GTM法沥青混合料配合比设计与施工技术研究论文_张帅

摘要：本文提出采用能够模拟现场碾压工况并以力学参数为设计指标的GTM设计方法进行沥青混合料配合比设计，通过分析对比了GTM与马歇尔方法的设计结果，结合现场施工经验总结提出了与GTM设计方法相匹配的施工工艺。结果表明，与马歇尔设计方法相比，GTM方法设计的沥青混合料路用性能大幅度提高。

关键词：公路工程；GTM设计方法；碾压工艺；施工质量控制

1.GTM设计方法简介

GTM（Gyratory Testing Machine）采用了和应力应变有关的推理方法进行混合料的力学分析和设计。GTM一个重要的特性是能够直接反映出颗粒状塑性材料中可能出现的塑性变形过大的现象，依据这一原理预测在设定的垂直应力下所设计的沥青混合料的最大允许沥青含量。GTM成型试验在于模拟路面行车荷载作用下沥青混合料的最终压实状态即平衡状态，并测试分析试样在被压实到平衡状态过程中剪切强度SG和最终塑性形变大小，以判断混合料组成是否合理。压实试件的最终塑性形变大小用旋转稳定系数GSI（Gyratory Stability Index）表示，是表征试件受剪应力作用的变形稳定程度的参数。试验中变化沥青用量分别进行GTM压实试验，然后绘制GSI与沥青用量的关系曲线，以确定混合料的最大沥青用量。另外，GTM还可以提供试件的最大密度——试件处于平衡状态时的密度，安全系数GSF——抗剪强度与最大剪应力之比值，静态剪切模量，抗压模量等。

2.配合比设计

采用GTM方法设计AC-20C型沥青混合料。试件成型条件为：垂直压力0.7MPa；拌和温度180℃；成型温度160℃～165℃；控制方式为极限平衡状态。GTM试件体积参数及试验结果，如表1所示，GTM与马歇尔试验结果，如表2所示。

表1 AC-20C型沥青混合料GTM试件体积参数试验结果汇总表

表2 AC-20C型沥青混合料GTM试验结果汇总表

由表2可知，判定沥青混合料这种粒状塑性材料是否会出现塑性变形过大现象的指标GSI（稳定系数）随油石比的增加而增大，当油石比大于4.0%，GSI大幅度增大，曲线已呈急剧增加趋势，表明混合料中的沥青已过量，试件的塑性变形过大；从反映沥青混合料抗剪强度方面的参数GSF（安全系数）随油石比的变化情况来看，油石比等于4.0%时，GSF值最大，当油石比大于4.0%，随油石比的增加，GSF值减小。综合考虑GTM试验结果并参考体积参数的大小及变化趋势，将AC-20C型沥青混合料最佳油石比确定为4.0%。

由表2还可看出，最佳油石比4.0%下，GTM试件密度为马歇尔试件密度的1.016倍，即如以GTM试件密度的98％控制现场压实度，则现场压实度将达到马歇尔试件密度的99.6％以上，如此高的压实度现场是否能够达到则需在施工过程中加以验证。

3.与GTM方法相匹配的施工工艺及施工质量

3.1碾压工艺

由于GTM方法设计的沥青混合料密度较大，为保证达到较高的压实度，提出与GTM方法相匹配的碾压工艺：摊铺机摊铺速度2～3m/min，取消初压，直接进入复压阶段，两台DD130双钢轮压路机各占半幅紧跟摊铺机碾压，初次前进碾压为静压，后均采用高频低幅强震，两台26t以上的轮胎压路机紧跟（建议距离小于4m）双钢轮压路机同步碾压，即钢轮压路机与轮胎压路机同时前进及后退，共碾压8遍（钢轮4遍、轮胎压路机4遍）。两台DD110压路机终压，以消除轮迹及调整平整度。

提出的碾压方式有如下优点：（1）大幅度提高了碾压效率，总的碾压时间仅为通常碾压工艺的一半，因此能够保证混合料在高温下得到有效压实（数据显示复压可在140℃以上完成），提高了压实度。（2）对压路机可进行有效的管理，防止出现漏压现象，碾压遍数易于控制，碾压段落清晰，工艺流畅。（3）由于在高温下进行碾压，避开了沥青混合料碾压敏感区（95℃～110℃），避免了推移现象的发生。

3.2中面层表观质量及压实度

中面层施工压实度统计结果，如表3所示。统计结果表明，以现有的碾压设备，完全能够将GTM方法设计的沥青混合料压实到较高的水平。

表3 中面层AC-20C 沥青混合料压实度统计结果

由统计结果还可看出，以GTM旋转试件密度为标准密度，现场空隙率代表值为4.3％，是十分理想的现场空隙率值，可确保沥青路面具有良好的路用性能。

4．结论

4.1 试验结果表明：GTM设计方法指标科学、合理，其所设计的沥青混合料虽不满足规范要求的体积指标，却仍具有优良的路用性能，

4.2 实体工程表明，以现有的压实设备，采用合理的碾压工艺，完全可以将GTM设计优化结果成功实施于实际工程，根据GTM设计结果铺筑的沥青路面具有优良的路用性能。

参考文献：

[1]王国清等.旋转剪切压实试验法（GTM）沥青混合料设计与施工技术指南[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]天津市市政工程研究院.焦桐高速泌阳段改性沥青混合料目标配比设计报告[R].天津：天津市市政工程研究院，2010.

作者简介：

张帅，1985年10月，男，河北省保定市人，中级经济师，本科，现在天津安成工程咨询有限公司从事工程咨询工作。

论文作者:张帅

论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期

论文发表时间:2020/4/30

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