沥青马歇尔试验

发布时间：2026-06-17 02:30:11 • 阅读量： • 来源：中析研究所

技术概述

沥青马歇尔试验是道路工程领域中一项极为重要的试验检测技术，主要用于评价沥青混合料的高温稳定性能，同时也可用于确定沥青混合料的最佳沥青用量。该试验方法由美国密西西比州公路局的布鲁斯·马歇尔于1939年提出，经过多年的发展完善，已成为世界各国公路工程中应用最广泛的沥青混合料配合比设计方法之一。

马歇尔试验的基本原理是通过测定沥青混合料试件的稳定度和流值，来评价沥青混合料在规定温度和加载条件下的力学性能。稳定度是指试件在受压至破坏时所能承受的最大荷载，单位为千牛，反映了沥青混合料抵抗变形的能力；流值则是试件达到最大荷载时产生的垂直变形量，单位为毫米，反映了沥青混合料的塑性变形能力。这两个指标相互配合，能够较为全面地反映沥青混合料的使用性能。

在我国现行技术标准体系中，沥青马歇尔试验依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行操作。该试验方法具有设备简单、操作方便、试验结果稳定可靠等优点，因此在道路工程的设计、施工质量控制以及科学研究等领域得到了广泛应用。通过马歇尔试验确定的配合比参数，直接影响着沥青路面的使用性能和使用寿命。

马歇尔试验不仅可用于确定沥青混合料的最佳沥青用量，还可用于评价不同类型沥青混合料的性能差异。通过调整级配组成、沥青用量、沥青类型等参数，可以得到满足不同工程需求的沥青混合料配比方案。试验过程中获得的数据，包括密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等体积指标，为配合比设计提供了重要的技术依据。

检测样品

沥青马歇尔试验的检测样品主要包括沥青结合料、矿质集料以及按设计配比制备的沥青混合料试件。这些样品的采集和制备质量直接影响试验结果的准确性和可靠性，必须严格按照相关标准规范进行操作。

沥青结合料样品的采集应具有充分的代表性，通常从同一批次沥青中随机抽取多个样本混合而成。采集时需注意样品容器的清洁干燥，避免杂质污染。样品在运输和储存过程中应密封保存，防止氧化老化。试验前需将沥青样品加热至流动状态，但加热温度不宜过高，加热时间不宜过长，以免影响沥青的原有性能。

矿质集料样品包括粗集料、细集料和填料三类。粗集料通常指粒径大于2.36mm的碎石，细集料指粒径在0.075mm至2.36mm之间的砂或石屑，填料主要指粒径小于0.075mm的矿粉。各类集料样品应分别采集，按四分法缩分至所需数量，并进行必要的筛分试验，确定其级配组成。集料样品应存放在干燥通风处，防止受潮结块。

沥青混合料试件是马歇尔试验的核心检测对象。标准马歇尔试件采用击实法成型，试件为直径101.6mm、高63.5mm的圆柱体。试件制备时，需将沥青和集料加热至规定温度，按设计配比称量各种材料，采用机械拌和方式充分拌和均匀，然后将混合料装入试模中，使用马歇尔击实仪进行击实成型。标准击实次数为双面各75次或50次，具体根据设计要求和混合料类型确定。

沥青结合料样品：需确保样品的代表性和原有性能不受影响
粗集料样品：包括各种规格的碎石，需满足强度和耐磨性要求
细集料样品：包括天然砂、机制砂等，需满足洁净度和级配要求
填料样品：主要是石灰岩矿粉，需满足细度和亲水系数要求
沥青混合料试件：按设计配比制备的标准圆柱体试件

检测项目

沥青马歇尔试验涉及的检测项目可分为力学性能指标和体积性能指标两大类。力学性能指标主要包括稳定度和流值，体积性能指标包括毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等。这些指标相互关联，共同构成评价沥青混合料性能的完整体系。

稳定度是马歇尔试验最核心的检测项目，指试件在规定温度（通常为60°C）下受压至破坏时所能承受的最大荷载，以千牛表示。稳定度反映了沥青混合料抵抗荷载作用的能力，是评价混合料高温稳定性的重要指标。稳定度过低表明混合料强度不足，容易出现车辙、推移等病害；稳定度过高则可能导致混合料脆性增大，低温抗裂性能下降。

流值是试件达到最大荷载时所对应的垂直变形量，以毫米表示。流值反映了沥青混合料的塑性变形能力，是评价混合料柔韧性的重要指标。适当的流值表明混合料具有较好的柔韧性，能够适应温度变化和荷载作用；流值过小表明混合料过硬，容易产生裂缝；流值过大则表明混合料过软，容易出现塑性变形。

毛体积密度是计算其他体积指标的基础，通过测量试件的质量和体积确定。试件体积的测量可采用水中重法、表干法或蜡封法，具体方法根据试件的吸水率确定。毛体积密度的大小直接影响沥青混合料的压实质量和路用性能。

稳定度：反映沥青混合料抵抗荷载作用的能力，单位kN
流值：反映沥青混合料的塑性变形能力，单位mm
马歇尔模数：稳定度与流值的比值，综合评价混合料性能
毛体积密度：单位体积混合料的质量，单位g/cm³
空隙率：试件中空隙体积占总体积的百分比
矿料间隙率：试件中矿料以外的体积占总体积的百分比
沥青饱和度：沥青体积占矿料间隙体积的百分比

空隙率是沥青混合料最重要的体积指标之一，直接影响路面的透水性、抗滑性和耐久性。空隙率过大会导致路面透水，引起基层软化和沥青剥落；空隙率过小则会影响沥青混合料的高温稳定性，容易产生车辙。不同类型的沥青混合料有不同的空隙率要求，一般热拌沥青混合料的空隙率控制在3%至6%之间。

矿料间隙率反映了矿料骨架的紧密程度，与矿料的级配组成和颗粒形状密切相关。矿料间隙率的大小决定了沥青混合料中可容纳沥青的空间，是控制沥青用量的重要依据。沥青饱和度则反映了矿料间隙被沥青填充的程度，是评价沥青混合料耐久性的重要指标。

检测方法

沥青马歇尔试验的检测方法包括试件制备、试件养护、力学性能测试和体积指标测定等步骤。每个步骤都需严格按照标准规程操作，确保试验结果的准确性和可比性。试验过程中应注意环境条件的控制，温度、湿度等因素都会对试验结果产生影响。

试件制备是马歇尔试验的首要环节，其质量直接影响后续各项测试结果。首先需要确定混合料的配合比，根据设计级配曲线计算各种矿料的用量比例。然后按照配比称取各种材料，将沥青加热至规定温度（石油沥青通常为130°C至160°C），将矿料加热至比沥青温度高10°C至20°C。采用机械拌和方式，将热矿料与热沥青充分拌和，拌和时间一般为90秒至180秒，确保沥青均匀包裹在矿料表面。

拌和完成后，将混合料均匀装入预热的试模中，用插刀沿模壁四周插捣15次，中部插捣10次，使混合料分布均匀。然后将试模放置在马歇尔击实仪底座上，按照规定的击实次数进行击实。击实完毕后，取下试模，用脱模器将试件脱出，放置在平整的地面上冷却。试件制备数量通常为每组4至6个，以确保试验结果的统计可靠性。

试件养护是确保测试条件一致的重要步骤。新制备的试件需在室温下放置12小时以上，使其内部温度和应力分布均匀。试验前，将试件放入恒温水槽中保温养护，养护温度为60°C±1°C，养护时间为30分钟至40分钟。养护过程中应确保试件完全浸没在水中，且各试件之间保持适当间距，保证受热均匀。

力学性能测试是马歇尔试验的核心环节。将养护好的试件从水槽中取出，迅速放置在马歇尔试验仪的上下压头之间，启动加载装置，以50.5mm/min±0.5mm/min的速率均匀加载，直至试件破坏。试验过程中，自动记录荷载-变形曲线，并读取最大荷载值和对应的变形量。测试应在试件从水槽取出后30秒内开始，以确保试件温度不变。

试件制备：按设计配比拌和混合料，击实成型标准试件
试件养护：室温冷却后，在60°C恒温水槽中保温30至40分钟
稳定度测试：以规定速率加载，测定最大荷载值
流值测试：记录达到最大荷载时的垂直变形量
密度测定：采用水中重法、表干法或蜡封法测量
体积指标计算：根据测量数据计算各项体积指标

体积指标的测定方法根据试件的吸水特性选择。当试件的吸水率小于2%时，可采用水中重法测定；当吸水率大于2%时，应采用表干法或蜡封法测定。水中重法是测量试件在空气中的质量、在水中的质量，通过计算得到试件的毛体积密度。表干法需要测量试件的表干质量，蜡封法适用于吸水率较大的开级配混合料。

完成所有测试后，需要对试验数据进行整理分析。计算各试件的稳定度、流值、毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等指标，并求取平均值和标准差。根据设计要求和技术标准，判断混合料的配合比是否满足规定要求。如果某项指标不合格，需要调整配比后重新试验，直至所有指标都满足要求为止。

检测仪器

沥青马歇尔试验需要使用一系列专用仪器设备，这些设备的精度和性能直接影响试验结果的准确性。试验室应配备完整的马歇尔试验仪器系统，并定期进行检定和校准，确保设备处于良好的工作状态。

马歇尔试验仪是进行稳定度和流值测试的核心设备，主要由加载装置、测力系统、变形测量系统和控制显示系统组成。加载装置通常采用电动液压或机械传动方式，能够提供稳定的加载速率，标准加载速率为50.5mm/min。测力系统采用测力传感器或测力环，量程一般不小于30kN，精度不低于测量值的2%。变形测量系统采用位移传感器或百分表，量程不小于25mm，精度不低于0.01mm。现代马歇尔试验仪多采用计算机控制系统，能够自动记录荷载-变形曲线，自动计算和显示试验结果。

马歇尔击实仪是制备标准试件的专用设备，由击实锤、导向杆、底座和试模等组成。击实锤质量为4536g±9g，落锤高度为457.2mm±1.5mm，通过电动或手动方式提升和释放击实锤，对混合料进行击实成型。标准试模为圆柱形，内径101.6mm±0.2mm，高约75mm。击实仪应定期检定，确保击实锤质量和落锤高度满足标准要求。

恒温水槽用于试件的保温养护，应具有足够的容积和良好的温控性能。水槽温度应能控制在60°C±1°C范围内，水温均匀性应满足要求。水槽内应配备试件架，便于试件的放置和取出。现代恒温水槽多配备循环水泵和温度显示仪表，便于温度的监控和调节。

马歇尔试验仪：用于测定稳定度和流值，包括加载和测量系统
马歇尔击实仪：用于制备标准试件，包括击实锤和试模
恒温水槽：用于试件保温养护，温度控制60°C±1°C
电子天平：用于称量材料质量，精度要求不同
烘箱：用于加热材料和试件，温度可调范围大
脱模器：用于试件脱模，分为手动和电动两类
温度计：用于测量材料温度和水槽温度
拌和设备：用于拌和沥青混合料，分为手动和机械两种

电子天平是试验室必备的称量设备，根据用途不同需要配备不同精度的天平。称量沥青和矿料时，可使用感量0.5g的电子天平；称量试件质量时，需使用感量0.1g的天平；测量试件水中质量时，需使用静水天平或配有吊篮的电子天平。所有天平应定期进行检定和校准，确保称量精度满足要求。

烘箱是加热和干燥材料的必备设备，应具有较大的容积和良好的温度均匀性。烘箱温度应能在100°C至180°C范围内可调，控温精度不低于±5°C。加热沥青和矿料时，需要不同的温度设定；干燥试件时，温度一般控制在105°C±5°C。烘箱应配备温度显示仪表和超温保护装置，确保使用安全。

脱模器用于将击实成型后的试件从试模中脱出，分为手动和电动两类。手动脱模器通过螺旋机构施加压力，操作简便但效率较低；电动脱模器通过液压或机械传动方式脱模，效率较高，适合大批量试件的脱模作业。脱模时应注意保护试件，避免磕碰损伤。

应用领域

沥青马歇尔试验在道路工程的各个阶段都有广泛应用，包括新建道路的设计、施工质量控制，以及既有道路的养护维修等。试验结果直接指导沥青混合料的配合比设计，是保证路面质量的重要技术手段。

在新建道路设计阶段，马歇尔试验是沥青混合料配合比设计的核心方法。设计人员根据交通量、气候条件和道路等级等技术要求，选择合适的沥青混合料类型，通过马歇尔试验确定最佳沥青用量。试验过程中，制备不同沥青用量的试件，测试各项技术指标，绘制沥青用量与各项指标的关系曲线，综合确定满足所有技术要求的最佳沥青用量范围。

在道路施工质量控制阶段，马歇尔试验是检验沥青混合料生产质量的主要手段。施工单位在沥青混合料生产过程中，定期取样进行马歇尔试验，检验混合料的各项性能指标是否符合设计要求。监理单位也采用同样的方法进行平行检验，确保工程质量。试验结果还可用于评价拌和楼的生产稳定性，及时发现和解决生产过程中的问题。

在沥青路面养护维修工程中，马歇尔试验同样发挥重要作用。养护工程中使用的沥青混合料也需要进行配合比设计，通过马歇尔试验确定合适的材料配比。对于铣刨回收的旧料，可通过马歇尔试验评价其性能，确定再生利用的可行性和配比方案。

新建道路设计：确定沥青混合料最佳沥青用量和配比方案
施工质量控制：检验沥青混合料生产质量，指导施工调整
工程质量验收：评价路面工程质量是否符合设计要求
养护维修工程：设计养护混合料配比，评价旧料利用价值
科研开发研究：开发新型沥青混合料，优化配比设计
材料性能评价：评价不同原材料对混合料性能的影响

在科研开发领域，马歇尔试验是研究沥青混合料性能的基本方法。研究人员通过马歇尔试验，研究不同类型沥青、不同级配组成、不同添加剂对混合料性能的影响规律，开发新型沥青混合料。马歇尔试验的稳定度和流值指标，是评价改性沥青混合料性能改善效果的重要依据。

在材料性能评价方面，马歇尔试验可用于评价各种原材料对混合料性能的影响。通过更换不同产地的矿料、不同标号的沥青、不同类型的改性剂等，采用马歇尔试验对比分析各项性能指标的变化，为原材料的选择提供技术依据。

常见问题

在进行沥青马歇尔试验的过程中，试验人员可能会遇到各种问题，影响试验结果的准确性和可靠性。了解这些常见问题及其解决方法，对于提高试验质量和效率具有重要意义。

试件成型质量不佳是较为常见的问题之一。表现为试件高度偏差大、密度不均匀、侧面蜂窝麻面等。造成这一问题的原因包括：拌和温度不合适、击实温度过低、击实次数不够、装料方式不当等。解决方法包括：严格控制拌和温度，确保混合料温度在适宜范围内；检查击实仪是否正常工作，确保击实次数准确；改进装料方式，使混合料在试模中分布均匀。

稳定度测试结果离散性大是另一常见问题。同一组试件的稳定度值相差较大，难以判断混合料的真实性能。造成这一问题的原因包括：试件制备质量不一致、养护条件控制不严格、加载速率不稳定、试件放置位置不正等。解决方法包括：提高试件制备的一致性，确保各组试件的条件相同；严格控制养护温度和时间，使用恒温水槽保证温度均匀；检查试验仪的加载系统，确保加载速率稳定；正确放置试件，使其中心对准压头中心。

流值异常也是试验中常见的问题。流值过大或过小，都不符合正常范围。流值过大可能是因为沥青用量过多、沥青软化点过低、养护温度过高等；流值过小可能是因为沥青用量过少、沥青过硬、养护温度过低等。需要根据具体情况分析原因，调整相应参数后重新试验。