張 珂

（中交第二航務(wù)工程局有限公司第六工程分公司，湖北 武漢 430014）

0 引言

西安高新區(qū)唐遺址公園南延伸綠廊工程（一期）二標(biāo)段，南起濱河北路，北至緯三十路，全長(zhǎng)約5.4km，按“雙向8快2慢”的主干路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度60km/h。本項(xiàng)目機(jī)動(dòng)車道路面采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，總厚度18cm，具體為4cm厚高模量瀝青混合料上面層（BBME-13）+6cm厚高模量瀝青混合料中面層（EME-16）+8cm厚高模量瀝青混合料下面層（EME-20）+1cm改性瀝青稀漿封層（ES-3型）。

根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖的要求，該項(xiàng)目在交通量達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的道路設(shè)計(jì)年限為20年，屬于高等級(jí)路面。為了達(dá)到設(shè)計(jì)年限等要求，建設(shè)單位提出瀝青使用性能更好的高模量天然瀝青，對(duì)石料也提出了很高的要求。通過(guò)料源調(diào)查，發(fā)現(xiàn)陜西省商洛市商州區(qū)楊斜鎮(zhèn)郭灣村田溝口閃長(zhǎng)巖礦的閃長(zhǎng)巖材料儲(chǔ)量較大，如果就地取材，可以大大緩解碎石材料供應(yīng)。用閃長(zhǎng)巖替代玄武巖和輝綠巖用于瀝青混合料上面層，有利于解決碎石材料短缺的問(wèn)題，降低工程造價(jià)。

1 閃長(zhǎng)巖材料研究分析

1.1 巖性分析

通過(guò)查閱資料，閃長(zhǎng)巖為典型的中性巖，整體呈暗灰色。其中主要成分為白色的斜長(zhǎng)石和幾種暗色物質(zhì)（如深色的角閃石），后者總量一般為20%～35%，還含有少量的輝石、黑云母和石英等。典型的閃長(zhǎng)巖結(jié)構(gòu)多半為半自形粒狀，斜長(zhǎng)石晶體常呈板狀，集合體成粒狀，白色或灰白色。其化學(xué)成分介于酸性、基性巖之間，SiO2含量52%～65%，F(xiàn)eO、Fe2O3、MgO各約3%～5%，Al2O3約16%～17%，Na2O約3%，K2O約2%。根據(jù)石英含量和暗色礦物種類，閃長(zhǎng)巖可分為云英閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖[1]。

為了進(jìn)一步確定陜西省商洛市商州區(qū)楊斜鎮(zhèn)郭灣村田溝口石料場(chǎng)閃長(zhǎng)巖礦的巖石類別和成分，在石場(chǎng)巖料源地取巖石送樣到中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心進(jìn)行巖性分析檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，該巖石樣品主要礦物成分為石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、黑云母等。斜長(zhǎng)石多于鉀長(zhǎng)石，暗色礦物則以角閃石為主，其余為黑云母。伴生主要礦物為銅、鐵等，屬于花崗閃長(zhǎng)巖。

巖石風(fēng)化面呈灰綠色，新鮮面呈灰色，顯微特征為細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，可見(jiàn)小顆粒的長(zhǎng)柱狀角閃石斑晶，塊狀構(gòu)造。巖石由斜長(zhǎng)石50%、鉀長(zhǎng)石15%、石英25%、角閃石5%、黑云母5%組成。斜長(zhǎng)石呈灰白色，半自形板狀，粒徑0.2mm～2mm；鉀長(zhǎng)石，他形粒狀，粒徑0.2mm～2mm；石英，灰色，他形粒狀，粒徑0.2mm～2mm；角閃石，黑色，半自形柱狀，粒徑0.2mm～2mm；黑云母，黑色片狀，粒徑0.2mm～1mm，其中SiO2含量59.7%。

1.2 常規(guī)性能檢測(cè)

按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F 40-2004）[2]中高等級(jí)路面表面層用粗集料的技術(shù)要求，粗集料應(yīng)潔凈、干燥、表面粗糙，具有足夠的強(qiáng)度和磨耗性，較高的磨光值。

考慮到集料在進(jìn)入拌和機(jī)前需經(jīng)200℃以上的高溫，有些石料可能因此發(fā)生質(zhì)量上的變化。故將花崗閃長(zhǎng)巖碎石加熱后進(jìn)行壓碎值試驗(yàn)，結(jié)果為10.6%，與常溫下并無(wú)明顯差異。說(shuō)明花崗閃長(zhǎng)巖碎石在高溫（190±2℃）條件下抵抗壓碎的能力是穩(wěn)定的。

綜上所述，花崗閃長(zhǎng)巖碎石的強(qiáng)度、耐磨耗性能和抗磨光性能等主要技術(shù)指標(biāo)均能滿足規(guī)范中上面層的技術(shù)要求。

2 高模量天然瀝青材料研究

本項(xiàng)目采用的高模量瀝青又稱為高模量天然瀝青，由西安眾力瀝青有限公司生產(chǎn)。這種瀝青具有優(yōu)異的路用性能：耐高溫、耐老化、耐候、耐疲勞、耐水損，特別適用于重載交通、高溫等極端氣候環(huán)境，具有壽命長(zhǎng)、透水性好等特點(diǎn)。

該公司生產(chǎn)的高模量瀝青具有針入度低、軟化點(diǎn)高、分子量大、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，其各項(xiàng)指標(biāo)均符合陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)《天然瀝青高模量混合料施工技術(shù)規(guī)范》（DB61/T 1332-2020）[3]的要求。

3 高模量瀝青與集料的黏附性評(píng)價(jià)

黏附性是表征集料表面瀝青膜抗剝落與抗破損的能力，是瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。黏附性不足，易導(dǎo)致瀝青路面松散、坑槽等一系列水損害。通過(guò)查閱相關(guān)資料，花崗閃長(zhǎng)巖是花崗巖向閃長(zhǎng)巖過(guò)渡的一種中性偏酸性巖石，瀝青也偏酸性，根據(jù)瀝青與集料的化學(xué)反應(yīng)理論，堿性石料與瀝青的黏附性最好，其次是中性石料，酸性石料最差。由于閃長(zhǎng)巖在陜西地區(qū)作為上面層瀝青路面集料應(yīng)用和相關(guān)研究較少，所以有必要對(duì)閃長(zhǎng)巖的黏附性指標(biāo)進(jìn)行分析，以評(píng)價(jià)其作為上面層集料的可行性。

首先選取有代表性的玄武巖、輝綠巖、石灰?guī)r、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖等集料和高模量天然瀝青樣品，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）[4]中水煮法的規(guī)定進(jìn)行黏附性試驗(yàn)。在微沸狀態(tài)下的水中浸煮3min后，各集料的瀝青膜完全保存，剝離面積百分率為0%。黏附性評(píng)價(jià)均為5級(jí)。這是由于高模量天然瀝青黏度比較大，油膜較厚，水在3min內(nèi)無(wú)法突破瀝青膜，浸煮時(shí)基本不會(huì)剝落。因此水煮法對(duì)評(píng)價(jià)集料與高模量天然瀝青的黏附性幾乎是失效的。

為了進(jìn)一步分析花崗閃長(zhǎng)巖與高模量天然瀝青的黏附性，本次研究在水煮法的基礎(chǔ)上做了如下改進(jìn)：（1）以沸煮狀態(tài)的水替代原方法中的微沸狀態(tài)的水，加強(qiáng)了水對(duì)瀝青膜的沖擊作用，加快剝落，縮短試驗(yàn)時(shí)間；（2）不再以剝落面積來(lái)評(píng)價(jià)黏附性，而是以瀝青膜完全剝落的時(shí)間作為評(píng)價(jià)瀝青與集料黏附性的指標(biāo)。

該方法稱為沸煮法，其優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)過(guò)程加劇了水對(duì)集料與瀝青的影響，試驗(yàn)條件更加嚴(yán)苛，以瀝青膜完全從集料表面剝落的時(shí)間作為評(píng)價(jià)黏附性的指標(biāo)，瀝青完全剝離的現(xiàn)象明顯且易判斷，相比水煮法更加客觀、準(zhǔn)確且操作簡(jiǎn)單，可以更好地區(qū)分不同巖性的集料與瀝青黏附性的強(qiáng)弱[5]。本次研究按照沸煮法，選取2種瀝青（高模量天然瀝青HMB-W和基質(zhì)瀝青AH-70#）和5種不同的集料（分別為玄武巖、輝綠巖、石灰?guī)r、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖）進(jìn)行黏附性評(píng)價(jià)。

從試驗(yàn)結(jié)果可知：（1）基質(zhì)瀝青與集料的黏附時(shí)間從大到小依次為石灰?guī)r、輝綠巖、玄武巖、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖；（2）除花崗巖以外，高模量天然瀝青與石灰?guī)r、輝綠巖、玄武巖、花崗閃長(zhǎng)巖的黏附時(shí)間均達(dá)到1200s以上。

綜上所述，高模量天然瀝青與集料的黏附性要優(yōu)于基質(zhì)瀝青，花崗閃長(zhǎng)巖與高模量天然瀝青的黏附性可以與常用的玄武巖、輝綠巖等集料達(dá)到同樣的水平。事實(shí)上，黏附性僅僅作為初選集料品種的參考性指標(biāo)。即使像花崗巖這樣酸性巖石的黏附性評(píng)價(jià)等級(jí)較低時(shí)，只要摻加抗剝落劑就能使黏附性提高到需要的效果。目前主要的抗剝落劑為消石灰和水泥。當(dāng)摻加消石灰或水泥后，需要重新設(shè)計(jì)配合比，將設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量增加0.2%～0.4%左右。

4 閃長(zhǎng)巖集料配制BBME-13高模量天然瀝青混合料

西安高新區(qū)唐遺址公園南延伸綠廊項(xiàng)目道路工程上面層采用BBME-13高模量天然瀝青混合料，瀝青采用西安眾力瀝青有限公司生產(chǎn)的HMB-W型高模量天然瀝青。粗集料采用陜西省商洛市商州區(qū)楊斜鎮(zhèn)郭灣村田溝口石料場(chǎng)生產(chǎn)的花崗閃長(zhǎng)巖碎石，混合料礦料級(jí)配組成如表1所示。

表1 BBME-13高模量瀝青混合料礦料合成級(jí)配設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和《天然瀝青高模量混合料施工技術(shù)規(guī)范》中的要求，通過(guò)試驗(yàn)，確定油石比范圍控制在6.0%~6.4%，最佳油石比為6.2%。

綜上所述，BBME-13高模量天然瀝青混合料生產(chǎn)配合比為11mm~16mm碎石∶6mm~11mm碎石∶3mm~6mm碎石∶0~3mm石屑∶礦粉=24%∶22%∶16%∶34%∶4%，最佳油石比為6.2%。

5 閃長(zhǎng)巖集料配制高模量天然瀝青混合料的路用性能研究

BBME-13高模量天然瀝青混合料路用性能檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，利用花崗閃長(zhǎng)巖集料設(shè)計(jì)組成的BBME-13高模量天然瀝青混合料性，其能均能符合設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范的技術(shù)要求。由此可見(jiàn)，陜西商洛地區(qū)發(fā)現(xiàn)的花崗閃長(zhǎng)巖在高模量天然瀝青的加持下，性能得到了很好地發(fā)揮，其作為高模量瀝青路面上面層集料完全可行。經(jīng)測(cè)算，本項(xiàng)目全部使用花崗閃長(zhǎng)巖比全部使用玄武巖或輝綠巖節(jié)約費(fèi)用約140余萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。閃長(zhǎng)巖集料各項(xiàng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不低于玄武巖和輝綠巖，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展、綠色施工的行業(yè)需求，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

表2 BBME-13高模量天然瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，深入分析了花崗閃長(zhǎng)巖集料的巖石組成和物理特性，結(jié)合已有研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)，在沸煮法的基礎(chǔ)上對(duì)閃長(zhǎng)巖集料和其他巖性集料的黏附性進(jìn)行比較。研究探索出一套針對(duì)閃長(zhǎng)巖作為4cm厚BBME-13高模量天然瀝青混凝土上面層集料合理的配合比，并對(duì)其路用性能和耐久性等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析，驗(yàn)證了花崗閃長(zhǎng)巖集料用于瀝青混合料上面層的可行性。本文結(jié)論不僅直接為西安高新區(qū)唐遺址公園南延伸綠廊工程施工提供技術(shù)支持，亦為后續(xù)類似條件下閃長(zhǎng)巖作為高模量天然瀝青混合料上面層集料提供參考借鑒，還為高等級(jí)公路瀝青路面工程石料的選用提供了技術(shù)依據(jù)。