ＲＯＡＤ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＡＮＤ ＭＡＣＨＩＮＥＩ Ｙ 文章编号：１０００ ０３３Ｘ（２０１３）（３７—００４６ ０４ 浸水劈裂试验评价沥青混合料水稳定性 吴 梁 ，周 娇 （１．贵州遵义高速公路建设投资有限公司，贵州遵义 ５６３０００； ２．遵义市道路桥梁工程有限责任公司，贵州遵义 ５６３０００） 摘 要：在比较浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验优缺点的基础上，深入分析了高温潮湿地区沥青路 面水损害的产生机理，优化设计了浸水劈裂试验，较好地模拟了实际路面的水损害，比较适宜作为 高温潮湿地区沥青混合料水稳定性评价方法。 关键词：高温潮湿地区；沥青混合料；水稳定性；浸水劈裂试验 中图分类号：Ｕ４ｌ４．Ｏ３ 文献标志码：Ｂ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ Ｍｉｘｔｕｒｅ ｂｙ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｓｐｌｉｔ Ｔｅｓｔ ＷＵ Ｌｉａｎｇ ．ＺＨＯＵ Ｊｉａｏ （１．Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｚｕｎｙｉ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｃｏ．Ｉ ｔｄ．，Ｚｕｎｙｉ ５６３０００ Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ ２．Ｚｕｎｙｉ Ｒｏａｄｓ ａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．Ｉ ｔｄ．，Ｚｕｎｙｉ ５６３０００，Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｍｅｒｉｔｓ ａｎｄ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｍａｒｓｈａｌｌ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｆｒｅｅｚ—ｔｈａｒｗ ｓｐｉｌｔ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ｈｏｔ ａｎｄ ｈｕｍｉｄ ｒｅｇｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｅｐｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｓｐｌｉｔ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅｔｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｅ ａｃｔｕａｌ ｗａｔｅｒ ｄａｍａｇｅ ｏｆ ｐａｖｅｍｅｎｔ，ａｎｄ ｍｏｒｅ ｆｉｔ ｈｏｔ ａｎｄ ｈｕｍｉｄ ａｒｅａｓ ａｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｏｔ ａｎｄ ｈｕｍｉｄ ｒｅｇｉｏｎ；ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ；ｗａｔｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｓｐｌｉｔ ｔｅｓｔ ０ 引 言 从２０世纪至今，中国的高速公路发展十分迅 的作用，沥青膜渐渐地从集料表面剥离，从而导致集 料之间的粘结力丧失，最终发生路面破坏的现象口ｊ。 沥青混合料主要由沥青、碎石、砂或石屑、矿粉及 其他材料按一定的比例配合而成 。沥青混合料的 水损坏与两种过程有关：水浸入沥青中使沥青与矿料 的粘附性减小，从而导致混合料的强度和劲度减小； 猛，对于促进中国国民经济和社会发展起到了十分 重要的作用。然而，随着国民经济的发展，交通量也 迅速增长，许多高速公路在投入运营一两年后，就出 现了早期损坏。在中国南方高温多雨地区，沥青路 水进入沥青薄膜和集料间，阻断沥青与集料的相互粘 结，由于集料表面对水更具吸附力，从而使沥青与集 料表面接触角减小，结果沥青从集料表面剥落。 预防沥青混合料水损害可通过下列措施来解 决：调整混合料的级配，防止或减少水分进入沥青混 面的水损害尤其严重，在使用早期就发生坑槽、沉 陷、松散、卿浆、沥青脱落等破坏。其原因是多方面 的，除了材料选择、施工水平等主观因素影响外，现 行试验方法难以真实反映沥青混合料的水稳定性能 也是一个重要的因素。 合料的内部；提高沥青与集料的粘附性，提高集料之 间的粘结力。 １ 沥青混合料水损害机理 沥青混合料的水损害是指沥青路面在水存在的 条件下，经受行车荷载和温度胀缩的反复作用，水分 逐步浸人到沥青与集料的界面上，同时由于水动力 收稿日期：２０ｌ２ ｕｌ ２ ｌ１ ２研究方案及评价指标 中国现行的《公路沥青路面施工技术规范》（ＪＴＧ Ｆ４０ ２００４），要求采用沥青与粗集料的粘附性试验、 ４６ ＲＯＡＤ ＣｏＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ ＡＮＤ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ 浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价沥青混合料 受到水损害时的抗剥落性能＿３］。本文在分析比较现 有试验方法的基础上，结合高温潮湿地区的实际情 况，优化设计了浸水劈裂试验。选择相同材料、相同 级配的沥青混合料分别进行这３种试验。通过对试 验结果的分析，总结３种试验的优缺点，进而得出评 价湿热地区沥青混合料水稳定性的合理方法。 ２．１浸水马歇尔试验 采用马歇尔击实法成型圆柱体试件，根据规范 规定，高速公路和一级公路击实次数为双面各７５ 次。将成型好的标准马歇尔试件分成２组：一组在 ６０¨Ｃ恒温水槽中保温３Ｏ～４０ ｍｉｎ后测其马歇尔稳 定度Ｍ ；另一组在６ｏ＿ｃ恒温水槽中保温４８ ｈ后 测其马歇尔稳定度Ｍ ，由式（１）计算残留稳定度 ＾ Ｍｓ—Ｉ— ＶＩｓ２×１００ （１） 』ＶｌＳ１ 式中：Ｍ 为试件的浸水残留稳定度（ ）；Ｍ 为试件 的稳定度（ｋＮ）； 。为试件浸水４８ ｈ后的稳定度 （ｋＮ）。 ２．２冻融劈裂试验 采用马歇尔击实法成型的圆柱体试件，击实次 数为双面各５０次。将成型好的标准马歇尔试件分 成２组：一组在２５｜Ｃ恒温水槽中浸水不少于２ ｈ后 测其最大破坏荷载Ｐ ；另一组在９８．３～９８．７ ｋＰａ 真空条件下饱水１５ ｍｉｎ，然后恢复常压，试件在水 中放置０．５ ｈ，再在一１８℃冰箱中冷冻１６ ｈ，然后放 到６０。Ｃ恒温水槽中浸水２４ ｈ，再放人２５℃恒温水 槽中不少于２ ｈ，最后测其最大破坏荷载Ｐ 。；由式 （２）计算强度比 Ｄ ＴｓＲ一－ｔＷ ｉＴ２×１００ （２） Ｔｌ 式中：Ｔ 为冻融劈裂试验强度比（ ）；Ｒ¨为未进行 冻融循环的第一组试件的劈裂抗拉强度（ＭＰａ）；Ｒ 为经受冻融循环的第二组试件的劈裂抗拉强度 （ＭＰａ）。Ｒ 、Ｒ 由式（３）计算 Ｒｎ一０．００６ ２８７ＰＴｌ／矗１ （３） ＲＴ２—０．００６ ２８７ＰＴ２／ ２ 式中：Ｐ 、Ｐ 分别为第一组和第二组试件的试验 荷载的最大值（Ｎ）；ｈ 、ｈ。分别为第一组和第二组 试件的高度（ｍｍ）。 ２．３浸水劈裂试验 采用马歇尔击实法成型的圆柱体试件，击实次 数为双面各５Ｏ次。采用与冻融劈裂试验相同的多 功能路面材料强度测试仪测试其劈裂强度。将制备 好的试件分为Ａ、Ｂ两组，每组不少于３个试件。Ａ 组放人４℃水中６ ｈ后取出，并置入６０℃水中１２ ｈ，为一次冷热循环。如此再重复一次。两次冷热 循环后测试试件毁坏时所受的荷载大小Ｐ Ｂ组用 塑料袋包好在干燥条件下置入６Ｏ。Ｃ水中３ ｈ后与 Ａ组进行同样的测试得出荷载大小Ｐ 两组的比 值即为浸水强度比。计算公式如式（４） ＩｓＲ一／ ￣－１１×１００ （４） Ｉ２ 式中：， 为浸水强度比（ ）；Ｒ 为浸水强度，即有水 条件下试件组的劈裂抗拉强度（ＭＰａ）；Ｒ 。为干燥强 度，即干燥条件下试件组的劈裂抗拉强度（ＭＰａ）。 Ｒ。 、Ｒ 。由式（５）计算 ＲＩ１—０．００６ ２８７Ｐ，／ｈｌ （５） ＲＩ２—０．００６ ２８７ＰＩ２／ｈ ｚ 式中：Ｐ 、Ｐ 。分别为第一组和第二组试件的试验荷 载的最大值（Ｎ）；ｈ 、ｈ：分别为第一组和第二组试 件的高度（ｒａｍ）。 ３试验材料及沥青混合料配合比设计 ３．１原材料试验 该试验中所选用的沥青为ＳＢＳ类Ｉ—Ｃ级改性 沥青；采用的集料为花岗岩碎石（粗集料）、石灰岩石 屑（细集料）和石灰岩矿粉（填料）；水泥为３２．５Ｒ普 通硅酸盐水泥（作为抗剥落剂，代替部分矿粉）。沥 青的主要技术指标如表１所示，集料的主要技术指 标如表２所示。 ３．２沥青混合料配合比设计 试验选用的级配为《公路沥青路面施工技术规 范》（ＪＴＧ Ｆ４Ｏ一２Ｏ０４）ＡＣ一２０Ｃ型级配中值（ＡＣ～ ２０Ｃ中）和经过优化后的ＡＣ一２０Ｃ型级配（ＡＣ～ ２０Ｃ优），两种级配可由集料室内逐级筛分后回配得 到，通过率见表３。采用马歇尔试验配合比设计法 确定最佳油石比，试验结果见表４。 ４ 沥青混合料水稳定性试验及分析 ４．１ 沥青与粗集料的粘附性试验 按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 （ＪＴＪ Ｏ５２－－２０Ｏ０）Ｅ４３中“沥青与粗集料的粘附性（水 浸法）”的相关规定，测定掺加不同剂量水泥的改性 沥青与粗集料的粘附性，试验结果见表５。 ４７ ＲＯＡＤ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ ＡＮＤ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ 表ｌ ＳＢＳ改・ｌ生沥青主要技术性质 检测项目 ＳＩ￣；Ｓ改性沥青 针人度（２５ Ｃ，１Ｏ０ ｇ，５ ｓ）／ｏ．１ ｍｍ ６９ ５ Ｃ延度／ｃｍ ３６ 软化点／ｃ ６２ 闪点／Ｃ ２７７ ｌ ５ Ｃ密度／（ｇ・ｃｍ ） １．０３７ 技术要求 ６０～８０ ≥３Ｏ ≥５５ ≥２３０ 实测记录 表２集料主要技术指标试验结果 检测项目 碎石 石屑 矿粉 表观相对密度 ２．７９８ ２．７２２ ２．７ａ６ 毛体积相对密度 针片状颗粒含量／ ２．７２ｌ ９．７ 压碎指标／ ｌ８．１ 磨耗指标／ ２３．６ 含水量／ （）．３ 粗集料 ≥２．６ 规范要求 细集料 填料 ≥２．５ ≥２．５ 实测值 ≤１ ５ ≤２６ ≤２８ ≤１ 表３试验采用的级配 通过下列筛 Ｌ（方孔ｍｍ）的质量百分率／ 级配类型 ２６．５ １ ９ １ ６ ｌ３．２ ９．５ ４．７５ ２．３６ １．１８ ０．６ Ｏ．３ ０．１ ５ （）．０７５ Ａ 一２０（－’中 １ ＯＯ ９５ ８５ ７１ ６ｌ ４１ ３Ｏ ２２．５ ｌ６ ｌ１ ８．５ ＡＣ ２０（、优 ｌＯ０ ９７．８ ８７ ７４ ６１ ２ ４Ｏ．７ ３２．６ ２Ｏ．４ １４．８ ８．５ ５．７ ５．１ 表４马歇尔试验结果 级配类型 ＡＣ一２０（、中 油石比／ ４．１ 毛体积密度／（ｇ・ｃｍ。） ２．４６２ 空隙率／ ３．８ 饱和度／ ７４．８ 矿料间隙率／ ｌ５．１ 稳定度／ｋＮ ９．２８ 流值／ｒａｍ ２．７１ ＡＣ ２０（、优 规范要求 ４．２ ２．４６０ ３．７ ３～５ ７４．８ ６５～７５ １４．７ ≥ｌ３ ９．７Ｏ ≥８．Ｏ ２．６６ ２．０～４．Ｏ 表５粗集料粘附性试验结果 ４．２ 沥青混合料的水稳定・陛试验 对ＡＣ一２０Ｃ中和ＡＣ一２０Ｃ优两种沥青混合料 ３ 水泥 沥青种类 ｓＩ｛Ｓ改性沥青 ２ ＳＢＳ改性沥青＋ ＳＢＳ改性沥青＋ ２ 水泥 分别进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和浸水劈 裂试验，试验结果见表６。 粘附等级 ４ 表６水稳定性试验结果 浸水马歇尔试验 混合料种类 试件空隙率／ 残留稳定度／ ＡＣ一２０Ｃ中＋ＳＢＳ改性沥青 ３．８ ９２ 冻融劈裂试验 浸水劈裂试验 试件空隙率／ 抗拉强度比／ 试件空隙率／ 抗拉强度比／ ４．９ ６８ ４．９ ７１ Ａ【、一２０Ｃ中＋ＳＢＳ改性沥青（２ 水泥） ＡＣ ２０（、中＋ＳＢＳ改性沥青（３ 水泥） ＡＣ一２＠Ｃ优＋ＳＢＳ改性沥青 Ａ（、一２０Ｃ优＋ＳＢＳ改性沥青（２ 水泥） ３．８ ３．８ ３．７ ３．７ ９５ ９５ ９３ ９７ ４．９ ４．９ ４．７ ｄ．７ ７９ ８５ ７Ｏ ８Ｏ ４．９ ４．９ ４．７ １．７ ８ ８６ ７１ ８５ ＡＣ一２０Ｃ优＋ＳＢＳ改性沥青（３ 水泥） 规范要求 ３．７ １ ０２ ≥８５ ４．７ ８７ ≥８Ｏ ４．７ ８９ ４．３试验结果及分析 通过比较试验结果可以发现：浸水马歇尔试验 融劈裂试验结果都不能满足规范要求时，残留稳定 度却能满足要求。这说明，用浸水马歇尔试验评价 沥青混合料水稳定性的差异很小，室内试验的控制 条件过于宽松。因此规范要求的浸水马歇尔试验不 能真实地反映设计沥青混合料的抗水损害能力。而 测定的残留稳定度都比较高（９０ 以上），有时可能 还会出现超过１００％的情况。残留稳定度的大小与 沥青粗集料粘附性的相关性也较低，当粘附性和冻 ４８ Ｒ０ＡＤ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＡＮＤ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ 冻融劈裂试验、浸水劈裂试验与粘附性试验相关性 较好，试验条件苛刻，区分度较好，较适合评价沥青 南富水地区的气象调查，月平均最低气温为６．２。Ｃ。 因此浸水劈裂试验将低温设定在４ Ｃ（４。Ｃ水密度 最小，进人空隙中的水相对较多，冷热循环效果最 混合料的抗水损害能力。 从以下几方面分析其中原因。 （１）从试验原理分析。马歇尔稳定度试验中， 试件受到的是径向压力的作用，承受这种压力的主 要是矿料颗粒问的内摩阻力，没有反映沥青混合料 好）既符合路面使用环境的真实情况，又能用多次热 胀冷缩的循环过程模拟实际路面上空隙水在行车荷 载作用下对沥青膜的挤压破坏作用，避免沥青低温 性能对试验结果的影响。 中粘结力的作用 一。而冻融劈裂试验测定的是试件 （２）冻融劈裂试验在试件的浸泡方式上采用了 的抗拉强度比，试件的破坏实际是一种受拉破坏，主 要是由于试件内部的粘结力不足以抵抗外荷载产生 的拉应力作用而逐渐造成的，粘结力强弱恰恰是水 损坏的主要原因之一。因此，从破坏机理方面考虑， 冻融劈裂试验可以模拟沥青混合料的水损坏。 （２）从空隙率分析。根据现行规范要求，浸水 马歇尔试验要求击实次数是７５次，而冻融劈裂试验 是５０次。可以看到前者的空隙率太小，与路面实际 空隙率不符，水分几乎不能浸入到这些孑Ｌ隙中，也就 不易产生损坏作用。 （３）从模拟水损害过程分析。浸水马歇尔试验 过程中，进人试件内部的水始终处于静态，在短时间 内对集料和沥青膜之间的粘附性几乎不能产生冲击 破坏作用，而道路上行车荷载对空隙水的冲击挤压 使得空隙水对集料和沥青膜之间的粘附性产生明显 的破坏作用，这也是实际工程中在进行配合比设计 时浸水残留稳定度满足规范设计要求，但早期水损 害情况仍然比较严重的根本原因。冻融劈裂试验 中，试件要经历真空饱水、冻融和高温水浴三个过 程。在真空饱水过程中，水分能够快速充分进入到 试件的空隙中，渗入沥青与集料的界面上，通过水对 集料表面沥青粘结膜的置换以及乳化作用，使沥青 粘附性降低并逐渐丧失。冻融循环时，空隙中水的 体积不断变化，产生的水动力较好地模拟了实际路 面上发生水损害的过程。 冻融劈裂试验在评价高温潮湿地区沥青混合料 水稳定性时仍有以下一些不足之处。 （１）冻融时的温度是一１８。Ｃ，这在高温潮湿地 区是不会达到的。在如此的低温条件下沥青膜变 脆，塑性变形能力减弱，在压力的共同作用下易产生 破裂。这样就有一部份强度损失是由沥青的低温性 能所引起的，不能真实地反映出水稳性能。根据对云 真空饱水的方法，主要是为了让水快速进入试件空 隙，因为放入一１８。Ｃ的环境中，水不能流动，如果在 ４℃的低温，水就可以自然进入试件空隙内。而路 面在实际使用中很少出现这样的情况，为了模拟 现场的真实情况并简化试验过程，减少试验设备， 降低试验成本，浸水劈裂试验改进浸泡方式，采用 直接浸泡。 （３）冻融劈裂试验的两组试件都浸泡在水中， 在考虑水损害三要素——水、温度、荷载时，为了突 出水的因素，浸水劈裂试验将一组试件在干燥条件 下测试。 ５ 结 语 （１）浸水马歇尔试验不宜作为沥青混合料水稳 定性的评价方法。 （２）冻融劈裂试验可以作为沥青混合料水稳定 性的评价方法，但用在高温潮湿地区，仍有一些不足 之处。 （３）浸水劈裂试验对冻融劈裂试验加以改进， 可以认为其强度损失全部来自沥青混合料的水损 坏。用冻融劈裂试验和浸水劈裂试验试验双指标来 评价高温潮湿地区沥青混合料的水稳定性是比较适 宜的。 参考文献： ［１］沙庆林．高速公路沥青路面早期破坏现象及预防［Ｍ］．北京： 人民交通出版社，２００１． ［２］ 张登良．沥青路面［Ｍ］．北京：人民交通出版社，ｌ９９９． ［３］ＪＴＧ Ｆ４０ ２００４，公路沥青路面施工技术规范Ｅｓ３． ［４］ＪＴＪ ０５２ ２０００，公路工程沥青及沥青混合料试验规程Ｅｓ３． ［５］江涛．沥青混合料水稳定性评价方法研究［Ｊ］．华东公路， ２００６（３）：７２ ７４． ［责任编辑：王玉玲］ ４９
