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摘 要：沥青作为一种重要的道路工程材料，其性能试验也显得尤为重要。本文就沥青混合料水稳定性能试验进行分析介绍，旨在提高学生对试验的理解，也希望可以对学生了解学习课程试验带来一些思路上的启发。
关键词：沥青;性能试验;水稳定性;思维培养
1引言：沥青作为一种高黏度有机液体，能与不同矿质材料按比例配合后建成不同结构的沥青路面，是一种重要的道路工程材料。沥青性能试验作为一种研究沥青性能的方法也是《道路工程材料》中沥青部分教学重点所在，在教学过程中发现同学们经常将测试沥青同一性能的几种试验混淆，无法保持清晰的思路。鉴于此，本文就研究水稳定性的重要性、水稳定试验方法以及对几种常见实验方法之间的联系进行简单阐述，希望可以抛砖引玉，给读者带来一些帮助。
2沥青混合料水稳定性
2.1研究水稳定性的必要性
水损害是沥青路面的主要病害之一，是沥青路面在水、冻融循环以及汽车车轮动态荷载共同作用下导致的。沥青路面摊铺压实后存在空隙，不能将大自然中的水完全隔离在路面以外，这就给了沥青路面产生水损害的机会。水进入路面空隙后在车轮动态荷载作用下不断产生动水压力冲击沥青混合料的内部，水分逐渐进入沥青与集料黏结的界面，降低沥青对集料的粘附性，使沥青膜从石料表面脱落，形成松散薄弱块，沥青混合料开始掉粒、松散，路表产生麻面，形成路面缺失，更严重的会形成坑槽等水损害现象。
在对路面破坏现象广泛调查、统计的基础上，研究者发现超过70%的沥青路面早期破坏都涉及到水损害，水损害已经成为导致沥青路面服务寿命缩短、质量下降的罪魁祸首。面对危害如此巨大的一种破坏类型，能否通过一种方法将沥青混合料抵抗这种破坏的能力表征出来，提前对这种能力做出要求，使其达到能够抵抗这种病害产生的程度就是我们要解决的问题。
水稳定性试验就是建立在研究水损害发生机理的基础上的，是以不同的形式模拟水、温度、荷载对沥青路面产生的作用，通过反映出沥青与石料的粘附性以及沥青混合料的整体粘结力对沥青混合料抵抗水损害的能力进行表征。
2.2水稳定试验方法
多年来，各国研究者针对沥青路面水损害问题提出了很多试验方法和评价指标，这些方法和指标都各具优缺点，分别从不同角度反映了沥青混合料的水稳定性。根据评价内容不同，大体上可分为两类。
一类评价的是沥青与集料的粘附性，这类水稳定性检验方法因其评价的特性所以无需压实成型试件，直接将裹覆有沥青的集料放在常温或沸腾温度下的水中浸泡一段时间后进行的评价，主要针对粗集料与沥青的相互作用。这类实验方法完全忽视了作为沥青路面重要组成部分的细集料及填充物，其评价指标、试验条件与沥青路面性能、应用环境的相关性也并不是十分明确。主要包括有水煮法、浸水法、光电比色法以及示踪盐法。
另一类是对混合料整体水稳定性的评价，不再针对松散的沥青混合料进行评价，这类实验测试的混合料成型试件或提取的路面芯样都更接近实际使用中的沥青路面，并采用一些客观指标来表征沥青混合料的水稳定性，这些指标与沥青路面性能的相关性也更为明确。主要有浸水马歇尔试验、冻融劈裂实验、浸水车辙试验。
2.3实验关联
2.3.1从主观评价到客观评价
水煮法适用于最大粒径大于13.2mm的粗集料，试验时，直接将用沥青裹覆的干燥、洁净的集料颗粒悬挂于微沸状态的水中煮沸3min，然后肉眼观察其表面沥青剥落程度，以此作为沥青与集料黏附性的评判标准。
可以发现水煮法只适用于最大粒径大于13.2mm的集料，那么对于最大粒径小于13.2mm的集料也需要一种合适的方法进行测试，此时就要用到浸水法。浸水法适用于最大粒径小于13.2mm的粗集料，试验时，首先将集料与占集料质量5.5%的沥青混合均匀。然后将混合料平摊在玻璃板或其他器皿中浸入一定温度的蒸馏水中，待一定时间后水中目测其面积剥落百分率。
以上两种试验方法都十分的方便快捷，但是它们也因此样缺乏定量指标且易受人主观因素影响，因此就需要找到更为客观的指标来对沥青水稳定性进行评价。
光电分光光度计可以测定溶液的吸光度来推算溶液浓度，利用这一特性，我们可以客观的评判沥青剥落率。
光电比色法就用到了光电分光光度计，将均匀裹覆沥青的集料放入一定浓度的酚藏花红染料的水溶液中，裸露的集料会吸附酚藏花红染料，导致水溶液浓度的变化，用光电分光光度计测量吸光度以此来推算出溶液浓度，则可根据集料吸附酚藏花红染料的量表征沥青膜的剥落率。
示踪盐法也是同样的原理，不同之处在于示踪盐法会增大溶液浓度，提前吸附在粗集料表面的示踪盐，会因为沥青的剥落分散于蒸馏水中，我们用光电分光光度计测量吸光度测算出示踪盐的浓度，与未裹覆沥青的空白集料的浸水后示踪盐浓度比值作为沥青剥落率指标。
这两种方法相比于前两种试验方法的进步之处在于对沥青膜的脱落有客观的定量指标，但是它们存在较大的技术难度，操作过程比较繁琐，因此很少采用。
2.3.2从简单模拟到贴近实际
上面提到的几种实验方法都是对未经压实的松散沥青混合料进行的评价，与沥青路面实际使用情况关联不大，评价指标与沥青路面性能相关性也并不是十分明确，所以考虑对混合料整体性能进行客观评价。
浸水马歇尔试验开始考虑对混合料整体进行考虑，按照规范中的方法双面击实75次成型马歇尔试件，将其分成两组，分别在60℃水浴中恒温30min和48h，测量其残留稳定度。这种方法简单易行并且有客观评价沥青水稳定性的指标，但是其成型的试件空隙率大约在3%～5%，与工程现场实际空隙率6%～8%不符。因此，我们将击实次数降低到50次使其空隙率更接近实际情况并且将试件在-18℃、25℃、60℃进行冻融循环测量冻融残留强度比，考虑到混合料的负温度范围，比浸水马歇尔试验更合理，這就是冻融劈裂实验。
在沥青路面实际使用过程中还要受到车轮荷载产生动水压力加速沥青与集料分离，浸水车辙试验便将这点考虑在内，将轮载、水力冲刷以及孔隙水压都加载到饱水车辙试件上，比浸水马歇尔试验和冻融劈裂实验都更好地模拟了实际沥青路面在浸水条件下的服役情况。
水稳定性评价方法从研究沥青与粗集料粘附性的水煮法到对混合料整体粘结力进行评价的浸水马歇尔试验再到浸水车辙试验，一步步更接近实际，更能确切的将沥青混合料的水稳定性表征出来。
3.结束语
本科生一般没有接触过材料的相关实验，学习《道路工程材料》实验部分时感到抽象，通过介绍沥青混合料水稳定性试验的必要性、试验方法，再通过内在联系循序渐进的介绍几种常见的水稳定性测试方法，增强了知识之间的逻辑性，可以帮助本科生理解沥青混合料的水稳定性试验，也可以给学生带来一些思路上的启发，帮助他们发散思维，在学习这门课程的过程中发现知识之间的关联性、逻辑性，有效改善《道路工程材料》的课堂教学效果。
参考文献：
[1]申爱琴，道路工程材料[M].人民交通出版社，第二版，2016.
[2]曾俊，肖高霞，罗志刚.沥青混合料水稳定性试验评价方法综述[J].公路交通技术，2011（01）：40-46.
[3]JTG E20-2011， 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
[4]杨瑞华，许志鸿，李宇峙.沥青混合料水稳定性评价方法研究[J].同济大学学报（自然科学版），2007（11）：1486-1491.
作者简介：
1.张增平，男，1981年10月生，陕西蓝田人，博士。工作单位：长安大学公路学院道路工程所。职称：教授。研究方向：道路工程材料。
关键词：沥青;性能试验;水稳定性;思维培养
1引言：沥青作为一种高黏度有机液体，能与不同矿质材料按比例配合后建成不同结构的沥青路面，是一种重要的道路工程材料。沥青性能试验作为一种研究沥青性能的方法也是《道路工程材料》中沥青部分教学重点所在，在教学过程中发现同学们经常将测试沥青同一性能的几种试验混淆，无法保持清晰的思路。鉴于此，本文就研究水稳定性的重要性、水稳定试验方法以及对几种常见实验方法之间的联系进行简单阐述，希望可以抛砖引玉，给读者带来一些帮助。
2沥青混合料水稳定性
2.1研究水稳定性的必要性
水损害是沥青路面的主要病害之一，是沥青路面在水、冻融循环以及汽车车轮动态荷载共同作用下导致的。沥青路面摊铺压实后存在空隙，不能将大自然中的水完全隔离在路面以外，这就给了沥青路面产生水损害的机会。水进入路面空隙后在车轮动态荷载作用下不断产生动水压力冲击沥青混合料的内部，水分逐渐进入沥青与集料黏结的界面，降低沥青对集料的粘附性，使沥青膜从石料表面脱落，形成松散薄弱块，沥青混合料开始掉粒、松散，路表产生麻面，形成路面缺失，更严重的会形成坑槽等水损害现象。
在对路面破坏现象广泛调查、统计的基础上，研究者发现超过70%的沥青路面早期破坏都涉及到水损害，水损害已经成为导致沥青路面服务寿命缩短、质量下降的罪魁祸首。面对危害如此巨大的一种破坏类型，能否通过一种方法将沥青混合料抵抗这种破坏的能力表征出来，提前对这种能力做出要求，使其达到能够抵抗这种病害产生的程度就是我们要解决的问题。
水稳定性试验就是建立在研究水损害发生机理的基础上的，是以不同的形式模拟水、温度、荷载对沥青路面产生的作用，通过反映出沥青与石料的粘附性以及沥青混合料的整体粘结力对沥青混合料抵抗水损害的能力进行表征。
2.2水稳定试验方法
多年来，各国研究者针对沥青路面水损害问题提出了很多试验方法和评价指标，这些方法和指标都各具优缺点，分别从不同角度反映了沥青混合料的水稳定性。根据评价内容不同，大体上可分为两类。
一类评价的是沥青与集料的粘附性，这类水稳定性检验方法因其评价的特性所以无需压实成型试件，直接将裹覆有沥青的集料放在常温或沸腾温度下的水中浸泡一段时间后进行的评价，主要针对粗集料与沥青的相互作用。这类实验方法完全忽视了作为沥青路面重要组成部分的细集料及填充物，其评价指标、试验条件与沥青路面性能、应用环境的相关性也并不是十分明确。主要包括有水煮法、浸水法、光电比色法以及示踪盐法。
另一类是对混合料整体水稳定性的评价，不再针对松散的沥青混合料进行评价，这类实验测试的混合料成型试件或提取的路面芯样都更接近实际使用中的沥青路面，并采用一些客观指标来表征沥青混合料的水稳定性，这些指标与沥青路面性能的相关性也更为明确。主要有浸水马歇尔试验、冻融劈裂实验、浸水车辙试验。
2.3实验关联
2.3.1从主观评价到客观评价
水煮法适用于最大粒径大于13.2mm的粗集料，试验时，直接将用沥青裹覆的干燥、洁净的集料颗粒悬挂于微沸状态的水中煮沸3min，然后肉眼观察其表面沥青剥落程度，以此作为沥青与集料黏附性的评判标准。
可以发现水煮法只适用于最大粒径大于13.2mm的集料，那么对于最大粒径小于13.2mm的集料也需要一种合适的方法进行测试，此时就要用到浸水法。浸水法适用于最大粒径小于13.2mm的粗集料，试验时，首先将集料与占集料质量5.5%的沥青混合均匀。然后将混合料平摊在玻璃板或其他器皿中浸入一定温度的蒸馏水中，待一定时间后水中目测其面积剥落百分率。
以上两种试验方法都十分的方便快捷，但是它们也因此样缺乏定量指标且易受人主观因素影响，因此就需要找到更为客观的指标来对沥青水稳定性进行评价。
光电分光光度计可以测定溶液的吸光度来推算溶液浓度，利用这一特性，我们可以客观的评判沥青剥落率。
光电比色法就用到了光电分光光度计，将均匀裹覆沥青的集料放入一定浓度的酚藏花红染料的水溶液中，裸露的集料会吸附酚藏花红染料，导致水溶液浓度的变化，用光电分光光度计测量吸光度以此来推算出溶液浓度，则可根据集料吸附酚藏花红染料的量表征沥青膜的剥落率。
示踪盐法也是同样的原理，不同之处在于示踪盐法会增大溶液浓度，提前吸附在粗集料表面的示踪盐，会因为沥青的剥落分散于蒸馏水中，我们用光电分光光度计测量吸光度测算出示踪盐的浓度，与未裹覆沥青的空白集料的浸水后示踪盐浓度比值作为沥青剥落率指标。
这两种方法相比于前两种试验方法的进步之处在于对沥青膜的脱落有客观的定量指标，但是它们存在较大的技术难度，操作过程比较繁琐，因此很少采用。
2.3.2从简单模拟到贴近实际
上面提到的几种实验方法都是对未经压实的松散沥青混合料进行的评价，与沥青路面实际使用情况关联不大，评价指标与沥青路面性能相关性也并不是十分明确，所以考虑对混合料整体性能进行客观评价。
浸水马歇尔试验开始考虑对混合料整体进行考虑，按照规范中的方法双面击实75次成型马歇尔试件，将其分成两组，分别在60℃水浴中恒温30min和48h，测量其残留稳定度。这种方法简单易行并且有客观评价沥青水稳定性的指标，但是其成型的试件空隙率大约在3%～5%，与工程现场实际空隙率6%～8%不符。因此，我们将击实次数降低到50次使其空隙率更接近实际情况并且将试件在-18℃、25℃、60℃进行冻融循环测量冻融残留强度比，考虑到混合料的负温度范围，比浸水马歇尔试验更合理，這就是冻融劈裂实验。
在沥青路面实际使用过程中还要受到车轮荷载产生动水压力加速沥青与集料分离，浸水车辙试验便将这点考虑在内，将轮载、水力冲刷以及孔隙水压都加载到饱水车辙试件上，比浸水马歇尔试验和冻融劈裂实验都更好地模拟了实际沥青路面在浸水条件下的服役情况。
水稳定性评价方法从研究沥青与粗集料粘附性的水煮法到对混合料整体粘结力进行评价的浸水马歇尔试验再到浸水车辙试验，一步步更接近实际，更能确切的将沥青混合料的水稳定性表征出来。
3.结束语
本科生一般没有接触过材料的相关实验，学习《道路工程材料》实验部分时感到抽象，通过介绍沥青混合料水稳定性试验的必要性、试验方法，再通过内在联系循序渐进的介绍几种常见的水稳定性测试方法，增强了知识之间的逻辑性，可以帮助本科生理解沥青混合料的水稳定性试验，也可以给学生带来一些思路上的启发，帮助他们发散思维，在学习这门课程的过程中发现知识之间的关联性、逻辑性，有效改善《道路工程材料》的课堂教学效果。
参考文献：
[1]申爱琴，道路工程材料[M].人民交通出版社，第二版，2016.
[2]曾俊，肖高霞，罗志刚.沥青混合料水稳定性试验评价方法综述[J].公路交通技术，2011（01）：40-46.
[3]JTG E20-2011， 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
[4]杨瑞华，许志鸿，李宇峙.沥青混合料水稳定性评价方法研究[J].同济大学学报（自然科学版），2007（11）：1486-1491.
作者简介：
1.张增平，男，1981年10月生，陕西蓝田人，博士。工作单位：长安大学公路学院道路工程所。职称：教授。研究方向：道路工程材料。