下面層AC-25瀝青混合料GTM試件的體積分析

賈 麗 芳

(山西長(zhǎng)興路橋工程有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

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下面層AC-25瀝青混合料GTM試件的體積分析

賈 麗 芳

(山西長(zhǎng)興路橋工程有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

簡(jiǎn)述了瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的主要步驟，介紹了礦料級(jí)配范圍的關(guān)鍵性篩孔尺寸的調(diào)整原則，并對(duì)GTM試件進(jìn)行了體積分析，指出了在施工中加大對(duì)礦料級(jí)配控制的重要性。

瀝青混合料，GTM，試件，礦料級(jí)配

1 瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的主要過(guò)程

美國(guó)工程兵旋轉(zhuǎn)壓實(shí)剪切試驗(yàn)機(jī)(GTM)是一種新型的瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)設(shè)備，該試驗(yàn)機(jī)采用類(lèi)似于施工中壓路機(jī)作用的揉搓方法壓實(shí)瀝青混合料，并且模擬了現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)設(shè)備與隨后交通的作用。無(wú)論采用馬歇爾試驗(yàn)法或美國(guó)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)剪切試驗(yàn)機(jī)方法中的哪一種來(lái)設(shè)計(jì)瀝青混凝土配合比，瀝青混凝土目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)過(guò)程都主要分為以下幾個(gè)步驟：第一步：根據(jù)規(guī)范或設(shè)計(jì)文件的要求進(jìn)行原材料檢測(cè)。第二步：根據(jù)工程的氣候條件、交通條件、公路等級(jí)、所處的層位合理地確定礦料級(jí)配范圍。第三步：按不同的油石比成型條件確定油石比。不同的設(shè)計(jì)方法確定油石比所依據(jù)的指標(biāo)是不同的，馬歇爾試驗(yàn)法確定油石比的主要指標(biāo)是空隙率、密度、瀝青飽和度、礦料間隙率、穩(wěn)定度、流值，以體積指標(biāo)為主，輔以力學(xué)指標(biāo)；旋轉(zhuǎn)壓實(shí)剪切試驗(yàn)機(jī)方法確定油石比的主要指標(biāo)是試件壓實(shí)到平衡狀態(tài)時(shí)的密度以及抗剪安全系數(shù)。

2 礦料級(jí)配范圍的調(diào)整原則

在瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)的過(guò)程中，合理地確定級(jí)配范圍是非常關(guān)鍵的一步。這也是瀝青混合料設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，沒(méi)有良好的級(jí)配范圍，無(wú)論用什么方法成型試件，都不會(huì)設(shè)計(jì)出良好的瀝青混合料。

不管采用哪一種級(jí)配范圍，所設(shè)計(jì)的瀝青混合料的結(jié)構(gòu)類(lèi)型都是懸浮密實(shí)、骨架空隙、骨架密實(shí)三者中的其中一種。在三種瀝青混合料的結(jié)構(gòu)類(lèi)型中，骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)是路用性能最好的混合料結(jié)構(gòu)類(lèi)型，它兼顧骨架空隙和懸浮密實(shí)兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，不僅粗集料數(shù)量較高，且因斷去了中間尺寸的集料，故有相當(dāng)數(shù)量的細(xì)集料填密骨架的空隙，形成了間斷骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)密度較大，粘聚力較高，內(nèi)摩阻角較高，高溫、低溫路用性能較好。骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)在道路工程中越來(lái)越受到重視，適合于重交通和高溫的地區(qū)。

要想設(shè)計(jì)出密實(shí)骨架型瀝青混合料，首先要對(duì)密實(shí)骨架型結(jié)構(gòu)層有明確的定義。通常認(rèn)為，只要是細(xì)集料+礦粉+瀝青+預(yù)留的設(shè)計(jì)空隙率體積之和介于關(guān)鍵性篩孔尺寸4.75 mm或2.36 mm以上粗集料在松散堆積狀態(tài)下的最大空隙體積率和經(jīng)振實(shí)(或搗實(shí))狀態(tài)下的最小空隙體積率之間，即可稱(chēng)為密實(shí)骨架型結(jié)構(gòu)層。對(duì)于本標(biāo)段的下面層AC-25瀝青混合料來(lái)講，4.75 mm篩孔為關(guān)鍵性篩孔尺寸，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，關(guān)鍵性篩孔尺寸以上的粗集料在松散狀態(tài)下的干密度與最大理論密度相比，空隙體積率多為45%左右，在振實(shí)狀態(tài)下的干密度與最大理論密度相比，空隙體積率多為40%左右。也就是講，當(dāng)細(xì)集料+礦粉+瀝青+預(yù)留的設(shè)計(jì)空隙率體積之和介于40%～45%之間時(shí)，可以認(rèn)為瀝青混合料為骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。

本標(biāo)段所設(shè)計(jì)的瀝青混合料需要符合重交通、高溫的要求特性，在關(guān)鍵性篩孔尺寸的通過(guò)率確定后，以下幾個(gè)篩孔尺寸的通過(guò)率也是主要的控制點(diǎn)，按照相關(guān)規(guī)范確定的級(jí)配調(diào)整原則，并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，下面層的級(jí)配應(yīng)該按照以下的思路去調(diào)整設(shè)計(jì)。

2.1 礦粉用量的確定

瀝青混合料的密度和穩(wěn)定度，隨礦粉用量的增加而提高，瀝青混合料的軟化程度同樣隨著礦粉用量的增加而提高，有利于提高瀝青混合料的抗高溫性能。但礦粉用量也不是越多越好，如果瀝青混合料中礦粉用量過(guò)多，比表面積增加，需要瀝青用量增多，此時(shí)由瀝青和礦粉形成的瀝青膠泥裹覆在礦料表面的厚度加大，瀝青混合料的抗高溫性能降低，碾壓過(guò)程中不易穩(wěn)定，而且容易產(chǎn)生推移裂紋。通常情況下，我們?nèi)∫?guī)范規(guī)定范圍3%～7%的中值即5%。

2.2 1/2最大公稱(chēng)尺寸篩孔通過(guò)率的確定

較高的1/2最大公稱(chēng)尺寸篩孔的通過(guò)率，能使中間料的用料量增加，在施工的過(guò)程中將產(chǎn)生較少的離析現(xiàn)象，有利于碾壓密實(shí)。要配置出S 形曲線(xiàn)，1/2最大公稱(chēng)尺寸篩孔的通過(guò)率宜在規(guī)范規(guī)定的級(jí)配范圍的中值和上限之間選取，對(duì)于AC-25來(lái)講，即在66%～76%之間。

2.3 最大公稱(chēng)尺寸篩孔通過(guò)率的確定

為使瀝青混合料構(gòu)成骨架作用，減少離析現(xiàn)象，確保具有抗高溫穩(wěn)定性，同時(shí)兼顧低溫抗裂性能的需要，應(yīng)盡量減少超最大公稱(chēng)尺寸篩孔的用量，建議最大公稱(chēng)尺寸篩孔通過(guò)率控制在中值與100%之間，即98%左右。

2.4 0.3 mm～0.6 mm之間通過(guò)率的確定

在調(diào)整礦料級(jí)配的過(guò)程中，要嚴(yán)格注意0.3 mm～0.6 mm之間的用量，盡量避免“駝峰”現(xiàn)象的出現(xiàn)，之所以嚴(yán)格控制這兩檔料的通過(guò)率，是因?yàn)檫@兩檔料的增加會(huì)使礦料級(jí)配曲線(xiàn)靠近最大理論密度線(xiàn)，靠近最大理論密度線(xiàn)的礦料級(jí)配，生產(chǎn)出的瀝青混合料對(duì)瀝青用量非常敏感，當(dāng)瀝青用量稍有微小變化，特別是在炎熱高溫下，瀝青混合料很容易發(fā)生塑性變形。通常在規(guī)范規(guī)定范圍的下限取值。

3 下面層目標(biāo)配合比礦料級(jí)配分析

下面層目標(biāo)配合比由天津市市政設(shè)計(jì)院采用GTM方法設(shè)計(jì)，各種數(shù)據(jù)見(jiàn)表1～表3。

表1 下面層各種原材料密度及配合比

表2 瀝青混合料試件體積參數(shù)及馬歇爾穩(wěn)定度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 礦料合成級(jí)配 mm

在100 g瀝青混合料中，關(guān)鍵性篩孔4.75 mm以上粗集料的體積為：15.51÷2.722+19.85÷2.72+27.55÷2.715=23.14。

細(xì)集料的體積為:8.77÷2.687+23.31÷2.672=11.98。

填料的體積為:1.33÷2.89=0.47。

瀝青的體積為:3.66÷1.011=3.62。

則瀝青混合料的絕對(duì)體積為:

23.14+11.98+0.47+3.62=39.21。

由于瀝青混合料的空隙體積為2.1%，故瀝青混合料的總體積為：39.21÷(1-0.021)=40.05。

關(guān)鍵性篩孔尺寸4.75 mm以上粗集料占瀝青混合料總體積百分率為：23.14÷40.05=57.8%。

關(guān)鍵性篩孔尺寸4.75 mm以下細(xì)集料+填料+瀝青+空隙率的體積之和為：1-0.578=42.2%，大于粗集料在搗實(shí)狀態(tài)下的空隙率，小于粗集料在松散狀態(tài)下的空隙率，屬于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。

最大公稱(chēng)尺寸為26.5 mm篩孔的通過(guò)率為98.9%，接近規(guī)范規(guī)定范圍的中值與上值的平均值，有利于礦料級(jí)配形成S形級(jí)配。

礦粉的用量為5%，等于規(guī)范規(guī)定范圍的中值。

1/2最大公稱(chēng)尺寸篩孔通過(guò)率為64.4%，接近規(guī)范規(guī)定范圍的中值66.5%。

0.3 mm～0.6 mm之間的通過(guò)率差值為3.8%，小于規(guī)范規(guī)定的這兩種料中值的差值6.5%，用量偏小。

通過(guò)對(duì)下面層混合料的初步體積分析，不僅可以發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)類(lèi)型為骨架密實(shí)類(lèi)型，而且?guī)讉€(gè)主要的篩孔尺寸通過(guò)率都符合規(guī)范在重交通高溫下對(duì)瀝青混合料級(jí)配范圍的調(diào)整原則，屬于典型的S形級(jí)配曲線(xiàn)，能提供良好的路用性能。

4 施工中要加大對(duì)礦料級(jí)配的控制

通過(guò)對(duì)下面層礦料級(jí)配的分析可知，采用GTM的方法來(lái)設(shè)計(jì)瀝青混合料配合比，也必須合理科學(xué)的選擇礦料級(jí)配范圍，而且其級(jí)配的調(diào)整思路與采用馬歇爾方法來(lái)設(shè)計(jì)瀝青混合料配合比時(shí)級(jí)配調(diào)整思路是一樣的，任何一種設(shè)計(jì)方法，都離不開(kāi)良好的礦料級(jí)配范圍。

由于GTM還處在試驗(yàn)階段，施工單位都沒(méi)有旋轉(zhuǎn)壓實(shí)剪切試驗(yàn)機(jī)，在日常的施工中，也不能按照設(shè)計(jì)方法去成型試件，檢測(cè)抗剪系數(shù)，但可以通過(guò)常規(guī)的試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)瀝青混合料的含油量、礦料的級(jí)配。如果能保證施工中的配合比接近目標(biāo)配合比，現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)度達(dá)到GTM試件的密度，相信可以保證現(xiàn)場(chǎng)的施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。

良好的礦料級(jí)配是瀝青混合料路用性能的基礎(chǔ)和保證，所以不管用哪種方法設(shè)計(jì)瀝青混合料，對(duì)混合料級(jí)配的檢測(cè)和控制都是動(dòng)態(tài)質(zhì)量管理的主要內(nèi)容。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)GTM試件的體積分析可知，其混合料類(lèi)型為骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，而且?guī)讉€(gè)關(guān)鍵篩孔通過(guò)率的調(diào)整原則與采用馬歇爾方法來(lái)設(shè)計(jì)瀝青混合料的調(diào)整原則一樣，為兩頭細(xì)、中間粗的S形級(jí)配。這充分說(shuō)明確定良好的級(jí)配范圍是設(shè)計(jì)瀝青混合料配合比的最重要的一步，也只有在良好級(jí)配的基礎(chǔ)上才能設(shè)計(jì)出路用性能良好的瀝青混凝土，在正常的施工中，要加大對(duì)瀝青混合料礦料級(jí)配的控制，確保施工質(zhì)量。

[1] 周衛(wèi)峰，魏如喜，趙 可.SMA的GTM設(shè)計(jì)方法[J].中國(guó)市政工程,2003(5):15-22.

[2] 陳仲良.淺析GTM設(shè)計(jì)方法在瀝青面層施工中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程,2011(22):111-112.

On volume analysis of subsurface AC-25 asphalt mixture GTM trials

Jia Lifang

(ShanxiChangxingRoadandBridgeEngineeringCo.,Ltd,Changzhi046000,China)

The paper indicates the main steps for the proportional ratio design for the asphalt mixture aims, introduces the adjustment principle for the key sieve pore size within the mineral grading scopes, has the volume analysis of the GTM trials, and points out the importance of enlarging on the grading control in the construction.

asphalt mixture, GTM, trial, mineral grading

1009-6825(2016)05-0121-02

2015-12-02

賈麗芳(1972- )，女，工程師

U214.75

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