辉长闪长岩集料在高速公路沥青面层中的试验研究

2020-10-25任志超钱子成

工程技术研究 2020年18期

任志超，钱子成，王岩

（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛 266071）

随着广西壮族自治区境内沥青路面的快速发展和自然资源的大量消耗，玉湛高速（广西段）周边玄武岩、辉绿岩及石灰岩这类优质基性及超基性集料的产能、储量及运距均不能满足玉湛高速（广西段）正常施工建设。目前陆川县地区发现辉长闪长岩，其产能、储量及运距均满足玉湛高速（广西段）的使用。对此，文章对该地区辉长闪长岩的物理学、化学指标及沥青混合料路面使用性能进行试验检测，通过全面地评价辉长闪长岩沥青混合料的使用性能，探讨辉长闪长岩在沥青混凝土中应用的可行性。

1 工程概况

玉林至湛江高速公路（广西段）起于玉林陆川县，止于博白县，与玉林至湛江高速公路（广东段）连接。路线全长74.750km，采用26.5m整体式路基横断面型式，双向四车道，设计速度120km/h。项目地处北回归线以南，路线所经区域属南亚热带季风气候，气温较高，阳光充足，热量丰富，雨量充沛，但分布不均。夏季多暴雨，易洪涝，春秋有干旱，冬季有霜冻。年平均气温在21.7～21.9℃，年平均降雨在1583～1943mm，雨季集中在4—9月份，约占全年降雨量的80%。

2 辉长闪长岩的结构构造

岩石由长石（含量68%）、辉石（含量11%）、帘石（含量7%）、玻璃质（含量6%）、黑云母（含量2%）及不透明矿物（含量6%）组成。岩石具斑状结构、安山结构，块状构造；斑晶（含量16%）为辉石、长石；基质（含量84%）为斜长石、辉石、玻璃质及帘石，具安山结构。

斜长石：主要为拉长石和钙长石，为不等粒半自形板状结构，基质和斑晶中均有分布。

辉石：为斑晶，不规则状，粒径0.08～0.2mm，多散布于基质中，周围有大量粒径较小的斜长石基质围绕其分布。

帘石：为基质，粒状，粒径0.005～0.05mm，构成团状块集合体与斜长石交织分布。

玻璃质：为基质，与斜长石、帘石等交织分布。

黑云母：片状，极少见，部分颗粒发生碎裂。

不透明矿物：粒状，不规则状，粒径0.03～0.1mm，零散分布。矿物成分如表1所示。

表1 矿物成分

3 试验结果与分析

辉长闪长岩细集料试验检验结果如表2、表3所示。

表2 辉长闪长岩细集料试验检验结果

表3 辉长闪长岩粗集料试验检验结果

（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》（JTG F40—2004）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》（JTG F40—2004）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180～300MPa，安山岩抗压强度为100～250MPa，花岗岩抗压强度为100～250MPa，本次辉长闪长岩试验结果为168MPa，岩石抗压强度达到了《公路工程石料试验规程》（JTG E41—2005）中Ⅰ类岩浆类石料强度等级。

4 混合料配合比设计

玉林至湛江高速公路（广西段）上面层采用厚细粒式SBS改性沥青混凝土AC-13C，沥青为SBS(I-D)改性沥青。AC-13C沥青混合料矿料级配组成如表4所示，其合成级配如图1所示。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ E20—2011）进行了马歇尔最佳沥青用量试验，试验结果如表5、6所示。

根据AC-13C马歇尔配合比设计要求和《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中热拌沥青混合料配合比设计方法，确定AC-13C沥青混合料沥青用量范围为油石比4.92%～5.35%，最佳沥青用量为油石比5.10%。结论：沥青混合料马歇尔试件稳定度、流值、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度5项指标均符合规范及设计要求。

表4 AC-13C沥青混合料矿料级配组成单位：%

图1 AC-13C沥青混合料矿料合成级配

表5 AC-13C目标配合比试验结果

表6 AC-13C马歇尔体积指标

①确定油石比初始值1（OAC1）。

由于毛体积相对密度未出现峰值，因此以目标空隙率4.7%所对应的油石比作为OAC1，OAC1=5.00%。

②确定油石比初始值2（OAC2）。

由图2得各指标SBS改性沥青混合料AC-13C各项指标符合技术要求的油石比范围：

图2 马歇尔试验指标与油石比关系图

OAC1=5.10%，OACmin=4.91%，OACmax=5.35%，OAC2=(4.91%+5.35%)/2=5.20%。

③综合确定最佳油石比（OAC）。

OAC=(5.00%+5.20%)/2=5.10%，ρ0=2.411g/cm3。

5 沥青混合料性能检验

根据成型试件最佳油石比为5.1%，对应的沥青混合料密度为ρ0=2.411g/cm3、沥青混合料理论密度为ρ理论=2.411g/cm3，空隙率VV=4.5%，冻融劈裂残留强度比为88.6%（设计值≥80），动稳定度5057次/mm（设计值≥4000）。根据相关数据分析，辉长闪长岩沥青混合料各项指标均能满足规范及设计的技术要求，适用于高速公路沥青路面面层的使用要求。浸水马歇尔残留稳定度符合规范及设计要求，如表7所示。