離心沉淀法在測定瀝青含量試驗中的應(yīng)用

程 鑫，張 揚

(1.黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司，2.綏滿高速公路牡丹江至哈爾濱段大修工程建設(shè)指揮部)

1 前言

瀝青含量的大小在很大程度上決定了瀝青路面的質(zhì)量。瀝青含量，既是瀝青混合料級配組成的主要內(nèi)容，又是瀝青混合料質(zhì)量評判的重要依據(jù)。

用于檢測瀝青含量的方法目前主要有離心式抽提儀法、燃燒法、回流式抽提儀法。《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)推薦采用離心式抽提法。其工作原理是將瀝青混合料用三氯乙烯或其它溶劑液化，使瀝青混合料中的瀝青充分溶解在溶劑里，通過離心機產(chǎn)生的離心作用，將含有瀝青的溶解液經(jīng)過濾紙過濾后分離出來，從而實現(xiàn)瀝青混合料的油石分離，測定出瀝青含量。該方法的優(yōu)點是操作方便，儀器簡單。缺點是試驗精度不高，一部分礦粉被當作瀝青殘液排出，所測瀝青含量偏高。與真值相比誤差較大，不能對瀝青混合料的生產(chǎn)質(zhì)量做到有效控制。離心抽提法測定瀝青含量不準的原因，經(jīng)分析其誤差主要來源有使用的濾紙型號影響礦粉損失;離心機的旋轉(zhuǎn)速度影響礦粉損失;使用溶劑的數(shù)量及清洗遍數(shù)影響礦粉損失;離心抽提儀與濾紙間的密封程度，嚴重影響礦粉的損失量。為了解決這些問題，提高試驗精度，有必要探討新的更精確的測定瀝青含量的檢測方法。

2 離心沉淀法介紹

離心沉淀法測定瀝青含量是在離心抽提法的基礎(chǔ)上對瀝青溶液(含礦粉)進行再次離心試驗，分離出礦粉，用于瀝青用量計算的試驗方法。

2.1 離心沉淀法的特點

離心沉淀法具有以下幾個特點。

(1)試驗精度高。其測定值與真值誤差小。根據(jù)江蘇省交通科學(xué)研究院的試驗研究及牡哈大修工程中各工地試驗室的應(yīng)用情況，誤差一般在0.1%內(nèi)。

(2)試驗設(shè)備簡單，試驗周期短。在原有離心式抽提儀的基礎(chǔ)上增加一臺離心分離儀即可。在試驗周期上，完成一組試驗需要的時間在5 h左右。

(3)試驗過程簡單，便于操作。只需在規(guī)范現(xiàn)有的試驗步驟基礎(chǔ)上，增加對回收液離心分離的步驟。

2.2 離心沉淀法測試瀝青用量的試驗步驟

(1)儀器。

離心式抽提儀、離心機、電子天平(量不小于5 000 g，感量不大于0.1 g)、電熱恒溫干燥箱0～300℃、方盤、分料器。

(2)檢測方法與步驟。

①取樣浸泡，分離礦料和溶解液。

稱取質(zhì)量為M的混合料放入抽提儀金屬鍋中，然后注入三氯乙烯溶劑，將其浸沒，溶劑高出試樣3 cm，浸泡30 min，用玻璃棒適當攪拌混合料，使瀝青充分溶解。取潔凈的圓環(huán)形濾紙，質(zhì)量為M1，準確至0.01 g。將濾紙墊在分離儀金屬鍋邊緣上，加蓋緊固，在分離儀出口處放上回收瓶，上口應(yīng)注意密封，防止溶液流出散失。開動離心機，轉(zhuǎn)速逐漸增至3 000 r/min，瀝青溶液通過排出口注入回收瓶中，待溶液流出停止后停機。從上蓋的孔中加入新溶劑，數(shù)量相同，稍停3～5 min后，重復(fù)上述操作，如此數(shù)次直至流出的溶解液呈淡黃色為止。卸下上蓋，取下濾紙，并連同金屬容器中的礦料一起放入方盤中，在通風櫥中或室內(nèi)空氣中蒸發(fā)干燥，然后放入105±5℃的烘箱中烘干。分別稱取濾紙的質(zhì)量M2和礦料質(zhì)量M3。

②從溶解液中分離礦粉。

將注入回收瓶的瀝青溶液，分別等量注入四個不同的離心分離儀的金屬瓶中。注入回收液之前要稱取四個金屬瓶的總質(zhì)量Mp0。將四個金屬瓶放入離心分離儀中固定，蓋上分離儀的上蓋。開動離心分離儀直至離心分離儀自動停止。等離心分離儀徹底停止轉(zhuǎn)動后，再打開上蓋，取出四個金屬瓶。取瓶過程要慢而穩(wěn)，盡量避免瓶中液體的晃動，然后將瓶中上層液體緩緩倒出，此時，回收液中的礦粉已經(jīng)被離心沉淀在金屬瓶的底部，上層液體中是沒有礦粉的。依次倒出四個金屬瓶上層液體，瓶中留少量的液體殘余。然后將四個金屬瓶放入105±5℃的烘箱中烘干，至少要烘3 h，然后放入干燥器中冷卻至室溫，稱取四個金屬瓶總質(zhì)量為Mp1。

圖1 通過離心機從瀝青溶解液中分離出全部礦粉

若分離液較多，無法一次分入四個金屬瓶中，可以分兩次進行。

③計算瀝青用量P。

P=［M-M3-(M2-M1)-(Mp1-Mp0)］/M×100%式中：M為混合料質(zhì)量;M1為干燥濾紙質(zhì)量;M2為附著礦粉的濾紙質(zhì)量;M3為容器中礦料的質(zhì)量;Mp0為未盛回收液前，四個金屬瓶的總質(zhì)量;Mp1為離心后，四個金屬瓶與離心出的礦粉總質(zhì)量。

3 結(jié)語

在黑龍江牡哈高速公路大修施工過程中，部分工地試驗室采用了該方法，經(jīng)過大量的試驗證明，離心沉淀法測試瀝青用量準確度較高。它很好地解決了離心式抽提儀法中存在的礦粉損失的問題，對瀝青溶解液的分離處理也更完全，試驗得出的瀝青用量能夠更為準確地反映實際情況，為瀝青路面的質(zhì)量控制提供了有效的技術(shù)支持。