《道路工程材料》關(guān)于瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)的教學(xué)思考

張?jiān)銎? 劉浩

摘 要：瀝青作為一種重要的道路工程材料，其性能試驗(yàn)也顯得尤為重要。本文就瀝青混合料水穩(wěn)定性能試驗(yàn)進(jìn)行分析介紹，旨在提高學(xué)生對(duì)試驗(yàn)的理解，也希望可以對(duì)學(xué)生了解學(xué)習(xí)課程試驗(yàn)帶來(lái)一些思路上的啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：瀝青;性能試驗(yàn);水穩(wěn)定性;思維培養(yǎng)

1引言：瀝青作為一種高黏度有機(jī)液體，能與不同礦質(zhì)材料按比例配合后建成不同結(jié)構(gòu)的瀝青路面，是一種重要的道路工程材料。瀝青性能試驗(yàn)作為一種研究瀝青性能的方法也是《道路工程材料》中瀝青部分教學(xué)重點(diǎn)所在，在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)同學(xué)們經(jīng)常將測(cè)試瀝青同一性能的幾種試驗(yàn)混淆，無(wú)法保持清晰的思路。鑒于此，本文就研究水穩(wěn)定性的重要性、水穩(wěn)定試驗(yàn)方法以及對(duì)幾種常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)方法之間的聯(lián)系進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，希望可以拋磚引玉，給讀者帶來(lái)一些幫助。

2瀝青混合料水穩(wěn)定性

2.1研究水穩(wěn)定性的必要性

水損害是瀝青路面的主要病害之一，是瀝青路面在水、凍融循環(huán)以及汽車車輪動(dòng)態(tài)荷載共同作用下導(dǎo)致的。瀝青路面攤鋪壓實(shí)后存在空隙，不能將大自然中的水完全隔離在路面以外，這就給了瀝青路面產(chǎn)生水損害的機(jī)會(huì)。水進(jìn)入路面空隙后在車輪動(dòng)態(tài)荷載作用下不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力沖擊瀝青混合料的內(nèi)部，水分逐漸進(jìn)入瀝青與集料黏結(jié)的界面，降低瀝青對(duì)集料的粘附性，使瀝青膜從石料表面脫落，形成松散薄弱塊，瀝青混合料開(kāi)始掉粒、松散，路表產(chǎn)生麻面，形成路面缺失，更嚴(yán)重的會(huì)形成坑槽等水損害現(xiàn)象。

在對(duì)路面破壞現(xiàn)象廣泛調(diào)查、統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，研究者發(fā)現(xiàn)超過(guò)70%的瀝青路面早期破壞都涉及到水損害，水損害已經(jīng)成為導(dǎo)致瀝青路面服務(wù)壽命縮短、質(zhì)量下降的罪魁禍?zhǔn)住Ｃ鎸?duì)危害如此巨大的一種破壞類型，能否通過(guò)一種方法將瀝青混合料抵抗這種破壞的能力表征出來(lái)，提前對(duì)這種能力做出要求，使其達(dá)到能夠抵抗這種病害產(chǎn)生的程度就是我們要解決的問(wèn)題。

水穩(wěn)定性試驗(yàn)就是建立在研究水損害發(fā)生機(jī)理的基礎(chǔ)上的，是以不同的形式模擬水、溫度、荷載對(duì)瀝青路面產(chǎn)生的作用，通過(guò)反映出瀝青與石料的粘附性以及瀝青混合料的整體粘結(jié)力對(duì)瀝青混合料抵抗水損害的能力進(jìn)行表征。

2.2水穩(wěn)定試驗(yàn)方法

多年來(lái)，各國(guó)研究者針對(duì)瀝青路面水損害問(wèn)題提出了很多試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，這些方法和指標(biāo)都各具優(yōu)缺點(diǎn)，分別從不同角度反映了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。根據(jù)評(píng)價(jià)內(nèi)容不同，大體上可分為兩類。

一類評(píng)價(jià)的是瀝青與集料的粘附性，這類水穩(wěn)定性檢驗(yàn)方法因其評(píng)價(jià)的特性所以無(wú)需壓實(shí)成型試件，直接將裹覆有瀝青的集料放在常溫或沸騰溫度下的水中浸泡一段時(shí)間后進(jìn)行的評(píng)價(jià)，主要針對(duì)粗集料與瀝青的相互作用。這類實(shí)驗(yàn)方法完全忽視了作為瀝青路面重要組成部分的細(xì)集料及填充物，其評(píng)價(jià)指標(biāo)、試驗(yàn)條件與瀝青路面性能、應(yīng)用環(huán)境的相關(guān)性也并不是十分明確。主要包括有水煮法、浸水法、光電比色法以及示蹤鹽法。

另一類是對(duì)混合料整體水穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)，不再針對(duì)松散的瀝青混合料進(jìn)行評(píng)價(jià)，這類實(shí)驗(yàn)測(cè)試的混合料成型試件或提取的路面芯樣都更接近實(shí)際使用中的瀝青路面，并采用一些客觀指標(biāo)來(lái)表征瀝青混合料的水穩(wěn)定性，這些指標(biāo)與瀝青路面性能的相關(guān)性也更為明確。主要有浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂實(shí)驗(yàn)、浸水車轍試驗(yàn)。

2.3實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)

2.3.1從主觀評(píng)價(jià)到客觀評(píng)價(jià)

水煮法適用于最大粒徑大于13.2mm的粗集料，試驗(yàn)時(shí)，直接將用瀝青裹覆的干燥、潔凈的集料顆粒懸掛于微沸狀態(tài)的水中煮沸3min，然后肉眼觀察其表面瀝青剝落程度，以此作為瀝青與集料黏附性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

可以發(fā)現(xiàn)水煮法只適用于最大粒徑大于13.2mm的集料，那么對(duì)于最大粒徑小于13.2mm的集料也需要一種合適的方法進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)就要用到浸水法。浸水法適用于最大粒徑小于13.2mm的粗集料，試驗(yàn)時(shí)，首先將集料與占集料質(zhì)量5.5%的瀝青混合均勻。然后將混合料平攤在玻璃板或其他器皿中浸入一定溫度的蒸餾水中，待一定時(shí)間后水中目測(cè)其面積剝落百分率。

以上兩種試驗(yàn)方法都十分的方便快捷，但是它們也因此樣缺乏定量指標(biāo)且易受人主觀因素影響，因此就需要找到更為客觀的指標(biāo)來(lái)對(duì)瀝青水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

光電分光光度計(jì)可以測(cè)定溶液的吸光度來(lái)推算溶液濃度，利用這一特性，我們可以客觀的評(píng)判瀝青剝落率。

光電比色法就用到了光電分光光度計(jì)，將均勻裹覆瀝青的集料放入一定濃度的酚藏花紅染料的水溶液中，裸露的集料會(huì)吸附酚藏花紅染料，導(dǎo)致水溶液濃度的變化，用光電分光光度計(jì)測(cè)量吸光度以此來(lái)推算出溶液濃度，則可根據(jù)集料吸附酚藏花紅染料的量表征瀝青膜的剝落率。

示蹤鹽法也是同樣的原理，不同之處在于示蹤鹽法會(huì)增大溶液濃度，提前吸附在粗集料表面的示蹤鹽，會(huì)因?yàn)闉r青的剝落分散于蒸餾水中，我們用光電分光光度計(jì)測(cè)量吸光度測(cè)算出示蹤鹽的濃度，與未裹覆瀝青的空白集料的浸水后示蹤鹽濃度比值作為瀝青剝落率指標(biāo)。

這兩種方法相比于前兩種試驗(yàn)方法的進(jìn)步之處在于對(duì)瀝青膜的脫落有客觀的定量指標(biāo)，但是它們存在較大的技術(shù)難度，操作過(guò)程比較繁瑣，因此很少采用。

2.3.2從簡(jiǎn)單模擬到貼近實(shí)際

上面提到的幾種實(shí)驗(yàn)方法都是對(duì)未經(jīng)壓實(shí)的松散瀝青混合料進(jìn)行的評(píng)價(jià)，與瀝青路面實(shí)際使用情況關(guān)聯(lián)不大，評(píng)價(jià)指標(biāo)與瀝青路面性能相關(guān)性也并不是十分明確，所以考慮對(duì)混合料整體性能進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。

浸水馬歇爾試驗(yàn)開(kāi)始考慮對(duì)混合料整體進(jìn)行考慮，按照規(guī)范中的方法雙面擊實(shí)75次成型馬歇爾試件，將其分成兩組，分別在60℃水浴中恒溫30min和48h，測(cè)量其殘留穩(wěn)定度。這種方法簡(jiǎn)單易行并且有客觀評(píng)價(jià)瀝青水穩(wěn)定性的指標(biāo)，但是其成型的試件空隙率大約在3%～5%，與工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際空隙率6%～8%不符。因此，我們將擊實(shí)次數(shù)降低到50次使其空隙率更接近實(shí)際情況并且將試件在-18℃、25℃、60℃進(jìn)行凍融循環(huán)測(cè)量?jī)鋈跉埩魪?qiáng)度比，考慮到混合料的負(fù)溫度范圍，比浸水馬歇爾試驗(yàn)更合理，這就是凍融劈裂實(shí)驗(yàn)。

在瀝青路面實(shí)際使用過(guò)程中還要受到車輪荷載產(chǎn)生動(dòng)水壓力加速瀝青與集料分離，浸水車轍試驗(yàn)便將這點(diǎn)考慮在內(nèi)，將輪載、水力沖刷以及孔隙水壓都加載到飽水車轍試件上，比浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂實(shí)驗(yàn)都更好地模擬了實(shí)際瀝青路面在浸水條件下的服役情況。

水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法從研究瀝青與粗集料粘附性的水煮法到對(duì)混合料整體粘結(jié)力進(jìn)行評(píng)價(jià)的浸水馬歇爾試驗(yàn)再到浸水車轍試驗(yàn)，一步步更接近實(shí)際，更能確切的將瀝青混合料的水穩(wěn)定性表征出來(lái)。

3.結(jié)束語(yǔ)

本科生一般沒(méi)有接觸過(guò)材料的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)《道路工程材料》實(shí)驗(yàn)部分時(shí)感到抽象，通過(guò)介紹瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)的必要性、試驗(yàn)方法，再通過(guò)內(nèi)在聯(lián)系循序漸進(jìn)的介紹幾種常見(jiàn)的水穩(wěn)定性測(cè)試方法，增強(qiáng)了知識(shí)之間的邏輯性，可以幫助本科生理解瀝青混合料的水穩(wěn)定性試驗(yàn)，也可以給學(xué)生帶來(lái)一些思路上的啟發(fā)，幫助他們發(fā)散思維，在學(xué)習(xí)這門課程的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性、邏輯性，有效改善《道路工程材料》的課堂教學(xué)效果。

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作者簡(jiǎn)介：

1.張?jiān)銎?，男?981年10月生，陜西藍(lán)田人，博士。工作單位：長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院道路工程所。職稱：教授。研究方向：道路工程材料。