GTM在重载交通沥青路面施工中的应用

２０１０年第４期　（总第１９４期）　黑龙江交通科技　

ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪ　Ｎｏ．４，２０１０　

（Ｓｕｍ　Ｎｏ．１９４）　

ＧＴＭ在重载交通沥青路面施工中的应用　程同华　（河北省交通规划设计研究院）　

摘　要：随着交通压力的增加，路面早期病害的不断出现，使得施工过程中迫切需要一种新的控制手段来提高施工　质量，进而促进管理水平的提高。随着ＧＴＭ的开发利用，在设计与施工中有以自己的独到之处，越来越多的应用　于实际工程中，而且取到相当好的初期效果。从试验数据与实际应用之间入手，解决实际工程中具体问题。　关键词：重载；病害；ＧＴＭ；管理水平；工程质量　中图分类号：Ｕ４１６．２１７　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１０）０４—００２０—０２　

１现状　在压实到平衡状态时是否失去弹性，是对沥青混合料稳定性　我国在相当长的时期内以传统的马歇尔试验方法进行　的量度，与沥青混合料的永久变形有关。该指标由最终旋转　沥青混合料的配合比设计，并且施工过程中用马歇尔的各项　角除以中间最小旋转角确定，对于不稳定的混合料，由于沥　指标来控制沥青面层的施工，其实马歇尔的设计与控制方法　青混合料的塑性流动，旋转角在压实过程中增大，对于稳定　已经不能满足现有的交通状况，击实功的偏小使得路面不能　的混合料不会有大的增加。压实稳定值接近１．０时一般表　达到行车荷载作用下的最终密度，造成路面早期病害的出　现为稳定的混合料，而该值超过１．１时很多时侯表现为不稳　现。用马歇尔设计出的混合料在进行改性沥青混合料试验　定的混合料。　时常出现荷载稍微增加，变形却持续增加的现象，这可能是　（２）抗剪安全系数ＧＳＦ（Ｇｙｒａｔｏｒｙ　Ｓｈｅａｒ　Ｆａｃｔｏｒ）：指沥青　由于马歇尔方法设计的混合料沥青含量偏大，抗变形能力不　混合料被压实到平衡状态时的抗剪强度与行车荷载作用下　足，在超负荷荷载作用下容易发生不可逆变形。并且不能对　需承受的剪应力的比值。规定ＧＳＦ不小于１．３，试件一旦达　生产出的沥青混合料的级配做出第一反应，在控制施工的时　和超过了最佳沥青用量之后，抗剪强度的下降就会在剪应变　候，使得问题的出现和解决存在时间上的不一致，造成施工　的记录上直接反映出来。按照Ｔ：Ｐｔａｎ￣＋Ｃ的强度原理，　质量的下降。　此项指标实际上与马歇尔试验的稳定度指标含义相当。　２　ＧＴＭ的优点　（３）密度：ＧＴＭ设计沥青混合料时可以通过控制旋转次　ＧＴＭ是以汽车轮胎实际的接地压强来模拟汽车对路面　数、控制试件的高度或者使混合料压实到平衡状态达到一定　的作用而开发的一种新的设计和施工管理方法，能最大程度　的密度来控制。通过美国工程兵团的试验研究，认为当混合　的模拟汽车在公路上行驶时轮胎与路面的相互作用，能够模　料压实到平衡状态时，与实际路面在设计荷载的作用下的最　拟施工阶段压路机对混合料的压实机理，最终达到设计和施　终密度相当。实际施工过程中以平衡状态（所谓平衡状态　工标准。其特点是将试件的压实成型与剪切试验在一台试　是指每旋转１００次试件密度变化率为０．０１６ｇ／ｃｍ　）来控制　验机上同时完成，而不像常规马歇尔试验采用先锤击成型试　施工。　件，而后再做物理力学性能试验。另外当今的重载交通马歇　（４）旋转压实指数（Ｇｙｒａｔｏｒｙ　Ｃｏｍｐａｃｔｉｂｉｌｉｔｙ　Ｉｎｄｅｘ，简称　尔设计方法已不再适应了，如果单纯增加击实功，只能造成　ＧＣＩ）：指ＧＴＭ试验时，试件在３０转时密度与６０转时密度的　集料颗粒的破碎。而ＧＴＭ试验一个沥青含量的试件大约需　比值。表征材料容易压实的程度，可以作为确定碾压工艺的　要０．５　ｈ，能够及时得出试验数据来指导施工。这样设计和　参考。　生产出的用于铺筑道路的混合料能够最大程度抵抗车辙的４实际应用　出现，使生产出的混合料的抗剪强度大于受到的剪应力，从４．１检验级配　而延长路面的使用寿命。　ＧＴＭ旋转压实剪切试验机对沥青混合料的级配是非常　从试验的角度考虑，马歇尔设计方法的试模存在一定的　敏感的，尤其是关键筛孑Ｌ的变化通常会引起力学指标ＧＳＩ、　不足，有的时候不能满足最大粒径不超过试模尺寸１／４的要　ＧＳＦ的波动。在传统的施工控制环节中，施工单位采用马歇　求，这样成型出来的试件试验数据的波动性较大，使得试验　尔试验来检验当天的混合料的一些指标，但是马歇尔试验不　结果的准确性受到影响。而ＧＴＭ拥有３种钢模，分别是　能及时反映出混合料的级配状况，不能及时得出混合料的力　１０２　ｍｉｌｌ　Ｘ　１５２　ｍｍ，１５２　ｍｍ　ｘ２５４　ｍｉｌｌ和２０３　ｈｉｍ　ｘ３０５　ｍｍ，试　学指标状况，当天施工只能靠个人的经验来判断，这无疑会　模尺寸放大了，成型试样的代表性和试验数据的准确性都得　给施工质量埋下一个潜在的隐患。ＧＴＭ从根本上解决了这　到了提高。　一个问题，在２　ｈ内就可以得出结果，以试验的各项指标来　３　ＧＴＭ用于控制质量的指标　及时调整沥青拌和楼的生产配比，表１是某标段ＧＴＭ检验　（１）稳定值ＧＳＩ（Ｇｙｒａｔｏｒｙ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｉｎｄｅｘ）：指沥青混合料　级配的结果。　表１　Ｇ１Ｍ检验级配的结果　

ＧＳＩ　ＧＳＦ　２６．５　１９　１６　１３．２　９．５　４．７５　２．３６　１．１８　０．６　０．３　０．１５　０．０７５　６．８　６．３　８．Ｏ　８．７　

收稿日期：２０１０—０３—１１　作者简介：程同华（１９８Ｏ一），大学本科，初级，研究方向：沥青、沥青混合料、路面施工、集料。　

・２０・　第４期　程同华：ＧＴＭ在重载交通沥青路面施工中的应用　总第１９４期　表１中ＧＳＩ＞１．１２的两个级配中关键筛孑Ｌ的通过率都　偏大，其中０．０７５　ｍｍ筛孔的通过率更是超出了施工规范的　要求；另外１９　ｍｍ、１６　ｍｍ、１３．２　ｒａｉｎ筛孑Ｌ都接近或是超出要　求级配的上限，该混合料总体来说属于偏细，ＧＴＭ试验机能　够比较敏感的反映出来；另外两个级配中关键筛孔通过率的　改变也同样直观的反映在试验数据上。所以可以在较短的　时间内通过ＧＴＭ试验来检验级配合理与否，能够迅速、直观　的得出生产出的混合料的级配与要求的最佳级配差别在什　么地方。　４．２检验油石比　油石比的定义是沥青质量与矿料质量的比值，施工过程　中能否控制好油石比，将很大程度上影响混合料的质量，同　时关系到成本的问题，所以现场施工也需要及时的了解这一　情况。　取当天生产的某一级配的热沥青混合料进行ＧＴＭ试　验，ＧＴＭ试验机能够通过ＧＳＩ、ＧＳＦ这两个指标来检验沥青　含量的大小。当沥青含量超过最佳沥青用量的时候，ＧＳＩ这　一指标的数值会增加，曲线呈上升态势；ＧＳＦ抗剪切指标的　数值会下降，曲线呈下降态势。这就说明沥青用量偏大了，　应当作出适当调整。　４．３确定标准密度以评价压实度　目前确定标准密度的方法有试验段法、最大理论密度　法、马歇尔法。这几种方法都存在其自身的弊端。　（１）马歇尔。　马歇尔试验确定标准密度是我国公路行业常用的方法　之一，从每天生产的沥青混合料中取出代表性样品，双面各　击实７５次成型试件，然后测试试件的毛体积密度，该方法简　单易行，但是存在一定的弊端。首先是击实功的大小问题，　目前高速公路的设计标准已经提高，按照马歇尔的击实方式　换算的话已经不能满足现在高速公路的需求，在击实时间　内，击实功已经明显不够，如果按照马歇尔成型试件的密度　评价路面压实效果，显然是人为把质量评定标准降低，这样　铺筑的路面难免在运行期过早出现病害，而且马歇尔成型方　式和路面的碾压成型原理存在根本上的差异，这就为两者之　间的联系制造很大的麻烦，具体说就是已经不能和现代高速　公路的质量评定标准相匹配。另外由马歇尔试验得出的相　关数据评价沥青混合料的性能也存在一定的局限性，它不能　直接用来评价和反映混合料的性能。现在高速公路的施工　质量如果按照马歇尔的方式来控制压实度很容易达到，说明　路面质量还可以再提高，这就需要一种新的控制方法。　（２）试验段。　正式施工之前，施工单位要做２００～３００　ｍ的试验段，用　来确定施工工艺和施工组织管理方法是否合适，检验拌和设　备的性能如何。这些都要通过试验段的质量检测结果来评　定。试验段是大家认为组织最合理的施工段，认为这是最理　想状态下的能够达到的最好的施工水平，在正常施工阶段肯　定要比试验段的效果差，所以也可以以试验段的路面钻芯试　件的密度来作为该级配的生产标准密度。　熟悉施工的都知道，正常生产和试验段存在很大的差　异。包括设备的配置、设备的利用率、拌和楼的稳定与否，以　及原材料的变化等都会影响生产出来的沥青混合料级配的　稳定，铺筑的路面质量的好与坏。每天的生产级配都是在变　化的，即便按试验段的方式来控制，摊铺成型的路面质量也　是不一样的，所以这就为评价路面压实效果带来麻烦。也就　是说这一标准密度对于不同施工段起的作用是不一样的，对　这一施工段来说可能标准就高了；对另外一施工段来说可能　又低了。也就是说不能及时拿出一个合理并且实际的标准　密度来控制压实度，路面的压实评定很难进行。　（３）最大理论密度法。　试验规程上可行的试验方法有抽真空和溶剂法，这两种　方法都能够实测普通沥青混合料的最大相对理论密度，但是　对于改性沥青混合料的最大理论相对密度实测就存在一定　的难度，因为改性沥青的黏度比较大，拌和后的沥青混合料　有很大的粘性，在人工分散颗粒这一环节就存在很大的困　难，这一点对于普通沥青来说也是有很大误差的，试验结果　的离散性比较大，对于试验数据的准确使用不容易把握；另　外，不同的试验人员实测出的最大相对理论密度的数值也是　存在很大差异的。换句话说，现有的试验条件不能够把沥青　混合料真实的最大理论密度测试出来，因此，这种方法也存　在一个很大的弊端，对于施工过程的压实质量控制所起的作　用缺乏一定的说服力。　（４）ＧＴＭ方法。　ＧＴＭ旋转压实仪的平衡状态控制方法可以得出沥青混　合料的最大密度，在需要的压强下使得试件达到最大程度的　密实，这就是用当天生产的沥青混合料做ＧＴＭ旋转压实，得　出相应的沥青混合料成型试件的密度。用这一密度来评价　该天所铺筑路面的压实度，样品的代表性比较强，可以得出　准确、切合实际的密度来指导施工，评价沥青路面的施工质　量；另外该方法能够及时得出数据，而且试件的成型方式与　路面的碾压最接近，更能和现场施工的实际情况相吻合，这　样得出的试验数据指导性更强，更有说服力的。表２是　ＧＴＭ与马歇尔的试验对比。　表２　ＧＴＭ与马歇尔试验对比　

从以上数据分析，混合料的马歇尔击实密度仅为ＧＴＭ　旋转压实得出密度的９７．０％～９７．６％，如果能够达到ＧＴＭ　标准密度的９７％，那么路面将在很大程度上减少路面病害　的出现。如果仍然以马歇尔的密度来评价压实度的话，换算　成和ＧＴＭ相对比的压实度数据，这一数据如果按照ＧＴＭ的　要求，那么现场实测芯样的密度必须接近马歇尔密度的　１００％，甚至超百才能达到ＧＴＭ施工要求的下限，但是压实　度是很多人不想见到的。可想而知这一差距将会对路面的　施工质量产生多大的影响。　现场施工是ＧＴＭ路面的一个相当重要的环节，施工工　艺中重点强调３０　ｔ以上胶轮压路机的作用，这与运行期的路　面碾压是一样的，胶轮压路机的揉搓碾压与ＧＴＭ的旋转压　实非常相似，在实际工程中，胶轮使用的好坏会直接影响到　路面压实度。马歇尔在这一点上是无法比拟ＧＴＭ的，所以　说用马歇尔击实成型试件得出的密度来控制压实度在原理　上来说是欠缺的，只是基于我国的现状，可以用马歇尔来检　验。　ＧＴＭ成型试件混合料的温度为现行规范的复压温度，　复压对于路面起到了至关重要的作用，因此这就对现场施工　组织管理提出了要求，可能由于试验数据的偏大让施工单位　感到压力很大，其实这只是问题的一个方面，还有一个更为　重要而又易被忽视，一直未能充分开发的重大潜力，那就是　在现场如何组织施工管理，加强高温碾压作业的控制。如果　能做到这一点，将会使运行期路面的病害发生率降到最低。　ＧＴＭ是一种新的确定标准密度的手段和方法，经过几　条高速公路的现场使用得出了一套行之有效的施工管理经　验，而且也取得了相当大的成功，所以现场ＧＴＭ试验不仅是　（下转第２３页）