闪长岩集料在高速公路沥青路面抗滑层中的应用研究

李呈明

摘 要：目前，我国高速公路沥青混凝土上面层集料主要使用的是玄武岩集料，由于玄武岩资源分布不均，且岩质参差不齐，因此，很难满足大规模高速公路或高等级公路建设的需要。闪长岩集料的应用，可以很好地解决这一难题。为此，本文在全面了解闪长岩集料概述的基础上，分析了其性能，并依托具体案例，对其应用效果进行了评价与研究。

关键词：闪长岩集料;高速公路;抗滑层

中图分类号：U416.217 文献标识码：A

0 引言

当前，高等级公路和路网工程建设规模宏大，对沥青混凝土上面层集料的需求量更大，如不能妥善及时解决好沥青混凝土上面层集料的供应源，务必影响工程的顺利建成，闪长岩集料的应用可有效解决此类问题。经试验验证，闪长岩作为高速公路沥青路面抗滑层用集料是可行的，拌制的沥青混合料质量是可控的，且在实际工程中应用效果良好。

1 闪长岩集料的概述

闪长岩类属于中性侵入岩，SiO2含量52%～63%，为硅酸饱和或弱过饱和类火成岩。主要矿物为中性斜长石、角闪石，次要矿物有辉石、墨云母、石英、钾长石及少量副矿物。 闪长岩为致密状构造，主要矿物斜长石具有硬度较大、强度较高的物理力学性质，化学性质也比较稳定。因此，闪长岩类集料具有较高的强度、较好的耐磨性能和抗磨光性能。也是《公路沥青路面设计规范》中提到的常用作高速公路、一级公路的沥青表面层的抗滑、耐磨石料。

闪长岩密度是与其暗色矿物（角闪石、辉石）含量有关的，岩石的颜色越深，暗色矿物越多，密度就越大，角闪闪长岩的辉石闪长岩的密度已接近玄武岩的密度。此外，闪长岩一般具有较为致密均一的結构构造，孔隙度较小，因而吸水率较小，一般小于1%。由于矿物构成不同，各种闪长岩的饱和抗压强度也不相同，如花岗闪长斑岩为188 MPa，角闪闪长岩为150 MPa。

2 闪长岩集料的性能分析

为了确认闪长岩能否用于高速公路抗滑表层，对闪长岩AK-13A型的表面层级配进行各种沥青混合料的性能试验。通过闪长岩AK-13型配合比设计，沥青均采用壳牌公司的SBS 改性沥青，确定的最佳油石比为5.1%。试验如下：

2.1 车辙试验

车辙试验的结果可知，闪长岩配制的改性沥青AK-13A混合料的动稳定度能满足《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98）不小于2 500次/mm的要求，且与用玄武岩配制的改性沥青AK-13A混合料的动稳定度试验结果相当。闪长岩配制的普通沥青AK-13A混合料的动稳定度也能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032-94）不小于800次/mm的要求。

2.2 低温弯曲试验

在-10℃的低温条件下，采用50 mm/min的加载速率，测定小梁度件的破坏强度、破坏应变及劲度模量的试验结果。按照《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98）的规定，低温弯曲试验破坏应变应不小于2 000次/mm。试验结果表明，采用壳牌SBS改性沥青，用闪长岩配制的AK-13A低温弯曲变形相当。

2.3 浸水马歇尔试验

按《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98）的规定，浸水马歇尔试验残留稳定度应不小于80%。试验结果表明，马歇尔试验的稳定度和浸水48 h稳定度都较高，闪长岩使用普通沥青不掺抗剥落剂时残留稳定度也能达到92.9%;使用改性沥青后不掺抗剥落剂时残留稳定度达到88%;闪长岩混合料在掺加抗剥落剂以后，普通沥青AK-13A浸水马歇尔试验指标能达到95.8%，改性沥青AK-13A浸水马歇尔试验指标能达到96%，与玄武岩浸水马歇尔试验指标相当。

2.4 冻融劈裂试验

按《公路改性沥青路面施工技术规范》（TJJ036-98）的规定，冻融劈裂试验残留强度比应不小于80%。试验结果说明，混合料的冻融劈裂强度和未经冻融条件的劈裂强度值都较高，经受冻融循环的混合料劈裂强度降低很少，说明水稳定性很好。其中闪长岩使用普通沥青不掺抗剥落剂的残留强度比能达到83.3%，超过75%的要求，闪长岩使用改性沥青后不掺抗剥落剂的残留强度比能达到88%，远超过80%的要求。在掺抗剥落剂以后，普通沥青混合料的残留强度比TSR达到86.1%，大于75%的要求，改性沥青混合料的残留强度比TSR达到95.8%，远大于80%的要求。闪长岩改性沥青混合料的冻融劈裂试验结果与玄武岩的冻融劈裂试验结果相当。

3 工程概况

某高速公路全长42.767 km，双向六车道，设计车速为120 km/h。路面工程分为两个施工标段，本次沥青混合料应用研究跟踪路段为路面1标。按照设计文件，该高速公路沥青路面按照交通等级为“重交通”进行设计，利用闪长岩应用于改性沥青SMA-13面层作为抗滑层。该方案提出后，业主、设计、监理非常重视和谨慎，针对该意见，专门召开了沥青SMA面层集料选用专家研讨会，最终认为闪长岩可以作为改性沥青SMA-13面层集料。

3.1 原材料准备

闪长岩集料试验检验结果如表1、表2所示。

（1）细集料表观密度、坚固性、砂当量、亚甲蓝值、棱角性5项指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》中相应的技术要求。

（2）粗集料压碎值、洛杉矶磨耗损失、表观相对密度、吸水率、坚固性、针片状颗粒含量、含泥量、软石含量、粗集料与沥青的粘附性、磨光值10项指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》）中的高速公路、一级公路相应气候分区使用粗集料的技术要求，碱值为-0.44。

（3）通常辉绿岩抗压强度为180 MPa～300 MPa，安山岩抗压强度为100 MPa～250 MPa，花岗岩抗压强度为100 MPa

～250 MPa，本次闪长岩试验结果为168 MPa，岩石抗压强度达到了《公路工程石料试验规程》中Ⅰ类岩浆类石料强度等级。

3.2 目标配合比设计

经过试配，SMA-13型沥青试验室目标配合比采用10 mm

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

按设计目标配合比级配，用捣实法测定4.75 mm以上粗集料的松方毛体积相对密度γs=1.66，4.75 mm以上粗集料平均毛体积相对密度γc A=2.749，則粗集料的间隙率VCADRC=[1-γs/γc A]=39.6%。

根据所选择的设计级配和初试油石比试验的空隙率的结果，分别以5.12%、5.39%、5.66%和5.92%的油石比制作马歇尔试件，按规定规程进行了SMA-13目标配合比马歇尔最佳沥青用量实验;根据马歇尔配合比设计技术要求和希望的设计空隙率为3%～4.5%和最小油石比等相关要求，因此，初步确定SMA-13沥青混合料改性沥青油石比为5.9%（沥青用量为5.6%）。

3.3 试验段施工结果及评价

通过试验段铺筑，按照公路沥青路面施工技术规范的要求进行现场监控，全过程跟踪检测。各项检测数据见表3。

试验段铺筑及检测结果表明，闪长岩集料的检测结果与其他项目中辉绿岩、玄武岩为集料的改性沥青SMA-13面层检测数据相当，有些路用检测指标还优于以上集料的使用效果，尤其闪长岩集料路面构造深度等数据较为理想。通过观察试验段的外观，提出以下几个方面应加强：

（1）油石比和外加剂木质纤维在拌合时一定按要求控制好比例，保持干燥并使用机械添加，搅拌均匀。

（2）根据原材料的情况，注意配合比的微调，使压实后粗骨料达到嵌挤的效果，避免出现悬浮状态，拌合和摊铺时保持均匀。

（3）生产中石场尽量增加改进措施：1）增加表层风化层清除范围和深度;2）在第二道破碎机后安装10 mm筛孔振动筛，对粒径小于10 mm的颗粒单独筛除，减少杂质和薄弱矿物成分混入细集料中;3）加装整形机，改善粗集料的颗粒性状;4）加装干式除尘器，解决因使用整形机后0.075 mm以下颗粒含量过高的问题。

由此可见，本项目通车以来，路面情况良好。实践证明，通过严格的检测和试验，施工中注意控制细节，遵循规范，闪长岩在改性沥青SMA-13面层中的应用，完全可以满足施工规范要求，在经济效益上也很显著。

4 结束语

综上所述，在国家倡导的“一带一路”及“县县通高速”的发展战略引领下，随着国家基础交通项目的建设力度加大，辉绿岩和玄武岩集料用量激增，已无法满足目前的需要，急需寻找可用于沥青上面层的第3种材料。其中，闪长岩因其具有较高的强度、磨光值高、黏附性好等优异特性，逐渐引起业内人士的重视，在路面工程施工中开始得到广泛应用。

参考文献：

[1]薛华伟.闪长岩在改性沥青SMA-13面层中的应用[J].城市道路与防洪，2015（02）：32-34.

[2]樊见维，徐景翠，徐鹏，等.酸性类蚀变闪长岩集料沥青混合料路用性能对比研究[J].中外公路，2018，38（05）：182-187.

[3]陈中杰，李进辉，姚金水.闪长岩集料在高速公路沥青路面中的应用研究[J].中国水运，2012（06）.

[4]伍宇，李善强，许新权，等.基于不同特性集料的沥青混合料性能研究[J].广东公路交通，2016（04）.

[5]余国红，袁万杰，孙长新.矿料与沥青粘附性评价技术研究[J].公路工程，2010（02）.

[6]程金平，李野，姚殴阳.闪长岩作为4 cm厚AC-13C改性沥青混凝土上面层集料的应用与研究[J].公路交通科技（应用技术版），2017，13（11）：13-15.