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GTM沥青混合料施工技术指南

GTM沥青混合料施工技术指南

河北省交通厅

二〇〇六年三月

前言

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。

河北省交通勘察设计研究院（原河北省交通科学研究所）自1998年引进GTM设备后，对其设计原理及试验方法进行了消化吸收，特别对其设计的沥青混合料性能进行了系统的研究，完成了河北省交通厅重点研究项目《美国工程兵旋转压实剪切试验机GTM开发应用》和交通部《重载交通沥青路面材料试验标准（GTM对比）》专题的研究。

在河北省交通厅公路管理局统筹安排下，结合《河北省典型路面结构研究》进行了若干专题的研究，在河北省多条道路上使用了GTM设计沥青混合料。

通过实体工程验证，路用性能效果良好。

本《指南》是在课题研究和工程实践经验的基础上，参照了国内外有关规范、规程、交通部《公路沥青路面施工技术规范》（JTJF40-2004）及最新的试验研究成果，编制了《GTM沥青混合料施工技术指南》，以便在应用本项技术施工时使用，保证沥青路面质量。

本《指南》的主要内容包括：

GTM设计的热拌沥青混合料的材料技术指标、配合比设计、施工要求、质量控制要求及质量验收方法和标准等。

本《指南》未提到的技术要求，请参照沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）规定执行。

本《指南》由河北省交通勘察设计研究院负责解释。

本《指南》起草人：

王国清、王庆凯、王联芳、杜群乐、刘桂君、马立峰

由于时间仓促、水平所限，其中难免存在缺点和不足之处，各单位和个人对《施工技术指南》有任何意见或建议，可直接与编写组联系，以便及时核查修改。

（石家庄市桥西区振岗路120号，050091，联系电话：

0311-********，83805472）

1总则………………………………………………………………………………………3

2术语、符号、代号………………………………………………………………………4

2.1术语……………………………………………………………………………………4

2.2符号及代号……………………………………………………………………………4

3施工准备…………………………………………………………………………………6

4材料………………………………………………………………………………………7

4.1一般规定………………………………………………………………………………7

4.2粗集料…………………………………………………………………………………7

4.3细集料…………………………………………………………………………………9

4.4填料……………………………………………………………………………………11

4.5沥青……………………………………………………………………………………11

5配合比设计………………………………………………………………………………13

5.1设计原则………………………………………………………………………………13

5.2技术指标………………………………………………………………………………13

5.3矿料级配………………………………………………………………………………13

5.4GTM试验………………………………………………………………………………14

5.5性能检验………………………………………………………………………………16

5.6GTM试验方法配合比设计步骤………………………………………………………16

6施工工艺………………………………………………………………………………17

6.1沥青混合料的生产……………………………………………………………………17

6.2沥青混合料的运输……………………………………………………………………20

6.3沥青混合料的摊铺……………………………………………………………………20

6.4沥青混合料的碾压成型………………………………………………………………21

6.5接缝……………………………………………………………………………………22

6.6开放交通及其他………………………………………………………………………23

7透层油和粘层油…………………………………………………………………………23

7.1透层……………………………………………………………………………………23

7.2粘层……………………………………………………………………………………24

8质量管理和验收…………………………………………………………………………24

8.1一般规定………………………………………………………………………………24

8.2施工前的材料与设备检查……………………………………………………………24

8.3铺筑试验段……………………………………………………………………………25

8.4施工过程中的质量管理与检查………………………………………………………26

《指南》说明………………………………………………………………………………33

附录美国工程兵旋转压实剪切试验机试验原理………………………………………34

1总则

1.1.1为指导使用GTM设计方法的沥青路面施工，特制定本《指南》。

1.0.2本《指南》适用于GTM方法设计的各级新建及养护的沥青混合料施工。

1.0.3本《指南》规定了GTM设计的热拌沥青混合料路面的材料技术指标、配合比设计、施工要求、质量控制要求、透层、粘层施工及质量控制及验收方法和标准。

1.0.4GTM设计的沥青混合料路面施工必须有详细的施工组织计划。

1.0.5GTM设计的沥青混合料禁止在雨天和路面潮湿状态下施工。

1.0.6铺筑GTM设计的沥青混合料时，本标准没有特殊规定的，应该遵照交通部发布的行业标准《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）的规定执行。

2术语、符号、代号

2.1术语

2.1.1平衡状态（CompactionTerminatedatEquilibrium）

指GTM试验时，每旋转100次试件密度变化率为0.016g/cm3时的状态。

2.1.2设计压强（VerticalPressure）

GTM进行试验时设定的垂直压强。

2.1.3旋转剪切系数（GyratoryShearFactor，简称GSF）

GTM测定的混合料剪切强度与理论剪应力的比值。

2.1.4旋转稳定值（GyratoryStabilityIndex，简称GSI）

混合料试验成型过程中，最大角应变与最小角应变的比值，表征材料是否出现塑性。

2.1.5机器角（MachinaAngle/GyratoryAngle）

上滚轴和下滚轴的连线与角度传感器垂直时卡盘的倾斜角简称机器角；使用GTM设计沥青混合料，当采用油压表进行设计时，机器角应采用0.8o；采用气压表设计时，机器角宜采用2o。

2.1.6剪切强度（StaticShearStrength）

在一定的温度、剪切角及荷载作用下，材料抵抗剪切变形的能力。

2.1.7旋转压实指数（GyratoryCompactibilityIndex，简称GCI）

GTM试验时，试件在30转时密度与60转时密度的比值。

表征材料容易压实的程度，可以作为确定碾压工艺的参考。

2.2符号及代号

GTM美国工程兵旋转压实剪切试验机（GyratoryTestingMachine，简称GTM）

GSI旋转稳定值（GyratoryStabilityIndex）

GSF旋转剪切系数（GyratoryShearFactor）

GCI旋转压实指数（GyratoryCompactibilityIndex）

3施工准备

3.1路面基层应符合《沥青路面设计规范》和《公路路面基层施工技术规范》的规定。

3.2施工前应对各项原材料进场材料进行实地考察调研，分批分类进行抽检，以保证材料质量的均匀与稳定。

3.3施工前应对施工机具进行全面检查、维修、调试，以保证设备处于良好的状态，特别是拌和楼、摊铺机等设备的计量系统，必须进行调试和计量标定；对压路机的油路、水路和电路进行检查。

3.4各类施工机械宜有备用设备及配件以保证施工始终处于一个正常连续的作业状态，确保铺筑质量。

4材料

4.1一般规定

4.1.1沥青路面使用的各种材料运至现场后必须取样进行质量检验，经评定合格后方可使用，不得以供应商提供的检测报告或商检报告代替现场检测。

4.1.2采用SBS改性沥青时，宜采用成品改性沥青，同时应对基质沥青进行质量检验。

4.1.3集料选择应进行认真的料源调查，确定料源尽可能就地取材。

4.1.4高速公路沥青面层用粗集料必须由经过专业机构进行石质鉴定的采石场生产或施工单位自行生产，其生产能力、破碎工艺、筛孔配置应经监理或项目法人认可。

4.1.5集料粒径规格以方孔筛为准。

不同料源、品种、规格的集料不得混杂堆放。

4.2粗集料

4.2.1根据设计压强选择粗集料。

应选用坚硬、无风化、表面粗糙、洁净的石料。

其技术指标应满足表4.1要求。

对受热易变质的集料，宜采用经拌和机烘干后的集料进行检验。

粗集料质量技术要求表4.1

指标

单位

技术要求

试验方法

＞0.7MPa

≤0.7MPa

压碎值，不大于

%

23

25

T0316

洛杉矶磨耗损失，不大于

%

20

25

T0317

表观相对密度，不小于

—

2.60

2.50

T0304

吸水率

%

0.3~1.6

T0304

与沥青粘附性，不小于

%

4级

4级

T0616

坚固性，不大于

%

3

3

T0314

针片状含量（混合料），不大于

其中粒径大于9.5mm，不大于

其中粒径小于9.5mm，不大于

%

12

10

15

15

12

18

T0312

水洗法＜0.075mm颗粒含量，不大于

%

0.5

0.5

T0312

软石含量，不大于

%

1

2

T0310

磨光值，不小于

BPN

42

42

T0320

注：

1.高速公路、一级公路的中、下面层和二级或二级以下公路对磨耗值、磨光值指标可不作要求。

2.GTM设计的沥青混合料禁止使用多孔玄武岩。

4.2.2粗集料规格要求

各级配粗集料规格选用及砸石厂筛孔配置表4.2

集料

规格（mm）

31.5

~26.5

26.5

~16

16

~9.5

9.5~

4.75

26.5

~19

19

~16

16~

9.5

9.5~

4.75

19~

16

16~

13.2

13.2

~9.5

9.5~

4.75

砸石厂筛孔尺寸（mm）

40~

31

33~

20

20~

12

12~

6.0

31~

22

22~

19

19~

11

11~

6.0

22~

19

19~

16

16~

11

11~

6.0

注

AC30

AC25

AC20

续上表

集料规格（mm）

16~13.2

13.2~9.5

9.5~4.75

13.2~9.5

9.5~4.75

9.5~7.5

7.5~4.75

砸石厂筛孔尺寸（mm）

19~16

16~11

11~6.0

16~11

11~6.0

12~9

9~6.0

备注

AC16

AC13

AC10

4.2.3受条件限制采用酸性或中性石料作为粗集料时，为改善石料与沥青的粘附性或者沥青混合料的水稳性，应掺加2%的水泥或消石灰粉代替部分填料。

4.2.4新建高速公路或一级公路上面层沥青混凝土中4.75mm以上的矿料应采用硬质玄武岩、石灰岩等硬质石料。

4.3细集料

4.3.1沥青路面细集料可以采用机制砂、洁净的天然砂、石屑等。

4.3.2高速公路上面层细集料宜采用机制砂。

中、下面层细集料使用天然砂时，天然砂的用量不应超过矿料总量的10%，天然砂级配应满足表4.3要求。

沥青面层用天然砂级配表4.3

方孔筛

（mm）

通过各筛孔的质量百分率（%）

粗砂

中砂

细砂

9.5

100

100

100

4.75

90~100

90~100

90~100

2.36

65~95

75~90

85~100

1.18

35~65

50~90

75~100

0.6

15~30

30~60

60~84

0.3

5~20

8~30

15~45

0.15

0~10

0~10

0~10

0.075

0~5

0~5

0~5

4.3.3石屑应该清洁、干净，不得含有泥土杂质。

高速公路和一级公路的沥青混合料，宜将0~3mm细集料和3~5mm粗集料组合使用。

0~5mm细集料可在沥青稳定碎石及其他等级公路中使用。

石屑的级配应满足表4.4的级配范围要求。

石屑级配范围要求表4.4

通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）

公称粒径

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

0~5mm

100

90-100

60-90

40-75

20-55

7-40

4-20

0-10

0~3mm

100

80-100

50-80

25-50

10-30

4-15

0-8

4.3.4机制砂必须采用专用的制砂机生产，并采用优质的碱性石料为原料，其级配应符合表4.4中0~3mm的要求。

4.3.5细集料质量应该满足表4.5的质量要求。

细集料的洁净程度，天然砂以小于0.075mm含量的百分数表示，石屑和机制砂以砂当量（适用于0~4.75mm）或亚甲蓝值（适用于0~2.36mm或0.15mm）表示。

细集料质量要求表4.5

项目

单位

质量要求

试验方法

表观相对密度，不小于

—

2.50

T0328

坚固性（>0.3mm部分），不大于

％

5

T0340

含泥量（＜0.075mm的含量），不大于①

％

2

T0333

砂当量，不小于

％

65

T0334

亚甲蓝值，不大于

g/kg

25

T0349

棱角性（流动时间），不小于

s

25

T0345

注：

①含泥量指标仅针对天然砂

4.4填料

4.4.1填料必须采用洁净的碱性石料磨细的矿粉，为了增加沥青结合料与矿料之间的粘附性，宜掺加约2%的普通硅酸盐水泥或者消石灰粉替代部分填料，具体通过实验确定。

4.4.2矿粉应干燥、洁净、无结块，其质量应符合4.6要求。

矿粉的质量要求表4.6

指标

单位

技术要求

试验方法

表观密度不小于

t/m3

2.50

T0352

含水量不大于

%

1

T0103烘干法

<0.6mm

粒度范围<0.15mm

<0.075mm

%

100

90-100

75-100

T0351

外观

—

无团粒结块

目测

亲水系数不大于

—

0.8

T0353

塑性指数小于

—

4

T0354

加热安定性

—

实测记录

T0355

4.4.3填料应使用精加工矿粉，不允许使用回收矿粉。

4.5沥青

4.5.1高速公路的中、上面层宜采用改性沥青，下面层或沥青稳定基层宜采用道路石油沥青。

重交通或重载交通一级公路上面层应采用改性沥青。

一级以下公路采用重交道路石油沥青。

4.5.2道路石油沥青的技术标准应符合表4.7规定。

道路石油沥青技术要求表4.7

试验项目

技术要求

试验方法

50号

70号

90号

针入度（25℃,100g,5s）（0.1mm）

40-60

60-80

80-100

T0604

针入度指数PI

-1.5～1.0

T0604

动力粘度（60℃），不小于，（Pa·S）

200

180

160

T0620

延度（5cm/min,15℃），不小于（cm）

100

T0605

延度（5cm/min,10℃），不小于（cm）

15

20

20

T0605

软化点（R&B不小于（℃）

49

46

45

T0606

闪点（COC），不小于（℃）

260

T0611

含蜡量（蒸馏法），不大于（%）

2.2

T0615

密度（15℃）（g/cm3）

实测记录

T0603

溶解度（三氯乙烯），不小于（%）

99.5

T0607

TFOT（或RTFOT）后

质量变化，不大于（%）

±0.5

T0610

针入度比（%）

63

61

57

T0604

延度（15℃）（cm）

10

15

20

T0605

延度（10℃）（cm）

4

6

8

T0605

4.5.3根据河北省实际情况，改性沥青宜选择SBS改性沥青，基质沥青可以采用70号或90号沥青道路石油沥青。

基质沥青质量宜符合表4.7规定的技术指标的要求。

改性沥青质量应符合表4.8规定的技术指标的要求，根据实际情况选用。

SBS改性沥青技术要求表4.8

试验内容

技术指标

试验方法

I-C

I-D

针入度100g，5s，25℃（0.1mm）

60～80

40~60

T0604

针入度指数PI

≥-0.4

≥0

T0604

延度5℃，5cm/min，（cm）

≥30

≥20

T0605

软化点（℃）

≥65

≥70

T0606

运动粘度135℃（Pa·s）

≤2.5

≤3

T0625

闪点（℃）

≥230

≥230

T0611

溶解度（%）

≥99

≥99

T0607

贮存稳定性离析，163℃贮存48h后

顶部、底部软化点差（℃）

≤2.5

≤2.5

T0661

顶部、底部软化点平均值与原样沥青软化点差（℃）

≤8.0

≤8.0

—

弹性恢复25℃（%）

≥80

≥80

T0662

RTFOT后残留物

质量变化，不大于（%）

±0.4

±0.4

T0609

针入度比25℃（%）

≥65

≥65

T0604

延度5℃，5cm/min（cm）

≥20

≥15

T0605

4.5.4为促进沥青路面技术发展，鼓励采用不同改性剂和改性技术。

根据沥青混凝土性能要求和为降低工程造价，对高速公路中面层所用沥青改性时，经试验后可以选用天然沥青、橡胶粉及其它高性能材料做外掺剂。

5热拌沥青混合料的配合比设计

5.1GTM沥青混合料配合比设计原则

5.1.1GTM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。

对于高速公路和一级公路，设计压强可选用95％车辆最大接地压强；对于其它等级公路，可选用85％的车辆最大接地压强。

在缺少相关资料时，对于一般交通沥青路面，建议设计压强选用0.7Mpa；重载交通路段根据实际情况中、下面层的设计压强建议选用0.7Mpa~0.8Mpa，上面层建议选用0.8Mpa~1.0MPa，并且报主管部门同意。

重载交通是指设计交通量在1000万辆以上、混合交通中等货车比重在40%以上的路段以及长大坡度的路段按重载交通路段考虑。

5.1.2GTM设备具有油压表和气压表两种系统，当采用油压表系统时，机器角应采用0.8o；采用气压表系统时初始机器角宜采用2.0o。

5.1.3GTM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。

5.1.4沥青混合料的配合比设计，宜在对同类公路使用情况调查研究的基础上，选用符合要求的材料，充分利用成功经验，经配合比设计确定矿料级配和沥青用量。

5.1.5GTM设计沥青混合料配合比时，应采用GTM平衡状态时确定的最佳沥青用量和标准密度。

5.2技术指标

本《指南》采用GTM配合比设计方法，沥青混合料技术要求应符合表5.1的规定，并有良好的施工性能。

沥青混合料GTM试验配合比设计技术指标要求表5.1

试验项目

技术指标

稳定值GSI，不大于

1.05

旋转剪切系数GSF，不小于

1.3

密度

GTM实测

5.3矿料级配

一般情况下GTM方法采用连续密级配沥青混合料，对于作为抗滑表层间断型级配沥青混合料设计需要通过实验验证。

用GTM方法进行沥青混合料配合比设计时，应在表5.2、5.3范围内确定工程设计级配范围，通常情况下，工程设计级配范围不宜超出5.2和表5.3的要求。

密级配沥青混凝土矿料级配范围表5.2

筛孔直径（mm）

级配类型

AC-25

AC-20

AC-16

AC-13

AC-10

31.5

100

26.5

95-100

100

19

75-90

95-100

100

16

65-83

80-92

95-100

100

13.2

55-75

68-80

78-92

95-100

100

9.5

48-60

58-70

65-78

72-85

90-100

4.75

33-45

38-50

40-52

42-56

45-75

2.36

22-34

25-35

28-38

28-38

30-58

1.18

12-25

16-25

19-26

20-28

20-44

0.6

10-20

10-20

11-21

12-22

13-32

0.3

6-15

7-15

8-16

8-17

9-23

0.15

5-10

5-11

6-12

7-12

6-16

0.075

3-7

4-8

4-8

4-8

4-8

适用的层厚（mm）

60~100

50~80

40~60

35~40

25~35

密级配沥青稳定碎石混合料矿料级配范围表5.3

级配

类型

通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）

37.531.526.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075

ATB-30

10090-10070-9053-7244-6639-6031-5120-4015-3210-258-185-143-102-6

ATB-25

10090-10060-8048-6842-6232-5220-4015-3210-258-185-1