GTM特点及工程.doc

1. GTM设计方法简介 GTM（Gyratory Testing Machine）旋转试验机是美国工程兵团(U.S. Army Corps of Engineers)在60年代首先以推理的方法发明的路面材料试验机，后来美国空军为解决重型轰炸机跑道容易破损的问题，又专门组织人员对GTM进行了研究开发.。 GTM把混合料成型压实实验机、力学剪切实验机和车辆模拟机合并成为了一台实验机，一旦试件成型完毕，根本不用进行另外的强度试验即可得到混合料的设计密度和沥青用量，所以GTM具有设计周期短、设计成本较低的特点。GTM采用了和应力有关的推理方法进行混合料的力学分析和设计，克服了马歇尔等经验方法的不足。GTM方法可较真实地模拟实际路面材料的受力状况以及预测材料到服务期限末的应力应变力学性质，从而避免了路面材料的早期破坏。GTM成型试件的原理与Superpave的旋转压实机（SGC）基本相同，可模拟路面碾压成型阶段，混合料所受到的碾压、揉搓作用，还可根据路面所承受的轮胎接地压强设定垂直压力，也可变化对试件的揉搓旋转角度。GTM除了能设计沥青混合料外，还可用于基层、土基的材料组成设计。 GTM是通过搓揉、旋转来压实制作试件，工程技术人员已经证实通过这种方法制作的试件的应力——应变特性对于实际柔性路面结构具有很好的代表性。 L N b W N SG*A F W h F O 滚轮 夹具 ( L N 旋转角传感器 ( 机器角 N GTM的部件与原理图 GTM的结构组成部件与工作原理如上图所示。 GTM成型试验的目的还在于即平衡状态，GTM成型试件时，有效模拟了路面行车荷载作用下沥青混合料的最终压实状态；即在规定的机械旋转角度和设定垂直压力下沥青混合料试件被不断揉搓、剪切、压实，直到平衡状态（指每旋转100次试件的密度变化率为0.016g/cm3）。在试件成型过程中，GTM能自动采集试件的应力、应变数据，并显示抗剪强度变化曲线。 试件的应变特性是用旋转稳定系数GSI来表示的。GSI是试验结束时的机器角与压实过程中的最小机器角的比值，是表征试件受剪应力作用的变形稳定程度参数。GSI接近于1.0时所对应的沥青用量为混合料的最大沥青用量。 试件成型过程中的强度特性是用抗剪强度安全系数GSF来表示的。GSF是事件成型后由设备检测到的事件抗剪强度与实际路面在设定的垂直荷载下的最大剪应力之比值，表征了所设计混合料的抗剪强度安全程度，因此，设计中要求GSF必须大于或等于1.0。 试验中需变化沥青用量分别进行GTM压实试验，然后绘制混合料密度、GSI、GSF与沥青用量的关系曲线，以确定混合料的最大沥青用量和指导施工的混合料控制密度。另外，GTM还可提供试件的静态剪切模量，抗压模量等。同时GTM还可对路面的取样进行试验，以此来确定未来某时在已知轮胎与路面接触压力的交通量作用下，是否会造成由于混合料的不断密实而使塑性过大，是否会对路面造成破坏。 其实沥青混合料的设计就是选择材料、确定级配、确定沥青用量、确定混合料成型密度，而这些又是相互影响相互制约的。材料的性质决定了集料的级配组成，即对某一种特定的材料和已确定的使用环境，其最优配比只有一个。可遗憾的是，往往在工程实践中对集料的级配组成重视不够，很少对级配进行细致研究，而是采用规范规定的级配范围中值进行配制。对于确定的矿质集料级配，不同的试验方法（压实方法、压实功能）、试验评价指标（体积参数，性能指标等）又决定了混合料的密度和沥青用量大小。因此，对沥青混合料的设计应该是对多方面的影响因素给予统筹兼顾后得到的条件最优配比。 合理的沥青混合料设计方法至少要考虑以下几个方面： （1）沥青混合料的成型方式要最大限度的模拟路面实际成型过程，当配合比一定时，试件成型方式决定了混合料的结构，而结构又决定了试件的物理、力学性质，进而决定了优化配比的取舍。 （2）沥青混合料设计指标应与沥青路面的工作特性有一定的联系，鉴于沥青混合料材料性质的复杂性，用简单的静力学指标无法准确描述它的粘弹塑性；再由于沥青路面所受的外力作用和环境影响更为复杂，就目前的技术水平，尚无法建立材料性能指标与路