2）随油石比的变化，GTM试件密度、空隙率、矿料间隙率的变化类似于马歇尔方法。相同油石比时，GTM设计的沥青混凝土由于密度大，其空隙率和矿料间隙率比马歇尔法要低得多，这对提高路面水稳定性、耐久性是极为有利的。
3）随油石比的变化，GSF的变化与马歇尔稳定度类似，存在一个峰值或突变点。GSF的高低可评价级配抗剪强度的高低，它随油石比的变化情况又可评价级配抗剪强度变化的敏感性，当GSF随沥青用量的变化较平缓时，可以认为其抗剪强度对沥青用量较不敏感，具有较好的高温性能。
4）如果采用GTM试验结果来评价马歇尔法的设计效果，可以认为，各种混合料用马歇尔中轻交通标准进行设计时，所选定沥青用量都比用GTM0.7MPa压强确定的最大用油量高，表明会有出现车辙、泛油的可能。当按马歇尔重载交通标准设计时，仍未根本解决问题，且设计空隙率提高后对水稳定性不利，压实度应提高至99%才行。
表5 所选各级配沥青混合料两种成型方式下的毛体积密度差异
级配 编号 1 2 3 4 平均
3.5 3.36 2.75 2.84 2.60 2.89
不同油石比下GTM成型密度相对马歇尔击实的提高百分率/%
4.0 2.64 2.60 3.33 2.88 2.86
4.5 2.62 2.46 2.40 2.87 2.59
5.0 1.52 2.15 2.59 2.05 2.08
各油石比平均
2.54 2.49 2.79 2.60 2.60
2 基于GTM的抗车辙沥青混合料性能检验
2.1 高温稳定性
本次主要采用车辙试验对各沥青混凝土高温稳定性进行评价，试验方法按JTJ052-2000规定进行，试件尺寸为300mm×300mm×50mm，标准密度分别采用马歇尔试件密度及GTM试件密度，压实度按100%计，试验结果如表6所示。
表6 所选各级配沥青混合料车辙试验结果 级配编号
1
设计方法
马歇尔法 GTM法
2
马歇尔法 GTM法
3
马歇尔法 GTM法
4
马歇尔法 GTM法
中轻 重载 0.7MPa 中轻 重载 0.7MPa 中轻 重载 0.7MPa 中轻 重载 0.7MPa
试验温度/℃
60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60
试验压强/MPa
0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7
动稳定度/mm/次
1512 2080 3315 1632 2172 3480 1690 2356 3320 828 1940 3753
变形率/% 8.0 8.4 5.2 9.6 9.1 5.7 8.1 8.4 5.0 10.8 9.6 5.6
由表6可知:
1）不同级配的动稳定度并不是随粗集料含量增加而单调地增加，过细或过粗的级配都可能对高温稳定性产生不利影响。当采用重载交通设计时，车辙试验的动稳定度得到了提高。
6
2）GTM设计的混合料动稳定度比相应的马歇尔法基本都提高了一倍，有些甚至达到了改性沥青混合料的要求。另外，从车辙试验的总相对变形来看，GTM法基本上也比马歇尔法降低了一倍。
3）采用不同方法进行设计时，相同级配的沥青混合料可能会得到完全不同的高温性能：如对于所选的四种AC-16型混合料，当用马歇尔法进行设计时，4号级配高温性能是最差的，而用GTM法设计时，表现出了最好的高温性能。 2.2 水稳定性
目前，沥青混合料水稳定性评价方法中，与路面实际情况有较好相关性的是洛特曼冻融劈裂法。因此，本研究采用该方法对GTM与马歇尔两种方法所设计的混合料进行抗水稳定性评价和比较，试验结果如表7所示。
表7 所选各级配沥青混合料冻融劈裂试验结果 级配 编号 1 2 3 4 平均
未冻融组劈裂强度/MPa 马歇尔法 0.80 0.76 0.78 0.76 0.78
GTM法 0.99 1.02 0.91 0.94 0.97
提高率 23.8% 34.2% 16.7% 23.7% 24.6%
冻融组劈裂强度/MPa 马歇尔法 0.56 0.55 0.55 0.56 0.56
GTM法 0.75 0.77 0.66 0.73 0.73
提高率 33.9% 40.0% 20.0% 30.4% 31.1%
劈裂残留强度比/% 马歇尔法 70.1 72.4 71.0 73.7 71.8
GTM法 76.1 75.5 72.5 77.7 75.45
提高率 8.6% 4.3% 2.1% 5.4% 5.1%
由表7可知：
1）单从劈裂强度绝对值来看，GTM法设计的混合料比马歇尔法有明显的提高：冻融前AC16型劈裂强度平均提高了24.6%，而冻融后则分别提高了31.1%。
2）从冻融劈裂残留强度比来看，GTM法设计的混合料也比马歇尔法有所提高：AC16型混合料平均提高了5.1%。
综上所述可知，同样一种级配，由于油石比和压实后的空隙率不同，其抗水稳定性相差甚远。通常认为，在其它条件相同时，油石比越高或沥青膜越厚，沥青混合料的水稳定性就越好。而以上试验结果表明，同一种级配混合料，当采用GTM法设计时，最佳沥青含量虽然比马歇尔法有所减少，但因空隙率相对较小，其水稳定性反而有所提高。可见，空隙率对沥青混合料水稳定性的影响是较为明显的，而沥青膜厚度（或油石比高低）对水稳定性的影响，可能存在一个临界点，在该临界点以上，其对水稳定性影响低于空隙率的影响。
3 结 论
1) 对于相同配比的沥青混合料，GTM试件密度比马歇尔试件密度提高约1.52%～3.57%，且级配不一样，密度提高百分比也不一样；而同一级配油石比不同，两者密度则差异更大，且有随油石比增大而降低的趋势。因此，在用马歇尔法设计时，简单的靠降低油石比以适应重载交通条件的经验法就有很大局限性，也不能依靠在两者之间建立一个统一的换算关系来用马歇尔法取代GTM法。
2) 采用不同方法进行设计时，相同级配沥青混合料可能会得到完全不同的高温性能。尤其是进行较粗级配混合料设计时，必须在配合比设计上采取一些特殊措施，如适当增大设计空隙率或采用GTM法设计，以防止沥青用量选得过高，而降低其高温性能。
7
3) GTM法虽然成型方式模拟了现场实际，且设计性能指标（最终密度、GSF、GSI等）直接与路面的力学参数相挂钩，但其完全抛弃了经过多年实践经验总结出的沥青混合料体积指标，设计性能指标也只是经过理论推理得出，与实际情况尚存在一定差异；若将沥青混和料的GTM力学设计法和传统体积设计法结合起来，充分发挥两者的优点，设计出来的沥青混合料抗车辙性能比相应的马歇尔法基本都提高了一倍，而水稳定性也因空隙率的减小有所提高。
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附：
联系人：吴传海
通讯地址：广州市越秀区淘金东路85号1304，邮编：510095 联系电话：13822141956
第一作者简介：吴传海（1975.1），男，高级工程师，博士，主要从事路面结构与材料研究
基金项目：国家自然科学基金青年基金资助项目（51008132）；广东省交通运输厅科技项目（2003-12）
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基于GTM的抗车辙沥青混合料配合比设计方法
