（安徽交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，安徽 合肥 230051）

1 馬歇爾穩(wěn)定度實驗的重要性

對于道路工程專業(yè)的學(xué)生來講，瀝青混合料的材料組成設(shè)計是必須應(yīng)該掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識，又由于《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）瀝青混合料配合比設(shè)計是采用馬歇爾試驗進行配合比設(shè)計的方法，因此馬歇爾穩(wěn)定度實驗在教學(xué)過程中顯得尤為重要。根據(jù)我校本專業(yè)實際情況及教學(xué)大綱，以提高學(xué)生對道路建筑材料基本理論的理解及動手能力為主要目的，制定相應(yīng)的實驗方案。

2 實驗?zāi)康?/h2>

2.1 掌握穩(wěn)定度及流值的定義及內(nèi)涵

2.2 掌握穩(wěn)定度及流值測定的基本原理

2.3 掌握馬歇爾穩(wěn)定度試驗的實驗方法及實驗步驟

3 實驗原理

本實驗的原理圖如圖1a)所示。試件置于上下壓頭中間，加載設(shè)備以50mm/min±5 mm/min 的速度對試件施壓。圖1b)為加載過程中設(shè)備對試件施加的力與試件產(chǎn)生的變形關(guān)系圖，由圖可見隨著試件所承受的力逐漸增大試件產(chǎn)生的變形亦逐漸增大，當(dāng)試件破壞時所達到的最大破壞荷載（以kN 計）即為穩(wěn)定度（MS,Marshall Stability），此時試件內(nèi)部已經(jīng)破壞，與此對應(yīng)的垂直變形（以mm 計）即為流值（FL,Flow Value）。應(yīng)該注意的是圖1b)中的O點至O1 點段不包含在流值內(nèi)，這是由于此階段變形來源于壓頭與試件之間的進一步貼合以及混合料的壓密穩(wěn)定。MS 值越大，F(xiàn)L 越小，說明瀝青混合料高溫穩(wěn)定性越好。

圖1 實驗原理及數(shù)據(jù)記錄圖

4 實驗條件

4.1 實驗儀器：自動瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度儀（如圖2）、恒溫水槽（精度1℃，深度≥150mm）、烘箱、天平（感量≤0.1g）、溫度計（精度1℃）等。

4.2 技術(shù)要求：當(dāng)集料公稱最大粒徑≤26.5mm 時，采用Ф 101.6mm*63.5mm 的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，試驗儀最大荷載≥25 kN（精度0.1 kN），加荷速率50mm/min±5 mm/min。當(dāng)集料公稱最大粒徑＞26.5mm 時，采用Ф 152.4mm*95.3mm 大型馬歇爾試件，試驗儀最大荷載≥50kN（精度0.1 kN），加荷速率50mm/min±5 mm/min。

圖2 自動馬歇爾穩(wěn)定度儀

5 實驗方法

本實驗以標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件為例。

5.1 實驗準(zhǔn)備工作：試件應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)擊實方法成型。標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件尺寸應(yīng)滿足直徑101.6mm±0.2mm、高63.5mm±1.3mm 的要求。試件的尺寸不符合上述要求應(yīng)予舍棄，并且一組試件的數(shù)量不少于4 個。恒溫水槽要按要求調(diào)節(jié)至規(guī)范要求的實驗溫度。本實驗為黏稠石油瀝青，溫度要求為60℃±1℃。

5.2 實驗步驟：（1）試件水浴保溫。將滿足要求的馬歇爾試件置于規(guī)定溫度的恒溫水槽保溫，保溫時間為30～40min。保溫時試件底部應(yīng)墊起且與水槽底部距離不小于5cm。（2）壓頭保溫。將實驗儀的上下壓頭置于恒溫水槽或烘箱保溫至試件溫度。清潔壓頭內(nèi)側(cè)并涂上少量黃油。（3）放置試件。將試件放置在下壓頭上，并將上壓頭蓋在試件頂部，安裝在試驗儀上。（4）調(diào)零。調(diào)整自動馬歇爾穩(wěn)定度儀的壓力與位移傳感器并將傳感器調(diào)零。（5）開始實驗。設(shè)定加載速度為50mm/min±5mm/min，啟動設(shè)備開始試驗，記錄儀自動記錄壓力與位移曲線以及穩(wěn)定度（以kN 計，準(zhǔn)確至0.01kN）及流值（以mm 計，準(zhǔn)確至0.1mm）。

6 實驗結(jié)果

本文使用瀝青路面上面層最為常用的一組AC-13 瀝青混合料標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件進行馬歇爾穩(wěn)定度實驗，實驗數(shù)據(jù)如下表所示。

表1 馬歇爾穩(wěn)定度實驗數(shù)據(jù)表

注：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k 倍時，該測定值應(yīng)予舍棄，并以其余測定值的平均值作為實驗結(jié)果。當(dāng)試件數(shù)目n 為3、4、5、6 時，k 值分別為1.15、1.46、1.67、1.82。

本次馬歇爾穩(wěn)定度實驗結(jié)果計算過程如下：

（1）該組測值從大到小排序：x(1)=14.81kN、x(2)=12.26 kN、x(3)=11.74 kN、x(4)=11.51 kN。

（3）該組數(shù)據(jù)的統(tǒng)計值：g(1)=(x(1)-)/s=（14.81-12.58）/1.519 =1.468、g(2)=(- x(2))/s=（12.58-12.26）/1.519=0.211、g(3)=(- x(3))/s=（12.58-11.74）/1.519 =0.553、g(4)=(- x(4))/s=（12.58-11.51）/1.519 =0.704。

實驗數(shù)目為4 時，其k 值取1.46，故g(0)=1.46。

（4）該組馬歇爾穩(wěn)定度實驗結(jié)果判別：g(1)＞g(0)，故x(1)=14.81 kN 為異常值。

（5）該組馬歇爾穩(wěn)定度平均值為（12.26+11.74+11.51）/3=11.84 kN，流值平均值為（29.5+28.4+30.1）/3=29.3（0.1mm）。

即該組瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度為11.84（kN），流值為29.3 （0.1mm）。

7 注意事項

7.1 試件直徑、高度必須符合要求，高度影響空隙率,試件的成型高度對馬歇爾試驗結(jié)果的變異性關(guān)系影響很大，在制作試件時必須嚴格控制試件高度，不符合要求的一定要剔除。

7.2 在安裝馬歇爾試件時應(yīng)保證上下壓頭沿試件豎直直徑對齊。試驗過程應(yīng)平穩(wěn)無振動。上下壓頭與試件之間不得有空隙存在，如存在過大空隙，在自動馬歇爾穩(wěn)定度儀施加荷載未開始時，便存在一個變形量，導(dǎo)致變形偏大。

7.3 試件從水浴槽中取出至實驗測出最大荷載值的時間應(yīng)在30s 以內(nèi)。