闪长岩集料应用于高速公路沥青路面表面层的耐久性探讨

廖德鸿 潘谦启

摘要：文章基于对2018—2022年梧州至柳州高速公路应用闪长岩集料的路段各项耐久性指标的跟踪检测，分析总结各项指标通车五年来的变化情况，并与使用辉绿岩、玄武岩集料的相邻路段进行对比验证，探讨闪长岩集料应用于沥青路面表面层的耐久性。

关键词：高速公路；沥青路面表面层；闪长岩；公路技术状况评定；路面耐久性

中图分类号：U416.217 A 07 019 3

0 引言

在“交通强国”背景下，高速公路建设快速发展，所需材料量巨大，根据可持续发展、经济运距理念，寻找辉绿岩、玄武岩石料的替代品已经显得十分必要。而强度高、磨光值高、粘附性强的闪长岩，性能优良，虽然已逐渐得到了高速公路从业人员的关注，但仍较少应用于路面工程中［1］，主要原因在于对应用闪长岩集料的沥青路面表面层耐久性跟踪检测较少，缺乏数据支撑，路用性能不明晰。本文以通车5年的梧州至柳州高速公路为工程实例，从该路段使用的闪长岩、辉绿岩、玄武岩集料的路用性能指标着手，结合历年数据分析对比，验证闪长岩集料沥青表面层的耐久性［2］，为后续工程建设提供参考和借鉴。

1 闪长岩特性

闪长岩具有与花岗岩同样的致密状构造特性，其压缩强度为130～ 200 MPa（干）或100～ 160 MPa（湿），抗弯强度为10～ 25 MPa，体积密度为2.85～ 3.00 g/cm3，吸水率为0.4%，是中性深成岩的代表岩石，化学成分介于酸性，为中粒至粗粒全晶质灰黑色、灰绿色或绿色中性深成侵入岩。主要由斜长石（中-更长石）和一种或几种暗色矿物组成，副矿物主要有磷灰石、磁铁矿、钛铁矿和榍石等。因此，闪长岩类集料具有较高的强度、硬度，较稳定的化学性质，较好的耐磨性能和抗磨光性能。

2 实例探讨应用闪长岩集料沥青表面层的耐久性

2.1 工程概况

梧州至柳州高速公路是国家高速公路网G65包头至茂名路线联络线，是广西境内的高速公路，也是广西中东部地区通往珠三角发达经济圈的便捷通道。该高速公路主线长 212.553 km，采用双向四车道高速公路标准建设，为沥青混凝土路面。其中主线K0+000～K85+429.024段路面表层沥青混合料粗集料为闪长岩；K85+429.024～K212+553.475段路面表层沥青混合料粗集料为辉绿岩，花凤隧道（K103+790.45～K104+914.475）内路面表层沥青混合料粗集料为玄武岩。梧州至柳州高速公路自2017年12月底开通以来，已服役5年，年日均车流量为 6 368辆，货车比例为21.55%，车流量逐年增大，广西“东融大通道”作用逐步显现。本文以该路段为研究对象，将使用闪长岩、辉绿岩、玄武岩集料的路面表面层的高温稳定性、水稳定性、抗滑性能、平整度、疲劳开裂数据来对比分析［3］，验证闪长岩集料沥青表面层的耐久性。

2.2 路面耐久性指标

根据《公路技术状况评定标准》［5］，对路面进行检测、统计分析、全面评价，最终得出不同的耐久性指标变化情况，并将闪长岩、辉绿岩、玄武岩三种不同石料的路面指标进行对比。除渗水系数外，其他指标均选取梧州至柳州高速公路上行线K36+000～K135+000路段为研究对象，以 10 km的平均值作为单元指标。

2.2.1 高温稳定性

高温稳定性是沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力，是沥青混凝土的基本性能［4］。运营期间，沥青面层的高温稳定性采用车辙深度指数RDI来判定，进而评价面层的耐久性。路面车辙深度指数RDI的统计情况如下页表1所示。

分析表1数据可知，闪长岩路段通车后5年抗车辙能力与辉绿岩路段、玄武岩路段相差不大。闪长岩路段通车后由第一年车辙深度指数平均值95.98衰减至通车后第五年的94.41，衰减率为1.64%；辉绿岩路段通车后由第一年车辙深度指数平均值96.02衰减至通车后第五年的94.59，衰减率为1.49%；玄武岩路段通车后由第一年车辙深度指数平均值95.80衰减至通车后第五年的94.26，衰减率为1.61%。综上所述，梧州至柳州高速公路上行线的闪长岩与辉绿岩、玄武岩路段的车辙深度指数的初始值和衰减规律差别极小，衰减率相差≤0.15%。在相同条件下，可验证应用闪长岩集料的沥青表面层与应用辉绿岩或玄武岩的沥青表面层具有相同的高温稳定性。

2.2.2 水稳定性

水稳定性主要依靠沥青与集料之间的粘附强度，不被水破坏沥青与集料之间的粘附性而导致剥落，是影响沥青路面耐久性的主要因素之一。运营期间，通过采用渗水试验仪做路面渗水试验，以路面渗水系数评定混合料抗剥落能力，进而评价面层的耐久性。

选取闪长岩与辉绿岩相邻的路段上行线K76+000～K95+000段、K103+000～K104+000段为研究对象，统计路面渗水系数变化情况如表2所示。

通过分析表2数据可知，闪长岩路段通车后由第一年渗水系数平均值 12.6 mL/min衰减至通车后第五年的 50.2 mL/min，衰减率为314.88%；辉绿岩路段通车后由第一年渗水系数平均值 9.8 mL/min衰减至通车后第五年的 38.8 mL/min，衰减率为295.92%；玄武岩路段通车后由第一年渗水系数平均值 10.7 mL/min衰减至通车后第五年的 42.5 mL/min，衰减率为297.20%。经数据分析表明，梧州至柳州高速公路上行线的闪长岩路段与辉绿岩、玄武岩路段的渗水系数的初始值和衰减规律差别不大，衰减率相差≤18.96%，在规范要求范围内。在相同条件下，可验证应用闪长岩集料的沥青表面层与应用辉绿岩或玄武岩的沥青表面层具有相同的水稳定性。

2.2.3 抗滑性能

路表面应平整、密实、粗糙、耐磨，具有较大的摩擦系数和较强的抗滑能力。運营期间，沥青面层的抗滑性能采用抗滑性能指数SRI来判定，进而评价面层的耐久性。抗滑性能指数SRI的变化统计情况如表3所示。

通过对表3数据分析可知，闪长岩路段通车后由第一年抗滑性能指数平均值96.90衰减至通车后第五年的94.16，衰减率为2.80%；辉绿岩路段通车后由第一年抗滑性能指数平均值96.91衰减至通车后第五年的93.59，衰减率为3.40%；玄武岩路段通车后由第一年抗滑性能指数平均值97.40衰减至通车后第五年的94.52，衰减率为3.0%。分析表明，梧州至柳州高速公路上行线的闪长岩路段与辉绿岩、玄武岩路段的抗滑性能指数的初始值和衰减规律几乎无差别，衰减率相差≤0.52%。在相同条件下，可验证应用闪长岩集料的沥青表面层与应用辉绿岩或玄武岩的沥青表面层具有相同的抗滑性能。

2.2.4 平整度

平整度是评价路面质量的主要技术指标之一，与行车安全性、舒适性、路面所受冲击力大小和使用寿命密切相关。运营期间，沥青面层的平整度采用路面行驶质量指数RQI来判定，进而评价面层的耐久性。路面行驶质量指数RQI的变化统计情况如表4所示。

分析表4数据可知，闪长岩路段通车后由第一年行驶质量指数平均值96.11衰减至通车后第五年的95.72，衰减率为0.41%；辉绿岩路段通车后由第一年行驶质量指数平均值95.78衰减至通车后第五年的95.41，衰减率为0.39%；玄武岩路段通车后由第一年行驶质量指数平均值95.00衰减至通车后第五年的94.53，衰减率为0.49%。综上表明，梧州至柳州高速公路上行线的闪长岩路段与辉绿岩、玄武岩路段的行驶质量指数的初始值和衰减规律基本相同，衰减率相差≤0.1%，在相同条件下，可验证应用闪长岩集料的沥青表面层与应用辉绿岩或玄武岩的沥青表面层具有同样的平整度。

2.2.5 疲劳开裂

路面抗疲劳破坏是路面使用耐久性的重要问题之一，通常以路表面裂缝的产生及裂缝的扩展作为路面耐久性研究的关键。运营期间，沥青面层的疲劳开裂采用路面损坏状况指数PCI来判定，进而评价面层的耐久性。路面损坏状况指数PCI的变化统计情况如表5所示。

通过对表5数据分析可知，闪长岩路段通车后由第一年路面损坏状况指数平均值98.73衰减至通车后第五年的98.37，衰减率为0.36%；辉绿岩路段通车后由第一年路面损坏状况指数平均值98.73衰减至通车后第五年的98.40，衰减率为0.33%；玄武岩路段通车后由第一年路面损坏状况指数平均值100.00衰减至通车后第五年的99.66，衰减率为0.34%。分析表明，梧州至柳州高速公路上行线的闪长岩路段与辉绿岩、玄武岩路段的路面损坏状况指数的初始值和衰减规律几乎无差别，衰减率相差≤0.03%。在相同条件下，可验证应用闪长岩集料的沥青表面层与应用辉绿岩或玄武岩的沥青表面层具有相同的抗疲劳开裂性能。

2.2.6 工程实例小结

通过对梧州至柳州高速公路2018—2022年期间五项耐久性评价指标的分析可知，该高速公路通车以来各项耐久性指标的5年平均衰减率十分接近；应用闪长岩集料的路面高温稳定性、抗滑性能、平整度、疲劳开裂的5年平均衰减率与应用辉绿岩、玄武岩路段相差≤0.52%；水稳定性指标由于指标本身的变化范围大，规范要求的合格标准宽，该指标的5年平均衰减率闪长岩路段与辉绿岩、玄武岩路段相差为18.96%，但水稳定性指标仍处于规范要求的合格范围的较高水平，故也可认为应用三种不同集料的路面水稳定性相差较小。综上所述，梧州至柳州高速公路2018—2022年期间五项耐久性评价指标5年平均衰减率差别小，在车流量、车辆荷载、气候、大气环境等相同条件下，可验证应用闪长岩集料的路面与应用辉绿岩、玄武岩的路面具有近乎相同的耐久性。

3 结语

闪长岩具有强度高、磨光值高、粘附性强、性能优良等优点，是高速公路从业者的关注热点，但仍较少应用于路面工程中，目前对应用闪长岩集料的路面表面层耐久性研究探讨不多。本文着重从通车运营的梧州至柳州高速公路各项耐久性指标的变化情况进行分析，并与应用辉绿岩、玄武岩集料的路段进行对比，验证了应用闪长岩集料的高速公路路面表面层与应用辉绿岩、玄武岩集料的表面层在一定程度上有着无差别的耐久性。从高温稳定性、水稳定性、抗滑性能、平整度、抗疲劳开裂这五项指标检测结果得知，总体上相差甚微，在抗滑性能上，闪长岩比辉绿岩、玄武岩略胜一筹。

从技术指标而言，闪长岩不低于辉绿岩、玄武岩，在经济指标更优的条件下可因地制宜选取闪长岩应用于沥青路面表面层，推广闪长岩集料的应用发展，发掘辉绿岩、玄武岩之外的可应用于高速公路表面层的新材料，打破辉绿岩、玄武岩“垄断”高速公路表面层的局面，符合国家绿色低碳、节能降耗的可持续发展理念。

参考文献

［1］谭 强，赖庆招.闪长岩集料在高速公路沥青路面表面层的应用研究［J］施工技术，2019（23）：72-75.

［2］丁占锋.石灰岩用于沥青路面上面层混合料耐久性研究［D］.长沙：长沙理工大学，2013.

［3］辛媛媛.沥青路面耐久性评价［D］.天津：河北工业大学，2014.

［4］黄晓明.路基路面工程［D］.南京：东南大学，2014.

［5］JTG 5210-2018，公路技術状况评定标准［S］.

收稿日期：2022-12-12