閃長巖集料在高速公路瀝青路面抗滑層中的應(yīng)用研究

李呈明

摘 要：目前，我國高速公路瀝青混凝土上面層集料主要使用的是玄武巖集料，由于玄武巖資源分布不均，且?guī)r質(zhì)參差不齊，因此，很難滿足大規(guī)模高速公路或高等級公路建設(shè)的需要。閃長巖集料的應(yīng)用，可以很好地解決這一難題。為此，本文在全面了解閃長巖集料概述的基礎(chǔ)上，分析了其性能，并依托具體案例，對其應(yīng)用效果進(jìn)行了評價(jià)與研究。

關(guān)鍵詞：閃長巖集料;高速公路;抗滑層

中圖分類號：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

當(dāng)前，高等級公路和路網(wǎng)工程建設(shè)規(guī)模宏大，對瀝青混凝土上面層集料的需求量更大，如不能妥善及時解決好瀝青混凝土上面層集料的供應(yīng)源，務(wù)必影響工程的順利建成，閃長巖集料的應(yīng)用可有效解決此類問題。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，閃長巖作為高速公路瀝青路面抗滑層用集料是可行的，拌制的瀝青混合料質(zhì)量是可控的，且在實(shí)際工程中應(yīng)用效果良好。

1 閃長巖集料的概述

閃長巖類屬于中性侵入巖，SiO2含量52%～63%，為硅酸飽和或弱過飽和類火成巖。主要礦物為中性斜長石、角閃石，次要礦物有輝石、墨云母、石英、鉀長石及少量副礦物。 閃長巖為致密狀構(gòu)造，主要礦物斜長石具有硬度較大、強(qiáng)度較高的物理力學(xué)性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)也比較穩(wěn)定。因此，閃長巖類集料具有較高的強(qiáng)度、較好的耐磨性能和抗磨光性能。也是《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中提到的常用作高速公路、一級公路的瀝青表面層的抗滑、耐磨石料。

閃長巖密度是與其暗色礦物（角閃石、輝石）含量有關(guān)的，巖石的顏色越深，暗色礦物越多，密度就越大，角閃閃長巖的輝石閃長巖的密度已接近玄武巖的密度。此外，閃長巖一般具有較為致密均一的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，孔隙度較小，因而吸水率較小，一般小于1%。由于礦物構(gòu)成不同，各種閃長巖的飽和抗壓強(qiáng)度也不相同，如花崗閃長斑巖為188 MPa，角閃閃長巖為150 MPa。

2 閃長巖集料的性能分析

為了確認(rèn)閃長巖能否用于高速公路抗滑表層，對閃長巖AK-13A型的表面層級配進(jìn)行各種瀝青混合料的性能試驗(yàn)。通過閃長巖AK-13型配合比設(shè)計(jì)，瀝青均采用殼牌公司的SBS 改性瀝青，確定的最佳油石比為5.1%。試驗(yàn)如下：

2.1 車轍試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)的結(jié)果可知，閃長巖配制的改性瀝青AK-13A混合料的動穩(wěn)定度能滿足《公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ036-98）不小于2 500次/mm的要求，且與用玄武巖配制的改性瀝青AK-13A混合料的動穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)。閃長巖配制的普通瀝青AK-13A混合料的動穩(wěn)定度也能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ032-94）不小于800次/mm的要求。

2.2 低溫彎曲試驗(yàn)

在-10℃的低溫條件下，采用50 mm/min的加載速率，測定小梁度件的破壞強(qiáng)度、破壞應(yīng)變及勁度模量的試驗(yàn)結(jié)果。按照《公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ036-98）的規(guī)定，低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變應(yīng)不小于2 000次/mm。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用殼牌SBS改性瀝青，用閃長巖配制的AK-13A低溫彎曲變形相當(dāng)。

2.3 浸水馬歇爾試驗(yàn)

按《公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ036-98）的規(guī)定，浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度應(yīng)不小于80%。試驗(yàn)結(jié)果表明，馬歇爾試驗(yàn)的穩(wěn)定度和浸水48 h穩(wěn)定度都較高，閃長巖使用普通瀝青不摻抗剝落劑時殘留穩(wěn)定度也能達(dá)到92.9%;使用改性瀝青后不摻抗剝落劑時殘留穩(wěn)定度達(dá)到88%;閃長巖混合料在摻加抗剝落劑以后，普通瀝青AK-13A浸水馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)能達(dá)到95.8%，改性瀝青AK-13A浸水馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)能達(dá)到96%，與玄武巖浸水馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)相當(dāng)。

2.4 凍融劈裂試驗(yàn)

按《公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（TJJ036-98）的規(guī)定，凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比應(yīng)不小于80%。試驗(yàn)結(jié)果說明，混合料的凍融劈裂強(qiáng)度和未經(jīng)凍融條件的劈裂強(qiáng)度值都較高，經(jīng)受凍融循環(huán)的混合料劈裂強(qiáng)度降低很少，說明水穩(wěn)定性很好。其中閃長巖使用普通瀝青不摻抗剝落劑的殘留強(qiáng)度比能達(dá)到83.3%，超過75%的要求，閃長巖使用改性瀝青后不摻抗剝落劑的殘留強(qiáng)度比能達(dá)到88%，遠(yuǎn)超過80%的要求。在摻抗剝落劑以后，普通瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比TSR達(dá)到86.1%，大于75%的要求，改性瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比TSR達(dá)到95.8%，遠(yuǎn)大于80%的要求。閃長巖改性瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果與玄武巖的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)。

3 工程概況

某高速公路全長42.767 km，雙向六車道，設(shè)計(jì)車速為120 km/h。路面工程分為兩個施工標(biāo)段，本次瀝青混合料應(yīng)用研究跟蹤路段為路面1標(biāo)。按照設(shè)計(jì)文件，該高速公路瀝青路面按照交通等級為“重交通”進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用閃長巖應(yīng)用于改性瀝青SMA-13面層作為抗滑層。該方案提出后，業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理非常重視和謹(jǐn)慎，針對該意見，專門召開了瀝青SMA面層集料選用專家研討會，最終認(rèn)為閃長巖可以作為改性瀝青SMA-13面層集料。

3.1 原材料準(zhǔn)備

閃長巖集料試驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。

（1）細(xì)集料表觀密度、堅(jiān)固性、砂當(dāng)量、亞甲藍(lán)值、棱角性5項(xiàng)指標(biāo)均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中相應(yīng)的技術(shù)要求。

（2）粗集料壓碎值、洛杉磯磨耗損失、表觀相對密度、吸水率、堅(jiān)固性、針片狀顆粒含量、含泥量、軟石含量、粗集料與瀝青的粘附性、磨光值10項(xiàng)指標(biāo)均符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》）中的高速公路、一級公路相應(yīng)氣候分區(qū)使用粗集料的技術(shù)要求，堿值為-0.44。

（3）通常輝綠巖抗壓強(qiáng)度為180 MPa～300 MPa，安山巖抗壓強(qiáng)度為100 MPa～250 MPa，花崗巖抗壓強(qiáng)度為100 MPa

～250 MPa，本次閃長巖試驗(yàn)結(jié)果為168 MPa，巖石抗壓強(qiáng)度達(dá)到了《公路工程石料試驗(yàn)規(guī)程》中Ⅰ類巖漿類石料強(qiáng)度等級。

3.2 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

經(jīng)過試配，SMA-13型瀝青試驗(yàn)室目標(biāo)配合比采用10 mm

～15 mm碎石∶5 mm～10 mm碎石∶0 mm～5 mm碎石∶礦粉=48∶29∶14.5∶8.5。

按設(shè)計(jì)目標(biāo)配合比級配，用搗實(shí)法測定4.75 mm以上粗集料的松方毛體積相對密度γs=1.66，4.75 mm以上粗集料平均毛體積相對密度γc A=2.749，則粗集料的間隙率VCADRC=[1-γs/γc A]=39.6%。

根據(jù)所選擇的設(shè)計(jì)級配和初試油石比試驗(yàn)的空隙率的結(jié)果，分別以5.12%、5.39%、5.66%和5.92%的油石比制作馬歇爾試件，按規(guī)定規(guī)程進(jìn)行了SMA-13目標(biāo)配合比馬歇爾最佳瀝青用量實(shí)驗(yàn);根據(jù)馬歇爾配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求和希望的設(shè)計(jì)空隙率為3%～4.5%和最小油石比等相關(guān)要求，因此，初步確定SMA-13瀝青混合料改性瀝青油石比為5.9%（瀝青用量為5.6%）。

3.3 試驗(yàn)段施工結(jié)果及評價(jià)

通過試驗(yàn)段鋪筑，按照公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，全過程跟蹤檢測。各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)見表3。

試驗(yàn)段鋪筑及檢測結(jié)果表明，閃長巖集料的檢測結(jié)果與其他項(xiàng)目中輝綠巖、玄武巖為集料的改性瀝青SMA-13面層檢測數(shù)據(jù)相當(dāng)，有些路用檢測指標(biāo)還優(yōu)于以上集料的使用效果，尤其閃長巖集料路面構(gòu)造深度等數(shù)據(jù)較為理想。通過觀察試驗(yàn)段的外觀，提出以下幾個方面應(yīng)加強(qiáng)：

（1）油石比和外加劑木質(zhì)纖維在拌合時一定按要求控制好比例，保持干燥并使用機(jī)械添加，攪拌均勻。

（2）根據(jù)原材料的情況，注意配合比的微調(diào)，使壓實(shí)后粗骨料達(dá)到嵌擠的效果，避免出現(xiàn)懸浮狀態(tài)，拌合和攤鋪時保持均勻。

（3）生產(chǎn)中石場盡量增加改進(jìn)措施：1）增加表層風(fēng)化層清除范圍和深度;2）在第二道破碎機(jī)后安裝10 mm篩孔振動篩，對粒徑小于10 mm的顆粒單獨(dú)篩除，減少雜質(zhì)和薄弱礦物成分混入細(xì)集料中;3）加裝整形機(jī)，改善粗集料的顆粒性狀;4）加裝干式除塵器，解決因使用整形機(jī)后0.075 mm以下顆粒含量過高的問題。

由此可見，本項(xiàng)目通車以來，路面情況良好。實(shí)踐證明，通過嚴(yán)格的檢測和試驗(yàn)，施工中注意控制細(xì)節(jié)，遵循規(guī)范，閃長巖在改性瀝青SMA-13面層中的應(yīng)用，完全可以滿足施工規(guī)范要求，在經(jīng)濟(jì)效益上也很顯著。

4 結(jié)束語

綜上所述，在國家倡導(dǎo)的“一帶一路”及“縣縣通高速”的發(fā)展戰(zhàn)略引領(lǐng)下，隨著國家基礎(chǔ)交通項(xiàng)目的建設(shè)力度加大，輝綠巖和玄武巖集料用量激增，已無法滿足目前的需要，急需尋找可用于瀝青上面層的第3種材料。其中，閃長巖因其具有較高的強(qiáng)度、磨光值高、黏附性好等優(yōu)異特性，逐漸引起業(yè)內(nèi)人士的重視，在路面工程施工中開始得到廣泛應(yīng)用。

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