马歇尔稳定度仪使用全指南：操作方法、维护管理、设备校验与注意事项

马歇尔稳定度仪（Marshall Stability Apparatus）是测定沥青混合料稳定度和流值的专用仪器，采用马歇尔试验方法评价沥青混合料的高温稳定性和变形特性。马歇尔试验是沥青混合料配合比设计和质量检验的核心试验方法，广泛应用于道路工程、机场道面、停车场等沥青路面工程。本文系统介绍马歇尔稳定度仪的基本原理、操作使用方法、维护管理、设备校验、注意事项，以及试验数据处理、工程应用等内容，帮助检测人员全面掌握马歇尔试验技术。

一、马歇尔稳定度仪基本原理与分类

1.1 马歇尔试验的定义与意义

马歇尔稳定度定义：在规定温度（60°C）和规定加载速率（50mm/min）条件下，标准马歇尔试件承受的最大荷载（kN）。

马歇尔流值定义：马歇尔试件达到最大荷载时的垂直变形量（mm）。

马歇尔试验的工程意义：

• 稳定度反映沥青混合料的高温抗变形能力
• 流值反映沥青混合料的变形特性
• 稳定度与流值共同评价沥青混合料的高温稳定性
• 马歇尔模数（稳定度/流值）是沥青混合料高温稳定性的综合指标
• 马歇尔试验是沥青混合料配合比设计的核心方法

马歇尔试验标准条件：

1.2 马歇尔稳定度仪的工作原理

马歇尔稳定度仪的工作原理：

1. 将沥青混合料制成标准马歇尔试件（Φ101.6mm × 63.5mm）
2. 将试件在60°C恒温水浴中保温30~40分钟
3. 将试件放置在上下压头之间
4. 以50mm/min的速率垂直加载
5. 记录荷载-变形曲线
6. 读取最大荷载（稳定度）和相应变形（流值）

1.3 马歇尔稳定度仪的分类

（一）按显示方式分类

• 指针式马歇尔仪：荷载和变形通过指针显示，需人工读取
• 数显式马歇尔仪：荷载和变形通过数码管显示，读数直观
• 自动马歇尔仪：计算机控制，自动采集数据，绘制荷载-变形曲线

（二）按加载方式分类

• 液压式马歇尔仪：采用液压系统加载，加载平稳
• 机械式马歇尔仪：采用丝杆或齿轮传动加载
• 电动式马歇尔仪：采用伺服电机加载，控制精度高

（三）按量程分类

• 标准型：量程0~30kN，适用于普通沥青混合料
• 大量程型：量程0~50kN，适用于高稳定度沥青混合料

1.4 马歇尔稳定度仪的主要构造

马歇尔稳定度仪由以下主要部件组成：

• 加载框架：支撑整个加载系统
• 上下压头：圆柱形压头，内曲率半径50.8mm
• 加载系统：液压缸或丝杆，施加垂直荷载
• 荷载传感器：测量荷载，精度±1%
• 位移传感器：测量变形，精度±0.1mm
• 控制系统：控制加载速率
• 显示系统：显示荷载和变形值
• 数据采集系统：采集试验数据，绘制曲线

二、马歇尔试件制备

2.1 试件制备准备

（一）材料准备

• 集料：按级配要求准备各档集料，烘干至恒重
• 沥青：加热至流动状态，温度不超过软化点以上100°C
• 矿粉：烘干备用

（二）仪器准备

• 马歇尔击实仪：检查击实锤质量（4536g ± 9g）和落高（457.2mm ± 1.5mm）
• 试模：内径101.6mm，高约76mm，清洁并预热至100~150°C
• 烘箱：预热至击实温度

2.2 拌和与击实

（一）拌和

1. 将集料和矿粉放入烘箱，加热至拌和温度（一般比击实温度高10~20°C）
2. 将沥青加热至拌和温度
3. 在拌和锅中先加入集料，再加入沥青，拌和90秒
4. 加入矿粉，继续拌和90秒
5. 总拌和时间约3分钟，确保沥青均匀包裹集料

（二）装模

1. 称取所需混合料质量（根据试件高度要求估算）
2. 将混合料装入预热的试模中
3. 用插刀沿周边插捣15次，中间10次
4. 整平表面，盖上垫纸和上压头

（三）击实

1. 将试模放置在击实仪底座上
2. 设定击实次数（高速公路双面各75次，一般公路双面各50次）
3. 启动击实仪，先击实一面
4. 翻转试模，击实另一面
5. 击实完成后，立即脱模

2.3 试件检验

试件制备完成后，需进行检验：

• 高度检验：测量试件高度，应为63.5mm ± 2.5mm
• 直径检验：测量试件直径，应为101.6mm ± 0.2mm
• 外观检验：检查试件是否有裂纹、掉粒等缺陷
• 密度测定：测定试件毛体积密度，计算空隙率

试件高度不符合要求时，调整混合料质量，重新制备。

三、马歇尔试验操作方法详解

3.1 试验准备

（一）仪器准备

1. 检查马歇尔稳定度仪各部件是否完好
2. 检查荷载传感器和位移传感器是否正常
3. 检查加载速率是否正确（50mm/min）
4. 检查显示系统是否正常
5. 预热仪器（自动型）

（二）试件保温

1. 将试件放入60°C ± 1°C恒温水浴中
2. 保温时间：30~40分钟（标准试件）
3. 水面应高出试件表面至少25mm
4. 保温期间不得搅动水浴

3.2 试验操作步骤

（一）试件安装

1. 从水浴中取出试件，迅速擦干表面水分
2. 将试件放置在下压头上
3. 将上压头轻轻放置在试件上
4. 安装位移传感器

（二）加载试验

1. 启动加载系统，以50mm/min ± 5mm/min的速率加载
2. 观察荷载和变形的变化
3. 当荷载开始下降时，停止加载
4. 记录最大荷载（稳定度）和相应变形（流值）

（三）数据记录

• 稳定度（MS）：最大荷载（kN），精确到0.01kN
• 流值（FL）：最大荷载时的变形（mm），精确到0.1mm
• 马歇尔模数（T）：T = MS / FL（kN/mm）

3.3 试验数据处理

（一）平行试验要求

同一组沥青混合料应制备至少3个试件进行平行试验。

（二）结果取值

• 当3个试件稳定度最大值或最小值与平均值之差不超过平均值的20%时，取3个试件的平均值作为结果
• 当有试件超过平均值的20%时，舍去该值，取其余2个试件的平均值
• 当3个试件均超过平均值的20%时，重新试验

（三）试验报告内容

• 沥青混合料类型和配合比
• 试件编号和尺寸
• 试件密度和空隙率
• 各试件的稳定度和流值
• 平均稳定度和平均流值
• 马歇尔模数
• 试验温度和加载速率

四、马歇尔稳定度技术要求

4.1 热拌沥青混合料马歇尔试验技术标准

根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004），密级配沥青混凝土马歇尔试验技术标准如下：

4.2 沥青混合料类型与马歇尔指标

不同类型沥青混合料的马歇尔指标要求：

五、马歇尔稳定度仪维护管理

5.1 日常维护

（一）使用前检查

• 检查仪器外观，有无损坏、松动
• 检查上下压头是否清洁、无损伤
• 检查加载系统是否正常
• 检查荷载传感器和位移传感器是否正常
• 检查显示系统是否正常
• 检查加载速率是否符合要求

（二）使用中维护

• 保持仪器水平，避免倾斜
• 加载过程中观察仪器状态
• 避免超载
• 注意观察有无异常声音

（三）使用后清洁

• 用溶剂清洁上下压头上的沥青残留
• 用软布擦拭仪器表面
• 清洁位移传感器
• 检查各部件是否松动

5.2 上下压头的维护

上下压头是马歇尔试验的关键部件：

（一）清洁方法

1. 试验后，用蘸有溶剂的软布擦拭压头表面
2. 去除沥青残留，保持表面光滑
3. 注意保护压头边缘，不得用硬物刮擦

（二）检查方法

• 检查压头表面是否光滑，有无凹坑、划痕
• 检查压头曲率半径是否符合规定（50.8mm）
• 检查压头边缘是否完好

（三）更换标准

• 压头表面有深划痕或凹坑时更换
• 压头曲率半径偏差超过规定时更换
• 压头变形时更换

5.3 传感器的维护

（一）荷载传感器维护

• 避免超载，不得超过量程
• 定期校准，确保精度
• 保持清洁，防止污染
• 避免振动和冲击

（二）位移传感器维护

• 保持传感器清洁
• 避免碰撞传感器探头
• 定期校准
• 检查传感器安装位置是否正确

5.4 加载系统维护

（一）液压系统维护

• 定期更换液压油（每年一次）
• 检查油位，不足时补充
• 检查油路是否漏油
• 检查液压缸是否正常

（二）机械系统维护

• 定期润滑丝杆和导轨
• 检查传动部件是否正常
• 检查电机是否正常

5.5 仪器存放

• 存放在干燥、通风的环境中
• 避免阳光直射
• 上下压头涂防锈油后存放
• 长期不用时，覆盖防尘罩

5.6 设备档案管理

建立完善的仪器设备档案：

• 仪器名称、型号、编号、出厂日期
• 购置日期、购置价格
• 历次检定记录和检定证书
• 传感器校准记录
• 维修记录
• 使用记录（使用人、使用日期、试验项目）

六、马歇尔稳定度仪设备校验

6.1 检定周期与项目

根据《马歇尔稳定度试验仪检定规程》（JJG 1211-2008），马歇尔稳定度仪检定项目与周期如下：

6.2 荷载示值检定

检定方法：

1. 在上下压头之间放置标准测力仪
2. 施加标准荷载，读取仪器显示值
3. 在量程范围内均匀选取5~10个检定点
4. 每个检定点重复测量3次
5. 计算示值误差和重复性

示值误差要求：

• 示值误差不超过 ± 1%FS（满量程）
• 示值重复性不超过 1%FS

6.3 位移示值检定

检定方法：

1. 用标准量块或百分表检定位移示值
2. 在量程范围内均匀选取5~10个检定点
3. 每个检定点重复测量3次
4. 计算示值误差和重复性

示值误差要求：

• 示值误差不超过 ± 0.1mm
• 示值重复性不超过 0.1mm

6.4 加载速率检定

检定方法：

1. 用秒表和位移传感器测量加载速率
2. 在加载过程中，测量单位时间的位移
3. 重复测量3次
4. 计算平均加载速率

加载速率要求：

• 标准加载速率：50mm/min
• 允许偏差：± 5mm/min

6.5 上下压头尺寸检定

检定方法：

1. 用半径样板或坐标测量仪检查压头曲率半径
2. 用游标卡尺测量压头宽度

尺寸要求：

七、马歇尔试验注意事项

7.1 试件制备注意事项

• 温度控制：集料、沥青、矿粉的加热温度应符合规定，过高会导致沥青老化
• 拌和时间：拌和时间应充足，确保沥青均匀包裹集料
• 击实温度：击实温度应符合规定，温度过高或过低都会影响试件质量
• 击实次数：严格控制击实次数，双面击实次数应相同
• 试件高度：试件高度不符合要求时，调整混合料质量重新制备

7.2 试件保温注意事项

• 水浴温度：严格控制水浴温度在60°C ± 1°C
• 保温时间：标准试件保温30~40分钟，大型试件45~60分钟
• 试件间距：试件之间应有足够间距，保证受热均匀
• 取出后立即试验：试件取出后应在30秒内开始试验

7.3 试验操作注意事项

• 试件安装：试件应放置在压头中央，不得偏斜
• 加载速率：严格控制加载速率为50mm/min ± 5mm/min
• 读数时机：荷载开始下降时停止加载，记录最大荷载和流值
• 防止超载：超过量程时应立即停止，防止损坏传感器

7.4 数据处理注意事项

• 异常值处理：按规范要求处理异常值，不得随意舍去
• 高度修正：试件高度不符合标准时，需进行高度修正
• 结果取值：按规范要求取值，精确到规定位数

7.5 安全注意事项

• 防烫：60°C水浴温度较高，取出试件时注意防烫
• 防压：加载过程中，手不得伸入压头之间
• 防溶剂：使用溶剂清洁时注意通风
• 电气安全：注意用电安全，防止触电

八、马歇尔试验误差分析

8.1 试件制备误差

（一）温度误差

集料、沥青、击实温度偏差会影响试件密度和空隙率，进而影响稳定度和流值。

削减措施：严格控制各环节温度；使用温度计监测。

（二）击实误差

击实次数不足或过多，击实温度不当，都会影响试件质量。

削减措施：使用自动击实仪；严格控制击实温度。

（三）混合料均匀性误差

混合料拌和不均匀，导致试件间存在差异。

削减措施：规范拌和操作；保证拌和时间。

8.2 试验操作误差

（一）温度误差

水浴温度偏离60°C会导致系统误差。温度偏高，稳定度偏低；温度偏低，稳定度偏高。

削减措施：严格控制水浴温度；定期检定温度计。

（二）加载速率误差

加载速率偏差会影响稳定度和流值。

削减措施：使用自动控制仪器；定期检定加载速率。

（三）仪器误差

荷载传感器和位移传感器的误差直接影响测量结果。

削减措施：定期校准传感器；使用高精度仪器。

九、马歇尔试验在工程中的应用

9.1 沥青混合料配合比设计

马歇尔试验是沥青混合料配合比设计的核心方法：

1. 目标配合比设计：确定各档集料比例和最佳沥青用量
2. 生产配合比设计：确定拌和站各热料仓比例
3. 生产配合比验证：验证生产配合比是否满足要求

最佳沥青用量确定方法：

• 制备5组不同沥青用量的马歇尔试件
• 测定各组试件的密度、稳定度、流值
• 计算空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率
• 绘制各项指标与沥青用量的关系曲线
• 按规范要求确定最佳沥青用量（OAC）

9.2 沥青混合料质量检验

马歇尔试验是沥青混合料进场检验和施工检验的重要方法：

• 进场检验：检验沥青混合料的稳定度、流值是否符合要求
• 施工检验：检验现场取样的沥青混合料质量
• 质量评价：评价沥青混合料的均匀性和稳定性

9.3 沥青混合料高温性能评价

马歇尔稳定度和流值是评价沥青混合料高温性能的指标：

• 稳定度高、流值适中，说明沥青混合料高温稳定性好
• 稳定度低、流值大，说明沥青混合料高温稳定性差
• 马歇尔模数（稳定度/流值）是高温稳定性的综合指标

9.4 沥青混合料水稳定性评价

通过浸水马歇尔试验评价沥青混合料的水稳定性：

• 制备两组马歇尔试件
• 一组在60°C水浴中保温30~40分钟（标准条件）
• 另一组在60°C水浴中保温48小时（浸水条件）
• 测定两组试件的稳定度
• 计算残留稳定度：MS₀ = MS₁ / MS × 100%

十、浸水马歇尔试验

10.1 试验目的

浸水马歇尔试验用于评价沥青混合料的水稳定性，即沥青混合料在饱水状态下的抗剥落能力。

10.2 试验方法

（一）试件制备

按标准方法制备马歇尔试件，数量不少于6个。

（二）分组

• 第一组（3个）：标准条件，60°C水浴保温30~40分钟
• 第二组（3个）：浸水条件，60°C水浴保温48小时

（三）试验与计算

• 分别测定两组试件的稳定度
• 计算残留稳定度：MS₀ = MS浸水 / MS标准 × 100%

10.3 技术要求

十一、大型马歇尔试验

11.1 适用范围

大型马歇尔试验适用于：

• 最大公称粒径大于26.5mm的沥青混合料
• 沥青碎石基层
• 大粒径沥青混合料

11.2 试件尺寸

11.3 试验方法

大型马歇尔试验方法与标准马歇尔试验相同，但需使用大型马歇尔稳定度仪。

十二、常见问题与处理方法

十三、总结

马歇尔稳定度仪是沥青混合料检测的核心仪器，马歇尔试验是沥青混合料配合比设计和质量检验的基石。严格按照规范操作、做好仪器维护、定期检定校验，是获得准确可靠马歇尔试验数据的根本保障。

建议检测人员：

• 严格按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）T0709规定操作
• 严格控制试件制备温度和击实参数
• 严格控制试验温度（60°C ± 1°C）和加载速率（50mm/min ± 5mm/min）
• 做好仪器日常维护，特别是上下压头和传感器的维护
• 定期送检，确保仪器精度符合要求
• 建立完善的试验记录和设备档案
• 结合实际情况，正确理解和使用马歇尔试验结果

马歇尔试验虽然是经验性方法，但经过几十年发展，已形成完善的技术体系，在沥青路面工程中发挥着不可替代的作用。深入理解马歇尔试验原理，掌握规范的试验方法，对于保证沥青路面工程质量具有重要意义。