閃長巖集料應(yīng)用于高速公路瀝青路面表面層的耐久性探討

廖德鴻 潘謙啟

摘要：文章基于對2018—2022年梧州至柳州高速公路應(yīng)用閃長巖集料的路段各項(xiàng)耐久性指標(biāo)的跟蹤檢測，分析總結(jié)各項(xiàng)指標(biāo)通車五年來的變化情況，并與使用輝綠巖、玄武巖集料的相鄰路段進(jìn)行對比驗(yàn)證，探討閃長巖集料應(yīng)用于瀝青路面表面層的耐久性。

關(guān)鍵詞：高速公路；瀝青路面表面層；閃長巖；公路技術(shù)狀況評定；路面耐久性

中圖分類號：U416.217 A 07 019 3

0 引言

在“交通強(qiáng)國”背景下，高速公路建設(shè)快速發(fā)展，所需材料量巨大，根據(jù)可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)運(yùn)距理念，尋找輝綠巖、玄武巖石料的替代品已經(jīng)顯得十分必要。而強(qiáng)度高、磨光值高、粘附性強(qiáng)的閃長巖，性能優(yōu)良，雖然已逐漸得到了高速公路從業(yè)人員的關(guān)注，但仍較少應(yīng)用于路面工程中［1］，主要原因在于對應(yīng)用閃長巖集料的瀝青路面表面層耐久性跟蹤檢測較少，缺乏數(shù)據(jù)支撐，路用性能不明晰。本文以通車5年的梧州至柳州高速公路為工程實(shí)例，從該路段使用的閃長巖、輝綠巖、玄武巖集料的路用性能指標(biāo)著手，結(jié)合歷年數(shù)據(jù)分析對比，驗(yàn)證閃長巖集料瀝青表面層的耐久性［2］，為后續(xù)工程建設(shè)提供參考和借鑒。

1 閃長巖特性

閃長巖具有與花崗巖同樣的致密狀構(gòu)造特性，其壓縮強(qiáng)度為130～ 200 MPa（干）或100～ 160 MPa（濕），抗彎強(qiáng)度為10～ 25 MPa，體積密度為2.85～ 3.00 g/cm3，吸水率為0.4%，是中性深成巖的代表巖石，化學(xué)成分介于酸性，為中粒至粗粒全晶質(zhì)灰黑色、灰綠色或綠色中性深成侵入巖。主要由斜長石（中-更長石）和一種或幾種暗色礦物組成，副礦物主要有磷灰石、磁鐵礦、鈦鐵礦和榍石等。因此，閃長巖類集料具有較高的強(qiáng)度、硬度，較穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，較好的耐磨性能和抗磨光性能。

2 實(shí)例探討應(yīng)用閃長巖集料瀝青表面層的耐久性

2.1 工程概況

梧州至柳州高速公路是國家高速公路網(wǎng)G65包頭至茂名路線聯(lián)絡(luò)線，是廣西境內(nèi)的高速公路，也是廣西中東部地區(qū)通往珠三角發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)圈的便捷通道。該高速公路主線長 212.553 km，采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，為瀝青混凝土路面。其中主線K0+000～K85+429.024段路面表層瀝青混合料粗集料為閃長巖；K85+429.024～K212+553.475段路面表層瀝青混合料粗集料為輝綠巖，花鳳隧道（K103+790.45～K104+914.475）內(nèi)路面表層瀝青混合料粗集料為玄武巖。梧州至柳州高速公路自2017年12月底開通以來，已服役5年，年日均車流量為 6 368輛，貨車比例為21.55%，車流量逐年增大，廣西“東融大通道”作用逐步顯現(xiàn)。本文以該路段為研究對象，將使用閃長巖、輝綠巖、玄武巖集料的路面表面層的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗滑性能、平整度、疲勞開裂數(shù)據(jù)來對比分析［3］，驗(yàn)證閃長巖集料瀝青表面層的耐久性。

2.2 路面耐久性指標(biāo)

根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》［5］，對路面進(jìn)行檢測、統(tǒng)計(jì)分析、全面評價(jià)，最終得出不同的耐久性指標(biāo)變化情況，并將閃長巖、輝綠巖、玄武巖三種不同石料的路面指標(biāo)進(jìn)行對比。除滲水系數(shù)外，其他指標(biāo)均選取梧州至柳州高速公路上行線K36+000～K135+000路段為研究對象，以 10 km的平均值作為單元指標(biāo)。

2.2.1 高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是瀝青混合料在荷載作用下抵抗永久變形的能力，是瀝青混凝土的基本性能［4］。運(yùn)營期間，瀝青面層的高溫穩(wěn)定性采用車轍深度指數(shù)RDI來判定，進(jìn)而評價(jià)面層的耐久性。路面車轍深度指數(shù)RDI的統(tǒng)計(jì)情況如下頁表1所示。

分析表1數(shù)據(jù)可知，閃長巖路段通車后5年抗車轍能力與輝綠巖路段、玄武巖路段相差不大。閃長巖路段通車后由第一年車轍深度指數(shù)平均值95.98衰減至通車后第五年的94.41，衰減率為1.64%；輝綠巖路段通車后由第一年車轍深度指數(shù)平均值96.02衰減至通車后第五年的94.59，衰減率為1.49%；玄武巖路段通車后由第一年車轍深度指數(shù)平均值95.80衰減至通車后第五年的94.26，衰減率為1.61%。綜上所述，梧州至柳州高速公路上行線的閃長巖與輝綠巖、玄武巖路段的車轍深度指數(shù)的初始值和衰減規(guī)律差別極小，衰減率相差≤0.15%。在相同條件下，可驗(yàn)證應(yīng)用閃長巖集料的瀝青表面層與應(yīng)用輝綠巖或玄武巖的瀝青表面層具有相同的高溫穩(wěn)定性。

2.2.2 水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性主要依靠瀝青與集料之間的粘附強(qiáng)度，不被水破壞瀝青與集料之間的粘附性而導(dǎo)致剝落，是影響瀝青路面耐久性的主要因素之一。運(yùn)營期間，通過采用滲水試驗(yàn)儀做路面滲水試驗(yàn)，以路面滲水系數(shù)評定混合料抗剝落能力，進(jìn)而評價(jià)面層的耐久性。

選取閃長巖與輝綠巖相鄰的路段上行線K76+000～K95+000段、K103+000～K104+000段為研究對象，統(tǒng)計(jì)路面滲水系數(shù)變化情況如表2所示。

通過分析表2數(shù)據(jù)可知，閃長巖路段通車后由第一年滲水系數(shù)平均值 12.6 mL/min衰減至通車后第五年的 50.2 mL/min，衰減率為314.88%；輝綠巖路段通車后由第一年滲水系數(shù)平均值 9.8 mL/min衰減至通車后第五年的 38.8 mL/min，衰減率為295.92%；玄武巖路段通車后由第一年滲水系數(shù)平均值 10.7 mL/min衰減至通車后第五年的 42.5 mL/min，衰減率為297.20%。經(jīng)數(shù)據(jù)分析表明，梧州至柳州高速公路上行線的閃長巖路段與輝綠巖、玄武巖路段的滲水系數(shù)的初始值和衰減規(guī)律差別不大，衰減率相差≤18.96%，在規(guī)范要求范圍內(nèi)。在相同條件下，可驗(yàn)證應(yīng)用閃長巖集料的瀝青表面層與應(yīng)用輝綠巖或玄武巖的瀝青表面層具有相同的水穩(wěn)定性。

2.2.3 抗滑性能

路表面應(yīng)平整、密實(shí)、粗糙、耐磨，具有較大的摩擦系數(shù)和較強(qiáng)的抗滑能力。運(yùn)營期間，瀝青面層的抗滑性能采用抗滑性能指數(shù)SRI來判定，進(jìn)而評價(jià)面層的耐久性?？够阅苤笖?shù)SRI的變化統(tǒng)計(jì)情況如表3所示。

通過對表3數(shù)據(jù)分析可知，閃長巖路段通車后由第一年抗滑性能指數(shù)平均值96.90衰減至通車后第五年的94.16，衰減率為2.80%；輝綠巖路段通車后由第一年抗滑性能指數(shù)平均值96.91衰減至通車后第五年的93.59，衰減率為3.40%；玄武巖路段通車后由第一年抗滑性能指數(shù)平均值97.40衰減至通車后第五年的94.52，衰減率為3.0%。分析表明，梧州至柳州高速公路上行線的閃長巖路段與輝綠巖、玄武巖路段的抗滑性能指數(shù)的初始值和衰減規(guī)律幾乎無差別，衰減率相差≤0.52%。在相同條件下，可驗(yàn)證應(yīng)用閃長巖集料的瀝青表面層與應(yīng)用輝綠巖或玄武巖的瀝青表面層具有相同的抗滑性能。

2.2.4 平整度

平整度是評價(jià)路面質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)之一，與行車安全性、舒適性、路面所受沖擊力大小和使用壽命密切相關(guān)。運(yùn)營期間，瀝青面層的平整度采用路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI來判定，進(jìn)而評價(jià)面層的耐久性。路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI的變化統(tǒng)計(jì)情況如表4所示。

分析表4數(shù)據(jù)可知，閃長巖路段通車后由第一年行駛質(zhì)量指數(shù)平均值96.11衰減至通車后第五年的95.72，衰減率為0.41%；輝綠巖路段通車后由第一年行駛質(zhì)量指數(shù)平均值95.78衰減至通車后第五年的95.41，衰減率為0.39%；玄武巖路段通車后由第一年行駛質(zhì)量指數(shù)平均值95.00衰減至通車后第五年的94.53，衰減率為0.49%。綜上表明，梧州至柳州高速公路上行線的閃長巖路段與輝綠巖、玄武巖路段的行駛質(zhì)量指數(shù)的初始值和衰減規(guī)律基本相同，衰減率相差≤0.1%，在相同條件下，可驗(yàn)證應(yīng)用閃長巖集料的瀝青表面層與應(yīng)用輝綠巖或玄武巖的瀝青表面層具有同樣的平整度。

2.2.5 疲勞開裂

路面抗疲勞破壞是路面使用耐久性的重要問題之一，通常以路表面裂縫的產(chǎn)生及裂縫的擴(kuò)展作為路面耐久性研究的關(guān)鍵。運(yùn)營期間，瀝青面層的疲勞開裂采用路面損壞狀況指數(shù)PCI來判定，進(jìn)而評價(jià)面層的耐久性。路面損壞狀況指數(shù)PCI的變化統(tǒng)計(jì)情況如表5所示。

通過對表5數(shù)據(jù)分析可知，閃長巖路段通車后由第一年路面損壞狀況指數(shù)平均值98.73衰減至通車后第五年的98.37，衰減率為0.36%；輝綠巖路段通車后由第一年路面損壞狀況指數(shù)平均值98.73衰減至通車后第五年的98.40，衰減率為0.33%；玄武巖路段通車后由第一年路面損壞狀況指數(shù)平均值100.00衰減至通車后第五年的99.66，衰減率為0.34%。分析表明，梧州至柳州高速公路上行線的閃長巖路段與輝綠巖、玄武巖路段的路面損壞狀況指數(shù)的初始值和衰減規(guī)律幾乎無差別，衰減率相差≤0.03%。在相同條件下，可驗(yàn)證應(yīng)用閃長巖集料的瀝青表面層與應(yīng)用輝綠巖或玄武巖的瀝青表面層具有相同的抗疲勞開裂性能。

2.2.6 工程實(shí)例小結(jié)

通過對梧州至柳州高速公路2018—2022年期間五項(xiàng)耐久性評價(jià)指標(biāo)的分析可知，該高速公路通車以來各項(xiàng)耐久性指標(biāo)的5年平均衰減率十分接近；應(yīng)用閃長巖集料的路面高溫穩(wěn)定性、抗滑性能、平整度、疲勞開裂的5年平均衰減率與應(yīng)用輝綠巖、玄武巖路段相差≤0.52%；水穩(wěn)定性指標(biāo)由于指標(biāo)本身的變化范圍大，規(guī)范要求的合格標(biāo)準(zhǔn)寬，該指標(biāo)的5年平均衰減率閃長巖路段與輝綠巖、玄武巖路段相差為18.96%，但水穩(wěn)定性指標(biāo)仍處于規(guī)范要求的合格范圍的較高水平，故也可認(rèn)為應(yīng)用三種不同集料的路面水穩(wěn)定性相差較小。綜上所述，梧州至柳州高速公路2018—2022年期間五項(xiàng)耐久性評價(jià)指標(biāo)5年平均衰減率差別小，在車流量、車輛荷載、氣候、大氣環(huán)境等相同條件下，可驗(yàn)證應(yīng)用閃長巖集料的路面與應(yīng)用輝綠巖、玄武巖的路面具有近乎相同的耐久性。

3 結(jié)語

閃長巖具有強(qiáng)度高、磨光值高、粘附性強(qiáng)、性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，是高速公路從業(yè)者的關(guān)注熱點(diǎn)，但仍較少應(yīng)用于路面工程中，目前對應(yīng)用閃長巖集料的路面表面層耐久性研究探討不多。本文著重從通車運(yùn)營的梧州至柳州高速公路各項(xiàng)耐久性指標(biāo)的變化情況進(jìn)行分析，并與應(yīng)用輝綠巖、玄武巖集料的路段進(jìn)行對比，驗(yàn)證了應(yīng)用閃長巖集料的高速公路路面表面層與應(yīng)用輝綠巖、玄武巖集料的表面層在一定程度上有著無差別的耐久性。從高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗滑性能、平整度、抗疲勞開裂這五項(xiàng)指標(biāo)檢測結(jié)果得知，總體上相差甚微，在抗滑性能上，閃長巖比輝綠巖、玄武巖略勝一籌。

從技術(shù)指標(biāo)而言，閃長巖不低于輝綠巖、玄武巖，在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更優(yōu)的條件下可因地制宜選取閃長巖應(yīng)用于瀝青路面表面層，推廣閃長巖集料的應(yīng)用發(fā)展，發(fā)掘輝綠巖、玄武巖之外的可應(yīng)用于高速公路表面層的新材料，打破輝綠巖、玄武巖“壟斷”高速公路表面層的局面，符合國家綠色低碳、節(jié)能降耗的可持續(xù)發(fā)展理念。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-12-12