《道路工程材料》關于瀝青混合料水穩定性試驗的教學思考

張增平 劉浩

摘 要：瀝青作為一種重要的道路工程材料，其性能試驗也顯得尤為重要。本文就瀝青混合料水穩定性能試驗進行分析介紹，旨在提高學生對試驗的理解，也希望可以對學生了解學習課程試驗帶來一些思路上的啟發。

關鍵詞：瀝青;性能試驗;水穩定性;思維培養

1引言：瀝青作為一種高黏度有機液體，能與不同礦質材料按比例配合后建成不同結構的瀝青路面，是一種重要的道路工程材料。瀝青性能試驗作為一種研究瀝青性能的方法也是《道路工程材料》中瀝青部分教學重點所在，在教學過程中發現同學們經常將測試瀝青同一性能的幾種試驗混淆，無法保持清晰的思路。鑒于此，本文就研究水穩定性的重要性、水穩定試驗方法以及對幾種常見實驗方法之間的聯系進行簡單闡述，希望可以拋磚引玉，給讀者帶來一些幫助。

2瀝青混合料水穩定性

2.1研究水穩定性的必要性

水損害是瀝青路面的主要病害之一，是瀝青路面在水、凍融循環以及汽車車輪動態荷載共同作用下導致的。瀝青路面攤鋪壓實后存在空隙，不能將大自然中的水完全隔離在路面以外，這就給了瀝青路面產生水損害的機會。水進入路面空隙后在車輪動態荷載作用下不斷產生動水壓力沖擊瀝青混合料的內部，水分逐漸進入瀝青與集料黏結的界面，降低瀝青對集料的粘附性，使瀝青膜從石料表面脫落，形成松散薄弱塊，瀝青混合料開始掉粒、松散，路表產生麻面，形成路面缺失，更嚴重的會形成坑槽等水損害現象。

在對路面破壞現象廣泛調查、統計的基礎上，研究者發現超過70%的瀝青路面早期破壞都涉及到水損害，水損害已經成為導致瀝青路面服務壽命縮短、質量下降的罪魁禍首。面對危害如此巨大的一種破壞類型，能否通過一種方法將瀝青混合料抵抗這種破壞的能力表征出來，提前對這種能力做出要求，使其達到能夠抵抗這種病害產生的程度就是我們要解決的問題。

水穩定性試驗就是建立在研究水損害發生機理的基礎上的，是以不同的形式模擬水、溫度、荷載對瀝青路面產生的作用，通過反映出瀝青與石料的粘附性以及瀝青混合料的整體粘結力對瀝青混合料抵抗水損害的能力進行表征。

2.2水穩定試驗方法

多年來，各國研究者針對瀝青路面水損害問題提出了很多試驗方法和評價指標，這些方法和指標都各具優缺點，分別從不同角度反映了瀝青混合料的水穩定性。根據評價內容不同，大體上可分為兩類。

一類評價的是瀝青與集料的粘附性，這類水穩定性檢驗方法因其評價的特性所以無需壓實成型試件，直接將裹覆有瀝青的集料放在常溫或沸騰溫度下的水中浸泡一段時間后進行的評價，主要針對粗集料與瀝青的相互作用。這類實驗方法完全忽視了作為瀝青路面重要組成部分的細集料及填充物，其評價指標、試驗條件與瀝青路面性能、應用環境的相關性也并不是十分明確。主要包括有水煮法、浸水法、光電比色法以及示蹤鹽法。

另一類是對混合料整體水穩定性的評價，不再針對松散的瀝青混合料進行評價，這類實驗測試的混合料成型試件或提取的路面芯樣都更接近實際使用中的瀝青路面，并采用一些客觀指標來表征瀝青混合料的水穩定性，這些指標與瀝青路面性能的相關性也更為明確。主要有浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂實驗、浸水車轍試驗。

2.3實驗關聯

2.3.1從主觀評價到客觀評價

水煮法適用于最大粒徑大于13.2mm的粗集料，試驗時，直接將用瀝青裹覆的干燥、潔凈的集料顆粒懸掛于微沸狀態的水中煮沸3min，然后肉眼觀察其表面瀝青剝落程度，以此作為瀝青與集料黏附性的評判標準。

可以發現水煮法只適用于最大粒徑大于13.2mm的集料，那么對于最大粒徑小于13.2mm的集料也需要一種合適的方法進行測試，此時就要用到浸水法。浸水法適用于最大粒徑小于13.2mm的粗集料，試驗時，首先將集料與占集料質量5.5%的瀝青混合均勻。然后將混合料平攤在玻璃板或其他器皿中浸入一定溫度的蒸餾水中，待一定時間后水中目測其面積剝落百分率。

以上兩種試驗方法都十分的方便快捷，但是它們也因此樣缺乏定量指標且易受人主觀因素影響，因此就需要找到更為客觀的指標來對瀝青水穩定性進行評價。

光電分光光度計可以測定溶液的吸光度來推算溶液濃度，利用這一特性，我們可以客觀的評判瀝青剝落率。

光電比色法就用到了光電分光光度計，將均勻裹覆瀝青的集料放入一定濃度的酚藏花紅染料的水溶液中，裸露的集料會吸附酚藏花紅染料，導致水溶液濃度的變化，用光電分光光度計測量吸光度以此來推算出溶液濃度，則可根據集料吸附酚藏花紅染料的量表征瀝青膜的剝落率。

示蹤鹽法也是同樣的原理，不同之處在于示蹤鹽法會增大溶液濃度，提前吸附在粗集料表面的示蹤鹽，會因為瀝青的剝落分散于蒸餾水中，我們用光電分光光度計測量吸光度測算出示蹤鹽的濃度，與未裹覆瀝青的空白集料的浸水后示蹤鹽濃度比值作為瀝青剝落率指標。

這兩種方法相比于前兩種試驗方法的進步之處在于對瀝青膜的脫落有客觀的定量指標，但是它們存在較大的技術難度，操作過程比較繁瑣，因此很少采用。

2.3.2從簡單模擬到貼近實際

上面提到的幾種實驗方法都是對未經壓實的松散瀝青混合料進行的評價，與瀝青路面實際使用情況關聯不大，評價指標與瀝青路面性能相關性也并不是十分明確，所以考慮對混合料整體性能進行客觀評價。

浸水馬歇爾試驗開始考慮對混合料整體進行考慮，按照規范中的方法雙面擊實75次成型馬歇爾試件，將其分成兩組，分別在60℃水浴中恒溫30min和48h，測量其殘留穩定度。這種方法簡單易行并且有客觀評價瀝青水穩定性的指標，但是其成型的試件空隙率大約在3%～5%，與工程現場實際空隙率6%～8%不符。因此，我們將擊實次數降低到50次使其空隙率更接近實際情況并且將試件在-18℃、25℃、60℃進行凍融循環測量凍融殘留強度比，考慮到混合料的負溫度范圍，比浸水馬歇爾試驗更合理，這就是凍融劈裂實驗。

在瀝青路面實際使用過程中還要受到車輪荷載產生動水壓力加速瀝青與集料分離，浸水車轍試驗便將這點考慮在內，將輪載、水力沖刷以及孔隙水壓都加載到飽水車轍試件上，比浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂實驗都更好地模擬了實際瀝青路面在浸水條件下的服役情況。

水穩定性評價方法從研究瀝青與粗集料粘附性的水煮法到對混合料整體粘結力進行評價的浸水馬歇爾試驗再到浸水車轍試驗，一步步更接近實際，更能確切的將瀝青混合料的水穩定性表征出來。

3.結束語

本科生一般沒有接觸過材料的相關實驗，學習《道路工程材料》實驗部分時感到抽象，通過介紹瀝青混合料水穩定性試驗的必要性、試驗方法，再通過內在聯系循序漸進的介紹幾種常見的水穩定性測試方法，增強了知識之間的邏輯性，可以幫助本科生理解瀝青混合料的水穩定性試驗，也可以給學生帶來一些思路上的啟發，幫助他們發散思維，在學習這門課程的過程中發現知識之間的關聯性、邏輯性，有效改善《道路工程材料》的課堂教學效果。

參考文獻：

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作者簡介：

1.張增平，男，1981年10月生，陜西藍田人，博士。工作單位：長安大學公路學院道路工程所。職稱：教授。研究方向：道路工程材料。