马歇尔试件制作过程中几个问题的探讨

1、马歇尔试件制作过程中几个问题的探讨第37卷第4期2011年12月湖南交通科技HUNANCOMMUNICATIONSCIENCEANDTECHNOLOGYVo1.37No.4Dec.20ll文章编号:1008-844X(2011)04-003604马歇尔试件制作过程中几个问题的探讨颜舜,邓泰,李闯民(长沙理工大学交通运输工程学院,湖南长沙410014)摘要:制作马歇尔试件是马歇尔试验的基本试验,试件制作的优劣直接影响马歇尔试验确定的沥青混合料最佳油石比.探讨了最佳油石比预估,试件矿料用量,击实温度,击实时间和试件高度等方面对沥青混合料试件试验结果的影响.关键词:沥青混合料;马歇尔试件;油石比中图

2、分类号:U414文献标识码:B马歇尔试验是我国设计沥青混合料的重要试验,它是确定沥青混合料设计油石比的重要依据.因此,正确掌握马歇尔试验方法及其影响马歇尔试验的因素是实验人员的基本功.本文总结多年马歇尔试验经验,探讨了马歇尔试件制作对试验结果的影响因素.1最佳沥青用量的初估进行马歇尔试验时,最好以最佳油石比为中心,左右各2个点,制作马歇尔试件.因此首先要预估一个比较接近实际的最佳油石比.对于最佳沥青用量的初估,根据不同规格矿料的筛分结果和矿料设计的级配圆顺曲线中矿料用量的配合比例,可通过矿料比表面积上覆裹的沥青油膜厚度计算确定.由于不同的结构层的沥青混合料类型,矿料比表面积上的覆裹油膜厚度也不

3、一样.根据技术规范,按照沥青混合料矿料级配范围要求可选用为:1)在采用密级配沥青混凝土混合料级配范围时,ACC型的矿料级配,矿料比表面积上覆裹的沥青油膜厚度可选用为7.08.0p,m;ACF型的矿料级配,矿料比表面积上覆裹的沥青油膜厚度可选用为6.57.0m.2)当采用密级配沥青碎石混合料时,矿料比表面积上覆裹的沥青油膜厚度可为7.08.0m.3)如采用开级配和半开级配沥青碎石混合料时,矿料比表面积上覆裹的沥青油膜厚度可在8.09.0m间选用.对于沥青混合料矿料表面积的计算,有不同的计算方法.本文利用我国沥青路面施工技术规范和于本信在沥青混凝土配合比设计指南中推荐的方法进行了计算.以湖南省某高

4、速公路工程的密实骨架型沥青混合料AC一20C为例,不同规格矿料密度试验结果见表1.表1不同规格矿料密度试验结果注:矿料理论密度G,粗集料选用毛体积密度,细集料选用表观密度.矿料混合料吸水率按照矿料配比加权计算,其值为0.54%.不同规格矿料颗粒筛分结果见表2.矿料级配曲线的合成设计见表3.1.1方法一【J通过按照公路沥青路面施工技术规范(J1'G17402004)中比表面积系数计算矿料比表面积SA,计算结果见表4.由此可得该密实骨架型沥青混合料的沥青用量为:4516cm×8m=3.62cmo沥青实测密度为1.031g/cm,可知100g矿料需沥青用量为3.73g(即油石比为3

5、.73%).1.2方法二根据不同矿料的理论密度(G),每个筛孔尺寸收稿日期:2011.10'18作者简介:颜舜(1987一),男,硕士研究生,主要从事沥青和沥青混合料设计与施工,公路工程检测技术等工作.4期颜舜,等:马歇尔试件制作过程中几个问题的探讨37表4矿料比表面积计算表513.219mm碎石毛体积密度G=2.697g/era3)注:比表面积总和sA(m/kg)为4.516.(以rain计)以及每个筛孔上留的筛余百分率P/%,即可计算出每个筛孔上得筛余总量,矿料颗粒的比表面积计算公式为:S一一一D×G式中:D为代表筛孔尺寸,mm;G为矿料理论密度,g?cm一为筛孔尺寸上得

6、存留百分率,%.根据不同规格的矿料按照式(1)便可以计算矿料的比表面积(每100g合成级配矿料),见表5一表9.设计合成级配曲线矿料总比表面积汇总,见表10.由此可得该密实骨架型沥青混合料的最佳沥青肘筛肘筛%(1)一)%(1)-)19.O3.173.71lI180.000.0016.09.9213.80O.6O.0oO.0o13.28.2513.90O.30.o0O.0o9.50.591.390.15O.00O.oo4.750.O5O.230.O750.000.002.36O.0oO.0o0.0350.O213.98表64.7S一13.2一mm碎石(毛体积密度G=2.693g/cm3)肘筛肘筛

7、p/%(1)一)D/mp/%(100g)一,13.23.996.73O.60.000.009.5l3.O53O.61O.30.000.004.75l7.8583.730.150.000.0o2.360.040.330.O75O.000.001.180.000.000.0350.0744.56表72.364.75mm碎石(毛体积密度G=2.675g/cm)尺寸筛余量比表面尺寸筛kUIID/n/o/(1oo(cmg2)一)D/mp/%(10o)4.752.4311.480.30.2115.632.36l1.141O5.880.150.O00.O01.184.0476.790.0750.000.00

8、O.6O.8832.900.0350.30194.8238湖南交通科技37卷表802.36inlll碎石【表观密度G=2.697g/锄)肘筛比表cm面肘筛余量比表面D/(toog)一)/oz(1oocmg)一)2.361.26l1.880.152.6o386.211.184.3081.070.0752.52747.5OO.64.37161.960.0351.43907.68O.34.52334.82表9矿粉(表观密度G=2.693g/ca')筛孔肘筛肘筛余量D/mmp(1)一)D/IOZ(100II;11g1)一)O.30.032.23O.O75O.278O.2lO.150.045.3

9、5O.0352.661692.01注:小于0.0075cm以下的矿粉颗粒直径D按0.0035cm计(0.0O75cm/2=0.0035cm).表1O合成级配曲线总比表面积汇总用量为:5061.37cmX8Ixm=4.05cm.沥青实测密度为1.031#cm.,可知100g矿料需沥青用量为4.17g(即油石比为4.17%).方法一和方法二预估的最佳油石比有一定差异.主要原因是方法一预估的是总沥青用量,方法二预估的是有效沥青含量.考虑到部分沥青被集料吸收,方法一预估的油石比必须增加集料吸水率的30%一70%-4J,可知矿料平均吸水率0.54%,因此需要考虑矿料吸收的沥青为0.16%0.38%.所以

10、按照方法一预估的最佳油石比在3.89%4.11%之间.根据2个方法计算预估结果,估计混合料设计的最佳油石比在4.0%左右.制作马歇尔试件的油石比以4.O%为中心,设计5组油石比,即3.0%,3.5%,4.0%,4.5%,5.O%.2保证每个试件矿料级配准确用量为了确保每个试件矿料级配用量的准确,应按配合比确定的矿料配合比例取样烘干,而后计算出所需用量.配制了密实骨架型沥青混合料AC-20C,其目标配合比为:13.219mm碎石:4.7513.2mm碎石:2.464.75mm碎石:02.36mm机制砂:矿粉=22%:35%:19%:21%:3%,根据预估的最佳油石比,以4%为中心,取5组不同油石

11、比(3%,3.5%,4.0%,4.5%,5.O%,间隔为0.5%),每组油石比制作6个马歇尔试件.试件标准尺寸直径D=101.6mill,标准高度为H=63.5mml3J,根据以往经验,该类型级配沥青混合料密度可采用2.45g/cm.进行估算,则制作所需试件总用量为:(D/2)×'rr×Hxp×NXM=(1O.16cm/2)×3.1416×6.35cm×2.45#era×6×5=37.84kg.各档不同规格的矿料用量为:13.219him碎石:0.22×37.84kg=8.33kg;4.7513.

12、2mm碎石:0.35X37:84kg=l3.25kg:2.464.75mm碎石:0.19×37.84kg=7.19kg;02.36ml,n机制砂:0.21×37.84kg=7.95kg;矿粉:O.03×37.84kg=1.12kg.取烘干后材料并按以上用量称取,按标准筛孔尺寸依次进行筛分分档,而后在盛料盘内均匀拌合.制作一个马歇尔试件,可按下式进行计算所需用量:(10.16cm/2)×3.1416×6.35cmx2.45#era=1261g.具体操作时可将矿料用量固定在一个值上,每个试件的用量计算见表11.表11每个试件所需用量3掌握好沥青混合

13、料试件击实时间我国试验规程规定J,集料与沥青在拌和机在规定温度一次拌合完成后,宜立即装入试模中进行击实试验.若混合料未及时装入试模进行试验,随着时间的增加会产生沥青被吸收的情况,导致沥青混合料毛体积密度等参数发生改变.4期颜舜,等:马歇尔试件制作过程中几个问题的探讨39如果过于冷却还需要二次加热,这就相当于又延长了沥青混合料的保温时间,在二次加热中沥青会被吸收,同样导致沥青混合料毛体积密度等参数发生改变.表l2是沥青混合料在拌合后不同时间的实验结果.表12在相同保温温度不同保温时间试验结果由表l2可知,随着保温时间的延长,沥青混合料试件的毛体积密度减小,空隙率变大.因此在试件制作过程中应按照规

14、范要求进行沥青混合料试件的击实时间.在实际工作中,如监理实验室,中心实验室和现场取样的,延长了拌合后的击实试验,体积参数的变化可以先建立像表l2的试验数据规律,对混合料评定时,应该换算到我国规范规定的试验条件下的数据.4严格控制每个试件的击实温度在制作马歇尔试件过程中,试件击实温度的差异影响试件马歇尔的各项技术指标试验结果,导致最佳油石比的确定有差异.通过室内试验,在原材料,级配,油石比相同但击实温度不同的的情况下选定的最佳油石比是不一样的,见表l3.表13击实温度不同的的情况下确定的最佳油石比由表13可知,击实温度的降低导致最后确定的最佳油石比偏高.由于沥青温度敏感性高,当击实温度降低时,沥

15、青与矿料在击实下不能很好的进行嵌挤,则空隙率随击实温度的降低而增大,马歇尔稳定度,流值以及毛体积密度随之减小而减小,而为了达到技术指标要求则导致最后确定的最佳油石比偏高.所以必须严格控制试件击实时的温度,尽量将制作的每个试件击实温度的差值控制在±(2一3)范围以内.5严格控制每个试件的成型高度在试件制作过程中,应尽量在沥青混合料质量,击实温度,击实功相同的情况下,以保证成型的试件尺寸符合标准高度63.5mm±1.3mm的要求,否则应作废重做.通过一个试件的击实成型,在脱模后测量其高度()和其实际所用的质量(m),通过式(2)算再选择所需的混合料质量.沥青混合料试件的标准质量

16、=×63.5一(2)试件实测高度()'"在湖南某在建高速公路工地试验室数据收集中,发现在油石比,矿料级配,击实功均相同的情况下,试件高度的变化严重地影响了试件稳定度的效果,其试验结果对比见表l4.表14马歇尔稳定度实测结果试件实测实测稳定试件实测实测稳定高度/ram度/kN高度/mm度/kN65.86.5l64.010.3465.16.3763.812.8464.96.2063.513.0764.47.8463.412.5564.28.876成型后试件脱模时的注意事项试件经击实成型后应当侧卧放在平板上,在室温一昼夜冷却后才可脱模,禁止使用热脱模方法脱模,防止试件在脱模中变形;同时也不允许使用冷水冷却后脱模,其将严重影响试件空气中的干燥质量.7结语马歇尔试验对实