摘要：本文针对某省高速公路的沥青混合料水稳定性分别采用浸水马歇尔、冻融劈裂和AASHTO T283三种试验方法，并根据不同的试验方法和指标进行了改进，提出了三种关键的水损坏评估试验控制方法和评价指标，更适合某省的实际情况。
关键词：水稳定性；三种试验方法；水损坏评估；评价指标
0 引言
评价沥青路面抗水损坏性能的方法虽然很多，但是各方面都没有明显的优势，再加上影响沥青混合料水稳定性的因素很多，很难通过单一的试验方法进行相对可靠的评价，因此建立一种沥青混合料的抗水损坏性能体系是十分有必要的，主要用于评估路面使用情况，并为设计高质量的沥青路面提供服务，以更准确更全面的反映沥青混合料的水敏感性。为评价抗水损坏的方法体系，本文分别对浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和AASHTO T283三种试验方法进行了概述，并分别建立该三种试验。
1 浸水马歇尔、冻融劈裂和AASHTO T283试验方法概述
目前，对于我国高速公路常用的大部分沥青混合料，主要采用水浸式马歇尔试验的残留稳定度来进行评价，结果满足要求。事实上，如果将冻融劈裂试验和AASHTO T283试验进行比较，则会发现其中一些指标并不能满足抗水损性能指标。因此，浸入式马歇尔方法不够严格，无法评估沥青混合料的抗水损坏性能，只能作为初步判断。
冻融劈裂试验是在采用美国AASHTO T283试验方法进行简化后，并根据“八五”国家科技攻关的相关研究成果进行编写制定。现有的试验结果表明，作为沥青混合料抗水损坏性能的评价方法更为可行。但其试验与AASHTO T283进行比较时就会发现条件相对宽松，即没有明确规定试件的空隙率和饱水率，因此，对于不同的试验室，试验结果可能差别很大。
AASHTO T283试验方法与实际路面形成过程具有良好的相关性。与马歇尔试验相比，T283试样的成型过程更接近沥青混合料的实际施工过程。T283的试验条件是最严格的，沥青混合物需要经历135℃，4小时的短期老化，以模拟现场的实际情况，对试件的含水饱和度有一定的要求，可以更好地表征沥青混合料的抗水损坏性。因此，T283被确定为美国沥青混合料抗水损坏性的标准试验方法。当浸水沥青混合料的结果和冻融劈裂试验满足要求时，需要进一步评估沥青混合料的水稳定性时，仍然需要使用T283试验。
2 压实沥青混合料性能试验
本论文在进行该部分研究时做了大量水损坏性能试验，水损坏试验数据采用SMA13、AK-13A、AC-20I、AC-25I等类型混合料，而且大部分没采用改性沥青。而近年沥青路面结构形式呈现多样化发展，除了以上类型外，还有SUP25、SUP20、ARAC等，中、上面层全面使用改性沥青，SMA13普遍使用抗剥落剂。
根据某省高速公路水稳定性试验结果，汇总各种混合料类型抗水损坏指标的平均水平，见下表所示。
表1 水稳定性试验汇总结果
由表3-1，浸水马歇尔试验残留稳定度均在85%以上，说明对于各种类型沥青混合料较为容易达到要求，建议对该指标仅作为水损坏能力初步、快速评估方法。
冻融劈裂试验结果表明，对于上面层类型AK-13和SMA-13，劈裂强度比大于85%，较中下面层稍大，建议对不同面层混合料类型采取不同的劈裂强度比要求。
T283试验结果表明，各种类型沥青混合料相差较小，可以采取统一的标准对抗拉强度之比（TSR）作出要求。
3 试验方法与指标要求的改进
3.1 浸水马歇尔试验方法
浸水马歇尔试验是评估当前规范中水稳定性的主要方法。但是该评估方法有明显的缺陷，如果采用现行的评估方法，需要对以下方面进行改进。
1、试验方法
在浸水马歇尔试验中，为了研究空隙率对马歇尔稳定性的影响，需要采用压实次数来产生不同空隙率的马歇尔试件。不同级配的沥青混合物马歇尔残留稳定度可随空隙率变化的情况可如图1~4所示。
图1 SMA马氏稳定度与空隙率关系 图2 AC-25Ⅰ马氏稳定度与空隙率关系
图3 AC20Ⅰ马氏稳定度与空隙率关系 图4 AK13A马氏稳定度与空隙率关系
图5 四种级配马歇尔稳定度与空隙率的关系
由图1~4四种混合物马歇尔稳定性和孔隙率比图，我们可以看到马歇尔的稳定性随着空隙率的增加而趋于减小，无论是有条件的还是无条件的。
我们总结了四种混合物的残余稳定性与图5中的空隙率之间的关系。结果表明，随着空隙率的增加，残留稳定度不能明显规律化。我们分析主要有三点原因：
（1）马歇尔击实机理与实际路面压实机制有很大不同。
（2）由于试验并不能达到理想状态，同时在空隙率和饱和度方面缺乏要求和控制。在一些细节中没有明确定义具体的试验方法，并且试验结果的道路结果相关性很差。
（3）残留稳定度不足以区分评估指标的程度和有效性。
但是，作为我国规定的水稳定性评价方法，我们仍然建议将水浸水马歇试验作为水稳定性的初步评价。但是，为了提高评估的可靠性和有效性，建议采用严格的试验条件：
（1）在马歇尔试验之前，将沥青混合物在击实温度下老化2h。
（2）马歇尔试件的空隙率必须有明确的要求，建议试件的空隙率在最佳油石比±1％。
（3）试件成型后，在室温下养生24h±1h，并置于60℃水浴中进行试验。
2、指标要求
采用浸水马歇尔法对沥青混合料耐水性试验指标的有效性还有待进一步分析。针对这一一问题，在施工技术规范中对不同地区不同混合料类型的浸水马歇尔指标做出了分级要求，这个想法是对于不同类型的沥青混合物，浸水马歇尔指标要求也不同。其中某地所属地区的指标要求见表2。
表2 沥青混合料浸水马歇尔技术要求 
结合试验数据，建议某地浸水马歇尔水损坏指标为：
SMA13、AK-13、AC-20、Sup20、AC-25、Sup25：设计空隙率±1%，残留稳定度≥85%。
3.2 冻融劈裂试验方法
由于冻融劈裂试验方法对试验条件的要求并不严格，虽然对沥青混合料抗水损坏性能评价很有效，但是试验结果的分散性很大，影响评估结果的有效性。
1、空隙率对冻融劈裂强度的影响
在对压实的沥青混合料进行水稳定性试验时，试件的空隙率应由实际施工期间路面的平均空隙率控制。不同级配的混合物具有不同的空隙率要求。
当进行压实沥青混合物的冻融分裂试验时，在我国没有明确定义试样的空隙，并且试验了通过在两侧压实50次获得的试样。为了研究空隙率变化对劈裂强度的影响，采用不同的试验来控制具有不同空隙率的马歇尔试样进行冻融劈裂试验。不同分级类型的沥青混合物的分裂强度总结为空隙率的函数。如图6~9所示
图6 SMA-13冻融劈裂试验结果
图7 AK-13冻融劈裂试验结果
图8 AC-20冻融劈裂试验结果
图9 AC-25冻融劈裂试验结果
从图6～9可以看出，无论是有条件的还是无条件的，劈裂强度的绝对值都具有随着空隙率的增加而降低的趋势。
对于AK-13、AC-20和AC-25的三种混合物，当马歇尔样品的空隙率为6%至7%时，TSR比下降剧烈，当空隙率接近7%时，TSR比率达到非常低的值，表明冻融分裂强度比对7%空隙率的上述三种混合物更敏感，为临界空隙率；对于SMA13混合物，马歇尔试样空隙率达到5%的极值，表明冻融劈裂强度对5%空隙率的SMA混合物更敏感，为临界空隙率。
从图形的整体趋势来看，由于混合物的不同内部结构，不同级配的混合物对水敏感度不同当试样具有小的空隙率时，基本上不会造成水损坏，并且评估的意义丧失。同时也与路面的形成的实际情况不符。根据我们之前的研究和参考地点的压实标准，建议AK-13、AC-20和AC-25混合物的空隙率为7%。空隙率为7%的SMA13混合物的TSR值是抗水损害性的评价指标之一。综合我们的研究成果以及目前高速公路建设积累的数据，建议某省冻融劈裂指标可取值如下：
SMA13：空隙率5%±1%，TSR≥80%；
AK-13：空隙率7%±1%，TSR≥80%；
AC-20：空隙率7%±1%，TSR≥80%；
AC-25：空隙率7%±1%，TSR≥80%。
2、饱水率对劈裂强度的影响
为了研究饱水率对劈裂强度的影响，我们以SMA混合料为例进行有关试验，试验结果汇总于表3：
表3 SMA-13 冻融劈裂试验结果
从表3可以看出，SMA-13混合物在相同条件下的水饱和率与劈裂强度的绝对值之间具有相反的关系。每个试件的水饱和率越高，条件分裂强度越低。饱和率的波动引起同一组样品的分裂强度值的波动。如果在条件控制阶段期间将水饱和率控制在小范围内，则可以使试验结果的分裂强度值相对稳定。过饱和率会增加试验结果的分散。这个关系也存在于其它的级配类型中。在美国AASHTO T283的标准试验中，当时规定的含水饱和率应在55%至80%之间。饱水率低于55%，试件饱水不充分，达不到预期的目的，水饱和率超过80%，试件被破坏，必须重新进行试验。根据我们的试验结果我们认为饱水率应控制在65~80%之间，将有效的减少由饱水率不同所带来的试验结果的变异。
综合我们的研究成果以及国内外已有的研究成果建议冻融劈裂饱水率可取值在70~80%。
3.3 AASHTO T283试验方法
1、试验方法
在沥青混合料抗水损坏性能评价方法中，AASHTO T283试验方法是比较有效的一种。AASHTO T283作为美国一种标准的抗水损坏性能评价方法，在其长期应用的过程中，仍然不断改进部分试验条件，在空隙率、养生时间、老化时间、饱水率、冻融条件等条件仍在不断修订。
2、指标要求
根据研究结果和应用情况，建议T283试验指标可取值如下：
SMA13：空隙率7%±1%，TSR≥80%；
AK-13：空隙率7%±1%，TSR≥80%；
AC-20、Sup20：空隙率7%±1%，TSR≥80%；
AC-25、Sup25：空隙率7%±1%，TSR≥80%。
根据试验结果可以看出，相同的混合物在三种试验中表现不同：浸入式马歇尔试验指标要求较为不严格，比较容易满足；冻融分裂和T283试验条件更加严格，可以反映不同试验方法的差异，评价水稳定性的效果显着。由于混合物的水损害性能与水浸车辙试验的效果之间存在良好的相关性，因此在需要对混合物的水损坏性能进行更深入的评估的情况下，可以采用车辙试验来评价。
4 结论
1.分析和比较浸水马歇尔、冻融劈裂和AASHTO T283等试验方法在评价沥青混合料水稳定性方面的优缺点。建议使用冻融劈裂和AASHTO T283试验来评估沥青混合物的水稳定性。特别是AASHTO T283试验能更好地区分沥青混合料的水稳定性，旋转压实仪已在一定的省份推广，具有推广应用的基础。
2.提出了三种关键的水损坏评估试验控制方法和评价指标，可以更广泛的推广和使用。
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作者简介：
雷荣，出生于1983年，男，工程师，湖南益阳人，现从事高速公路施工工作。
论文作者:雷荣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/3
标签：空隙论文; 马歇尔论文; 沥青论文; 混合物论文; 稳定性论文; 试验方法论文; 指标论文; 《基层建设》2018年第34期论文;