沥青混合料试验《土木工程材料（第4版）》

主要内容：①沥青混合料的制备和物理指标测定；②马歇尔稳定度试验；③沥青混合料车辙试验。参照标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）。

（1）沥青混合料的制备和物理指标测定

1）沥青混合料的制备和试件成型

①概述

沥青混合料的制备和试件成型，是按照设计的配合比，应用现场实际材料，在试验室内用小型拌和机，按规定的拌制温度制备成沥青混合料，然后将这种混合料在规定的成型温度下，用击实法制成直径为101.6 mm、高为63.5 mm的圆柱体试件，供测定其物理常数和力学性能用。

②试验器具

击实仪、标准击实台、试验室用沥青混合料拌和机、脱模器、试模、烘箱、天平或电子秤、沥青运动黏度测定设备、插刀或大螺丝刀、温度计及其他：电炉或煤气炉、沥青熔化锅、拌和铲、试验筛、滤纸（或普通纸）、胶布、卡尺、秒表、粉笔、棉纱等。

③试验方法

A.准备工作

a.确定制作沥青混合料试件的拌和-压实温度。

ⓐ用毛细管黏度计测定沥青的运动黏度，绘制黏度曲线。当使用石油沥青时，以运动黏度为（170±20）mm2/h的温度为拌和温度；以（280±30）mm2/s的温度为压实温度。亦可用赛氏黏度计测定赛波特黏度，以（85±10）s时的温度为拌和温度；以（140±15）s时的温度为压实温度。

ⓑ当缺乏运动黏度测定条件时，试件的拌和与压实温度可按实验表10.1选用，并根据沥青品种和标号做适当调整。针入度小、稠度大的沥青取高限；针入度大、稠度小的沥青取低限；一般取中值。

实验表10.1　沥青混合料拌和及压实温度参考表（℃）

b.将各种规格的矿料置于（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重（一般不少于4~6 h）。根据需要，将粗细骨料过筛后，用水冲洗再烘干备用。

c.分别测定不同粒径粗、细骨料及填料（矿粉）的表观密度，并测定沥青的密度。

d.将烘干分级的粗细骨料，按每个试件设计级配成分要求称其质量，在一金属盘中混合均匀，矿粉单独加热，置烘箱中预热至沥青拌和温度以上约15℃（石油沥青通常为163℃）备用。一般按一组试件（每组3~6个）备料，但进行配合比设计时宜一个一个分别备料。

e.将沥青试样用电热套或恒温烘箱熔化加热至规定的沥青混合料拌和温度备用。

f.用沾有少许黄油的棉纱擦净试模、套筒及击实座等并置于100℃左右烘箱中加热1 h备用。

B.混合料拌制

a.将沥青混合料拌和机预热至拌和温度以上10℃左右备用。

b.将每个试件预热的粗细骨料置于拌和机中，用小铲适当混合，然后再加入需要数量的已加热至拌和温度的沥青，开动拌和机一边搅拌，一边将拌和叶片插入混合料中拌和1~1.5 min，然后暂停拌和，加入单独加热的矿粉，继续拌和至均匀为止，并使沥青混合料保持在要求的拌和温度范围内。标准的总拌和时间为3 min。

C.试件成型

a.将拌好的沥青混合料，均匀称取一个试件所需的用量（约1 200 g），当一次拌和几个试件时，宜将其倒入经预热的金属盘中，用小铲拌和均匀分成几份，分别取用。

b.从烘箱中取出预热的试模及套筒，用沾有少许黄油的棉纱擦拭套筒、底座及击实锤底面，将试模装在底座上（也可垫一张圆形的吸油性小的纸），按四分法从4个方向用小铲将混合料铲入试模中，用插刀沿周边插捣15次，中间10次。插捣后将沥青混合料表面整平成凸圆弧面。

c.插入温度计，至混合料中心附近，检查混合料温度。

d.待混合料温度符合要求的压实温度后，将试模连同底座一起放在击实台上固定（也可在装好的混合料上垫一张吸油性小的圆纸），再将装有击实锤及导向棒的压实头插入试模中，然后开启马达（或人工）将击实锤在457 mm的高度自由落下击实规定的次数（50或35次）。

e.试件击实一面后，取下套筒，将试模掉头，装上套筒，然后以同样的方式和次数击实另一面。

f.试件击实结束后，如果上下面垫有圆纸，就应立即用镊子取掉，用卡尺量取试件离试模上口的高度，并由此计算试件高度。若高度不符合要求时，试件应作废，并按公式（1）调整试件的混合料数量，使高度符合（63.5±1.3）mm的要求，即

式中：q——调整后沥青混合料用量，g；

q0——制备试件的沥青混合料实际用量，g；

h0——制备试件的实际高度，m。

g.卸去套筒和底座，将装有试件的试模横向放置冷却至室温后，置脱模机上脱出试件。将试件仔细置于干燥洁净的平面上，在室温下静置过夜（12 h以上）供试验用。

2）沥青混合料物理指标测定

①概述

按击实法制成的沥青混合料圆柱体，经12 h以后，用水中重法测定其表观密度。并按组成材料原始数据计算其空隙率、沥青体积百分率、矿料间隙率和沥青饱和度等物理指标。

②试验仪具

浸水天平或电子秤、网篮、溢流水箱、试件悬吊装置、秒表、电扇或烘箱。

③试验方法

A.选择适宜的浸水天平（或电子秤），最大称量应不小于试件质量的1.25倍，且不大于试件质量的5倍。

B.除去试件表面的浮粒，称取干燥试件在空气中质量ma（准确度根据选择的天平的感量决定，通常为5 g）。

C.挂上网篮浸入溢流水箱的水中，调节水位，将天平调平或复零，把试件置于网篮中（注意不要使水晃动），浸水约1 min，称取水中质量mw，如实验图10.1所示。

实验图10.1　溢流水箱及下挂法水中重称量方法示意图

1—浸水天平或电子秤；2—试件；3—网篮；4—溢流水箱；5—水位搁板；6—注入口；7—放水阀门

注：若遇天平读数持续变化，不能在数秒钟内达到稳定，说明试件吸水较严重，不适于用此法测定，应改用表干法或封蜡法测定。

④计算物理常数

A.表观密度

密实的沥青混合料试件的表观密度按公式（2）计算（取3位小数），即

式中：ρs——试件的表观密度，g/cm3；

ma——干燥试件的空中质量，g；

mw——试件的水中质量，g；

ρw——常温水的密度（≈1g/cm3）。

B.理论密度

a.当试件沥青按油石比Pa计时，试件的理论密度ρt按公式（3）计算，即

b.当沥青按沥青含量Pb计时，试件的理论密度ρt按公式（4）计算，即

式中：ρt——理论密度，g/cm3，取3位小数；

P1，…，Pn——各种矿料的配合比（矿料总和为

P′1，…，P′n——各种矿料的配合比（矿料与沥青之和为

γ1，…，γn——各种矿料与水的相对密度。

注：矿料与水的相对密度通常采用表观相对密度，对吸水率>1.5%的粗骨料可采用表观相对密度与表干相对密度的平均值。

Pa——油石比（沥青与矿料的质量比），%；

Pb——沥青含量（沥青质量占沥青混合料总质量的百分率），%；

γb——沥青的相对密度，25℃。

C.空隙率

试件的空隙率按公式（5）计算（取1位小数），即

式中：VV——试件的空隙率，%；

ρt——实测的沥青混合料最大密度或按公式（3）或公式（4）计算的理论密度，g/cm3；

ρs——试件的表观密度，g/cm3。

D.沥青体积百分率

试件中沥青的体积百分率按公式（7）或公式（6）计算（取1位小数），即

式中：VA——沥青混合料试件的沥青体积百分率，%。

E.矿料间隙率

试件的矿料间隙率按公式（8）计算（取1位小数），即

式中：VMA——沥青混合料试件的矿料间隙率，%。(www.xing528.com)

F.沥青饱和度

试件沥青饱和度按公式（9）计算（取1位小数），即

式中：VFA——沥青混合料试件的沥青饱和度，%。

（2）沥青混合料马歇尔稳定度试验

1）概述

马歇尔稳定度试验是指标准击实的试件在规定的温度和速度等条件下受压时，测定沥青混合料的稳定度和流值等指标所进行的试验。

本方法适用于标准马歇尔稳定度试验和浸水马歇尔稳定度试验。标准马歇尔稳定度试验主要用于沥青混合料的配合比设计及沥青路面施工质量检验。浸水马歇尔稳定度试验（根据需要，也可进行真空饱水马歇尔试验）主要是检验沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力，通过测试其水稳定性检验配合比设计的可行性。

该方法使用的沥青混合料试件按本规程T0702方法制作，其标准的试件尺寸为直径φ（101.6±0.25）mm，高（63.5±1.3）mm的圆柱体。

2）试验仪器

沥青混合料马歇尔试验仪，也可采用带数字显示或用X-Y记录荷载-位移的自动马歇尔试验仪。试验仪最大荷载不小于25 kN，测定精度100 N，加载速率能保持（50±5）mm/min。另有测定荷载与试件变形的压力环（或传感器）、流量计（或位移计），钢球：直径16 mm，上下压头曲率半径为50.8 mm。

其次还有：恒温水槽、真空饱水容器、烘箱、天平、温度计、马歇尔试件高度测定器、卡尺、棉纱、黄油等。

3）试验方法

①标准马歇尔试验方法

A.用卡尺（或试件高度测定器）测量试件直径和高度（如试件高度不符合（63.5±1.3）mm要求或两侧高度差大于2 mm时，此试件应作废），按规定方法测定试件的物理指标，填入实验表10.2中。

B.将恒温水槽（或烘箱）调节至要求的试验温度，对黏稠石油沥青混合料为（60±1）℃。将试件置于已达规定温度的恒温水槽（或烘箱）中保温30~40 min，试件应垫起，离容器底部不小于5 cm。

实验表10.2　沥青混合料稳定度

C.将马歇尔试验仪的上下压头放入水槽（或烘箱）中达到同样温度。将上下压头从水槽（或烘箱）中取出拭干净内面。为使上下压头滑动自动，可在下压头的导棒上涂少量黄油。再将试件取出置于下压头下，盖上上压头，然后装在加载设备上。

D.将流值测定装置安装在导棒上，使导向套管轻轻地压住上压头，同时将流值计读数调零。在上压头的球座上放妥钢球，并对准荷载测定装置（应力环或传感器）的压头，然后调整应力环中百分表对准零或将荷重传感器的读数复位为零。

E.启动加载设备，使试件承受荷载，加载速度为（50±5）mm/min。当试验荷载达到最大值的瞬间，取下流值计，同时读取应力环中百分表（或载荷传感器）读数和流值计的流值读数（从恒温水槽中取出试件至测出最大荷载值的时间，不应超过30 s）。

F.试验结果和计算。

a.稳定度及流值。

b.马歇尔模数：试件的马歇尔模数按公式（10）计算：

式中：T——试件的马歇尔模数，kN/mm；

MS——试件的稳定度，kN；

FL——试件的流值（0.1 mm）。

G.试验结果报告。

a.当一组测定值中某个数据与平均值大于标准差k倍时。

该测定值应予舍弃，并以其测定值的平均值作为试验结果。当试验项目n为3、4、5、6个时，k值分别为1.15、1.46、1.67、1.82。

实验表10.3　试验记录

b.试验应报告马歇尔稳定度、流值、马歇尔模数，以及试件尺寸、试件的密度、空隙率、沥青用量、沥青体积百分率、沥青饱和度、矿料间隙率等各项物理指标。试验记录参见实验表10.3。

②浸水马歇尔试验方法

A.浸水马歇尔试验方法是将沥青混合料试件在规定温度（黏稠沥青混合料为（60±1）℃）的恒温水槽中保温48 h，然后测定其稳定度。其余方法与标准马歇尔试验方法相同。

B.根据试件的浸水马歇尔稳定度。可按公式（11）求得试件浸水残留稳定度。

式中：MS0——试件的浸水残留稳定度，%；

MS1——48 h后的稳定度，kN；

MS——试件按标准实验方法测得的稳定度，kN。

C.真空饱和马歇尔试验方法。

真空饱和马歇尔试验方法，是将试件先放入真空干燥器中，关闭进水胶管，开动真空泵，使干燥器的真空度达到97.3 kPa（730 mmHg）以上，维持15 min，然后打开进水胶管，靠负压进入冷水流，使试件全部浸入水中，浸水15 min后恢复常压，取出试件再放入规定温度（黏稠沥青混合料为（60±1）℃）的恒温水槽中保温48 h，进行马歇尔试验，可按公式（11）求得试件真空饱水残留稳定度。

式中：MS′0——试件的真空饱水残留稳定度，%；

MS2——试件真空饱水后浸水48 h后的稳定度，kN；

MS——试件按标准试验方法的稳定度，kN。

（3）沥青混合料车辙试验

1）概述

沥青混合料的车辙试验是在规定尺寸的板块状压实试件上，用固定荷载的橡胶轮反复行走后，测定其在变形稳定期每增加变形1 mm的碾压次数，即动稳定度，以“次/mm”表示。车辙试验的温度与轮压，可根据有关规定和需要选用。非经注明，试验温度为60℃，轮压为0.7 MPa。在寒冷地区也可采用45℃或其他温度，但应在报告中注明。计算动稳定度的时间原则上试验开始后45~60 mm。

本方法适用于轮碾成型机碾压成型的长300 mm，宽300 mm，厚50~100 mm的板块状试件，也适用于现场切割的长300 mm，宽150 mm，厚50 mm板块状试件。同时也适用于测定沥青混合料的高温抗车辙能力，并作为沥青混合料配合比设计的辅助性检验使用。

2）试验器具

①车辙试验机：主要由下列部分组成：

a.试件台：可牢固地安装两种宽度（300 mm及150 mm）的规定尺寸试件的试模。

b.试验轮：橡胶制的实心轮胎。

c.加载装置：使试验轮与试件的接触压强在60℃时为（0.7±0.05）MPa，施加的总荷重为780 N左右，根据需要可以调整。

d.试模：钢板制成，由底板及侧板组成。试模内侧尺寸为300 mm，宽为300 mm，厚为50~100 mm（试验室制作），也可固定150 mm宽的现场切制试件。

e.变形测量装置：自动检测车辙变形并记录曲线装置，常用LVDT、电测百分表或非接触位移计。

f.温度检测装置：自动检测并记录试件表面及恒温室内温度的温度传感器、温度计，精度为0.5℃。

②恒温室：能保持室内恒温（60±1）℃（试件内部温度（60±0.5）℃），根据需要也可为其他需要的温度，应能自动连续记录温度。

③台秤：称量15 kg，感量不大于5 g。

3）试验准备

①试验轮接地压强测定：测定在60℃时进行，在试验台上放置一块50 mm厚的钢板，其上铺一张毫米方格纸，上铺一张新的复写纸，以规定的700 N荷载后试验静压复写纸，即可在方格纸上印出轮压面积，并由此求接地压强。若压强不符合（0.7±0.05）MPa时，荷载应予适当调整。

②按规程规定用轮碾成型法制车辙试验试块。在试验室或工地制备成型的车辙试件，其标准尺寸为300 mm×150 mm×（50~100）mm的试件。

③将试件脱模按规定的方法测定密度及空隙率等各项物理指标。经水浸，应用电风扇将其吹干，然后再装回原试模中。

4）试验步骤

①将试件连同试模一起，置于达到试验温度（60±1）℃的恒温室中，保温不少于5 h，也不得多于12 h。在试件的试验轮行走的部位上，粘贴一个热电隅温度计（也可在试件制作时预先将热电隅导线埋入试件一角），控制试件温度稳定在（60±0.5）℃。

②将试件连同试模移置于车辙试验机的试验台上，试验轮在试件的中央部位，其行走方向须与试件碾压或行车方向一致。开动车辙变形自动记录仪，然后启动试验机，使试验轮往返行走，时间约1 h，或最大变形达到25 mm时为止。试验时，记录仪自动记录变形曲线。

③从图中读取45 min（t1）及60 mm（t2）时的车辙变形d1及d2，准确至0.01 mm。

当形变过大，在未到60 min变形已达25 mm时，则以达到25 mm时的时间为t2，其前15 min为t1，此时的变形量为d1。

④沥青混合料试件的动稳定度按公式（13）计算，即

式中：DS——沥青混合料的动稳定度，次/mm；

d1——时间t1（一般为45 min）的变形量，mm；

d2——时间t2（一般为60 min）的变形量，mm；

C1——试验机类型修正系数，曲柄连杆驱动试件的变速分赴方式为1.0，链驱动试验轮的高速方式为1.5。

C2——试件系数，试验室制备的宽300 mm的试件为1.0，从路面切割的宽150 mm的试件为0.8。

5）试验结果

①同一沥青混合料或同一路段的路面，至少平行试验3个试件，当3个试件动稳定度变异系数小于20%时，取其平均值作为试验结果。变异系数大于20%时应分析原因，并追加试验。如计算动稳定度的值大于6 000次/mm时，记作“>6 000次/mm”。

②允许误差。

重复性试验动稳定变异系数不大于20%。