T0709—2011瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗

1目的與適用范圍

1.1本方法適用于馬歇爾穩(wěn)定度試驗和浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗，以進(jìn)行瀝青混合料的配合比設(shè)計或瀝青路面施工質(zhì)量檢驗。浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗（根據(jù)需要，也可進(jìn)行真空飽水馬歇爾試驗）供檢驗瀝青混合料受水損害時抵抗剝落的能力時使用，通過測試其水穩(wěn)定性檢驗配合比設(shè)計的可行性。

1.2本方法適用于按本規(guī)程T0702成型的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件圓柱體和大型馬歇爾試件圓柱體。

2儀具與材料技術(shù)要求

2.1瀝青混合料馬歇爾試驗儀:分為自動式和手動式。自動馬歇爾試驗儀應(yīng)具備控制裝置、記錄荷載一位移曲線、自動測定荷載與試件的垂直變形，能自動顯示和存儲或打印試驗結(jié)果等功能。手動式由人工操作，試驗數(shù)據(jù)通過操作者目測后讀取數(shù)據(jù)。

對用于高速公路和一級公路的瀝青混合料宜采用自動馬歇爾試驗儀。

2.1.1當(dāng)集料公稱最大粒徑小于或等于26.5mm時，宜采用小101.6mm x 63.5mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，試驗儀最大荷載不得小于25kN，讀數(shù)準(zhǔn)確至0.1kN，加載速率應(yīng)能保持50mm/min±5mm/min。鋼球直徑16mm±0.05mm，上下壓頭曲率半徑為50.8mm±0.08mm。

2.1.2當(dāng)集料公稱最大粒徑大于26.5mm時，宜采用φ152.4mm x 95.3mm大型馬歇爾試件，試驗儀最大荷載不得小于50kN，讀數(shù)準(zhǔn)確至O.1kN。上下壓頭的曲率內(nèi)徑為φ152.4mm±0.2mm，上下壓頭間距19.05mm±0.1mm大型馬歇爾試件的壓頭尺寸如圖T0709-1所示。

圖T0709-1大型馬歇爾試驗的壓頭(尺寸單位:mm）

2.2 CF-B、CF-C恒溫水槽:控溫準(zhǔn)確至1℃，深度不小于150mm。

2.3真空飽水容器:包括真空泵及真空干燥器。

2.4烘箱。

2.5天平:感量不大于O.lg。

2.6溫度計:分度值1℃。

2.7卡尺。

2.8其他:棉紗、黃油。

3標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗方法

3.1準(zhǔn)備工作

3.1.1按T0702標(biāo)準(zhǔn)擊實法成型馬歇爾試件，標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件尺寸應(yīng)符合直徑101.6mm±0.2mm、高63.5mm±1.3mm的要求。對大型馬歇爾試件，尺寸應(yīng)符合直徑152.4mm±0.2mm、高95.3mm±2.5mm的要求。一組試件的數(shù)量不得少于4個，并符合T0702的規(guī)定。

3.1.2量測試件的直徑及高度:用卡尺測量試件中部的直徑，用馬歇爾試件高度測定器或用卡尺在十字對稱的4個方向量測離試件邊緣10mm處的高度，準(zhǔn)確至0.1mm，并以其平均值作為試件的高度。如試件高度不符合63.5mm±1.3mm或95.3mm±2.5mm要求或兩側(cè)高度差大于2mm，此試件應(yīng)作廢。

3.1.3按本規(guī)程規(guī)定的方法測定試件的密度，并計算空隙率、瀝青體積百分率、瀝青飽和度、礦料間隙率等體積指標(biāo)。

3.1.4將恒溫水槽調(diào)節(jié)至要求的試驗溫度，對黏稠石油瀝青或烘箱養(yǎng)生過的乳化瀝青混合料為60℃±1℃，對煤瀝青混合料為33.8℃±1℃，對空氣養(yǎng)生的乳化瀝青或液體瀝青混合料為25℃±1℃。

3.2試驗步驟

3.2.1將試件置于已達(dá)規(guī)定溫度的恒溫水槽中保溫，保溫時間對標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件需30?40min，對大型馬歇爾試件需45~60min。試件之間應(yīng)有間隔，底下應(yīng)墊起，距水槽底部不小于5cm。

3.2.2將馬歇爾試驗儀的上下壓頭放入水槽或烘箱中達(dá)到同樣溫度將上下壓頭從水槽或烘箱中取出擦拭干凈內(nèi)面。為使上下壓頭滑動自如，可在下壓頭的導(dǎo)棒上涂少量黃油。再將試件取出置于下壓頭上，蓋上上壓頭，然后裝在加載設(shè)備上。

3.2.3在上壓頭的球座上放妥鋼球，并對準(zhǔn)荷載測定裝置的壓頭。

3.2.4當(dāng)采用自動馬歇爾試驗儀時，將自動馬歇爾試驗儀的壓力傳感器、位移傳感器與計算機(jī)或X-Y記錄儀正確連接，調(diào)整好適宜的放大比例，壓力和位移傳感器調(diào)零.

3.2.5當(dāng)采用壓力環(huán)和流值計時，將流值計安裝在導(dǎo)棒上，使導(dǎo)向套管輕輕地壓住上壓頭，同時將流值計讀數(shù)調(diào)零。調(diào)整壓力環(huán)中百分表，對零。

3.2.6啟動加載設(shè)備，使試件承受荷載，加載速度為50mm/min±5mm/min。計算機(jī)或X-Y記錄儀自動記錄傳感器壓力和試件變形曲線并將數(shù)據(jù)自動存入計算機(jī)。

3.2.7當(dāng)試驗荷載達(dá)到最大值的瞬間，取下流值計，同時讀取壓力環(huán)中百分表讀數(shù)及流值計的流值讀數(shù)。

3.2.8從恒溫水槽中取出試件至測出最大荷載值的時間，不得超過30s。

4浸水馬歇爾試驗方法

浸水馬歇爾試驗方法與標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗方法的不同之處在于，試件在已達(dá)規(guī)定溫度恒溫水槽中的保溫時間為48h，其余步驟均與標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗方法相同。

5真空飽水馬歇爾試驗方法

試件先放入真空干燥器中，關(guān)閉進(jìn)水膠管，開動真空泵，使干燥器的真空度達(dá)到97.3kPa(730mmHg)以上，維持15min_;然后打開進(jìn)水膠管，靠負(fù)壓進(jìn)入冷水流使試件全部浸入水中，浸水15min后恢復(fù)常壓，取出試件再放入已達(dá)規(guī)定溫度的恒溫水槽中保溫48h。其余均與標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗方法相同。

6計算

6.1試件的穩(wěn)定度及流值

6.1.1當(dāng)采用自動馬歇爾試驗儀時，將計算機(jī)采集的數(shù)據(jù)繪制成壓力和試件變形曲線，或由Z-F記錄儀自動記錄的荷載一變形曲線，按圖T0709-2所示的方法在切線方向延長曲線與橫坐標(biāo)相交于0₁，將0₁作為修正原點，從0₁起量取相應(yīng)于荷載最大值時的變形作為流值（FL)，以mm計，準(zhǔn)確至0.1mm。最大荷載即為穩(wěn)定度（MS)，以kN計，準(zhǔn)確至0.01KN。

圖T0709-2馬歇爾試驗結(jié)果的修正方法

6.1.2采用壓力環(huán)和流值計測定時，根據(jù)壓力環(huán)標(biāo)定曲線，將壓力環(huán)中百分表的讀數(shù)換算為荷載值，或者由荷載測定裝置讀取的最大值即為試樣的穩(wěn)定度（MS)，以kN計，準(zhǔn)確至0.01kN。由流值計及位移傳感器測定裝置讀取的試件垂直變形，即為試件的流值（FL)，以mm計,準(zhǔn)確至0.1mm。

6.2試件的馬歇爾模數(shù)按式（T0709-1)計算。

       (T0709-1)

式中：T——試件的馬歇爾模數(shù)（kN/mm);

MS——試件的穩(wěn)定度（kN);

FL——試件的流值(mm)。

6.3試件的浸水殘留穩(wěn)定度按式(T0709-2)計算。

     (T0709-2)

式中:MS₀——試件的浸水殘留穩(wěn)定度（％);

MS₁——試件浸水48h后的穩(wěn)定度（kN)。

6.4試件的真空飽水殘留穩(wěn)定度按式(T0709-3)計算。

     (T0709-3)

式中:——試件的真空飽水殘留穩(wěn)定度(％);

MS₂——試件真空飽水后浸水48h后的穩(wěn)定度（kN)。

7報告

7.1當(dāng)一組測定值中某個測定值與平均值之差大于標(biāo)準(zhǔn)差的A倍時，該測定值應(yīng)予舍棄，并以其余測定值的平均值作為試驗結(jié)果。當(dāng)試件數(shù)目n為3、4、5、6個時，k值分別為1.15、1.46、1.67、1.82

7.2報告中需列出馬歇爾穩(wěn)定度、流值、馬歇爾模數(shù)，以及試件尺寸、密度、空隙率、瀝青用量、瀝青體積百分率、瀝青飽和度、礦料間隙率等各項物理指標(biāo)。當(dāng)采用自動馬歇爾試驗時，試驗結(jié)果應(yīng)附上荷載一變形曲線原件或自動打印結(jié)果。

條文說明

馬歇爾試驗是目前瀝青混合料中最重要的一個試驗方法。為區(qū)別試驗時浸水條件的不同，將其分別稱為標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗、浸水馬歇爾試驗及真空飽水馬歇爾試驗₌使用大型試件時稱為大型馬歇爾試驗。

馬歇爾試驗因使用目的不同在某些細(xì)節(jié)上規(guī)定有所不同，T0709與T0710的區(qū)別在于是在試驗室制作試件還是從現(xiàn)場鉆取試件現(xiàn)場鉆取試件的高度不可能相同，故規(guī)定了可作高度修正。試驗室制作試件的高度應(yīng)該控制好，不符高度者應(yīng)予廢棄。以前室內(nèi)試驗試件也用高度修正系數(shù)的做法是不對的。

本次修訂對瀝青混合料馬歇爾試驗儀進(jìn)行了分類，分為自動式和手動式。對標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗的試件尺寸及大馬歇爾試件的尺寸按照集料公稱最大粒徑作了規(guī)定。當(dāng)集料公稱最大粒徑小于或等于26.5mm時，宜采用辦101.6mm×63.5mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件_；當(dāng)集料公稱最大粒徑大于26.5mm時，宜采用小152.4mmx95.3mm大型馬歇爾試件。對于室內(nèi)擊實成型試件，原條文說明中對于大于26.5mm混合料，當(dāng)用于配合比設(shè)計等目的需要在試驗室制件時，需要采用替代法，把大于26.5mm的集料篩去，用小一檔的料替代。這與實際工程中混合料的級配是不一樣的，本次根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40—2004)的要求對該方法進(jìn)行了修訂，即對于大于26.5mm粒徑的妨青混合料，需要采用大馬歇爾試模成型試件，取消采用替法代。另外，用于施工質(zhì)量檢驗時，必須快速得知結(jié)果,或試模數(shù)量不足時，T0702規(guī)定允許用電風(fēng)扇吹冷或冷水浸泡脫模,這種做法對配合比設(shè)計是不允許的，應(yīng)引起注意。

由于馬歇爾試驗儀已有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，本方法中刪去有關(guān)儀器的詳細(xì)規(guī)定。目前國內(nèi)馬歇爾試驗儀絕大部分單位采用的是自動馬歇爾試驗儀，但是也有很少單位或在低等級道路上可能仍然在使用手動馬歇爾試驗儀，因此本次仍然保留了這部分內(nèi)容。

馬歇爾試驗是瀝青混合料配合比設(shè)計及瀝青路面施工質(zhì)量控制最重要的試驗項目，數(shù)據(jù)的真實性十分重要。本規(guī)程規(guī)定對用于高速公路和一級公路的瀝青混合料，宜采用計算機(jī)或記錄儀自動測定的自動馬歇爾試驗儀進(jìn)行試驗，在出具報告時附上荷栽一變形曲線原件或自動打印結(jié)果。

在工程上有時出現(xiàn)馬歇爾試驗的荷載一變形曲線的頂部很平坦的現(xiàn)象，即荷栽增加很小，變形卻持續(xù)不斷增大，改性瀝青和SMA混合料也經(jīng)常出現(xiàn)這種情況，致使對應(yīng)于最大荷栽（穗定度）處的變形(流值）很大。在這種情況下，可以以最大荷載的98%對應(yīng)的變形值作為流值，但應(yīng)該在試驗報告中如實說明。

另外，馬歇爾試驗儀的加工質(zhì)量應(yīng)該引起注意，如有的儀器在試件和壓頭之間出現(xiàn)透亮的孔隙，即試件與壓頭不密合的情況較多，從而使得開始試驗時荷栽尚未增加，流值計已經(jīng)出現(xiàn)較大的變形，這一部分變形實際上是使試件與壓頭密合過程中的變形，是不應(yīng)該計算到流值之中的。因此，需要進(jìn)行原點修正，采用原點修正后的流值作為試驗結(jié)果

對浸水馬歇爾試驗在原方法中規(guī)定將成型好的試件在60℃熱水中浸48h后試驗，ASTM及日本等大多數(shù)國家的標(biāo)準(zhǔn)均是這樣規(guī)定的。但實踐證明，除非是酸性石料，用此法測定的浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度很少有達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的75%要求的情況，甚至有大于100%的情況_。為此第17屆世界道路會議推薦把試件浸入25℃水中達(dá)7d后進(jìn)行馬歇爾試驗，測量馬歇爾穩(wěn)定度的降低和體積變化，以此評價水對混合料的影響。殼牌石油公司中央研究所經(jīng)多年研究修訂了浸水馬歇爾試驗，先經(jīng)真空飽水后再在60℃浸水48h試驗，由于試件中先浸入冷水且浸的水量較多，故浸入熱水后膨賬嚴(yán)重，穩(wěn)定度損失較大，更能反映抗水浸蝕的穩(wěn)定性。

由于浸水7d的方法過于麻煩，實際上很難做到，而真空飽水后浸水則很方便，故本試驗法增加了真空飽水馬歇爾試驗。

對原方法規(guī)定的試件高度修正系數(shù)，國外標(biāo)準(zhǔn)如ASTMD 1559或日本等國的試驗法中均規(guī)定只適用于現(xiàn)場鉆取試件的情況，在室內(nèi)試驗制件時是不允許的。故本試驗法中將其刪去，列入路面芯樣馬歇爾試驗方法（T0710)中。

馬歇爾試驗的變異性往往較大，按美國NCAT最近41個單位聯(lián)合試驗測定，同一試驗室試驗結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差：穩(wěn)定度為814N，空隙率為0.6%，VMA為0.4%;而不同的試驗室之間試驗結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差：穩(wěn)定度為2553N，空隙率為1.0%。我國試驗結(jié)果也有類似情況，故幾個試件結(jié)果的平均值計算方法常有疑問，此問題在國外也無明確的規(guī)定。本方法根據(jù)實踐經(jīng)驗，對此作了統(tǒng)一的規(guī)定。應(yīng)該注意的是，馬歇爾試驗變異性與試件的成型高度關(guān)系很大，尤其是對空隙率的影響可能較大，所以制件時要嚴(yán)格控制試件高度，高度不符合要求者一定要剔除。