引言
长期以来, 沥青混合料设计都以马歇尔设计方法为主, 为人们积累了丰富的实践经验。通过这一设计方法可以获得基本的数据和判断, 并且成为我国沥青路面设计的标准方法。但马歇尔设计方法存在先天不足, 其试件成型方式采用落锤冲击的方法无法完全模拟实际路面的压实;马歇尔稳定度不能恰当地评估沥青混合料的抗剪强度。虽然60℃的稳定度能够满足相关的规范要求, 但路面性能不良, 容易导致车辙等早期破坏, 这也说明了马歇尔设计方法不能保证沥青混合料的抗车辙性能。马歇尔试件成型的不合理性导致标准密度降低, 按此标准进行施工控制, 即使压实度满足规范要求, 沥青路面现场空隙率往往太大, 造成路面水损害。同时规范的级配要求范围太宽, 现场施工时很容易满足规范级配范围要求, 但是不同级配的混合料其力学性能往往相差很大, 即使压实度和级配都满足要求, 但是路面还是经常出现早期车辙破坏和水损害。
针对以上问题, 本文依托郑州黄河公铁两用桥沥青路面工程, 采用GTM设计方法进行AC-16沥青混合料配合比设计, 并提出相关施工工艺, 实践表明工程应用效果良好。
1 工程概况
郑州黄河公铁两用桥为京广铁路客运专线及河南省规划的中原黄河公路大桥跨越黄河的共用桥梁, 桥位距京珠高速公路郑州黄河大桥上游约7km处。桥梁全长14886.687m, 上层公路桥面宽32.5米。沥青铺装层在桥面设计为上下两层, 在路基部分设计为上中下三层, AC-16铺装层分别位于桥面铺装下层和路面铺装中层, 本文以AC-16作为对象详细介绍GTM设计方法。
2 GTM配合比设计
2.1 原材料
(1) 沥青采用台湾CPC-70号A级道路石油沥青, 检测结果满足设计要求和JTG F40-2004相关规定。
(2) 粗集料采用新乡新兴料场石料, 细集料采用施工单位自制机制砂, 矿粉采用新乡孟电水泥厂生产石灰石矿粉。集料检测结果满足JTG F40-2004相关质量技术要求。
(3) 在混合料搅拌阶段添加Duroflex抗车辙剂, 由厂家直接提供。
2.2 级配设计
根据规范要求和本项目实际情况, 对AC-16混合料级配范围进行了优化, 见图1。
2.3 配合比设计
采用GTM级配设计方法 (GTM的工作参数为:垂直压力为0.7MPa;试验成型模式按密度极限平衡状态控制;成型温度150℃~155℃) 确定最大油石比。
(1) 体积参数及马歇尔稳定度
选择5种不同的油石比在150~155摄氏度下采用GTM旋转压实的方法分别进行试件成型, 通过测定沥青混合料的体积指标参数和力学指标, 确定AC-16型沥青混合料的最大油石比, 具体结果如表1所示。
由表1可知:
(1) 采用GTM设计方法得到的沥青混合料密度与传统设计方法相比较高, 且VV以及VMA两项指标较小, VFA偏大。
(2) 当沥青混合料油石比大于4.2%时, GSI增加的幅度较大, GSF降低的幅度较大, 综合考虑沥青混合料抗剪强度等因素, 确定油石比范围为4.1%至4.5%。
3 沥青混合料性能评价
(1) 力学性能
GTM方法设计的沥青混合料路用性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40-2004) 的相关要求, 具体力学性能试验结果见表2。
(2) 等值密度
由于施工现场没有配备GTM试验设备, 需要进行最佳油石比4.2%条件下的双面各击实75次的马歇尔试件密度测定, 利用密度等值原则确定两种成型方式下的密度换算系数。试验结果见表3。
由试验结果可知, 在实际生产施工中, 建议试验室可采用以传统击实75次的试件密度的1.030倍作为施工控制标准密度。
4 施工要点
(1) 碾压方法
GTM设计方法的沥青混合料密度比按传统方法设计的要高, 施工当中要严格按规范控制施工各阶段的混合料温度, 尤其是对碾压工艺提出了更高更严格的控制要求。
在本项目中, 严格按照生产配比确定的级配和油石比生产, 按规范要求的频率进行试验检测;尽量减少在混合料装料、卸料和摊铺过程中造成的混合料离析;严格控制施工过程中各阶段温度要求;针对碾压工艺要求:压路机碾压速度控制在3~5m/min, 双钢轮振动压路机静压一遍后, 直接进入复压阶段。
(2) 级配及油石比控制
通过加强原材料规格及质量管理, 通过现有的拌合设备, 混合料的生产级配能够满足设计的级配范围的要求。为保证抽提检验的代表性和合理性, 要求在摊铺机后面的摊铺面上取样进行试验检测。结果表明, 按要求生产的混合料级配能够满足GTM设计的级配范围要求, 油石比能够控制在±0.1%范围内。
(3) 工后检测
通过铺筑试验段和实体工程检测结果显示, 严格按照GTM设计方法和施工要求生产的沥青混合料能够达到预期的压实效果, 现场空隙率基本控制在5%以下;而且铺装层表观效果良好, 基本无明显离析现象, 渗水试验检测表明基本不透水。
5 结论
(1) 采用GTM方法得到的沥青混合料密度与传统设计方法相比较高, 且VV以及VMA两项指标较小, VFA偏大, 综合考虑沥青混合料抗剪强度等因素, 确定油石比范围为4.1%到4.5%。
(2) 通过试验段铺筑和实体工程检测表明, 严格按照GTM设计方法和施工要求生产的混合料经压实后现场空隙率基本控制在5%以下;铺装层表观效果良好, 基本无明显离析现象, 渗水试验检测表明基本不透水, 工程应用效果良好。
摘要：针对传统马歇尔设计方法存在不能有效模拟路面压实、抗剪性能评价薄弱等问题, 本文以实体工程为依托, 系统阐述了GTM设计方法及沥青路面的路用性能。研究表明, 采用GTM设计方法的混合料油石比较低、压实度标准偏高, 但在现有施工机械设备条件下, 通过采用合理的施工组织管理和严格控制施工工艺, 完全能够达到较高的压实标准, 满足规范要求, 提高沥青路面的路用性能。
关键词：沥青混合料,GTM设计方法,路用性能
参考文献
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