闪长岩集料在沥青路面上面层结构中的应用

闪长岩集料在沥青路面上面层结构中的应用 当前，高等级公路和路网建设规模宏大，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，江苏省在汾灌高速公路建设时期成功开发了闪长岩集料。 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。 与基性岩(辉长岩一玄武岩类)相比较，闪长岩的SiO 2含量多，MgO、FeO及Fe2O3 减少，Na2O和K2O含量明显增加。矿物成分和基性岩类相比较暗色矿物减少了，一般仅30%左右，主要为角闪石，其次为辉石、黑云母;浅色铝硅酸盐矿物明显增多，可达70%，主要为斜长石，少量钾长石和石英。因此，闪长岩的颜色一般比玄武岩浅，呈浅灰或灰色，矿物颗粒也稍粗。 闪长岩按次要矿物种类及含量可划分为闪长岩(石英含量,5%)、石英闪长岩(石英含量5,20%)、角闪闪长岩(暗色矿物主要是角闪石)、辉石闪长岩(暗色矿物主要是辉石)等类型。 自然界独立的闪长岩矿体比较少见，多见与基性辉长岩或酸性花岗岩体共生，一般规模不大，常呈现岩枝和岩脉，一般认为是基性或酸性岩浆分异后形成的。不同的闪长岩其化学成分构成不同，从而导致物理性能也不相同。 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》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结构构造，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188MPa，角闪闪长岩为150MPa。 闪长岩矿的开发 岩性鉴定 连云港市高指委托江苏省地质矿产部南京综合岩矿测试中心进行岩性鉴定，定性为细粒状的闪长岩。 常规性质试验 按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)沥青路面抗滑表层用粗集料的技术要求，粗集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，表面粗糙，并具有足够的强度和耐磨耗性。根据省交通科学研究院的试验结果，闪长岩的主要技术指标均能符合规范的技术要求，是适用于高速公路沥青路面的使用要求的。 省科研院分别用壳牌普通及改性沥青模拟生产实际情况，采用薄膜加热试验后的沥青结合进行了石料粘附性试验。试验结果说明闪 长岩能够符合规范对石料与沥青粘附性的技术要求。 沥青混合料性能对比试验 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。科研院进行了闪长岩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%。进行的试验项目如下: 1、沥青混合料的车辙试验; 2、低温弯曲试验; 3、马歇尔试验及浸水马歇尔试验; 4、冻融劈裂试验。 为了进一步验证闪长岩的使用性能，采用壳牌的普通沥青对闪长岩AK-13A 型的表面层级配进行了配合比设计，级配类似于闪长岩改性沥青AK-13A级配，最佳油石比为5.0%，同时进行了相关普通沥青混合料性能试验。 所有试验均按2000年新版《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)的方法进行。尤其是对掺加了抗剥落剂的沥青混合料进行水稳定性评价时，需要按照T0663-2000“沥青抗剥落剂性能评价试验”及T0734- 2000“热拌沥青混合料加速老化试验”规定的方法，对沥青混合料进行短期老化和长期老化，以检验抗剥落剂在沥青混合料拌和铺筑过程中经受短期高温老化和长期使用老化性能。 与评价 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2500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。 低温弯曲试验 在-10?的低温条件下，采用50mm/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，江苏省连云港地区属1,3气候区，低温弯曲试验破坏应变应不小于2000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。 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%，江苏省高速公路指挥部根据江苏省自身的特点，要求浸水马歇尔试验残留稳定度应不小于85%。试验结果表明，马歇尔试验的稳定度和浸水48h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。 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。 试铺路的情况 2001年10月20日，连云港市高指利用班庄的闪长岩矿料，按照AK-13A 型上面层集料规范范围进行了试验路的铺筑。试验段位于连徐高速CRK=000, CRK=200右幅，试验路的沥青采用科氏SBS改性沥青，油石比为5.1%,抗剥落剂采用西安PA-1型抗剥落剂，掺量为沥青用量的0.4%。施工由连徐AB23标无锡交通工程总公司承担，连云港市高指中心试验室进行现场监控，全过程检测。试验路的结论是闪长岩集料的检测结果与正在主线上施工的安峰山玄武岩集料检测结果相当，有些路用检测指标还优于正在使用的玄武岩，尤其闪长岩集料路面的摩擦系数和构造深度也远优于玄武岩。 虽然这次闪长岩试验段试铺过程中有不足之处，但总体来看还是比较成功的，2年来，该试验段路用情况良好。实践证明，闪长岩是可以同玄武岩一样用于高速公路沥青路面上面层的。据悉，江苏省高速公路建设指挥部已同意班庄闪长岩集料在江苏省高速公路沥青混凝土上面层结构中使用。