GTM瀝青混合料設(shè)計(jì)實(shí)例

呂志越,耿 韓,張 翼

(1.黑龍江省交通科學(xué)研究所;2.同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院;3.哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院)

丹拉高速公路是丹東到拉薩的一條快速通道,在河北張家口段超載煤炭運(yùn)輸車多、量大,對(duì)路面損害嚴(yán)重。為了增加路面的抗車轍及耐用性能,經(jīng)過(guò)多方研究決定采用 9cm(AC25I)+5cm(AC20I)+4cm(AC16I)GTM瀝青混合料作為路面面層。下面僅以此段中面層AC20-I型 GTM瀝青混合料的設(shè)計(jì)來(lái)簡(jiǎn)單闡述(此處例子均按老規(guī)范舉出,與新規(guī)范中無(wú)對(duì)應(yīng)項(xiàng)級(jí)配,故未改)。

1 確定材料

瀝青,粗集料,細(xì)集料,填料符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004中相應(yīng)要求,GTM設(shè)計(jì)的瀝青混合料禁止使用多孔玄武巖。

2 設(shè)計(jì)指標(biāo)確定

GTM瀝青混合料技術(shù)要求應(yīng)符合表 1的規(guī)定,并有良好的施工性能。

3 試驗(yàn)參數(shù)確定

(1)垂直壓強(qiáng):進(jìn)行路段典型車輛軸載及輪胎觸地壓強(qiáng)調(diào)查,并根據(jù)交通載重狀況確定垂直試驗(yàn)荷載,丹拉公路張家口段垂直壓強(qiáng)為表面層 0.9MPa,中、底面層 0.8MPa,具體計(jì)算方法可根據(jù)路面結(jié)構(gòu)用BISAR計(jì)算。

(2)機(jī)械角度:采用氣壓表系統(tǒng)時(shí),初始機(jī)器角為 2.0°。

(3)成型溫度:根據(jù)瀝青的粘 -溫曲線確定成型溫度,選擇表觀粘度在(0.17±0.02)Pa·s范圍內(nèi)的溫度作為拌和溫度,改性瀝青的拌和溫度選擇在 165～173℃范圍內(nèi),據(jù)此表觀粘度確定成型溫度為 160～165℃,結(jié)合規(guī)范推薦溫度,選定成型溫度為 165℃。

(4)試件成型控制:GTM擁有試模型號(hào)(直徑 ×高度)為10.5cm×15.2cm,15.2cm×25.4cm,20.3cm×30.5cm三種不同直徑的試模,根據(jù)瀝青混合料的最大公稱粒徑選擇合適的GTM試模,試模直徑不得小于四倍最大公稱粒徑,據(jù)此選用 10.5cm×15.2cm試模成型到極限平衡狀態(tài)。

4 礦料級(jí)配確定

礦料級(jí)配參照部頒《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTGF40-2004中的級(jí)配范圍進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化,并避開(kāi) Superpave設(shè)計(jì)思想中的級(jí)配禁區(qū),其級(jí)配區(qū)間見(jiàn)表 1。根據(jù)表 2和各規(guī)格礦料篩分結(jié)果,確定礦料配合比為 m15～25∶m10～20∶m5～10∶m3～5∶m0～3∶m礦粉=5∶49∶5∶5∶34∶2。礦料篩分結(jié)果及配合比計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 3。

表 1 AC20I型礦料級(jí)配

表2 AC20I型改性瀝青混合料體積參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

5 油石比確定

選擇 5組不同的油石比,瀝青用量間隔為 0.3%,在選定設(shè)計(jì)參數(shù)下用 GTM方法成型試件,分別測(cè)定不同油石比混合料的毛體積相對(duì)密度,計(jì)算混合料的空隙率 VV、礦料間隙率 VMA和瀝青飽和度 VFA,選擇 GSI不大于 1.05,且 GSF不小于 1.3時(shí)的瀝青用量作為設(shè)計(jì)瀝青用量,密度曲線上查出設(shè)計(jì)瀝青用量對(duì)應(yīng)的密度作為目標(biāo)配合比標(biāo)準(zhǔn)密度。由表 4AC20I型改性瀝青混合料體積參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果可知,瀝青混合料的塑性形變穩(wěn)定指標(biāo)GSI隨油石比的增加而增加,但當(dāng)油石比大于 4.2%時(shí),GSI大于 1,瀝青混合料的塑性變形過(guò)大;從反映瀝青混合料抗剪強(qiáng)度方面的強(qiáng)度穩(wěn)定性參數(shù)GSF隨油石比的變化情況來(lái)看,油石比等于 4.2%時(shí),GSF值最大,而當(dāng)油石比大于 4.2%時(shí)隨油石比的增加,GSF值減小。綜合GTM試驗(yàn)各參數(shù)結(jié)果認(rèn)為,該 AC20I型改性瀝青混合料最大油石比確定為 4.2%,對(duì)應(yīng)的混合料密度、GSI、GSF分別為 2.635、1.01及 1.48。

[1]Hong-Joong Kim.Evaluation of Superpaveand Modified Superpave Mixtures By Means of Accelerated PavementTesting. The Graduate School of the University of Florida.2002:108.

[2]王國(guó)清等.旋轉(zhuǎn)剪切壓實(shí)試驗(yàn)法(GTM)瀝青混合料設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南[M].人民交通出版社,2006:44-45.

[3]張?jiān)婪宓?GTM瀝青混合料設(shè)計(jì)方法[J].中外公路,2006,(10):142-145.