下面层AC-25沥青混合料GTM试件的体积分析

贾 丽 芳

(山西长兴路桥工程有限公司，山西 长治 046000)



下面层AC-25沥青混合料GTM试件的体积分析

贾 丽 芳

(山西长兴路桥工程有限公司，山西 长治 046000)

简述了沥青混合料目标配合比设计的主要步骤，介绍了矿料级配范围的关键性筛孔尺寸的调整原则，并对GTM试件进行了体积分析，指出了在施工中加大对矿料级配控制的重要性。

沥青混合料，GTM，试件，矿料级配

1 沥青混合料目标配合比设计的主要过程

美国工程兵旋转压实剪切试验机(GTM)是一种新型的沥青混凝土配合比设计设备，该试验机采用类似于施工中压路机作用的揉搓方法压实沥青混合料，并且模拟了现场压实设备与随后交通的作用。无论采用马歇尔试验法或美国旋转压实剪切试验机方法中的哪一种来设计沥青混凝土配合比，沥青混凝土目标配合比设计过程都主要分为以下几个步骤：第一步：根据规范或设计文件的要求进行原材料检测。第二步：根据工程的气候条件、交通条件、公路等级、所处的层位合理地确定矿料级配范围。第三步：按不同的油石比成型条件确定油石比。不同的设计方法确定油石比所依据的指标是不同的，马歇尔试验法确定油石比的主要指标是空隙率、密度、沥青饱和度、矿料间隙率、稳定度、流值，以体积指标为主，辅以力学指标；旋转压实剪切试验机方法确定油石比的主要指标是试件压实到平衡状态时的密度以及抗剪安全系数。

2 矿料级配范围的调整原则

在沥青混凝土配合比设计的过程中，合理地确定级配范围是非常关键的一步。这也是沥青混合料设计的基础，没有良好的级配范围，无论用什么方法成型试件，都不会设计出良好的沥青混合料。

不管采用哪一种级配范围，所设计的沥青混合料的结构类型都是悬浮密实、骨架空隙、骨架密实三者中的其中一种。在三种沥青混合料的结构类型中，骨架密实结构是路用性能最好的混合料结构类型，它兼顾骨架空隙和悬浮密实两种结构的特点，不仅粗集料数量较高，且因断去了中间尺寸的集料，故有相当数量的细集料填密骨架的空隙，形成了间断骨架密实结构。这种结构密度较大，粘聚力较高，內摩阻角较高，高温、低温路用性能较好。骨架密实结构在道路工程中越来越受到重视，适合于重交通和高温的地区。

要想设计出密实骨架型沥青混合料，首先要对密实骨架型结构层有明确的定义。通常认为，只要是细集料+矿粉+沥青+预留的设计空隙率体积之和介于关键性筛孔尺寸4.75 mm或2.36 mm以上粗集料在松散堆积状态下的最大空隙体积率和经振实(或捣实)状态下的最小空隙体积率之间，即可称为密实骨架型结构层。对于本标段的下面层AC-25沥青混合料来讲，4.75 mm筛孔为关键性筛孔尺寸，根据以往施工经验，关键性筛孔尺寸以上的粗集料在松散状态下的干密度与最大理论密度相比，空隙体积率多为45%左右，在振实状态下的干密度与最大理论密度相比，空隙体积率多为40%左右。也就是讲，当细集料+矿粉+沥青+预留的设计空隙率体积之和介于40%～45%之间时，可以认为沥青混合料为骨架密实型结构。

本标段所设计的沥青混合料需要符合重交通、高温的要求特性，在关键性筛孔尺寸的通过率确定后，以下几个筛孔尺寸的通过率也是主要的控制点，按照相关规范确定的级配调整原则，并结合以往的施工经验，下面层的级配应该按照以下的思路去调整设计。

2.1 矿粉用量的确定

沥青混合料的密度和稳定度，随矿粉用量的增加而提高，沥青混合料的软化程度同样随着矿粉用量的增加而提高，有利于提高沥青混合料的抗高温性能。但矿粉用量也不是越多越好，如果沥青混合料中矿粉用量过多，比表面积增加，需要沥青用量增多，此时由沥青和矿粉形成的沥青胶泥裹覆在矿料表面的厚度加大，沥青混合料的抗高温性能降低，碾压过程中不易稳定，而且容易产生推移裂纹。通常情况下，我们取规范规定范围3%～7%的中值即5%。

2.2 1/2最大公称尺寸筛孔通过率的确定

较高的1/2最大公称尺寸筛孔的通过率，能使中间料的用料量增加，在施工的过程中将产生较少的离析现象，有利于碾压密实。要配置出S 形曲线，1/2最大公称尺寸筛孔的通过率宜在规范规定的级配范围的中值和上限之间选取，对于AC-25来讲，即在66%～76%之间。

2.3 最大公称尺寸筛孔通过率的确定

为使沥青混合料构成骨架作用，减少离析现象，确保具有抗高温稳定性，同时兼顾低温抗裂性能的需要，应尽量减少超最大公称尺寸筛孔的用量，建议最大公称尺寸筛孔通过率控制在中值与100%之间，即98%左右。

2.4 0.3 mm～0.6 mm之间通过率的确定

在调整矿料级配的过程中，要严格注意0.3 mm～0.6 mm之间的用量，尽量避免“驼峰”现象的出现，之所以严格控制这两档料的通过率，是因为这两档料的增加会使矿料级配曲线靠近最大理论密度线，靠近最大理论密度线的矿料级配，生产出的沥青混合料对沥青用量非常敏感，当沥青用量稍有微小变化，特别是在炎热高温下，沥青混合料很容易发生塑性变形。通常在规范规定范围的下限取值。

3 下面层目标配合比矿料级配分析

下面层目标配合比由天津市市政设计院采用GTM方法设计，各种数据见表1～表3。

表1 下面层各种原材料密度及配合比

表2 沥青混合料试件体积参数及马歇尔稳定度实验结果

表3 矿料合成级配 mm

在100 g沥青混合料中，关键性筛孔4.75 mm以上粗集料的体积为：15.51÷2.722+19.85÷2.72+27.55÷2.715=23.14。

细集料的体积为:8.77÷2.687+23.31÷2.672=11.98。

填料的体积为:1.33÷2.89=0.47。

沥青的体积为:3.66÷1.011=3.62。

则沥青混合料的绝对体积为:

23.14+11.98+0.47+3.62=39.21。

由于沥青混合料的空隙体积为2.1%，故沥青混合料的总体积为：39.21÷(1-0.021)=40.05。

关键性筛孔尺寸4.75 mm以上粗集料占沥青混合料总体积百分率为：23.14÷40.05=57.8%。

关键性筛孔尺寸4.75 mm以下细集料+填料+沥青+空隙率的体积之和为：1-0.578=42.2%，大于粗集料在捣实状态下的空隙率，小于粗集料在松散状态下的空隙率，属于骨架密实结构。

最大公称尺寸为26.5 mm筛孔的通过率为98.9%，接近规范规定范围的中值与上值的平均值，有利于矿料级配形成S形级配。

矿粉的用量为5%，等于规范规定范围的中值。

1/2最大公称尺寸筛孔通过率为64.4%，接近规范规定范围的中值66.5%。

0.3 mm～0.6 mm之间的通过率差值为3.8%，小于规范规定的这两种料中值的差值6.5%，用量偏小。

通过对下面层混合料的初步体积分析，不仅可以发现其结构类型为骨架密实类型，而且几个主要的筛孔尺寸通过率都符合规范在重交通高温下对沥青混合料级配范围的调整原则，属于典型的S形级配曲线，能提供良好的路用性能。

4 施工中要加大对矿料级配的控制

通过对下面层矿料级配的分析可知，采用GTM的方法来设计沥青混合料配合比，也必须合理科学的选择矿料级配范围，而且其级配的调整思路与采用马歇尔方法来设计沥青混合料配合比时级配调整思路是一样的，任何一种设计方法，都离不开良好的矿料级配范围。

由于GTM还处在试验阶段，施工单位都没有旋转压实剪切试验机，在日常的施工中，也不能按照设计方法去成型试件，检测抗剪系数，但可以通过常规的试验来检测沥青混合料的含油量、矿料的级配。如果能保证施工中的配合比接近目标配合比，现场的压实度达到GTM试件的密度，相信可以保证现场的施工质量达到设计的预期效果。

良好的矿料级配是沥青混合料路用性能的基础和保证，所以不管用哪种方法设计沥青混合料，对混合料级配的检测和控制都是动态质量管理的主要内容。

5 结语

对GTM试件的体积分析可知，其混合料类型为骨架密实结构，而且几个关键筛孔通过率的调整原则与采用马歇尔方法来设计沥青混合料的调整原则一样，为两头细、中间粗的S形级配。这充分说明确定良好的级配范围是设计沥青混合料配合比的最重要的一步，也只有在良好级配的基础上才能设计出路用性能良好的沥青混凝土，在正常的施工中，要加大对沥青混合料矿料级配的控制，确保施工质量。

[1] 周卫峰，魏如喜，赵 可.SMA的GTM设计方法[J].中国市政工程,2003(5):15-22.

[2] 陈仲良.浅析GTM设计方法在沥青面层施工中的应用[J].价值工程,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

贾丽芳(1972- )，女，工程师

U214.75

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