閃長巖集料在高速公路瀝青路面抗滑層中的應用研究

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，且巖質參差不齊，因此，很難滿足大規模高速公路或高等級公路建設的需要。閃長巖集料的應用，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上，分析了其性能，并依托具體案例，對其應用效果進行了評價與研究。

關鍵詞：閃長巖集料;高速公路;抗滑層

中圖分類號：U416.217 文獻標識碼：A

0 引言

當前，高等級公路和路網工程建設規模宏大，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源，務必影響工程的順利建成，閃長巖集料的應用可有效解決此類問題。經試驗驗證，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量是可控的，且在實際工程中應用效果良好。

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。 閃長巖為致密狀構造，主要礦物斜長石具有硬度較大、強度較高的物理力學性質，化學性質也比較穩定。因此，閃長巖類集料具有較高的強度、較好的耐磨性能和抗磨光性能。也是《公路瀝青路面設計規范》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構構造，孔隙度較小，因而吸水率較小，一般小于1%。由于礦物構成不同，各種閃長巖的飽和抗壓強度也不相同，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型的表面層級配進行各種瀝青混合料的性能試驗。通過閃長巖AK-13型配合比設計，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%。試驗如下：

2.1 車轍試驗

車轍試驗的結果可知，閃長巖配制的改性瀝青AK-13A混合料的動穩定度能滿足《公路改性瀝青路面施工技術規范》（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混合料的動穩定度試驗結果相當。閃長巖配制的普通瀝青AK-13A混合料的動穩定度也能滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTJ032-94）不小于800次/mm的要求。

2.2 低溫彎曲試驗

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度、破壞應變及勁度模量的試驗結果。按照《公路改性瀝青路面施工技術規范》（JTJ036-98）的規定，低溫彎曲試驗破壞應變應不小于2 000次/mm。試驗結果表明，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。

2.3 浸水馬歇爾試驗

按《公路改性瀝青路面施工技術規范》（JTJ036-98）的規定，浸水馬歇爾試驗殘留穩定度應不小于80%。試驗結果表明，馬歇爾試驗的穩定度和浸水48 h穩定度都較高，閃長巖使用普通瀝青不摻抗剝落劑時殘留穩定度也能達到92.9%;使用改性瀝青后不摻抗剝落劑時殘留穩定度達到88%;閃長巖混合料在摻加抗剝落劑以后，普通瀝青AK-13A浸水馬歇爾試驗指標能達到95.8%，改性瀝青AK-13A浸水馬歇爾試驗指標能達到96%，與玄武巖浸水馬歇爾試驗指標相當。

2.4 凍融劈裂試驗

按《公路改性瀝青路面施工技術規范》（TJJ036-98）的規定，凍融劈裂試驗殘留強度比應不小于80%。試驗結果說明，混合料的凍融劈裂強度和未經凍融條件的劈裂強度值都較高，經受凍融循環的混合料劈裂強度降低很少，說明水穩定性很好。其中閃長巖使用普通瀝青不摻抗剝落劑的殘留強度比能達到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度比能達到88%，遠超過80%的要求。在摻抗剝落劑以后，普通瀝青混合料的殘留強度比TSR達到86.1%，大于75%的要求，改性瀝青混合料的殘留強度比TSR達到95.8%，遠大于80%的要求。閃長巖改性瀝青混合料的凍融劈裂試驗結果與玄武巖的凍融劈裂試驗結果相當。

3 工程概況

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

3.1 原材料準備

閃長巖集料試驗檢驗結果如表1、表2所示。

（1）細集料表觀密度、堅固性、砂當量、亞甲藍值、棱角性5項指標均符合《公路瀝青路面施工技術規范》中相應的技術要求。

（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項指標均符合《公路瀝青路面施工技術規范》）中的高速公路、一級公路相應氣候分區使用粗集料的技術要求，堿值為-0.44。

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

～250 MPa，本次閃長巖試驗結果為168 MPa，巖石抗壓強度達到了《公路工程石料試驗規程》中Ⅰ類巖漿類石料強度等級。

3.2 目標配合比設計

經過試配，SMA-13型瀝青試驗室目標配合比采用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。

按設計目標配合比級配，用搗實法測定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%。

根據所選擇的設計級配和初試油石比試驗的空隙率的結果，分別以5.12%、5.39%、5.66%和5.92%的油石比制作馬歇爾試件，按規定規程進行了SMA-13目標配合比馬歇爾最佳瀝青用量實驗;根據馬歇爾配合比設計技術要求和希望的設計空隙率為3%～4.5%和最小油石比等相關要求，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 試驗段施工結果及評價

通過試驗段鋪筑，按照公路瀝青路面施工技術規范的要求進行現場監控，全過程跟蹤檢測。各項檢測數據見表3。

試驗段鋪筑及檢測結果表明，閃長巖集料的檢測結果與其他項目中輝綠巖、玄武巖為集料的改性瀝青SMA-13面層檢測數據相當，有些路用檢測指標還優于以上集料的使用效果，尤其閃長巖集料路面構造深度等數據較為理想。通過觀察試驗段的外觀，提出以下幾個方面應加強：

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

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

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

由此可見，本項目通車以來，路面情況良好。實踐證明，通過嚴格的檢測和試驗，施工中注意控制細節，遵循規范，閃長巖在改性瀝青SMA-13面層中的應用，完全可以滿足施工規范要求，在經濟效益上也很顯著。

4 結束語

綜上所述，在國家倡導的“一帶一路”及“縣縣通高速”的發展戰略引領下，隨著國家基礎交通項目的建設力度加大，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度、磨光值高、黏附性好等優異特性，逐漸引起業內人士的重視，在路面工程施工中開始得到廣泛應用。

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