瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度與級(jí)配曲線特性關(guān)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(wěn)定度的定義，詳細(xì)的闡述了瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度與級(jí)配曲線特性的關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】瀝青混合料；馬歇爾穩(wěn)定度；曲線特性

一、前言

新時(shí)期下，伴隨著瀝青混合料的廣泛應(yīng)用，瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度引起了人們的普遍關(guān)注，人們對(duì)工程的使用性能提出了更高的要求。因此，加大對(duì)瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度與級(jí)配曲線特性關(guān)系的研究就顯得十分必要。

二、馬歇爾穩(wěn)定度概述

馬歇爾法是在1939年美國(guó)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(zhàn)期間，美國(guó)陸軍工程兵加以改進(jìn)使其成為一種設(shè)計(jì)方法。馬歇爾穩(wěn)定度是指時(shí)間受壓至破壞時(shí)能承受最大荷載，而流值則是達(dá)到最大載荷時(shí)試件的垂直變形。在工程施工過程中通常使用馬歇爾模數(shù)來衡量試件的抗壓能力。

瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定儀控制系統(tǒng)為實(shí)際施工中提供可靠的參考數(shù)據(jù)。馬歇爾穩(wěn)定度實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)于瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)以及施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，由于，通過馬歇爾試驗(yàn)可以得到非常準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)于數(shù)據(jù)的分析，可以確定最佳的施工配合比，從而使瀝青混合料達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，在碾壓過程中很好地解決陷碾問題。

三、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1、原材料性質(zhì)

（1）集料與填料

試驗(yàn)所用集料為優(yōu)質(zhì)地產(chǎn)安山巖。集料采用落錘式破碎機(jī)加工，顆粒立方體形狀較好，強(qiáng)度高，硬度大，有較好的耐磨性。礦粉由石灰?guī)r磨細(xì)而成，表觀相對(duì)密度2.70，0.075mm篩通過率為80.3%。

（2）瀝青性質(zhì)

本試驗(yàn)用瀝青材料采用盤錦歡喜嶺90#水工瀝青，主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

四、試驗(yàn)方案

1、試驗(yàn)級(jí)配的設(shè)計(jì)原則有以下幾點(diǎn)：

（1）以4.75mm篩孔作為區(qū)分粗、細(xì)集料的關(guān)鍵篩孔，粗、細(xì)集料及關(guān)鍵篩孔分別設(shè)置上、中、下等3個(gè)變化水平，且變化幅度相同，為5%；

（2）保持關(guān)鍵篩孔通過率不變，通過選擇不同的級(jí)配水平分別變化粗集料和細(xì)集料內(nèi)部比例，觀察粗、細(xì)集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度的影響；

（3）變化關(guān)鍵篩孔通過率，研究關(guān)鍵篩孔通過率對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度的影響。

試驗(yàn)級(jí)配見表2。

2、瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度影響因素分析

影響馬歇爾穩(wěn)定度的因素大致可歸納為兩類：級(jí)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(duì)瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度的影響。

以表2中級(jí)配sx-00、sx-01、sx-10作為研究對(duì)象，采用3種不同的瀝青含量（Pb為4.5%、5.0%、5.5%），進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)并測(cè)量其馬歇爾穩(wěn)定度，結(jié)果列于表3。

對(duì)表3中試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(shè)“瀝青因素對(duì)穩(wěn)定度的變化無顯著影響，穩(wěn)定度變化是由級(jí)配變化造成的”成立，即可認(rèn)為級(jí)配因素是造成穩(wěn)定度變化的主導(dǎo)因素，瀝青用量的影響并不顯著。

3、級(jí)配曲線特性對(duì)瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度的影響

為避免礦料顆粒空間分布隨機(jī)性引起試驗(yàn)結(jié)果的差異，本文采用秩和檢驗(yàn)，進(jìn)行級(jí)配曲線特性對(duì)馬歇爾穩(wěn)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(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）中T0702-2000的方法對(duì)表2所示級(jí)配進(jìn)行馬歇爾試件成型；依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）中T0709-2000的方法測(cè)量試件的馬歇爾穩(wěn)定度，結(jié)果匯總于表5。

（1）粗集料變化對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度的影響

依照表5數(shù)據(jù)，運(yùn)用秩和檢驗(yàn)方法考察粗集料變化對(duì)瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度的影響。

表5數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)細(xì)集料級(jí)配保持不變，僅改變粗集料級(jí)配，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度發(fā)生變化，但變化幅度較?。ㄗ畲笞兓?.69kN）。

由表6秩和檢驗(yàn)結(jié)果可知，在95%保證率條件下，粗集料結(jié)構(gòu)變化對(duì)于瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度未產(chǎn)生顯著影響，可認(rèn)為測(cè)試結(jié)果的差異是由試驗(yàn)的隨機(jī)性造成的。這說明馬歇爾穩(wěn)定度對(duì)于粗集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化不敏感。

進(jìn)一步，由表7秩和檢驗(yàn)結(jié)果可知，16～9.5mm粒徑組成結(jié)構(gòu)的變化對(duì)馬歇爾穩(wěn)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(wěn)定度變化的顯著性因素。

分析認(rèn)為，馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)的受力模式?jīng)Q定了試件在試驗(yàn)過程中承受擠壓力，此種受力模式，很難體現(xiàn)粗集料所形成骨架結(jié)構(gòu)的承載能力。

（2）細(xì)集料變化對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度的影響

運(yùn)用秩和檢驗(yàn)方法考察細(xì)集料變化對(duì)瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度的影響。

由表5可知，保持粗集料級(jí)配不變，而變化細(xì)集料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度發(fā)生一定程度變化（最大變化幅度3.52kN）。

（3） 關(guān)鍵篩孔4.75mm通過率變化對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度的影響

當(dāng)關(guān)鍵篩孔4.75mm通過率發(fā)生變化時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度產(chǎn)生了小幅度變化（最大變化幅度0.59kN）。

綜上所述，級(jí)配變化幅度相同（5%）時(shí)，級(jí)配不同部分的變化對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度產(chǎn)生的影響存在顯著差異。細(xì)集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化會(huì)引起馬歇爾穩(wěn)定度發(fā)生顯著改變；粗集料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，4.75mm篩通過率變化對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度的影響并不顯著。由此可知，馬歇爾穩(wěn)定度對(duì)細(xì)集料的變化存在敏感的反應(yīng)，而對(duì)粗集料、4.75mm篩通過率的變化反應(yīng)并不敏感。

五、結(jié)果分析

本文通過室內(nèi)研究，對(duì)不同走向的級(jí)配曲線及其對(duì)應(yīng)的馬歇爾穩(wěn)定度之間的關(guān)系進(jìn)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(wěn)定度的變化主要是由于級(jí)配變化造成的，瀝青含量的影響并不顯著。

3、馬歇爾穩(wěn)定度對(duì)細(xì)集料級(jí)配變化最敏感；而對(duì)粗集料級(jí)配，4.75mm篩通過率變化并不敏感。

六、結(jié)束語

由上文可知，馬歇爾穩(wěn)定度是施工工程質(zhì)量檢測(cè)中評(píng)價(jià)瀝青混合料配合比的重要指標(biāo)，瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度與級(jí)配曲線特性關(guān)系數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性十分重要。

參考文獻(xiàn)

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