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GTM胶粉改性沥青砼路面施工工法安徽水利开发股份有限公司白彦平高伟吴先锋1.前言1.1GTM胶粉沥青砼路面简介利用美国工程兵旋转压实剪切试验机（GYRATORYTESTINGMACHINE，简称GTM）进行沥青混合料配合比设计，在国际上是一项成熟的技术。美国工程兵旋转压实剪切试验机是美国工程兵团在六十年代发明，于1978年列入美国ASTM规范，在2003年进行了修订。它最大限度的模拟了汽车对路面的实际作用情况，以推理的方法来设计沥青混合料。根据汽车对路面的实际作用压强来设计沥青混合料，使设计的沥青混合料的剪切强度大于其所受的剪应力，并使应变控制在适当的范围内。GTM利用应力应变原理进行沥青混合料配合比设计，可以减少沥青路面在重载交通下出现车辙、推移、拥包等破坏。胶粉沥青是一种新型的路面材料，是将废旧轮胎加工成细粉颗粒，以不小于15％的比例掺合到沥青中去，再加入改性剂或其他聚合物而得到的路用胶凝材料。GTM胶粉沥青砼就是利用美国工程兵旋转剪切试验机进行混合料配合比设计，采用胶粉沥青拌合生产的沥青混合料，摊铺、碾压成型后，称为胶粉沥青混凝土。1.2本工法的形成过程胶粉沥青混凝土近年来在北京、天津等大城市基础设施建设有了广泛的应用，性能经受了考验，但我省还是刚刚引进，应用较少。因为胶粉改性沥青的性能优异，安徽水利开发股份有限公司从2009年开始与天津市市政工程研究院携手进行技术研究，结合安徽省地域特点，逐步推广应用该项新技术、新材料。2010年4月7日，由天津市市政工程研究院主持的《废轮胎胶粉改性沥青及混合料成套技术研究》项目，通过了天津市科委成果转化中心组织的技术鉴定，该项目创新程度高，具有较高的应用推广价值，总体达到国际先进水平。2010年在蚌埠市南出口公路S207蚌西路改造工程、蚌埠市龙子湖周边道路工程等几项工程中应用，取得良好效果。经蚌埠市公路管理局组织的技术鉴定，以及在安徽省科学技术情报研究所进行技术查新，胶粉改性沥青施工技术在省内属领先水平，工法新颖。2.工法特点2.1改善了路用性能橡胶粉用于沥青混合料有利于改善沥青混凝土的高温稳定性、疲劳性能、水稳定性和低温性能等路用性能，提高了路面质量，延长了使用寿命。橡胶粉与沥青加工成橡胶沥青是一种性能优良的结构防水、粘结的材料。2.2降低了建设成本相比于普通沥青和SBS改性沥青，胶粉沥青混合料每吨能降低成本80～100元。2.3节能环保对废旧轮胎的废物利用，减轻了废轮胎带来的环境压力，符合我国当前建设节约型社会和发展循环经济的政策，有很高的社会效益，是资源再生的有效途径之一。对降低城市道路的行车噪音有明显效果。3.适用范围胶粉沥青砼地域气候适用性广，安徽全省范围皆可应用。适用于各种等级新建和改建公路工程、市政工程道路路面各结构层位。4.工艺原理采用GTM法进行施工质量控制，GTM旋转压实密度一般为马歇尔击实密度的1.02～1.04倍，这就能够有效地避免了因室内成型方法与施工实际成型方式不符造成的压实度超百现象，提高了压实标准，从而进一步提高沥青路面的使用性能。施工工艺同常规沥青混合料一样，胶粉沥青混凝土施工也是分生产、运输、摊铺、碾压四个阶段，施工最核心的环节是温度控制和碾压方式的选择。橡胶粉的掺量不小于15%（内掺）或17.6%（外掺）。胶粉沥青施工温度较普通沥青提高了20℃～25℃，比其他改性沥青提高了10℃～15℃。碾压方式有所不同。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程胶粉沥青混凝土施工工艺流程图（图1）胶粉沥青混凝土施工工艺流程图图1温度检测配合比设计沥青混合料拌和摊铺设备进场准备施工温度检测沥青混合料运输到现场沥青原材料质量检验集料原材料质量检验填料原材料质量检验温度检测摊铺碾压现场清理验收通车资料整理压实度检测等测量虚铺高程测量压实高程确定松铺系数45.2配合比设计流程配合比设计流程图见图2。合格合格不合格粗集料、细集料、矿粉改性沥青结合料确定配合比设计范围原材料选择取样原材料试验配合比设计原材料试验确定试验温度在工程设计级配范围内设计供优选用的1～3组不同的矿料级配对选择的设计级配，初选5组沥青用量，拌和混合料，制作试件不合格按规定进行各种配合比设计检验，确认配合比设计是否合理完成配合比设计，提交材料品种、矿料级配、标准配合比、最佳沥青用量等测定试件毛体积相对密度确定理论最大相对密度计算VV、VMA、VFA等体积指标进行GTM试验，与设计标准比较技术经济分析，确定1组设计级配及最佳沥青用量55.3施工要点5.3.1配合比设计5.3.1.1GTM沥青混合料配合比设计原则GTM沥青混合料配合比设计时，采用的设计压强由设计单位根据道路预计交通辆中有代表性的车辆轮胎接地压强确定。GTM设计的密级配沥青混合料粉胶比宜控制在1.2～1.6范围内。GTM设计沥青混合料配合比时，采用GTM平衡状态时确定的最佳沥青用量和标准密度。矿料级配采用连续密级配沥青混合料。5.3.1.2GTM试验确定GTM试验的设计压强和各种矿料比例后，进行GTM试验。选择不同的沥青用量：根据经验选择5个沥青用量进行GTM试验，沥青用量间隔为0.3%。采用平衡状态法进行GTM试验，确定每个沥青用量下的技术指标。根据沥青混合料的最大公称粒径选择合适的GTM试模。试模直径应不小于最大公称粒径的4倍，GTM拥有4英寸、6英寸、8英寸三种不同直径的试模。沥青混合料的拌和温度：胶粉改性沥青的拌和温度应根据粘温曲线确定，选择表观粘度在(0.17±0.02)Pa.s范围内的温度作为拌和温度。拌和温度选择在175℃～185℃范围内。确定设计沥青用量：根据GTM试验结果，绘制沥青用量与密度、稳定值GSI和旋转剪切系数GSF的关系曲线。如下图3；沥青用量-旋转剪切系数曲线1.001.201.401.601.802.002.202.403.84.14.44.75.0沥青用量(%)旋转剪切系数(GSF)沥青用量-密度曲线2.442.452.462.472.482.493.84.14.44.75沥青用量(%)密度(g/cm3)沥青用量-稳定值曲线0.951.001.051.101.151.203.84.14.44.75沥青用量(%)稳定值(GSI)6级配类型AC-25AC-20AC-13最低油石比％4.24.55.1从密度曲线上查出设计沥青用量对应的密度作为目标配合比标准密度。5.3.1.3性能检验对于采用GTM方法设计的沥青混合料，需要在配合比设计基础上进行各种性能的检验。不符合要求的沥青混合料，应更换材料，重新进行配合比设计。GTM配合比设计的沥青混合料性能指标应满足表1要求。GTM沥青混合料性能技术要求表1检测项目单位技术指标试验方法胶粉改性沥青混合料动稳定度①，不小于次/mm2800T0719低温弯曲，不小于με2500T0728冻融劈裂试验残留强度比，不小于%80T0729残留稳定度%85渗水系数不大于ml/min120T0791剪切强度②,不小于MPa0.30GTM注：①车辙试验不得采用二次加热的沥青混合料试验，试验必须检验车辙试件的密度是否符合试验规程的要求。②剪切强度是指沥青面层混凝土在60℃以上的高温条件下，由GTM直接测试混合料试件得出的，对于重载交通该指标根据荷载、气候等情况可适当提高。对于柔性基层混合料剪切强度可以根据路面结构具体计算所在层内最大剪应力确定。5.3.1.4GTM配合比设计试验步骤GTM试验方法配合比设计采用三步法进行，分为目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶段。目标配合比设计阶段。对工程实际使用的原材料进行试验，检验合格后，进行GTM配合比设计，优选矿料级配、确定设计沥青用量，进行车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验等配合比设计检验，均符合要求后，以此作为目标配合比，供拌和楼确定各冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用。生产配合比设计阶段。按照目标配合比确定好冷料比例及进料速度后，在热料仓取料进行材料的级配试验，取料时应将每个热料仓的热料放出，用装载机接下放到硬化的场地充分拌匀，取有代表性的热仓料进行级配试验，确定热料仓的配合比。并取目标配合比设计的沥青用量及±0.3%等三个沥青用量进行GTM试验和试拌，通过室内GTM试验和拌和机取样试验，综合确定生产配合比的最佳沥青用量及标准密度，由此确定的最佳沥青用量与目标配合比设计的结果的差值不宜大于±0.2%。同时选择适宜的筛孔尺寸和安装角度，尽量使各热料仓的供料大体平衡。生产配合比验证阶段。拌和机按生产配合比结果进行试拌、铺筑试验段，并取样进行GTM验证，同时从路上钻芯检测空隙率大小，由此确定生产用的标准配合比。试7拌试铺必须由项目法人、施工、监理等有关单位各方共同实施，由此确定的标准配合比必须得到监理工程师批准。标准配合比的矿料合成级配中，至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔的通过率接近优选的工程设计级配范围的中值，并避免在0.3-0.6mm处出现“驼峰”。对确定的标准配合比，宜再次进行车辙试验和水稳定性检验。确定施工级配允许波动范围。根据标准配合比及质量管理要求中各筛孔的允许波动范围，制定施工用的级配控制范围，用以检查沥青混合料的生产质量。经设计确定的标准配合比在施工过程中不得随意变更。生产过程中应加强跟踪检测，严格控制进场材料的质量，如遇材料发生变化并经检测沥青混合料的级配、GTM技术指标不符要求时，应重新进行配合比设计。5.3.2施工准备路面施工前，仓面应干燥清洁，测量施工环境温度，大气温度应不低于10℃，地表温度应不低于15℃，雨天和大风不得施工。5.3.3、沥青混合料拌和工艺采用DG-4000S型间隙式拌和楼进行沥青混合料的拌和，沥青加热温度180℃，矿料温度190-210℃；拌和时间根据试拌确定的为50S（干拌时间6S，湿拌时间44S）；安排专人目测混合料的均匀性，发现有异常现象的如确认是质量问题作废料处理，拌和楼逐盘打印在线检测，避免小于0.075mm颗粒含量偏低现象出现，拌和楼各热料仓用量为5#仓:4#仓:3#仓:2#仓:1#仓:矿粉=27%：21%：19%：12%：17%：4%，沥青用量下面层为4.4%，上面层为5.1%，符合设计要求。沥青混合料的出厂温度均在180℃～185℃之间。GTM沥青混合料的正常施工温度范围表2沥青种类胶粉改性沥青沥青标号沥青加热温度（℃）175～185矿料加热温度(间歇式拌和机)集料比沥青加热温度高10～20℃（填料不加热）沥青混合料出厂正常温度（℃）185～195混合料贮料仓贮存温度（℃）贮料过程中温度降低不超过10混合料废弃温度（℃）205运输到现场温度不低于（℃）175摊铺最低温度（℃）正常施工175低温施工—开始碾压的混合料内部最低温度（℃）正常施工165低温施工—碾压终了的路表温度（℃），不低于120开放交通温度，（℃）不高于605.3.4、沥青混合料运输、摊铺工艺5.3.4.1、摊铺机作业情况及找平方式采用ABG423和LTU90SC摊铺机梯队铺筑，两台摊铺机相距10～30m，靠近中分带的主机在前，摊铺机拼宽8m，因中央分隔带路缘石较高，走钢丝较为困难，经现场研究决定左侧在路缘石上铺设铝合金条，路缘石上画上摊铺线随时调整，中间走平衡8梁；靠近路肩的副机在后，摊铺机拼宽7.5m，中间在摊铺好的层面上走“雪撬”，左侧采用架设钢丝进行找平，两台摊铺机摊铺层的纵向接缝采用热接缝。5.3.4.2、料车卸料方式盖有蓬布的运输车辆运量大于摊铺速度，在摊铺机前有三辆运输车辆时可以开始摊铺，车辆在离摊铺机10～30cm处停住，避免撞击摊铺机，卸料过程上运料车挂空档，依靠摊铺机推动前进，倒料时，起顶不要一次起的过高，待摊铺机受料斗料满后，缓慢均匀地向摊铺机的料斗内卸料，避免卸料时有混合料溢出。5.3.4.3、摊铺温度两台摊铺机配15辆自卸车循环作业，车辆编号由1～15#，在运料车到达摊铺现场时，有专人用插入式热电偶数控温度计测量并记录每辆料车混合料的到场温度和摊铺温度，根据测量结果，到场温度均在170℃～190℃之间，摊铺温度均在155