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【摘 要】对GTM法设计原理及特点进行简要分析，以江肇高速铺筑普通沥青混合料为基础，详细论述了用美国工程兵旋转压实试验机（GTM）进行沥青混合料配合比设计的方法及施工工艺等技术问题。
【关键词】GTM法 普通沥青混合料 江肇高速 应用研究
改性沥青及其混合料的研究与应用，为提高沥青路面的路用性能发挥了巨大作用。但是，随着国民经济的发展，交通量增长迅速，重载、超载现象变得越来越严重，即便使用了改性沥青，路面仍然出现了早期破坏。尽管造成沥青路面出现过早破坏的因素多而复杂，但在特定的条件下，其关键因素则是沥青混合料的材料组成设计和路面施工工艺。然而我国普遍采用的马歇尔法与路面实际施工与使用性能相关性较差，即便是使用了改性沥青，也很难适应重载交通沥青路面的路用性能要求。
基于此，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。
本文在对GTM法原理和设计原则进行了分析的基础上，结合江肇高速试验路，详细阐述了GTM 法沥青混合料配合比设计，并对改性沥青混合料施工工艺等技术进行了研究。
一、GTM法简介
美国工程兵旋转压实剪切试验机（简称GTM）是美国工程兵团在上世纪60年代发明的，于1978年列入美国ASTM规范，并在2003年进行了修订，我国也于2011年将该试验方法列入沥青与沥青混合料试验规程。GTM法以力学推理的方法，利用应力应变原理进行沥青混合料配合比设计，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。显然，其优点在于它最大限度地模拟了汽车对路面的实际作用情况，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。
GTM在確定最佳沥青用量时，根据不同用油量的试验结果，绘出用油量与试验结果的关系曲线，来决定沥青混合料的设计密度及最佳沥青用量；GTM确定最佳沥青用量有三个指标：旋转稳定值GSI、抗剪安全系数GSF和密度。
二、工程简介
江肇高速公路试验段沥青路面结构为： 上面层5cmAC-16C ， 中面层6cmAC- 20C，下面层11cm ATB-25。组成设计采用GTM方法，上面层采用AH-70重交沥青，中面层和下面层均采用AH-50重交沥青。
试验路各层所用的粗集料均为龙兴石场生产的花岗岩碎石，细集料为龙兴石场生产的花岗岩石屑，矿粉选用佛山市三水生产的石灰石矿粉，抗剥落剂为罗定市苹塘镇的水泥。
三、配合比设计
（一）设计原则
1.技术指标
采用GTM法进行配合比设计时，上面层设计压强为0.8MPa，中、下面层为0.7MPa。试验技术指标应符合表3-1要求。对于普通沥青混合料，计算空隙率的最大理论密度应采用真空法实测。
2.性能检验
在采用GTM法确定试验路各层沥青混合料最佳沥青用量后，应再根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的规定进行混合料性能检验，各项指标应符合表3-2中相应要求。
（二）目标配合比设计
1.首先计算出各种规格矿料的掺配比例，合成符合表3-3要求的混合料。
2.选择5组不同的油石比（间隔0.3或0.4%），在GTM方法的设计原则下用GTM方法成型试件，记录GSI值和GSF值。然后测定不同油石比混合料的毛体积相对密度，计算出混合料的空隙率VV、矿料间隙率VMA和沥青饱和度VFA等物理指标。
3.根据GTM设计指标确定油石比范围及最佳油石比，并符合表3-2的要求。
（三）生产配合比设计
1.根据目标配合比设计的各种矿料掺配比例确定各冷料仓的供料比例和进料速度。
2.选择三组不同的油石比（间隔0.3%），依据GTM方法进行生产配合比设计，确定生产配合比最佳沥青用量，并确定相应混合料毛体积相对密度作为施工控制用标准密度。
江肇高速试验段GTM设计的各层沥青混合料试验结果见表3-4。
四、施工工艺
（一）混合料的拌和
1.在正式拌制混合料前，对拌和机进行生产配合比调试，确定各热料仓的配合比例关系，同时应保证热料仓供料均匀，以不溢料、不等料为宜。
2.每锅拌和时间为40s～60s，其中干拌时间不少于5s，沥青的加热温度、矿料加热温度、沥青混合料的出厂温度见表4-1。
（二）混合料的运输
1.运输车的车箱必须每次运输前将沥青混合料清理干净，然后在车箱内侧均匀地涂刷一薄层油水（柴油与水的比例为1：3），不得残留油液。
2.为了避免混合料温度过快降低和灰尘污染，运输前应用耐热的布覆盖混合料。
3.为保证混合料不发生离析现象，每从料仓卸一次混合料应挪动一下车的位置，采取前后中的三次装料方式。
（三）混合料的摊铺
1.根据试验路的结果，应采用两台摊铺机错开成梯队同时摊铺，表面层松铺系数为1.16，中面层松铺系数为1.17，下面层松铺系数为1.19。
2.每次摊铺前应检查机器确认正常后就位加热，熨平板温度预热至80℃～120℃，预热时间不得少于20min。
3.摊铺速度一般为：表面层2.5m/min～3m/min；中面层2m/min～ 2.5m/min；下面层2m/min～3m/min。
（四）混合料的碾压成型
1.GTM设计的沥青混合料路面碾压，要求配置不少于6台性能良好的压路机，其中应至少有三台大于30吨的胶轮压路机及三台自重大于12吨的双钢轮振动压路机。
2.GTM设计的沥青混合料（普通沥青）宜采用轮胎压路机初压，为防止出现粘轮现象，可以在轮胎上少量涂抹植物油，待轮胎发热后粘轮现象可以消除。 3.GTM设计的沥青混凝土应该遵循“高温、紧跟、慢压、强震、高频、低幅”的原则进行碾压。没有严格意义上的碾压遍数，只要温度允许，就应该不停地碾压，也称之为“模糊碾压”，碾压过程中要充分发挥轮胎压路机的“揉搓碾压”功能。
4.碾压过程中，应采用无核密度仪随时对路面压实度进行检测（由课题组实施），当按预定压实工艺不能达到压实度要求时，应及时调整压实工艺，如检测结果表明压实度仍不能达到要求时，应查明原因后才能进行下一步施工。
5.压路机不得停留在温度高70℃的已经压实但尚未完全冷却的路面上。
五、结语
当将GTM设计结果与马歇尔设计结果相比较时，便不自觉地会产生疑问：GTM设计的油石比小，是否会影响到混合料的耐久性？试件密度较大，现场压实水平能否达到规范要求？空隙率也比马歇尔设计方法小得多，會不会降低路面的高温稳定性，而出现车辙及泛油等现象呢？而产生这些疑问的根源是将马歇尔方法作为正确的标准来评价GTM方法设计结果。
客观的理解是，在设计理念及评价标准科学、合理的基础上，新的设计方法设计的混合料体积参数是多少就是多少，没有必要用设计理念不同的设计方法的标准去要求另一种方法。与马歇尔方法设计结果相比，GTM方法设计的沥青混合料虽然不满足体积参数的标准要求，但其高温抗车辙能力、低温抗裂能力、抗水破坏能力均优于马歇尔方法设计的沥青混合料。这也表明以体积参数作为评价标准来确定最佳沥青用量的设计理念确实值得再思考。
本项目交通量组成以重载交通为主，而肇庆地区属亚热带高温多雨地区，夏季温度高且持续时间长，故采用GTM设计方法，各层都使用普通沥青，沥青面层采用花岗岩碎石，经过了近一年的通车运营情况看，能较好地解决了夏季高温车辙、推移、拥包、水损坏等问题，取得了良好的效果。
参考文献：
[1] 吴传海.重载交通沥青路面车辙成因及混合料组成设计研究[D]. 西安：长安大学，2008.
[2] 陈长江.GTM设计的沥青混凝土高温稳定性能分析 [J]. 广东公路交通，2007（2），22-25.
[3] 艾长发.重载沥青路面结构分析与性能评价[D]. 成都：西南交通大学，2002.
[4]周卫峰.基于GTM的沥青混合料设计方法研究[D]. 西安：长安大学，2006.
[5] 张登良.沥青路面工程手册[M]. 北京：人民交通出版社.
[6] John L.McRae， George C.Downing.旋转试验机（GTM）操作手册[R]. 1996.
作者简介：
何永凯，男 ，1976年9月生，汉族，籍贯：广东海丰本科学历，路桥工程师。
李善强，男，1981年2月生，汉族，籍贯：山东临沭，长安大学道路与铁道工程专业在读博士，路面工程方向。
【关键词】GTM法 普通沥青混合料 江肇高速 应用研究
改性沥青及其混合料的研究与应用，为提高沥青路面的路用性能发挥了巨大作用。但是，随着国民经济的发展，交通量增长迅速，重载、超载现象变得越来越严重，即便使用了改性沥青，路面仍然出现了早期破坏。尽管造成沥青路面出现过早破坏的因素多而复杂，但在特定的条件下，其关键因素则是沥青混合料的材料组成设计和路面施工工艺。然而我国普遍采用的马歇尔法与路面实际施工与使用性能相关性较差，即便是使用了改性沥青，也很难适应重载交通沥青路面的路用性能要求。
基于此，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。
本文在对GTM法原理和设计原则进行了分析的基础上，结合江肇高速试验路，详细阐述了GTM 法沥青混合料配合比设计，并对改性沥青混合料施工工艺等技术进行了研究。
一、GTM法简介
美国工程兵旋转压实剪切试验机（简称GTM）是美国工程兵团在上世纪60年代发明的，于1978年列入美国ASTM规范，并在2003年进行了修订，我国也于2011年将该试验方法列入沥青与沥青混合料试验规程。GTM法以力学推理的方法，利用应力应变原理进行沥青混合料配合比设计，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。显然，其优点在于它最大限度地模拟了汽车对路面的实际作用情况，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。
GTM在確定最佳沥青用量时，根据不同用油量的试验结果，绘出用油量与试验结果的关系曲线，来决定沥青混合料的设计密度及最佳沥青用量；GTM确定最佳沥青用量有三个指标：旋转稳定值GSI、抗剪安全系数GSF和密度。
二、工程简介
江肇高速公路试验段沥青路面结构为： 上面层5cmAC-16C ， 中面层6cmAC- 20C，下面层11cm ATB-25。组成设计采用GTM方法，上面层采用AH-70重交沥青，中面层和下面层均采用AH-50重交沥青。
试验路各层所用的粗集料均为龙兴石场生产的花岗岩碎石，细集料为龙兴石场生产的花岗岩石屑，矿粉选用佛山市三水生产的石灰石矿粉，抗剥落剂为罗定市苹塘镇的水泥。
三、配合比设计
（一）设计原则
1.技术指标
采用GTM法进行配合比设计时，上面层设计压强为0.8MPa，中、下面层为0.7MPa。试验技术指标应符合表3-1要求。对于普通沥青混合料，计算空隙率的最大理论密度应采用真空法实测。
2.性能检验
在采用GTM法确定试验路各层沥青混合料最佳沥青用量后，应再根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的规定进行混合料性能检验，各项指标应符合表3-2中相应要求。
（二）目标配合比设计
1.首先计算出各种规格矿料的掺配比例，合成符合表3-3要求的混合料。
2.选择5组不同的油石比（间隔0.3或0.4%），在GTM方法的设计原则下用GTM方法成型试件，记录GSI值和GSF值。然后测定不同油石比混合料的毛体积相对密度，计算出混合料的空隙率VV、矿料间隙率VMA和沥青饱和度VFA等物理指标。
3.根据GTM设计指标确定油石比范围及最佳油石比，并符合表3-2的要求。
（三）生产配合比设计
1.根据目标配合比设计的各种矿料掺配比例确定各冷料仓的供料比例和进料速度。
2.选择三组不同的油石比（间隔0.3%），依据GTM方法进行生产配合比设计，确定生产配合比最佳沥青用量，并确定相应混合料毛体积相对密度作为施工控制用标准密度。
江肇高速试验段GTM设计的各层沥青混合料试验结果见表3-4。
四、施工工艺
（一）混合料的拌和
1.在正式拌制混合料前，对拌和机进行生产配合比调试，确定各热料仓的配合比例关系，同时应保证热料仓供料均匀，以不溢料、不等料为宜。
2.每锅拌和时间为40s～60s，其中干拌时间不少于5s，沥青的加热温度、矿料加热温度、沥青混合料的出厂温度见表4-1。
（二）混合料的运输
1.运输车的车箱必须每次运输前将沥青混合料清理干净，然后在车箱内侧均匀地涂刷一薄层油水（柴油与水的比例为1：3），不得残留油液。
2.为了避免混合料温度过快降低和灰尘污染，运输前应用耐热的布覆盖混合料。
3.为保证混合料不发生离析现象，每从料仓卸一次混合料应挪动一下车的位置，采取前后中的三次装料方式。
（三）混合料的摊铺
1.根据试验路的结果，应采用两台摊铺机错开成梯队同时摊铺，表面层松铺系数为1.16，中面层松铺系数为1.17，下面层松铺系数为1.19。
2.每次摊铺前应检查机器确认正常后就位加热，熨平板温度预热至80℃～120℃，预热时间不得少于20min。
3.摊铺速度一般为：表面层2.5m/min～3m/min；中面层2m/min～ 2.5m/min；下面层2m/min～3m/min。
（四）混合料的碾压成型
1.GTM设计的沥青混合料路面碾压，要求配置不少于6台性能良好的压路机，其中应至少有三台大于30吨的胶轮压路机及三台自重大于12吨的双钢轮振动压路机。
2.GTM设计的沥青混合料（普通沥青）宜采用轮胎压路机初压，为防止出现粘轮现象，可以在轮胎上少量涂抹植物油，待轮胎发热后粘轮现象可以消除。 3.GTM设计的沥青混凝土应该遵循“高温、紧跟、慢压、强震、高频、低幅”的原则进行碾压。没有严格意义上的碾压遍数，只要温度允许，就应该不停地碾压，也称之为“模糊碾压”，碾压过程中要充分发挥轮胎压路机的“揉搓碾压”功能。
4.碾压过程中，应采用无核密度仪随时对路面压实度进行检测（由课题组实施），当按预定压实工艺不能达到压实度要求时，应及时调整压实工艺，如检测结果表明压实度仍不能达到要求时，应查明原因后才能进行下一步施工。
5.压路机不得停留在温度高70℃的已经压实但尚未完全冷却的路面上。
五、结语
当将GTM设计结果与马歇尔设计结果相比较时，便不自觉地会产生疑问：GTM设计的油石比小，是否会影响到混合料的耐久性？试件密度较大，现场压实水平能否达到规范要求？空隙率也比马歇尔设计方法小得多，會不会降低路面的高温稳定性，而出现车辙及泛油等现象呢？而产生这些疑问的根源是将马歇尔方法作为正确的标准来评价GTM方法设计结果。
客观的理解是，在设计理念及评价标准科学、合理的基础上，新的设计方法设计的混合料体积参数是多少就是多少，没有必要用设计理念不同的设计方法的标准去要求另一种方法。与马歇尔方法设计结果相比，GTM方法设计的沥青混合料虽然不满足体积参数的标准要求，但其高温抗车辙能力、低温抗裂能力、抗水破坏能力均优于马歇尔方法设计的沥青混合料。这也表明以体积参数作为评价标准来确定最佳沥青用量的设计理念确实值得再思考。
本项目交通量组成以重载交通为主，而肇庆地区属亚热带高温多雨地区，夏季温度高且持续时间长，故采用GTM设计方法，各层都使用普通沥青，沥青面层采用花岗岩碎石，经过了近一年的通车运营情况看，能较好地解决了夏季高温车辙、推移、拥包、水损坏等问题，取得了良好的效果。
参考文献：
[1] 吴传海.重载交通沥青路面车辙成因及混合料组成设计研究[D]. 西安：长安大学，2008.
[2] 陈长江.GTM设计的沥青混凝土高温稳定性能分析 [J]. 广东公路交通，2007（2），22-25.
[3] 艾长发.重载沥青路面结构分析与性能评价[D]. 成都：西南交通大学，2002.
[4]周卫峰.基于GTM的沥青混合料设计方法研究[D]. 西安：长安大学，2006.
[5] 张登良.沥青路面工程手册[M]. 北京：人民交通出版社.
[6] John L.McRae， George C.Downing.旋转试验机（GTM）操作手册[R]. 1996.
作者简介：
何永凯，男 ，1976年9月生，汉族，籍贯：广东海丰本科学历，路桥工程师。
李善强，男，1981年2月生，汉族，籍贯：山东临沭，长安大学道路与铁道工程专业在读博士，路面工程方向。