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沥青混合料试验

第八章沥青混合料试验

第一节沥青混合料的制备和试件成型

一、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101.6mm、高为63.5mm的圆柱体试件，供测定其物理常数和力学性质用。

二、试验仪具

　　1．击实仪：

由击实锤、φ98.5mm平圆形压实头及带手柄的导向棒组成。

用人工或机械将压实锤举起从457.2±1.5mm高度沿导向棒自由落下击实，标准击实锤质量4.536±9g。

　　2．标准击实台：

用以固定试模，在200mm×200mm×457mm的硬木墩上面有一块305mm×305mm×25mm的钢板，木墩用4根型钢固定在下面的水泥混凝土板上。

木墩采用青冈栋、松或其它干密度为0.67～0.77g/cm3的硬木制成。

人工击实或机械击实必须有此标准击实台。

　　自动击实仪是将标准击实锤及标准击实台安装一体，并用电力驱动使击实锤连续击实试件且可自动记数的设备，击实速度为60±5次／min.

3．试验室用沥青混合料拌和机：

能保证拌和温度并充分拌和均匀，可控制拌和时间，容量不少于l0L，如图8-1所示。

搅拌叶自转速度70～80r/min，公转速度40～50r/min。

4．脱模器：

电动或手动，可无破损地推出圆柱体试件，备有要求尺寸的推出环。

5．试模：

每种至少3组，由高碳钢或工具钢制成，每组包括内径101.6mm、高约87.0mm的圆柱形金属筒、底座（直径约120.6mm）和套筒（内径101.6mm，高约69.8mm）各1个。

图8-1小型沥青混合料拌和机

1－电机；2－联轴器；3－变速箱；4－弹簧；5－拌和叶片；6－升降手柄；7－底座；8－加热拌和锅；9－温度时间控制仪

6．烘箱：

大、中型各一台，装有温度调节器。

　　7．天平或电子秤：

用于称量矿料的分度值不大于0.5g，用于称量沥青的分度值不大于0.1g。

8．沥青运动粘度测定设备：

毛细管粘度计或赛波特重油粘度计。

9．插刀或大螺丝刀。

10．温度计：

分度值不大于1℃。

11．其它：

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。

三、试验方法

1．准备工作

（1）确定制作沥青混合料试件的拌和与压实温度。

　　a.用毛细管粘度计测定沥青的运动粘度，绘制粘温曲线。

当使用石油沥青时，以运动粘度为170±20mm2/s时的温度为拌和温度；以280±30mm2/s时的温度为压实温度。

亦可用赛氏粘度计测定赛波特粘度，以85±10s时的温度为拌和温度；以140±15s时的温度为压实温度。

　　b.当缺乏运动粘度测定条件时，试件的拌和与压实温度可按试表8-1选用，并根据沥青品种和标号作适当调整。

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。

表8-1沥青混合料拌和及压实温度参考表

沥青种类

拌和温度（℃）

压室温度（℃）

沥青种类

拌和温度（℃）

压室温度（℃）

石油沥青

130～160

110～130

煤沥青

90～120

80～110

（2）将各种规格的矿料置105±5℃的烘箱中烘干至恒重（一般不少于4～6h）。

根据需要，可将粗细集料过筛后，用水冲洗再烘干备用。

（3）分别测定不同粒径粗、细集料及填料（矿粉）的表观密度，并测定沥青的密度。

　　（4）将烘干分级的粗细集料，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150℃（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。

（5）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。

（6）用沾有少许黄油的棉纱擦净试模、套筒及击实座等置100℃左右烘箱中加热1h备用。

2．混合料拌制

（1）将沥青混合料拌和机预热至拌和温度以上10℃左右备用。

（2）将每个试件预热的粗细集料置于拌和机中，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1～1.5min，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3min。

3．试件成型

（1）将拌好的沥青混合料，均匀称取一个试件所需的用量（约1200g）。

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儿份，分别取用。

（2）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），按四分法从四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。

（3）插入温度计，至混合料中心附近，检查混合料温度。

　　（4）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）将击实锤从457mm的高度自由落下击实规定的次数（75、50或35次）。

　　（5）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。

（6）试件击实结束后，如上下面垫有圆纸，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，如高度不符合要求时，试件应作废，并按式

（1）调整试件的混合料数量，使高度符合63.5±1.3mm的要求。

（1）

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（mm）。

　　（7）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（12h以上）供试验用。

第二节沥青混合料物理指标检测

一、概述

　　按击实法制成的沥青混合料圆柱体，经12h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。

二、试验仪具

　　1．浸水天平或电子秤：

当最大称量在3kg以下时，分度值不大于0.1g，最大称量3kg以上时，分度值不大于0.5g，最大称量l0kg以上时，分度值不大于5g，应有测量水中重的挂钩。

2．网篮。

3．溢流水箱：

如下图8-2所示，使用洁净水，有水位溢流装置，保持试件和网篮浸入水中后的水位一定。

4．试件悬吊装置：

天平下方悬吊网篮及试件的装置，吊线应采用不吸水的细尼龙线绳，并有足够的长度。

对轮碾成型机成型的板块状试件可用铁丝悬挂。

5．秒表、电扇或烘箱。

图8-2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-水位隔板；6-注入口；7-放水阀门

三、试验方法

　　1．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。

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

　　3．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lmin，称取水中质量（mw）。

　　注：

若天平读数持续变化，不能在数秒钟内达到稳定，说明试件吸水较严重，不适用于此法测定，应改用表干法或封蜡法侧定。

4．计算物理常数

（1）表观密度密实的沥青混合料试件的表观密度，按式

（2）计算，取3位小数。

（2）

式中：

s——试件的表观密度（g/cm'）；

ma——干燥试件的空中质量（g）；

mw——试件的水中质量（g）；

pw——常温水的密度（≈lg/cm3）。

（2）理论密度

①当试件沥青按油石比Pa计时，试件的理论密度

t按式（3）计算，取3位小数。

（3）

②当沥青按沥青含量Pb计时，试件的理论密度A按式（3'）计算：

（3'）

式中：

t——理论密度（g/cm,）；

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

）；

l……

n——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写的粗集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）（％）；

b——沥青的相对密度（25/25℃）。

（3）空隙率试件的空隙率按式（4）计算，取1位小数。

　　　　　　　VV＝（1-

s/

t）·100（4）

式中：

VV——试件的空隙率（％）；

t——按实测的沥青混合料最大密度或按式（3）或式（3'）计算的理论密度（g/cm3,）；

s——试件的视密度（g/cm3）。

　　（4）沥青体积百分率试件中沥青的体积百分率按式（5）或式（5'）计算，取1位小数。

（5）

或

（5'）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式中：

VA——沥青混合料试件的沥青体积百分率（％）。

（5）矿料间隙率试件的矿料间隙率按式（6）计算，取1位小数。

　　　　　　　　　　VMA=VA+VV（6）

式中：

VMA——沥青混合料试件的矿料间隙率（％）。

（6）沥青饱和度试件沥青饱和度按式（7）计算，取1位小数。

（7）

式中:

VFA——沥青混合料试件的沥青饱和度（％）。

四、试验记录

沥青混合料物理指标的试验结果，记录于沥青混合料物理指标、马歇尔稳定度试验记录表中。

第三节沥青混合料马歇尔稳定度检测

一、概述

　　沥青混合料稳定度试验是将沥青混合料制成直径101.6mm,高63.5mm的圆柱形试体，在稳定度仪上测定其稳定度和流值，以这两项指标来表征其高温时的稳定性和抗变形能力。

　　根据沥青混合料的力学指标（稳定度和流值）和物理常数（密度、空隙率和沥青饱和度等），以及水稳性（残留稳定度）和抗车辙（动稳定度）检验，即可确定沥青混合料的配合组成。

二、试验仪具

　　1．沥青混合料马歇尔试验仪：

可采用符合国家标准《沥青混合料马歇尔试验仪》（GB/T11823）技术要求的产品，也可采用带数字显示或用X-Y记录荷载～位移曲线的自动马歇尔试验仪。

试验仪最大荷载不小于25kN，测定精度100N，加载速率应保持50±5mm/min，并附有测定荷载与试件变形的压力环（或传感器）、流值计（或位移计）、钢球（直径16mm）和上下压头（曲度半径为50.8mm）等组成。

2．恒温水槽：

能保持水温于测定温度±1℃的水槽，深度不少于150mm。

3．真空饱水容器：

由真空泵和真空干燥器组成。

4．烘箱。

5．天平：

分度值不大于0.1g。

6．温度计：

分度1℃。

7．卡尺或试件高度测定器。

8．其它：

棉纱、黄油。

三、试验方法

1．标准马歇尔试验方法

（1）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±1.3mm要求或两侧高度差大于2mm时，此试件应作废），并按试验十二的方法测定试件的物理指标。

（2）将恒温水槽（或烘箱）调节至要求的试验温度，对粘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30～40min。

试件应垫起，离容器底部不小于5cm。

　　（3）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如，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上，盖上上压头，然后装在加载设备上。

　　（4）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。

　　（5）启动加载设备，使试件承受荷载，加载速度为50±5mm/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（或荷载传感器）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30s）。

（6）试验结果和计算：

a.稳定度及流值

　　①由荷载测定装置读取的最大值即试样的稳定度。

当用应力环百分表测定时，根据应力环表测定曲线，将应力环中百分表的读数换算为荷载值，即试件的稳定度（MS），以kN计。

　　②由流值计及位移传感器测定装置读取的试件垂直变形，即为试件的流值（FL）,以0.lmm计。

b.马歇尔模数试件的马歇尔模数按下式（8）计算：

（8）

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.lmm）。

（7）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的k倍时，该测定值应予舍弃，并以其余测定值的平均值作为试验结果。

当试验数目n为3、4、5、6个时，k值分别为1.15、1.46、1.67、1.82。

　　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。

2．浸水马歇尔试验方法

（1）浸水马歇尔试验方法是将沥青混合料试件，在规定温度（粘稠沥青混合料为60±1℃）的恒温水槽中保温48h，然后测定其稳定度。

其余方法与标准马歇尔试验方法相同。

（2）根据试件的浸水马歇尔稳定度和标准马歇尔稳定度，可按下式（9）求得试件浸水残留稳定度。

（9）

式中：

MS0——试件的浸水残留稳定度（％）；

MS1——试件的浸水48h后的稳定度（kN）；

　MS——试件按标准试验方法的稳定度（kN）。

3）真空饱和马歇尔试验方法

（1）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.AN（730mmHg）以上，维持15min，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15min后恢复常压，取出试件再放入规定稳定度（粘稠沥青混合料为60-t-1℃）的恒温水槽中保温48h，进行马歇尔试验，其余与标准马歇尔试验方法相同。

（2）根据试件的真空饱水稳定度和标准稳定度，可按下式（10）求得试件真空饱水残留稳定度。

（10）

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48h后的稳定度（kN）；

MS——试件按标准试验方法的稳定度（kN）。

四、试验记录

沥青混合料物理指标、马歇尔稳定度试验记录如下表。

沥青混合料物理指标、马歇尔稳定度试验记录表

第四节沥青混合料车辙试验（任选）

　　我国现行国家标准《沥青路面施工及验收规范）（GBJ92-93）规定，在热拌沥青混合料配合比设计时，为确定最佳沥青用量，除经马歇尔稳定度试验和水稳性（残留稳定度）检验外，必要时并应进行抗车辙能力的检验（即动稳定度试验）。

一、车辙试验用试件的制作

1．概述

车辙试验用的试件是采用轮碾法制成，尺寸为300mm×300mm×50mm的板块状试件。

2．试验仪具

（1）轮碾成型机：

轮碾成型机具有圆弧形碾压轮，轮宽300mm,压实线荷载为300N/cm，碾压行程等于试件长度，碾压后试件可达到马歇尔试验标准击实密度的100±1％。

　　注：

当无轮碾成型机时，可用手动碾代替，手动碾轮宽与试件同宽，备有l0kg砝码5个，以调整载重（手动碾成型的试件厚度不大于50mm）。

（2）试验室用沥青混合料拌和机：

能保证拌和温度并充分拌和均匀，可控制拌和时间，宜采用容量大于30L的大型沥青混合料拌和机，也可采用容量大于l0L的小型拌和机。

（3）试模：

由高碳钢或工具钢制成，试件的标准试模如下图8-3，内部平面尺寸为300mm×300mm，高50mm。

根据需要，试模深度及平面尺寸可以调节，以制备不同尺寸的板块状试件。

（4）手动碾压成型车辙试件的试模框架：

钢板制，内部尺寸300mm×300mm×50mm，平面能与试模边缘齐平。

（5）烘箱：

大、中型各一台，装有温度调节器。

图8-3车辙试验试件试模（单位：

mm）

　　（6）台秤、天平或电子秤：

称量5kg以上的分度值1g，称量5kg以下时，用于称量矿料的分度值不大于0.5g，用于称量沥青的分度值不大于0.1g。

　　（7）沥青运动粘度测定设备：

毛细管粘度计或赛波特粘度计。

　　（8）小型击实锤：

钢制端部断面80mm×80mm，厚l0mm，带手柄，总质量0.5kg左右。

（9）温度计：

分度值不大于1℃。

　　注：

用于测量沥青混合料温度的温度计宜采用有金属插杆的热电偶沥青温度计，金属插杆的长度不小于300mm,量程0～300℃，数字显示或度盘指针的分度0.1℃，宜有留置读数功能。

（10）其它：

电炉或煤气炉、沥青熔化锅、拌和铲、标准筛、滤纸、胶布、卡尺、秒表、粉笔、垫木、棉纱等。

3．制作方法

（1）按试验九马歇尔稳定度试件成型方法，确定沥青混合料的拌和温度和压实温度。

（2）将金属试模及小型击实锤等置于约100℃的烘箱中加热1h备用。

（3）称出制作一块试件所需要的各种材料的用量。

先按试件体积（V）乘以马歇尔稳定度击实密度（

），再乘以系数1.03，即得材料总用量（m=

·

×1.03）。

再按配合比计算出各种材料用量。

分别将各种材料放入烘箱中预热备用。

　　a.将预热的试模从烘箱中取出，装上试模框架，在试模中铺一张裁好的普通纸（可用报纸），使底面及侧面均被纸隔离，将拌和好的全部沥青混合料，用小铲稍加拌和后均匀地沿试模由边至中按顺序装入试模，中部要略高于四周。

b.取下试模框架，用预热的小型击实锤由边至中压实一遍，整平成凸圆弧形。

　　c.插入温度计，待混合料冷却至规定的压实温度（为使冷却均匀，试模底下可用垫木支起）时，在表面铺一张裁好尺寸的普通纸。

　　d.当用轮碾机碾压时，宜先将碾压轮预热至100℃左右（如不加热，应铺牛皮纸）。

然后，将盛有沥青混合料的试模置于轮碾机的平台上，轻轻放下碾压轮，调整总荷载为9KN（线荷载300N/cm）。

　　e.启动轮碾机，先在一个方向碾压2个往返（4次），卸荷，再抬起碾压轮，将试件掉转方向，再加相同荷载碾压至马歇尔标准密实度100±1％为止。

试件正式压实前，应经试压，决定碾压次数，一般12个往返（24次）左右可达要求。

如试件厚度大于l00mm时必须分层碾压。

　　f.当用手动碾碾压时，先用空碾碾压，然后逐渐增加砝码荷载，直至将5个砝码全部加上，进行压实，至马歇尔标准密实度100±1％为止。

碾压方法及次数亦应由试压决定，并压至无轮迹为止。

g.实成型后，揭去表面的纸，用粉笔在试件表面上标明碾压方向。

h.盛有压实试件的试模，置室温下冷却，至少12h后方可脱模。

二、沥青混合料车辙试验

1．概述

　　沥青混合料车辙试验是用一块经碾压成型的板块试件（通常尺寸为300mm×300mm×50mm），在规定温度条件（通常为60℃）下，以一个轮压为0.7MPa的实心橡胶轮胎在其上行走，测量试件在变形稳定期时，每增加lmm变形需要行走的次数，即称为“动稳定度”，以次/mm表示。

　　动稳定度是评价沥青混凝土路面高稳定性的一个指标；也是沥青混合料配合比设计时的一个辅助性检验指标。

2．试验仪具

（1）车辙试验机：

构造与组成部分见构造示意图8-4。

a.试件台：

可牢固地安装两种宽度（300mm和150mm）的规定尺寸试件的试模。

b.试验轮：

橡胶制的实心轮胎，外径Ø200mm，轮宽50mm,橡胶层厚l15mm，橡胶硬度（国际标准硬度）20℃时为84±4；60℃时为78±2。

试验轮行走距离为230±l0mm,往返碾压速度为42±1次/min（21次往返/min）。

允许采用曲柄连杆驱动试验台运动（试验台不动）的任一种方式。

c.加载装置：

使试验轮与试件的接触压强在60℃时为0.7±0.05MPa，施加的总荷载为700N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，试模内侧尺寸长为300mm，宽为300mm，厚为50mm。

e.变形测量装置：

自动检测车辙变形并记录曲线的装置，通常用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0.5℃）。

图8-4车辙试验机构造示意图

（2）恒温室：

车辙试验机安放在恒温室内，装有加热器、气流循环装置及装有自动温度控制设备，能保持恒温室温度60±1℃（试件内部温度60±0.5℃），根据需要亦可为其它需要的温度。

用于保温试件并进行检验。

温度应能自动连续记录。

（3）台秤：

称量15kg，分度值不大于5g。

3．试验方法

（1）测定试验轮压强（应符合0.7±0.05MPa），将试件装于原试模中。

（2）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5h，也不得多于24h。

在试件的试验轮不行走的部位上，粘贴一个热电偶温度计，控制试件温度稳定在60±0.5℃。

　　（3）将试件连同试模里于车辙试验机的试点台上，试验轮在试件的中央部位，其行走方向须与试件碾压方向一致。

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1h，或最大变形达到25mm为止。

试验时，记录仪自动记录变形曲线及试件温度。

注：

对300mm宽且试脸时变形较小的试件，也可对一块试件在两侧1/3位置上进行两次试验取平均值。

4．结果计算

a.从车辙试验变形曲线图8-5上读取45min（t1）,及60min（t2）时的车辙变形d1及d2，精确至0.0lmm。

如变形过大，在未到60min变形已达25mm时，则以达到25mm（d2）时的时间为t2，将其前15min为t1此时的变形量为d1。

b.沥青混合料试件的动稳定度按下式（11）计算：

（11）

式中：

DS——沥青混合料的动稳定度（次/mm）；

dl——时间t1（一般为45min）的变形量（mm）；

d2——时间t2（一般为60min）的变形量（mm）；

42——试验轮每分钟行走次数（次/min）；

C1——试验机类型修正系数，曲柄连杆驱动试件的变速行走方式为1.0，链驱动试验轮的等速方式为1.5；

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

图8-5车辙试验变形曲线

5．报告

（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。

如计算动稳定值大于6000次/mm时，记作＞6000次/mm。

（2）验报告应注明试验温度、试验轮接地压强、试件密度、空隙率及试件制作方法等。

6．精密度或允许差

重复性试验动稳定度变异系数的允许值为20％。