1.广东省南粤交通揭惠高速公路管理中心 普宁 515325；
2武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室 武汉 430070
摘要：通过揭阳至惠来高速公路沿线周边石料调查，开展石料岩相分析、岩石抗压强度、粗集料压碎值和磨耗值试验，分析沿线花岗岩的岩石抗压强度与集料压碎值和磨耗值相关性。试验结果沿线花岗岩岩性属性较差，粗集料压碎值偏高，不宜用于沥青面层。
关键词：集料；岩相分析；压碎值；磨耗值
广东省揭阳至惠来高速公路起于揭阳市榕城区，终于惠来县前詹镇，全长63.29公里。项目主线双向四车道，路基宽度26米，采用三层18cm厚沥青面层结构。沥青面层中所用石料一般约占沥青混合料总重的 95%左右，石料的品质直接影响到沥青混合料的路用性能[1-3]。我国对高速公路沥青面层用石料的要求是坚硬、耐磨且具有良好的路用性能，特别在力学性能上对压碎值、磨耗值、磨光值、冲击值、坚固性等指标都有高的要求。高速公路建设宜根据就地取材，降低造价的原则，为此揭阳至惠来高速对沿线周边石场进行了调查以了解当地石料的分布、预估储存量、性能指标、运输距离等，确保当地优质的石料可用于沥青面层，达到合理控制投资，节约成本的目的。项目前期石料调查表明沿线周边的岩石分布主要以侵入岩为主，且主体多为花岗岩，局部地区有少量二辉长岩、辉长辉绿岩和长英质角岩等优质石料[4]。本文主要针对项目沿线周边石料进行岩相分析，同时分析岩石抗压强度与粗集料压碎值、洛杉矶磨耗损失的相互关系，为本项目石料优选提供技术参考。
1、试验方法
石料岩相分析采用透明薄截面试样，通过粘接在玻璃载片上利用显微镜研究岩石矿物成份。岩石抗压强度按T0221进行单轴无侧束状态下饱水抗压强度试验[5]。集料压碎值和洛杉矶磨耗损失分别按《公路工程集料试验规程》T0316和T0317的规定进行[6]。
2、岩相分析
揭阳至惠来高速沿线周边的岩石分布主要以花岗岩为主，按其矿物组成的不同，可进一步细分为钾长石花岗岩、黑云母花岗岩等。图1给出了钾长石花岗岩岩相分析图片，其主要矿物有石英、条纹长石、少量斜长石和黑云母，副矿物有榍石和铁质矿物，蚀变矿物有方解石和绿帘石。石英呈他形粒状；条纹长石呈他形板状，条纹发育，大多数颗粒条纹呈平行排列，系岩浆结晶而成；斜长石呈半自形-自形板状，往往有些泥化，往往被条纹长石包裹；黑云母呈他形-半自形细小片状，往往和铁质矿物及榍石呈聚合体产出。岩石具他形-半自形的粒状结构。图2为黑云母花岗岩岩相分析图片，其主要矿物有石英、斜长石、黑云母和少量条纹长石。石英呈他形粒状；斜长石呈自形-自形板状晶体，大多数绢云母化；条纹长石呈他形板状；黑云母呈半自形-自形片状。粒度大小欠均匀，有些细黑云母呈交叉放射状生长，可能是岩浆后期产物，黑云母大多受到绿泥石化。矿物呈镶嵌生长，呈他形-半自形花岗结构。
岩相分析结果表明揭阳至惠来高速沿线周边花岗岩主要矿物包括石英、钾长石和斜长石等，次要矿物包括黑云母、铁质矿物、蚀变矿物等，其化合物组成以SiO2、Al2O3、K2O和Na2O等为主，其中SiO2的质量含量较高，属于酸性集料，与沥青粘附性较差。
图1 钾长石花岗岩相分析（左上：斜长石；右上：条纹长石；左下：方解石；右下：黑云母、铁质矿物和绿帘石）
图2 黑云母花岗岩相分析（左上：斜长石；右上：绢云母化斜长石；左下：白云母；右下：锆英石）
3、石料力学性能分析
岩石抗压强度是指把岩石的加压至破裂所需要的应力，其强度大小取决于石料的矿物组成、晶粒粗细及构造的均匀性、孔隙率大小和 岩石风化程度等。集料压碎值是集料在连续增加的荷载下抵抗压碎的能力。它作为相对衡量石料强度的一个指标用以评价公路路面用集料的质量，减少沥青混凝土在压实过程中出现部分粗集料压碎的现象。集料磨耗值是石料抵抗撞击、剪切和摩擦等综合作用的性能。以上分析表明岩石抗压强度、集料压碎值和磨耗值是均是从不同侧面反应石料力学性质的指标，通过岩石抗压强度、粗集料压碎值和洛杉矶磨耗损失数据的收集和整理，可分析花岗岩岩石抗压强度与粗集料压碎值、洛杉矶磨耗损失的相互关系，具体如图1至图3所示。
图1给出了揭阳至惠来高速沿线周边29个花岗岩石料场的岩石抗压强度与粗集料压碎值对应关系。由图1可知不同石场的岩石抗压强度差别较大，但粗集料压碎值相对稳定。当抗岩石压强度度变化幅度为64MPa到82MPa时，粗集料压碎值主要集中于25%至27.5%之间，极少数料场低于25%，这表明了花岗岩中云母含量较多时，易于劈开，降低岩石的强度。工程实践证明沥青混合料所用粗集料压碎值大于25%，混合料在压实过程中粗集料压碎率高，易导致粗集料骨架不稳定和导致渗水泛浆。王昌引研究表明粗集料压碎值与沥青混凝土渗透系数之间呈指数关系，渗透系数随着压碎值增大而增大，建议粗集料压碎值必须小于 25%[7]。
图2给出了29个花岗岩石料场的岩石抗压强度与粗集料洛杉矶磨耗损失对应关系。与粗集料压碎值相类似，洛杉矶磨耗损失对岩石抗压强度变化也不明显，当抗岩石压强度度变化幅度为64MPa到82MPa时，粗集料洛杉矶磨耗损失主要集中于22%至26%之间，只有一个点低于20%，这表明了粗集料洛杉矶磨耗损失与花岗岩岩石特点有关。
图3给出了沿线29个花岗岩石料场的粗集料压碎值与洛杉矶磨耗损失对应关系，除了少数几个点相对离散外，绝大多数相对集中，很好的说明了花岗岩石料的力学特点。为了更好的对比不同岩石的力学性质，图4中增加了周边角岩、辉绿岩、闪长岩、玄武岩和片岩粗集料压碎值与洛杉矶磨耗损失数据。数据表明不同岩石粗集料压碎值与洛杉矶磨耗损失差别显著。整体而言，洛杉矶磨耗损失随着粗集料压碎值增大而增加且呈线性关系，表明洛杉矶磨耗损失与压碎值具有一定的相关性。上述试验结果与徐明波等人的研究结果相一致[8]。
当前我国沥青路面施工技术规范要求用于高速公路沥青表面层粗集料压碎值与洛杉矶磨耗损失分别不大于26%和28%；其它层次用的粗集料的压碎值与洛杉矶磨耗损失要求不大于28%和30%。揭惠高速公路路面施工图设计中对沥青面层用粗集料压碎值提出了更高的要求，如表面层不大于20%，其它层次不大于22%。若按中、下面层用粗集料按压碎值不大于22%控制，沿线花岗岩石料基本不可用，揭惠高速公路路面施工图设计建议优质使用的南径和六果石料场生产粗集料压碎值分别25.4%和25.9%，亦高于施工图设计要求，检测结果表明沿线花岗岩岩性属性决定了其压碎值为25%~27.5%，而洛杉矶磨耗损失为22%~26%，粗集料压碎值偏高制约了其在沥青面层中的应用。考虑到沿线用于沥青面层集料缺乏，集料以外购为主，料源远，监控难，应制定合理集料生产管理、质量检测和过程控制方案，以保证集料质量与及时供应。
4、结语
揭阳至惠来高速公路沿线周边的岩石分布主要以花岗岩主，其矿物黑云母含量较多影响了粗集料压碎值，此外化合物SiO2的质量含量高，属于酸性集料，与沥青粘附性较差。沿线花岗岩的岩石抗压强度与集料压碎值和磨耗值相关性不大，但集料压碎值和磨耗值呈线性关系。沿线花岗岩岩性属性决定了其粗集料压碎值偏高，制约了其在沥青面层中的应用，宜另选优质料源作为沥青面层用集料。
参考文献：
[1]李士永.酸性集料在沥青混凝土路面修筑中的应用[J].山西建筑，2005，31（15）：138-139.
[2]林川，郑宇强.汕汾高速公路沥青混凝土路面掺加消石灰抗剥离的施工技术[J].广东公路交通，2002（4）：36-39.
[3]付修义，覃克，卢达.岑溪花岗岩石料在沥青混凝土路面的路用性能试验[J].辽宁交通科技，2005（6）：1-3.
[4]孙兵，陈炳滋，张建平.揭阳到惠来高速公路沿线地材状况调查报告，广东华美加工程顾问有限公司，2013.11.
[5]JTG E41-2005公路工程岩石试验规程
[6]JTG E42-2005公路工程集料试验规程
[7]王昌引，葛折圣.粗集料压碎值对沥青混凝土抗渗性能的影响，科学技术与工程，2010，10（16）：4061-4064
[8]徐明波，刘兵.公路用粗集料压碎值、洛杉矶磨耗损失和冲击值之间相关性试验研究，交 通标准化，2014，42（21）：98-102
论文作者:罗信,史宇明,唐进,磨炼同
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/28
标签：磨耗论文; 岩石论文; 压碎论文; 洛杉矶论文; 石料论文; 沥青论文; 花岗岩论文; 《基层建设》2016年9期论文;