浸水馬歇爾殘留穩定度測試：瀝青混合料水穩定性評價的核心方法

一、引言

在公路工程中，瀝青路面的使用壽命與抗水損害能力密切相關。雨水、融雪水等 moisture 侵入瀝青混合料內部后，會逐步削弱瀝青與集料之間的黏結力，導致路面出現坑槽、松散、剝落等早期破壞。為了評價瀝青混合料抵御水損害的能力，浸水馬歇爾殘留穩定度測試（以下簡稱“殘留穩定度測試”）成為行業內最常用的關鍵指標之一。該測試通過對比瀝青混合料試樣在干燥狀態與浸水后的馬歇爾穩定度，直觀反映其抗水損害性能，是瀝青混合料配合比設計與施工質量控制的重要依據。

二、測試原理

馬歇爾穩定度（Marshall Stability）是指瀝青混合料試樣在規定溫度（通常為60℃）下，承受一定加載速度（50mm/min）時所能承受的最大荷載（單位：kN），反映混合料的抗變形能力。而浸水馬歇爾殘留穩定度（Residual Marshall Stability）則是將試樣在60℃恒溫水浴中浸泡48小時后，再次測試其穩定度，通過“浸水后穩定度與干燥狀態穩定度的比值”來評價水對混合料結構的破壞程度。

計算公式為：
$\text{殘留穩定度（%）} = \frac{S_w}{S_d} \times 100$
其中， $S_w$ 為浸水后馬歇爾穩定度（kN）， $S_d$ 為干燥狀態馬歇爾穩定度（kN）。

殘留穩定度越高，說明瀝青混合料抗水損害能力越強；反之，則易因水侵入導致結構破壞。

三、試驗設備與材料準備

1. 主要試驗設備

馬歇爾試驗儀：具備加載速度控制功能（50mm/min±5mm/min），可測量穩定度與流值；
恒溫水浴：能保持溫度60℃±1℃，容量足夠容納所有試樣（試樣頂部距水面≥25mm）；
烘箱：用于試樣制備前的集料烘干與瀝青加熱；
擊實儀：標準馬歇爾擊實儀（重型或輕型，根據混合料類型選擇），用于制備 cylindrical 試樣（直徑101.6mm，高度63.5mm±1.3mm）；
天平：精度0.1g，用于稱量試樣質量；
溫度計：精度0.5℃，用于測量瀝青與混合料溫度；
脫模器：用于取出擊實后的試樣。

2. 試驗材料

瀝青混合料試樣：按設計配合比制備，每組至少3個試樣（平行試驗），壓實度應符合規范要求（如高速公路瀝青面層要求≥96%）；
水：試驗用自來水或蒸餾水（無雜質，避免影響試驗結果）。

四、試驗步驟

1. 試樣制備

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）要求，采用擊實儀制備馬歇爾試樣：

將集料烘干至恒重，與加熱至規定溫度的瀝青（如普通瀝青140-160℃，改性瀝青160-180℃）拌勻；
將混合料裝入預熱的試模（101.6mm×63.5mm），在規定溫度下（普通瀝青130-150℃，改性瀝青150-170℃）擊實（重型擊實：兩面各75次；輕型擊實：兩面各50次）；
擊實完成后，將試樣脫模，在常溫（20℃±2℃）下放置24小時，使混合料內部應力釋放。

2. 干燥狀態馬歇爾穩定度測試

將試樣放入60℃±1℃的恒溫水浴中保溫30-40分鐘（確保試樣內部溫度均勻）；
取出試樣，立即置于馬歇爾試驗儀的夾具中，以50mm/min±5mm/min的速度加載，記錄最大荷載（即干燥穩定度 $S_d$ ）及對應的流值（變形量）；
測試完成后，將試樣冷卻至常溫，備用。

3. 浸水處理

將上述測試后的試樣完全浸入60℃±1℃的恒溫水浴中，水面距試樣頂部≥25mm；
保持水溫恒定，浸泡48小時（期間不得補水或改變水溫）。

4. 浸水后馬歇爾穩定度測試

浸泡結束后，立即將試樣從水浴中取出，按“干燥狀態測試”的步驟（保溫30-40分鐘→加載），記錄浸水后穩定度 $S_w$ 及流值。

五、結果計算與評定

1. 結果計算

對每組3個試樣，分別計算干燥穩定度 $S_d$ 與浸水后穩定度 $S_w$ 的平均值；
代入公式計算殘留穩定度（保留一位小數）。

2. 精度要求

平行試樣的穩定度變異系數應≤10%（若超過，需重新試驗）；
殘留穩定度結果取3個試樣的平均值（若單個試樣結果與平均值偏差超過15%，應剔除該試樣，取剩余試樣的平均值）。

3. 評定標準

根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004），不同等級公路的瀝青混合料殘留穩定度要求如下：

高速公路、一級公路：≥85%（改性瀝青混合料≥80%）；
二級及以下公路：≥80%（改性瀝青混合料≥75%）。

六、影響測試結果的關鍵因素

1. 瀝青性能

瀝青的黏結性、抗老化性直接影響與集料的黏結力。改性瀝青（如SBS、SBR改性）因分子結構更穩定，抗水剝離能力優于普通瀝青，殘留穩定度更高。

2. 集料性質

表面特征：粗糙、多棱角的集料（如玄武巖、花崗巖）與瀝青黏結力強，不易被水剝離；
吸水率：吸水率高的集料（如石灰巖）易吸水膨脹，破壞瀝青-集料界面，導致殘留穩定度下降；
潔凈度：集料表面的泥土、粉塵會削弱瀝青黏結力，試驗前需徹底清洗烘干。

3. 瀝青用量

瀝青用量過多會形成“自由瀝青”，水易滲透至集料表面，導致黏結力下降；用量過少則無法完全包裹集料，同樣降低抗水損害能力。需通過馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量（OAC）。

4. 壓實度

壓實度不足會導致混合料空隙率增大（＞7%），水易進入并滯留，反復凍融（北方地區）會加速結構破壞；壓實度過高則會使混合料變脆，抗變形能力下降。

5. 試驗條件

浸水溫度：60℃是模擬夏季路面高溫狀態，溫度偏差過大會影響測試結果；
浸水時間：48小時是規范規定的標準時間，時間不足無法充分反映水損害程度；
加載速度：50mm/min是模擬車輛行駛時的荷載作用速度，速度過快會導致穩定度偏高。

七、測試的工程意義

殘留穩定度測試是瀝青混合料水穩定性評價的“黃金指標”，其結果直接指導工程實踐：

配合比設計：通過調整瀝青類型、集料級配、瀝青用量等參數，使殘留穩定度滿足規范要求；
施工質量控制：對施工中抽檢的混合料進行測試，確保現場壓實度、瀝青用量等指標符合設計要求；
路面壽命預測：殘留穩定度低的混合料易出現早期水損害，需采取措施（如添加抗剝落劑、使用改性瀝青）提高其抗水能力；
規范符合性判斷：是公路工程竣工驗收的必測項目，確保路面質量符合國家及行業標準。

八、總結

浸水馬歇爾殘留穩定度測試作為評價瀝青混合料抗水損害能力的核心方法，其原理簡單、操作便捷、結果可靠，已廣泛應用于公路工程的各個階段。通過嚴格控制試驗條件、準確分析影響因素，可有效提高瀝青路面的抗水穩定性，減少早期破壞，延長路面使用壽命。在未來的工程實踐中，隨著新型材料（如高模量瀝青、納米改性瀝青）的應用，殘留穩定度測試的標準與方法也將不斷完善，為公路工程質量提供更有力的保障。