浅析片麻岩集料在高速公路沥青混凝土路面中的应用

李欣佳

【摘要】随着我国交通事业的蓬勃发展，公路建设规模逐年扩大，尤其是高速公路建设，截止2014年底全国高速公路总里程已达到了11.2万公里，高速公路对高质量的沥青路面的需求量越来越大。但是目前高速公路普遍存在车辆超载严重，自然环境条件复杂等问题，沥青混凝土路面易出现早期破坏严重的现象，实际使用3～5年后均出现较大面积的损坏，路面的使用质量和使用寿命难以达到应有的水平。因此，笔者认为与工程环境相匹配的沥青混凝土路面材料选用和组成设计对路面的实际使用寿命尤为重要。下面文中笔者就片麻岩集料在高速公路沥青混凝土路面中的应用作出简要阐述。

【关键词】片麻岩集料；高速公路；沥青混凝土路面；

引言

随着我国高速公路的飞速发展，沥青混凝土路面以其良好的性能（如抗滑性好、噪声小、灰尘少等）被广泛应用于高速公路路面工程。

在高速公路建设过程中，为保证工程质量，通常采用玄武岩、石灰岩等优质石料作为沥青混凝土集料。石英砂岩、花岗岩、片麻岩等类酸性集料与沥青粘附性差，容易发生水损害，因此， 限制了其在沥青混凝土中的应用。但是，受工程所在地域的限制，在缺乏优质石料时，远距离外运集料，不仅将会增加工程建设成本，而且还会制约工程建设进度，带来运输安全隐患。解决这一问题的最好方法是充分利用工程所在地资源，在满足工程质量的同时降低工程造价。大庆至广州高速公路湖北省麻城至浠水段，该段位于湖北省东北部，路线呈北南走向，北起鄂豫交界处的周家湾，南止鄂东长江公路大桥北岸桥头，途经湖北麻城市、新洲区、团风县、黄州区、浠水县，路线大致与G106平行，是湖北省又一条贯通南北的运输大通道。该项目沿线地形、地质条件较为复杂，而过往车辆以货车为主，特重、超重车辆密度大，因而对路面的使用品质提出了更高的要求。为在设计上确保路面在设计年限内能满足足够的承载能力、耐久性、舒适性、安全性和经济性等要求，根据项目所在地的地理环境、气候、交通状况以及地材分布特点，我们对路面面层材料结构类型的选择、原材料优选和材料组成与结构设计进行了探讨和研究。通过调查研究，广泛收集地材信息，该地区在长期的地质演化中一直扮演着重要的角色，多次处于板块对接带，是片麻岩发育的有利部位。在湖北麻城地区，花岗质片麻岩的分布极为广泛，工程所属地质环境中片麻岩储量丰富，运输方便，具有重要的經济价值。但是，花岗质片麻岩在高速公路建设中没有得到大面积应用。主要原因是片麻岩属于酸性石料，其与沥青粘附性能的如何改善一直是阻碍该类岩石在公路工程领域中大面积应用的瓶颈。因此，片麻岩粘附性能的改善，片麻岩沥青混凝土的制备与应用对大广北高速公路的建设具有重要的意义，且有利于推动片麻岩类等酸性集料在高等级沥青混凝土公路中的应用。

1.片麻岩沥青混合料性能改善

片麻岩矿物成分主要为石英和长石，其次有云母、辉石等，为板状结构或条状结构，且晶粒粗大，易劈成板形，加工成碎石时易成扁平状颗粒。片麻岩的密度为2.4～2.9g/cm3。 这种岩石的力学强度很高，抗压强度可达100～200MPa，耐磨性好，但是与沥青粘结不好，其SiO2含量为51.0%～69.0%，是一种中性或弱酸性石料。实验证明，片麻岩集料作为沥青混合料石料，可以充分发挥石料之间嵌挤作用，具有优良抗滑性能，但它们含有较多的二氧化硅成分，与沥青粘附性能不好，容易在水分的作用下造成沥青膜的剥落，导致沥青混凝土路面的掉粒、松散、坑槽等水损害破坏。

沥青混凝土路面普遍存在的技术和质量问题主要是公路工程的耐久性和路面的早期损害，因此，改善沥青与酸性集料的粘附性，有效提高片麻岩石料沥青混合料的水稳定性能，使酸性集料沥青混合料的路用性能满足沥青路面对其强度、高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、疲劳耐久性的要求，是其在沥青路面工程中应用的关键问题。

通常提高酸性集料沥青混合料水稳定性能的措施主要有：

（1）用消石灰粉、生石灰粉、水泥作为填料进行改性，用量宜为矿物总量的1～2%；

（2）将粗集料用石灰浆处理后使用；

（3）在沥青中掺加抗剥落剂。

在采用酸性石料时，首先应该考虑采用掺加消石灰或水泥改善石料表面酸碱环境的措施，这是最有效、经济、简便的措施，目前已被国外广泛使用。但国内一些施工单位认为掺加抗剥落剂操作简单，而喜欢用第三种方法。对酸性石料与沥青粘附性改善措施进行的大量研究工作为中性和酸性石料在沥青路面中的应用建立了良好基础。

2.片麻岩沥青混合料路用性能试验

根据沥青混凝土路面结构组合、材料组成设计和性能研究，片麻岩集料主要适用于沥青混凝土路面的中、下面层，上面层仍应采用玄武岩碎石集料。下面以采用片麻岩集料拌和的AC-25C型沥青混凝土下面层分析片麻岩集料的路用性质。

2.1原材料性质

（1）沥青

采用特立尼达湖改性沥青TMA-50，特立尼达湖沥青TLA是世界上最有名的一种天然沥青，产于南美洲特立尼达岛。特立尼达湖沥青大约含53%-55%的沥青，36%-37%的矿物质9%-10%的矿物质有机质和一些挥发物质合成的水。TLA是一种天然形成的物质，它本身是沥青而不是合成添加剂，其物理和化学特性与常规沥青完全一致，因此它作为一种沥青改性剂掺加到石油沥青中，两者有良好的混融性，混合后的沥青在使用性能方面得到了改善。根据国外使用TLA的经验，将其作为改性剂使用，通常用于沥青混凝土中，使用时掺加25%-30%，在桥面铺装使用时掺加50%-70%。但30%-33%TLA掺量最具经济效力。由此不难看出，天然沥青可大大改善沥青的路用性能。

特立尼达湖改性沥青TMA-50性能符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中相关技术要求。TMA-50在针入度、粘度方面接近于一般改性沥青。混合料试验所用TMA-50沥青是按照60/70针入度沥青与25%的特立尼达湖沥青进行掺加混合而成。

特立尼达湖改性沥青TMA-50技术性能见表1。

（2）集料

下面层配合比所用集料为片麻岩，片麻岩集料的各项性能试验以及筛分结果如表2～5所示。

结果表明： 在设计的目标配合比及最佳油石比下，沥青混合料的各项物理性能均符合《公路沥青路面施工技术规范》要求，但掺加消石灰后沥青混合料的性能指标明显改善。

3.结束语

研究表明，经过抗水损害处理，片麻岩集料可以用作为沥青混合料用石料。片麻岩集料的利用，既可以降低了工程造价，又解决了路面建设原材料短缺的问题，在石灰岩等碱性集料贫乏地区，可为企业创造显著的经济效益，具有极为广阔的应用前景。

在选用片麻岩集料用为沥青混凝土集料时，应采用合理的破碎工艺，有效减少片麻岩的针片状含量，选材时要选择压碎值小、针片状少的优质片麻岩保证施工过程中石料不易压碎，提高路面工程质量。

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