GTM瀝青混合料設計實例

呂志越,耿 韓,張 翼

(1.黑龍江省交通科學研究所;2.同濟大學交通運輸工程學院;3.哈爾濱理工大學材料科學與工程學院)

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輸車多、量大,對路面損害嚴重。為了增加路面的抗車轍及耐用性能,經過多方研究決定采用 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瀝青混合料的設計來簡單闡述(此處例子均按老規范舉出,與新規范中無對應項級配,故未改)。

1 確定材料

瀝青,粗集料,細集料,填料符合《公路瀝青路面施工技術規范》JTGF40-2004中相應要求,GTM設計的瀝青混合料禁止使用多孔玄武巖。

2 設計指標確定

GTM瀝青混合料技術要求應符合表 1的規定,并有良好的施工性能。

3 試驗參數確定

(1)垂直壓強:進行路段典型車輛軸載及輪胎觸地壓強調查,并根據交通載重狀況確定垂直試驗荷載,丹拉公路張家口段垂直壓強為表面層 0.9MPa,中、底面層 0.8MPa,具體計算方法可根據路面結構用BISAR計算。

(2)機械角度:采用氣壓表系統時,初始機器角為 2.0°。

(3)成型溫度:根據瀝青的粘 -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,據此表觀粘度確定成型溫度為 160～165℃,結合規范推薦溫度,選定成型溫度為 165℃。

(4)試件成型控制:GTM擁有試模型號(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,據此選用 10.5cm×15.2cm試模成型到極限平衡狀態。

4 礦料級配確定

礦料級配參照部頒《公路瀝青路面施工技術規范》JTGF40-2004中的級配范圍進行試驗優化,并避開 Superpave設計思想中的級配禁區,其級配區間見表 1。根據表 2和各規格礦料篩分結果,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。礦料篩分結果及配合比計算結果見表 3。

表 1 AC20I型礦料級配

表2 AC20I型改性瀝青混合料體積參數試驗結果

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%,在選定設計參數下用 GTM方法成型試件,分別測定不同油石比混合料的毛體積相對密度,計算混合料的空隙率 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時的瀝青用量作為設計瀝青用量,密度曲線上查出設計瀝青用量對應的密度作為目標配合比標準密度。由表 4AC20I型改性瀝青混合料體積參數試驗結果可知,瀝青混合料的塑性形變穩定指標GSI隨油石比的增加而增加,但當油石比大于 4.2%時,GSI大于 1,瀝青混合料的塑性變形過大;從反映瀝青混合料抗剪強度方面的強度穩定性參數GSF隨油石比的變化情況來看,油石比等于 4.2%時,GSF值最大,而當油石比大于 4.2%時隨油石比的增加,GSF值減小。綜合GTM試驗各參數結果認為,該 AC20I型改性瀝青混合料最大油石比確定為 4.2%,對應的混合料密度、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]王國清等.旋轉剪切壓實試驗法(GTM)瀝青混合料設計與施工技術指南[M].人民交通出版社,2006:44-45.

[3]張岳峰等.GTM瀝青混合料設計方法[J].中外公路,2006,(10):142-145.