沥青混合料马歇尔稳定度与级配曲线特性关系的研究

苏杰 孙宝贵 谢吉民 郭逸阗

【摘要】文章基于马歇尔稳定度的定义，详细的阐述了沥青混合料马歇尔稳定度与级配曲线特性的关系。

【关键词】沥青混合料；马歇尔稳定度；曲线特性

一、前言

新时期下，伴随着沥青混合料的广泛应用，沥青混合料马歇尔稳定度引起了人们的普遍关注，人们对工程的使用性能提出了更高的要求。因此，加大对沥青混合料马歇尔稳定度与级配曲线特性关系的研究就显得十分必要。

二、马歇尔稳定度概述

马歇尔法是在1939年美国密西西比州公路局工程师布鲁斯·马歇尔最早提出的。第二次世界大战期间，美国陆军工程兵加以改进使其成为一种设计方法。马歇尔稳定度是指时间受压至破坏时能承受最大荷载，而流值则是达到最大载荷时试件的垂直变形。在工程施工过程中通常使用马歇尔模数来衡量试件的抗压能力。

沥青混合料马歇尔稳定仪控制系统为实际施工中提供可靠的参考数据。马歇尔稳定度实验主要针对于沥青混合料配合比设计以及施工质量的检验，由于，通过马歇尔试验可以得到非常准确的实验数据，通过对于数据的分析，可以确定最佳的施工配合比，从而使沥青混合料达到规定的标准，在碾压过程中很好地解决陷碾问题。

三、试验方案设计

1、原材料性质

（1）集料与填料

试验所用集料为优质地产安山岩。集料采用落锤式破碎机加工，颗粒立方体形状较好，强度高，硬度大，有较好的耐磨性。矿粉由石灰岩磨细而成，表观相对密度2.70，0.075mm筛通过率为80.3%。

（2）沥青性质

本试验用沥青材料采用盘锦欢喜岭90#水工沥青，主要技术指标见表1。

四、试验方案

1、试验级配的设计原则有以下几点：

（1）以4.75mm筛孔作为区分粗、细集料的关键筛孔，粗、细集料及关键筛孔分别设置上、中、下等3个变化水平，且变化幅度相同，为5%；

（2）保持关键筛孔通过率不变，通过选择不同的级配水平分别变化粗集料和细集料内部比例，观察粗、细集料内部结构变化对马歇尔稳定度的影响；

（3）变化关键筛孔通过率，研究关键筛孔通过率对马歇尔稳定度的影响。

试验级配见表2。

2、沥青混合料马歇尔稳定度影响因素分析

影响马歇尔稳定度的因素大致可归纳为两类：级配因素；瀝青用量因素。本部分采用双因素方差分析的方法，分析二者对沥青混合料马歇尔稳定度的影响。

以表2中级配sx-00、sx-01、sx-10作为研究对象，采用3种不同的沥青含量（Pb为4.5%、5.0%、5.5%），进行马歇尔试验并测量其马歇尔稳定度，结果列于表3。

对表3中试验结果进行双因素方差分析，见表4。

由表4双因素方差分析可知，在95%保证率条件下，原假设“沥青因素对稳定度的变化无显著影响，稳定度变化是由级配变化造成的”成立，即可认为级配因素是造成稳定度变化的主导因素，沥青用量的影响并不显著。

3、级配曲线特性对沥青混合料马歇尔稳定度的影响

为避免矿料颗粒空间分布随机性引起试验结果的差异，本文采用秩和检验，进行级配曲线特性对马歇尔稳定度影响程度的分析。

采用《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）中T0702-2000的方法对表2所示级配进行马歇尔试件成型；依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）中T0709-2000的方法测量试件的马歇尔稳定度，结果汇总于表5。

（1）粗集料变化对马歇尔稳定度的影响

依照表5数据，运用秩和检验方法考察粗集料变化对沥青混合料马歇尔稳定度的影响。

表5数据显示，当细集料级配保持不变，仅改变粗集料级配，沥青混合料的马歇尔稳定度发生变化，但变化幅度较小（最大变化幅度0.69kN）。

由表6秩和检验结果可知，在95%保证率条件下，粗集料结构变化对于沥青混合料马歇尔稳定度未产生显著影响，可认为测试结果的差异是由试验的随机性造成的。这说明马歇尔稳定度对于粗集料内部结构的变化不敏感。

进一步，由表7秩和检验结果可知，16～9.5mm粒径组成结构的变化对马歇尔稳定度的影响并不显著，由此推得，该档粒径的改变并不是引起马歇尔稳定度变化的显著性因素。

分析认为，马歇尔稳定度试验的受力模式决定了试件在试验过程中承受挤压力，此种受力模式，很难体现粗集料所形成骨架结构的承载能力。

（2）细集料变化对马歇尔稳定度的影响

运用秩和检验方法考察细集料变化对沥青混合料马歇尔稳定度的影响。

由表5可知，保持粗集料级配不变，而变化细集料的内部结构，沥青混合料马歇尔稳定度发生一定程度变化（最大变化幅度3.52kN）。

（3） 关键筛孔4.75mm通过率变化对马歇尔稳定度的影响

当关键筛孔4.75mm通过率发生变化时，马歇尔稳定度产生了小幅度变化（最大变化幅度0.59kN）。

综上所述，级配变化幅度相同（5%）时，级配不同部分的变化对马歇尔稳定度产生的影响存在显著差异。细集料内部结构的变化会引起马歇尔稳定度发生显著改变；粗集料内部结构，4.75mm筛通过率变化对马歇尔稳定度的影响并不显著。由此可知，马歇尔稳定度对细集料的变化存在敏感的反应，而对粗集料、4.75mm筛通过率的变化反应并不敏感。

五、结果分析

本文通过室内研究，对不同走向的级配曲线及其对应的马歇尔稳定度之间的关系进行了研究，取得了如下成果。

1、采用双因素方差分析的方法，证明了马歇尔稳定度的变化主要是由于级配变化造成的，沥青含量的影响并不显著。

3、马歇尔稳定度对细集料级配变化最敏感；而对粗集料级配，4.75mm筛通过率变化并不敏感。

六、结束语

由上文可知，马歇尔稳定度是施工工程质量检测中评价沥青混合料配合比的重要指标，沥青混合料马歇尔稳定度与级配曲线特性关系数据的真实性和准确性十分重要。

参考文献

[1]贾渝，张全庚.论我国沥青混合料设计方法[J].公路，2011（8）：84-91.

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