GTM胶粉沥青砼路面施工工法初稿.docx
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GTM胶粉沥青砼路面施工工法初稿
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
5.2配合比设计流程
配合比设计流程图见图2。
合格
合格
5.3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;
级配类型
AC-25
AC-20
AC-13
最低油石比%
4.2
4.5
5.1
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/mm
2800
T0719
低温弯曲,不小于
με
2500
T0728
冻融劈裂试验残留强度比,不小于
%
80
T0729
残留稳定度
%
85
渗水系数不大于
ml/min
120
T0791
剪切强度②,不小于
MPa
0.30
GTM
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
60
5.3.4、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℃~175℃之间。
5.3.4.4、摊铺速度及初步振捣夯实方法
摊铺机选择摊铺速度为2~2.5m/min,做到缓慢均匀,不间断地摊铺,摊铺机就位后,ABG摊铺机用液化气、LTU90SC摊铺机采用电加热先预热40~50分钟,使熨平板温度达到100℃以上;开始摊铺后,有专人检查厚度及平整度,为使振夯频率与振幅相配套,使摊铺面层有足够的初始强度,确定夯锤3级。
5.3.4.5、消除铺面离析的技术
做好摊铺机熨平板的预热,达到一定温度后再开始摊铺,并在熨平板底抹植物油,使熨平板底不毛糙。
摊铺机调整到最佳工作状态,调好螺旋布料器两端的自动料位器,使料门开度、链板送料器的速度和螺旋布料器的转速相匹配,螺旋布料器内混合料表面略高于螺旋布料器2/3为度,使熨平板的挡板前混合料的高度在全宽范围内保持一致,避免摊铺层出现离析现象。
在摊铺过程中保持匀速前进,尽量减少收斗次数,缩短收斗时间,避免摊铺收斗离析现象。
5.3.5、沥青混合料的压实工艺
胶粉改性沥青砼对温度特别敏感,如碾压过慢,胶粉沥青温度下降,压实就很困难,故采用的压实方案为:
初压采用2台双钢轮压路机并排按照两台摊铺机摊铺宽度紧跟摊铺机由路肩向中分带处进行碾压,碾压遍数均为2遍,压路机碾压采用前进振动、后退振动,坚持“高频、低幅、及时碾压”的原则,速度为1.5~2Km/h;复压采用2台胶轮压路机并排紧跟初压的双钢轮压路机,碾压遍数均为2遍,速度为3.5~4.5Km/h;终压采用1台双钢轮压路机静压1遍,速度为2.5~3.5km/h。
沥青混合料压实方案表(每台摊铺机)表3
组合
组合方式及遍数
碾压速度
初压
2台钢轮压路机并排振动各2遍
1.5~2km/h
复压
2台26t胶轮压路机并排碾压各2遍
3.5~4.5km/h
终压
1台钢轮压路机收光1遍
2.5~3.5km/h
初压温度均在160℃以上,复压温度均在140℃以上,碾压终了温度均不低于120℃。
5.3.6、沥青混凝土面层松铺系数
通过对试铺前下承层测点的高程,摊铺后同一测点的高程,以及碾压结束后同一测点高程的检测计算,反复进行了比对校核,实测松铺系数为1.2。
5.3.7、施工缝处理方法
5.3.7.1、纵向施工缝采用热接缝,在前部摊铺机已摊铺混合料部分留下10-20cm宽暂不碾压,作为后铺部分的高程基准面,并有10cm左右的摊铺层重叠,以热接缝形式在最后作跨接缝碾压以消除缝迹。
5.3.7.2、横向施工缝采用平接缝,切缝时间在混合料摊铺碾压结束尚未完全冷却硬化之前进行。
用三米直尺沿纵向位置,在摊铺段端部的直尺呈悬臂状态,以摊铺层与直尺脱离接触定出接缝位置,用人工刨齐,形成垂直的接缝面,并用沥青涂抹,待下次施工时用压路机进行横向碾压。
碾压时压路机位于已压实的路面上,错过新铺层15cm左右,然后每压一遍,向新铺层移动20cm左右,直至全部在新铺层上,再改为纵向碾压。
横缝处要求横向接缝平顺、紧密。
6.材料与设备
采用成品胶粉改性沥青,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。
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。
6.1粗集料
6.1.1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要求。
6.1.2新建高等级公路上面层沥青混凝土中4.75mm以上的矿料,上面层采用硬质玄武岩,下面层采用硬质石灰岩等石料。
粗集料质量技术要求表4
指标
单位
技术要求
试验方法
表面层
其他层次
压碎值,不大于
%
26
28
T0316
洛杉矶磨耗损失,不大于
%
28
30
T0317
表观相对密度,不小于
—
2.60
2.50
T0304
吸水率
%
2.0~3.0
T0304
与沥青粘附性,不小于
%
5级
4级
T0616
坚固性,不大于
%
12
12
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
%
15
12
18
18
15
20
T0312
水洗法<0.075mm颗粒含量,不大于
%
1
1
T0310
软石含量,不大于
%
3
5
T0320
磨光值,不小于
BPN
42
42
T0321
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。
6.2细集料
6.2.1沥青路面细集料可以采用机制砂、洁净的天然砂、石屑等。
6.2.2高等级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%。
6.2.3石屑应该清洁、干净,不得含有泥土杂质。
高等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5的级配范围要求。
石屑级配范围要求表5
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
25-60
8-45
0-25
0-15
6.2.4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5中0~3mm公称粒径的要求。
6.2.5细集料质量应该满足表6的质量要求。
细集料的洁净程度,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6
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
%
12
T0340
含泥量(<0.075mm的含量),不大于①
%
3
T0333
砂当量,不小于
%
60
T0334
亚甲蓝值,不大于
g/kg
25
T0349
棱角性(流动时间),不小于
s
30
T0345
注:
①含泥量指标仅针对天然砂
6.3填料
6.3.1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。
填料应使用精加工矿粉,不允许使用回收矿粉。
6.3.2矿粉应干燥、洁净、无结块,其质量应符合表7要求。
矿粉的质量要求表7
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
—
1
T0353
塑性指数小于
—
4
T0354
加热安定性
—
实测记录
T0355
6.4沥青
6.4.1改造公路的下、上面层均采用胶粉改性沥青,根据安徽省实际情况,胶粉改性沥青宜选择CRM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。
改性沥青质量应符合表8规定的技术指标的要求,根据实际情况选用。
胶粉改性沥青技术要求表8
检测项目
单位
胶粉改性
沥青技术要求
试验方法
针入度(25℃,100g,5s)
0.1mm
40~60
T0604—2000
软化点(环球法)
℃
≥55
T0606—2000
运动粘度(175℃)
Pa.s
1-4
T0625—2000
延度(5cm/min,5℃)
cm
≥10
T0605—1993
离析(48h软化点差)
℃
不大于2.5
T0661—2000
闪点
℃
≥230
T0611—1993
弹性恢复(25℃)
%
≥70
T0662—2000
TFOT后
残留物
质量损失
%
≤1.0
T0609—1993
针入度比
%
≥60
T0604—2000
延度(5℃)
cm
≥5
T0605—1993
6.4.2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胶粉沥青改性时,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。
6.5、机械设备和劳动力组织
6.5.1.使用的主要机械设备和数量见下表:
主要机械设备表表9
名称
单位
型号
规格
数量
状况
沥青拌和机
套
DG-4000S
320t/h
1
完好
摊铺机
套
ABG423(内侧)
LTU90SC(外侧)
宽度12m
9m
各1
完好
装载机
台
ZL50
3
完好
自卸车
台
东风
18T
10
完好
双钢轮压路机
台
YZC13
13T
3
完好
胶轮压路机
台
LTP2030
30T
2
完好
振动平板夯
台
HZR-22B
1
完好
手动森林灭火器
个
6
完好
2.劳动力组织见下表
劳动力组织表表10
序号
工种名称
人数
职责
1
项目经理
1
全面管理
2
技术负责人
2
负责施工技术管理
3
质量检测员
3
负责质量检测工作
4
试验员
3
负责试验检测工作
5
测量员
3
负责施工测量放样工作
6
沥青拌和站操作手
4
负责沥青混合料的生产工作
7
装载机司机
4
负责搅拌站上料
8
自卸车司机
20
负责沥青混合料运输
9
摊铺机司机
4
负责沥青混合料摊铺
10
压路机司机
12
负责沥青混合料碾压
11
电工
2
负责现场用电
12
辅助工人
20
现场清理、辅助沥青料摊铺碾压等
7.质量控制
7.1本工法执行的标准
本工法执行的标准表11
序号
规范名称
标准号
1
《公路工程技术标准》
JTGB01-2003
2
《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》
JTJ052-2000
3
《公路工程集料试验规程》
JTGE42-2005
4
《公路路面基层施工技术规范》
JTJ034-2000
5
《公路沥青路面施工技术规范》
JTGF40-2004
6
《公路改性沥青路面施工技术规范》
JTJ036-98
7
《公路工程质量检验评定标准第一册》(土建工程)
JTGF80/1-2004
8
《天津市废轮胎胶粉改性沥青路面技术规程》
J10732—2006
9
《北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南》(试行)
7.2材料质量检查项目和频率应符合表12。
施工过程中材料质量检查的内容和要求 表12
材料
检查项目
检查频度
平行试验次数或
一次试验的试样数
粗集料
外观(石料品种,含泥量等)
针片状颗粒含量、
颗粒组成(筛分)
压碎值
磨光值
洛杉矶磨耗损失
含水量
随时
随时
必要时
必要时
必要时
必要时
必要时
—
3
2
2
4
2
2
细集料
颗粒组成
砂当量
含水量
松方单位重
随时
必要时
必要时
必要时
2
2
2
2
矿粉
外观
<0.075mm含量
含水量
随时
必要时
必要时
—
2
2
改性沥青
针入度
软化点
离析试验(成品改性沥青)
低温延度
弹性
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- GTM 沥青 路面 施工 初稿