瀝青混合料馬歇爾穩定度與級配曲線特性關系的研究

蘇杰 孫寶貴 謝吉民 郭逸闐

【摘要】文章基于馬歇爾穩定度的定義，詳細的闡述了瀝青混合料馬歇爾穩定度與級配曲線特性的關系。

【關鍵詞】瀝青混合料；馬歇爾穩定度；曲線特性

一、前言

新時期下，伴隨著瀝青混合料的廣泛應用，瀝青混合料馬歇爾穩定度引起了人們的普遍關注，人們對工程的使用性能提出了更高的要求。因此，加大對瀝青混合料馬歇爾穩定度與級配曲線特性關系的研究就顯得十分必要。

二、馬歇爾穩定度概述

馬歇爾法是在1939年美國密西西比州公路局工程師布魯斯·馬歇爾最早提出的。第二次世界大戰期間，美國陸軍工程兵加以改進使其成為一種設計方法。馬歇爾穩定度是指時間受壓至破壞時能承受最大荷載，而流值則是達到最大載荷時試件的垂直變形。在工程施工過程中通常使用馬歇爾模數來衡量試件的抗壓能力。

瀝青混合料馬歇爾穩定儀控制系統為實際施工中提供可靠的參考數據。馬歇爾穩定度實驗主要針對于瀝青混合料配合比設計以及施工質量的檢驗，由于，通過馬歇爾試驗可以得到非常準確的實驗數據，通過對于數據的分析，可以確定最佳的施工配合比，從而使瀝青混合料達到規定的標準，在碾壓過程中很好地解決陷碾問題。

三、試驗方案設計

1、原材料性質

（1）集料與填料

試驗所用集料為優質地產安山巖。集料采用落錘式破碎機加工，顆粒立方體形狀較好，強度高，硬度大，有較好的耐磨性。礦粉由石灰巖磨細而成，表觀相對密度2.70，0.075mm篩通過率為80.3%。

（2）瀝青性質

本試驗用瀝青材料采用盤錦歡喜嶺90#水工瀝青，主要技術指標見表1。

四、試驗方案

1、試驗級配的設計原則有以下幾點：

（1）以4.75mm篩孔作為區分粗、細集料的關鍵篩孔，粗、細集料及關鍵篩孔分別設置上、中、下等3個變化水平，且變化幅度相同，為5%；

（2）保持關鍵篩孔通過率不變，通過選擇不同的級配水平分別變化粗集料和細集料內部比例，觀察粗、細集料內部結構變化對馬歇爾穩定度的影響；

（3）變化關鍵篩孔通過率，研究關鍵篩孔通過率對馬歇爾穩定度的影響。

試驗級配見表2。

2、瀝青混合料馬歇爾穩定度影響因素分析

影響馬歇爾穩定度的因素大致可歸納為兩類：級配因素；瀝青用量因素。本部分采用雙因素方差分析的方法，分析二者對瀝青混合料馬歇爾穩定度的影響。

以表2中級配sx-00、sx-01、sx-10作為研究對象，采用3種不同的瀝青含量（Pb為4.5%、5.0%、5.5%），進行馬歇爾試驗并測量其馬歇爾穩定度，結果列于表3。

對表3中試驗結果進行雙因素方差分析，見表4。

由表4雙因素方差分析可知，在95%保證率條件下，原假設“瀝青因素對穩定度的變化無顯著影響，穩定度變化是由級配變化造成的”成立，即可認為級配因素是造成穩定度變化的主導因素，瀝青用量的影響并不顯著。

3、級配曲線特性對瀝青混合料馬歇爾穩定度的影響

為避免礦料顆粒空間分布隨機性引起試驗結果的差異，本文采用秩和檢驗，進行級配曲線特性對馬歇爾穩定度影響程度的分析。

采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ052-2000）中T0702-2000的方法對表2所示級配進行馬歇爾試件成型；依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ052-2000）中T0709-2000的方法測量試件的馬歇爾穩定度，結果匯總于表5。

（1）粗集料變化對馬歇爾穩定度的影響

依照表5數據，運用秩和檢驗方法考察粗集料變化對瀝青混合料馬歇爾穩定度的影響。

表5數據顯示，當細集料級配保持不變，僅改變粗集料級配，瀝青混合料的馬歇爾穩定度發生變化，但變化幅度較小（最大變化幅度0.69kN）。

由表6秩和檢驗結果可知，在95%保證率條件下，粗集料結構變化對于瀝青混合料馬歇爾穩定度未產生顯著影響，可認為測試結果的差異是由試驗的隨機性造成的。這說明馬歇爾穩定度對于粗集料內部結構的變化不敏感。

進一步，由表7秩和檢驗結果可知，16～9.5mm粒徑組成結構的變化對馬歇爾穩定度的影響并不顯著，由此推得，該檔粒徑的改變并不是引起馬歇爾穩定度變化的顯著性因素。

分析認為，馬歇爾穩定度試驗的受力模式決定了試件在試驗過程中承受擠壓力，此種受力模式，很難體現粗集料所形成骨架結構的承載能力。

（2）細集料變化對馬歇爾穩定度的影響

運用秩和檢驗方法考察細集料變化對瀝青混合料馬歇爾穩定度的影響。

由表5可知，保持粗集料級配不變，而變化細集料的內部結構，瀝青混合料馬歇爾穩定度發生一定程度變化（最大變化幅度3.52kN）。

（3） 關鍵篩孔4.75mm通過率變化對馬歇爾穩定度的影響

當關鍵篩孔4.75mm通過率發生變化時，馬歇爾穩定度產生了小幅度變化（最大變化幅度0.59kN）。

綜上所述，級配變化幅度相同（5%）時，級配不同部分的變化對馬歇爾穩定度產生的影響存在顯著差異。細集料內部結構的變化會引起馬歇爾穩定度發生顯著改變；粗集料內部結構，4.75mm篩通過率變化對馬歇爾穩定度的影響并不顯著。由此可知，馬歇爾穩定度對細集料的變化存在敏感的反應，而對粗集料、4.75mm篩通過率的變化反應并不敏感。

五、結果分析

本文通過室內研究，對不同走向的級配曲線及其對應的馬歇爾穩定度之間的關系進行了研究，取得了如下成果。

1、采用雙因素方差分析的方法，證明了馬歇爾穩定度的變化主要是由于級配變化造成的，瀝青含量的影響并不顯著。

3、馬歇爾穩定度對細集料級配變化最敏感；而對粗集料級配，4.75mm篩通過率變化并不敏感。

六、結束語

由上文可知，馬歇爾穩定度是施工工程質量檢測中評價瀝青混合料配合比的重要指標，瀝青混合料馬歇爾穩定度與級配曲線特性關系數據的真實性和準確性十分重要。

參考文獻

[1]賈渝，張全庚.論我國瀝青混合料設計方法[J].公路，2011（8）：84-91.

[2]瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2013（6）：31-36.