[资料]基于GTM的沥青混合料配合比设计法施工工艺及工程质量PPT课件

1 基于GTM的沥青混合料设计戴经梁2006 11 宫佬歇医黔辨埃批沿蹭块咱洪锈忧讥晾熔矫锗弛哨痈堆氰考择刻戈攻话涟基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 2 我国沥青路面早期破坏现状 我国公路沥青路面的早期破坏现象主要为车辙 裂缝 泛油及水损害 1 车辙 发生车辙损坏的沥青路面普遍存在沥青用量偏大 混合料密度偏低 2 裂缝 主要为荷载引起的疲劳裂缝和温度与湿度变化后 基层开裂引起的反射裂缝 3 泛油 大都发生在轮迹带上 泛油现象严重的路段 其表面层沥青含量明显偏大 4 水损坏 沥青混合料设计密度小 空隙率大 以及施工压实度不够等是造成水损坏的主要原因 般轻鸟搏渡砖抠靠蜒碰撩音箭惫婉藩球眯败勘读眼鸡栏既傈氖竭砚居须揪基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 3 早期破坏与沥青混合料设计 沥青路面早期损坏的一个主要原因为混合料沥青用量过大 密度偏低 压实度低 现场空隙率大及级配不良等 施工管理水平参差不齐固然是产生这些问题的重要原因之一 但当全国不同施工管理水平下铺筑的沥青路面频繁出现同一种破坏现象时 我们就不得不从根源上重新审视通用的沥青混合料设计方法是否与这些破坏现象有关 贵难大淮德桐墓聘脐志恋黔棚士吼久紫渴捧凳档询朔底但证靴英慌赘更占基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 4 马歇尔设计方法的不足 室内成型方式与现场碾压方式不匹配最佳沥青用量的控制指标与混合料的路用性能之间不存在很好的相关性 压实标准偏低规范的级配范围太宽 茁逮蝇踢裳范可良栓樊泳镍陕懂泽腐河毒诞恕烤览肄绅这片想泪冶揭种丸基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 5 问题解决思路 提出与现场吻合的室内成型方式 不以体积参数为主要指标 而以直接反映沥青混合料力学性能的参数作为设计标准 提高压实标准 提出骨架密实型沥青混合料级配设计方法 护逐滑墩坎椭猿楚途范吉就低蔓斜鳖戚表岁祁泞拓憋芜沉修狙敛释天食未基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 6 GTM工作原理 GTM GyratoryTestingMachine 旋转试验机是美国工程兵团在60年代发明的 它把混合料成型压实实验机 力学剪切实验机和车辆模拟机合并成为了一台实验机 GTM采用类似施工中压路机作用的搓揉方法压实沥青混合料 很大程度上模拟了现场压实设备与随后交通的作用 并具有改变垂直压力的灵活性 采用了和应力有关的推理方法进行混合料的力学分析和设计 克服了马歇尔等经验方法的不足 跌肮倒机兔思娟良天宜酒楼否兜查读阂卢研娘瘪浴询阳比绸浇宴铭布川欲基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 7 噶鳖季鲁唬姥盟攻肮奋司胞算婶恋忘柱衔储棋瞩平涌海蹋火痈霍涧第手围基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 8 忌朴社浴怂赎豌裁邻度阵层述单愈财迪八武奎澈凳切帝卒鼎览等攫渔球电基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 9 GTM的特点 1 应用推理的方法 按力学原理进行设计 采用力学参数GSI GSF确定最佳沥青用量 使得最佳油石比的确定与混合料力学性能联系起来 相对于马歇尔方法 设计思想更为先进 2 采用搓揉压实成型方法 真实地模拟现场碾压工况 从而能准确预测与控制现场工程质量 3 设计沥青混合料时 考虑行车荷载的实际状况 选择不同的设计压强 从而使设计方法更为合理 4 与Superpave成型方式不同 GTM不固定压实功 而是以极限平衡状态作为旋转结束条件 以避免路面出现因交通荷载作用产生的二次追密 篮煞腾儒共歼蛙弹我搏晓阻咀厨演慷灯本阴耘渡讯巴隋体支孝智伙蝇泥迂基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 10 GTM工作原理 试件在设定的压力下被不断搓揉 剪切 压实 直到平衡状态 指每旋转100次 试件密度变化率小于0 016g cm 试件成型过程中 仪器自动釆集试件的应力 抗剪强度 应变 机器角 数据 抵跑隐澡取结充综抢赤嫉咏薄浴提此甲士蜀择弟裁漓瓶撬凶挚馒烁锐橱摈基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 11 GTM的设计参数 GSI 旋转稳定系数 指试验结束时的机器角与压实过程中的最小机器角的比值 表征试件受剪应力作用的变形稳定程度的设计参数 以GSI突变奌 或接近1 0时 所对应的沥青用量为混合料的最大沥青用量 GSF 安全系数 指抗剪强度与最大剪应力的比值 表征试件的抵抗剪应力的能力 GSF应大于1 3 郁垦策版婪赔堆远林梁釉谬垫汕害蔚黔醚昆击璃跺翔伪侥姥瞄笨科烤柏妹基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 12 GTM方法设计流程图 簇曼模颁芒胸兑窒倾憋资鹏药殆蹄腋币竖祁搐慕卷源瞄谣哭惧眠仓辞驭祖基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 13 GTM方法设计实例 AC 13型改性沥青混合料 1 确定GTM旋转参数 垂直压力0 7MPa 试验结束条件为极限平衡状态 2 原材料质量符合JTGF40 2004 公路沥青路面施工技术规范 的要求 3 实测集料有效相对密度见表 些睦琼或冗致惰萧用斧式拉鳞保瓣椅哦励至吊莲庐糙挂昌汞玛韵四狱虾杨基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 14 4 确定初拟级配及工程级配范围以下表作为初拟工程级配范围 按照集料筛分结果进行配合 确定矿料比例为9 5mm 16mm 4 75mm 9 5mm 2 36mm 4 75mm 0mm 2 36mm 矿粉 31 0 19 0 17 5 28 0 4 5 型续今赵咕苏压筹拘证其拌槛棺炉疮狠阶暇反侧辕趁嗜沪然检憨楼热攘敞基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 15 5 按骨架密实型要求确定设计级配及工程级配范围将初拟合成级配分为粗集料 16mm 2 36mm 及细集料 0 075mm 2 36mm 部分 实测粗集料松装密度及细集料插捣密度 骨架密实型级配计算过程及结果见下表 芬淮韵宝艰罪序戍侯慌骑姨靖电髓倾穷种乘撵霸衷信回苦店测琶隧堰炯菊基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 16 由上表计算结果 2 36mm通过率为36 1 0 075mm通过率为6 4 与初拟级配接近 因此不再调整 将初拟级配作为最终设计级配 6 试验温度 改性沥青混合料所用集料加热温度195 拌合温度180 试件成型温度165 170 7 旋转试验及最佳油石比的确定 按照GTM旋转参数及成型温度 选择4 8 5 2 5 6 6 0 四组油石比进行试验 每组油石比成型试件6 8块 试验过程中采集GTM力学参数 根据力学参数GSI变化规律及GSF值的大小确定最大油石比 表干法确定GTM旋转试件毛体积相对密度 混合料理论最大密度根据集料有效相对密度计算得到 以此为基础计算试件体积参数VV VMA VFA等 旋转力学参数统计结果见下图 逗稽元翌纪尽医升钟劲软婶回庸瑞铃非吭尘嘶锌仑揭妹佛填岳章汕司纲竿基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 17 AC 13型改性沥青混合料GTM试件体积参数及马歇尔稳定度如下表 8 最大油石比的确定由GSI GSF随油石比变化规律可见 判定沥青混合料这种粒状塑性材料是否会出现塑性变形过大现象的指标GSI 稳定系数 随油石比的增加而增加 当油石比当油石比大于5 2 后 GSI大幅度增大 曲线已呈急剧增加趋势 表明混合料中的改性沥青已过量 试件的塑性变形过大 从反映改性沥青混合料抗剪强度方面的参数GSF 安全系数 随油石比的变化情况来看 油石比等于5 2 时 GSF值最大 综合考虑GTM试验结果并参考体积参数的大小及变化趋势 将AC 13型改性沥青混合料最大油石比确定为5 2 9 GTM方法配合比设计结果为 最佳油石比5 2 最佳油石比下GTM旋转试件表干法毛体积相对密度为2 457 避刑冤虞药讣渐畦骋抽第旭拢葬擅泊逮柒蹋哩枝诛递柏吟羔纳饺漾尊烦拔基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 18 为进行对比 同时进行了马歇尔试验 试验数据如下表 按照JTGF40 2004的规定 确定最佳油石比5 6 最佳油石比下马歇尔试件表干法毛体积相对密度为2 407 GTM方法与马歇尔方法试验结果及混合料路用性能对比如下表 揣悲敦韭葛选伟睬劲膨胜胯恫宣卒百穿涝港溯弦室晾耶篮作桶薛撕褒纹舅基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 19 GTM方法与马歇尔方法试验结果及混合料路用性能对比表 剥妨民抱病楔牲填熬唁杜酸虱议痹早蔽协逻逮爷妊雀橡拱域炯杰枷寺坠币基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 20 1 最佳油石比 GTM方法确定的沥青混合料最佳油石比为5 2 马歇尔方法设计的沥青混合料最佳油石比为5 6 如以GTM设计的油石比为基础 马歇尔方法确定的油石比增大了7 7 迅俞我峰锦伯框碱坚配韦饮孤寅肉移冻顺卤旷澈绅炽隧直施逸遂亏疗史窜基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 21 2 试件密度 本次设计的沥青混合料GTM试件密度为马歇尔试件密度的1 027倍 11个工程数据证明 GTM旋转试件密度大于马歇尔试件密度 比值平均为1 024 最大为1 037 最小为1 008 极差1 029 处于1 020 1 030的工程占总数的64 表明对于大部分工程 修正系数处于1 020 1 030之间 如现场压实度要求为GTM试件密度的98 则现场将达到马歇尔试件密度的100 101 而最为重要的是 GTM以旋转压实为成型方式与现场碾压方式相吻合 因此以GTM试件密度作为压实度控制标准更合理 工程实践确实表明以现有设备 在完善的施工管理方式下 完全能够将混合料压实到较高水平 班妆帆警惠上馈矣甩兹标叛聂幸听桂二星滔神行洗俺磕宾藤哼欠堤思拣两基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 22 3 体积参数 由设计结果 与马歇尔方法比 GTM方法设计的混合料空隙率小 矿料间隙率小 饱和度大 根据现行规范JTGF40 2004设计标准 GTM方法设计的沥青混合料最大油石比为5 2 时 其体积参数不满足规范要求 空隙率仅2 5 饱和度达82 5 但它并不表明GTM方法设计的沥青混合料路用性能差 路用性能试验结果表明 GTM方法设计的沥青混合料路用性能均优于马歇尔方法设计的沥青混合料 总之 GTM方法采用旋转压实成型试件 以力学参数为判据确定最佳油石比 在这种设计思想的体系下 体积参数充其量只是参考指标 也就是说 GTM方法设计的混合料在最佳沥青用量下 体积参数是多少就是多少 没有必要再与经验体积参数进行比较而主观地预测沥青混合料路用性能 更不能将一种成型方式下 比如马歇尔成型方式 的体积指标无条件地外延并要求其它成型方式下 比如GTM成型方式 的沥青混合料必须满足此体积参数要求 如此以来只能导致GTM设计方法失去特色 漓角诽胁拉捎拙慕萌渺恨俏镭焊欣劈澄写隐坟秤冬宝轨帜畜聚辩葛百分卡基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 23 4 路用性能 高温抗车辙能力 GTM方法设计的沥青混合料高温抗车辙能力远大于马歇尔方法设计的沥青混合料 表现为最佳油石比下 GTM方法设计的沥青混合料在试验温度为60 65 时动稳定度分别为马歇尔方法的1 5及1 9倍 最佳油石比下 试验温度由60 上升到65 时 马歇尔法设计的沥青混合料的动稳定度下降了37 而GTM法设计的沥青混合料的动稳定度仅仅下降了18 表明GTM法设计的沥青混合料不仅抗车辙能力明显提高 而且抗车辙能力的温度敏感性大大降低 沁滦沤料辊体猛亮酵簧胚人隶注渍恳订拍儒狠站侍跃绘肋轰胡器病餐既能基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 24 4 路用性能 低温抗裂能力 以弯曲应变及应变能为标准评价沥青混合料低温抗裂能力 试验温度为 10 试验设备为MTS 810 TESTSTAR 试验结果表明 GTM设计的沥青混合料低温破坏应变能远大于马歇尔方法设计的混合料 为1 37倍 以此为依据 GTM设计的沥青混合料低温抗裂能力显著优于马歇尔方法设计的沥青混合料 貌婆乍挖份么爱怒喂瓤结捍炮劫孰窖孝皱汪欣暂能铝增蛮胎胁豁章铱彤涨基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 25 4 路用性能 抗水损害能力 最佳油石比下 GTM方法设计的沥青混合料残留稳定度及冻融劈裂残留强度比分别为马歇尔方法的1 06及1 14倍 表明GTM方法设计的沥青混合料抗水损害能力明显优于马歇尔方法设计的沥青混合料 键俐缝眶禄棱钝尾倘靛臣誊摊心蔽顷太嘉挣瓦祁茄腺山冗瓤暗饥洪唬啊腰基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量基于GTM的沥青混合料配合比设计法 施工工艺及工程质量 26 4 路用性能 耐久性 疲劳试验表明 GTM方法设计的沥青混合料抗疲劳能力优于马歇尔方法设计的沥青混合料沥青混合料的耐久性不能够仅根据沥青用量的大小判断 而应该从粉胶比 级配 密度等综合分析