对马歇尔与GTM 沥青混合料配合比设计方法的比较

[摘 要] 针对当前工程技术规范中沥青混合料组成设计方法采用的马歇尔试验法，美国旋转试验机GTM模拟了路面现场压实及汽车轮胎与路面的相互作用，依据力学分析原理进行沥青混合料配比设计，确定的沥青混合料具有较好的抗高温能力。

[关键词] 沥青混合料；配合比设计；GTM

沥青混合料的设计是影响沥青路面施工质量与使用性能的一个技术关键，沥青混合料设计包括选择矿料种类、矿料级配、确定沥青用量和混合料密度以及期望达到的路用性能要求。沥青混合料设计方法中最为重要的是试验方法、评价指标和技术标准。下面仅对我国常用的马歇尔法和最近几年流行的GTM方法进行分析，并结合工程实践做GTM一些试验指标的对比。

1.马歇尔试验方法的缺陷

我国的马歇尔设计方法的具体步骤是：（1）试验选择符合技术要求的原材料。（2）根据混合料类型，选定矿质集料级配。(3) 选择沥青用量，制作五个马歇尔试件。（4）测定马歇尔试件的毛体积相对密度，计算试件的空隙率VV和VMA，根据VMA和VV计算沥青饱和度。（5）进行马歇尔试验，确定马歇尔稳定度和流值。（6）对比技术标准要求确定沥青用量范围。（7）设计最佳沥青用量OAC。（8）进行路用性能检验， 包括车辙试验、 浸水马歇尔试验。（9）若路用性能检验合格，则以上述混合料参数进行配比设计，否则应重新设计。

从以上马歇尔设计步骤可看出，该方法对混合料的、密度、空隙率、矿料间隙率等指标有明确的要求。可是，国内外的研究成果均表明，马歇尔试验方法与试验指标与实际路用性能指标有较大差异。首先，在试件成型方面，马歇尔方法锤击次数与路面成型时的压实功能和交通量大小都没有内在联系，马歇尔击锤的冲击力与车辆轮胎接地压强存在巨大差异，马歇尔试模对沥青混合料的约束条件也与实际路面材料的受力条件不同。

2.GTM 试验方法的原理及特点

GTM 是柔性路面在车辆荷载作用下的机械模拟,是把压实实验机、剪切实验机和车辆模拟机合并成一台沥青混合料成型机。GTM 根据汽车轮胎对路面的实际接触压强设定试验时的设计压强, 采用揉搓方法压实沥青混合料, 模拟了现场压实及汽车轮胎与路面的相互作用,试件在设计压强作用下被旋转压实到平衡状态,使沥青混合料密度达到汽车轮胎实际作用于路面时所产生的最终密度。

GTM 确定沥青混合料沥青用量的步骤为：（1）根据拟建公路汽车轮胎对路面的接触压强做为设计压强。（2）根据GTM 的工作压力，调整GTM 试验机机械角到所需角度。（3）根据经验选取5个不同的用油量进行试件成型到平衡状态。（4）根据不同用油量对应的 GSI、GSF、毛体积相对密度画出图形, 确定出初步用油量范围 ( GSI≤1.05 并且GSF≮1.3) 及相应毛体积相对密度。（5）综合考虑各因素确定油石比范围, 并取范围的中值为最佳油石比, 对应的毛体积相对密度为施工控制的标准密度。（6）对设计的沥青混合料进行高温稳定性及水稳定性等验证试验。从GTM 的设计原理和过程可知, 它是以防止混合料的最终塑性过大变形作为混合料设计的目标,

3.与马歇尔试验方法的试验数据对比分析

下面仅以承唐高速公路某试验段段的沥青混合料配合比设计为例对 GTM 和马歇尔试 验方法的有关数据进行对比分析。

沥青路面一般结构为:上面层4cm厚AC- 16I,中面层5cm厚AC- 20I,下面层 9cm 厚 AC- 25I, 沥青混合料矿料级配范围见表 1。下面层采用AH-70重交沥青,中、上面 层采用 SBS改性沥青,所用粗骨料为玄武岩，细集料全部采用石灰岩机制砂，沥青混合料配合比设计参数如下：GTM表面旋转垂直压强0.8 Mpa，旋转角度1.400；试件成型温度: 普通沥青140～145℃, 改性沥青160～165℃。 试件成型控制: 成型到极限平衡状态。采用同种材料相同级配分别用GTM和马歇尔试验方法对底、中、表面层进行对比试验的结果 。

从表中数据可以看出, 与马歇尔成型的试件相比, GTM设计的沥青混合料有油石比降低、密度增大的特点；数据显示底面层油石比减少0.8%， 密度增加2.76%；中面层油石比减少0.5%，密度增加2.99%；表面层油石比减少0.6%，密度增加3.45%。从车辙试验动稳定度来看,GTM方法比马歇尔方法设计的沥青混合料的高温稳定性更好。

采用GTM进行沥青混合料设计是把高温抗车辙性能作为主要控制指标的方法, 对于沥 青混合料的高温稳定性确实有重要意义，但GTM 设计方法对路面结构的耐久性、抗老化能 力和抗疲劳开裂能力的影响有待进一步研究与验证。马歇尔试验方法虽然和路面材料实际 路用性能有很大差异，但考虑我国的实际情况、经验与技术水平, 马歇尔试验方法仍是技术 规范规定的沥青混合料标准试验方法，这就要求在采用 GTM 等国外其他设计方法时要按规范规定的马歇尔方法进行高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、渗水系数等路用性能指标 的检验，以进一步提高沥青混合料配合比设计的实用性和科学性。

参考文献:

[1]天津市市政工程研究院.采用GTM的沥青混合料配合比设计方法研究[R].2002.

[2]沈金安.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].北京:人民交通出版社,2004.