料選用的是玄武巖，填料礦粉為石灰?guī)r。瀝青采用SBS(I－D)(PG76－22)改性瀝青。經(jīng)檢驗(yàn)所用材料均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40－2004中的要求。油石比為4.9。

僅燃燒礦料。稱取篩分好的礦料2000g置于試樣籃中，將其直接放到燃燒爐中燃燒。

加入瀝青并在底盤攪拌。在盛有熱礦料的底盤上直接倒油石比為4.9%的熱瀝青，并迅速用鏟刀做適當(dāng)攪拌，然后分剩到試樣籃里，最后連同鏟刀與底盤一起放到燃燒爐中燃燒，這樣整個(gè)過程就沒有瀝青損失。

由于在室溫下攪拌，攪拌效果一般，但也相對(duì)均勻。其中:q=[c－t(a+b)]/a，即除去高溫環(huán)境下引起的質(zhì)量損失。

在試驗(yàn)中觀察，僅燃燒礦料的試驗(yàn)中燃燒爐的溫度始終保持在538℃。而加入瀝青并攪拌的燃燒試驗(yàn)中，由于瀝青的燃燒會(huì)造成燃燒爐內(nèi)溫度的升高，將使礦料中有機(jī)物更充分的燃燒。所以推薦使用加入瀝青并在底盤攪拌的方法來標(biāo)定燃燒法測瀝青含量。最后，選定此種混合料的礦料損失誤差修正值為0.22%。

燃燒法測瀝青含量試驗(yàn)

拌合10kg的上述級(jí)配及油石比的瀝青混合料，拌合試樣前，先用高于目標(biāo)油石比0.5%的油石比拌制一份混合料以達(dá)到洗鍋的目的。拌合好后每次稱取2000g左右試樣進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，同時(shí)將剩余混合料置于150℃烘箱內(nèi)保溫。在取樣進(jìn)行燃燒試驗(yàn)時(shí)，部分燃燒試驗(yàn)刻意多取粗集料，部分燃燒試驗(yàn)刻意多取細(xì)集料，已達(dá)到模擬級(jí)配離析的效果。

這就是標(biāo)定的過程，其中P*就是級(jí)配離析引起的油石比誤差。將燃燒后的礦料再經(jīng)水洗和篩分，得到燃燒后的礦料級(jí)配。

建立油石比偏差與關(guān)鍵篩孔之間的相關(guān)關(guān)系

用最小二乘法分別建立4.75、2.36、1.18mm共3個(gè)篩孔的通過率與油石比偏差之間的相關(guān)關(guān)系。

①油石比偏差—4.75mm篩孔通過率回歸方程:y=0.05154x－3.1061(r2=0.89804);②油石比偏差—2.36mm篩孔通過率回歸方程:y=0.08209x－3.9229(r2=0.97934);③油石比偏差—1.18mm篩孔通過率回歸方程:y=0.1261x－4.2662(r2=0.97537)。從3個(gè)回歸方程的相關(guān)系數(shù)來看，油石比偏差與2.36mm篩孔通過率的相關(guān)系數(shù)最大，4.75、2.36。因此宜選擇2.36mm篩孔作為關(guān)鍵篩孔來考慮級(jí)配離析引起的油石比偏差。

建立油石比偏差與分形維數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系

分形理論是定量描述幾何形體復(fù)雜程度及空間填充能力的一門新興邊緣科學(xué)。對(duì)于材料學(xué)中常出現(xiàn)的粗糙不光滑、凸凹不圓潤、破碎不連續(xù)的無序系統(tǒng)等傳統(tǒng)歐式幾何無法準(zhǔn)確描述的現(xiàn)象或本質(zhì)，具有極大的優(yōu)越性。它的兩個(gè)基本特性是自相似性和分形維數(shù)，分形維數(shù)簡稱為分維，其變化是連續(xù)的，它定量描述了分形結(jié)構(gòu)自相似程度、不規(guī)則程度或破碎程度。

集料分形維數(shù)的計(jì)算

集料生產(chǎn)過程中巖石破碎的物理過程十分復(fù)雜，呈現(xiàn)一定的隨機(jī)性和不規(guī)則性，但其尺度具有不變性。不論是大的巖石破碎成小的巖石，還是小的巖石破碎成更小的巖石，其動(dòng)力學(xué)機(jī)制是一樣的，顆粒粒徑的分布是分形的，可用分形維數(shù)度量。

分形維數(shù)D的計(jì)算方法為:在lg(r/rmax)和lg(P(r))的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上，利用最小二乘法對(duì)級(jí)配曲線進(jìn)行最佳曲線擬合，求得斜率λ，再利用3－D=λ，求得瀝青混合料集料粒徑分布的分形維數(shù)維D。

建立油石比偏差與分形維數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系

用最小二乘法建立油石比偏差與分形維數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系。從相關(guān)系數(shù)及擬合曲線可以看出:油石比偏差與分形維數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系也比較好。