花崗片麻巖用于膠粉瀝青路面上面層的試驗分析

張國斌,申鐵軍

（1.山西辰潤交通科技有限公司,山西 晉中 030600; 2.山西路橋建設集團有限公司,山西 太原 030031）

0 引言

該項目所用石料的石質為花崗片麻巖，屬變質巖，是由花崗巖經過變質作用形成的一種典型的弱酸性石料，由于與瀝青的結合能力較差，所以除了考慮花崗片麻巖與瀝青黏附性不足的問題還要考慮瀝青混合料的抗車轍性能[1-3]。該類巖石量總數量約150 000 m3以上，所以如要加以利用就需改善花崗片麻巖和瀝青的黏附性，在制備花崗片麻巖瀝青混合料時需要在保證混合料有較好的抗高溫變形能力的同時確保瀝青和花崗片麻巖的黏附性要滿足要求[4-6]。

1 花崗片麻巖作為粗骨料的試驗分析

該項目分別進行了骨料原材料試驗、瀝青混合料配合比設計、瀝青混合料性能試驗。具體試驗情況如下：

1.1 骨料試驗

1.1.1 巖石化學成分試驗

根據現場巖石情況，分別取有代表性母巖進行了兩次巖石化學成分試驗，五個樣品，經檢測，該隧道洞渣為花崗巖和花崗片麻巖，SiO2含量均大于65%（SiO2含量大于65%為酸性巖石）[7-9]，試驗結果見表1。

表1 花崗片麻巖母巖化學成分試驗結果表

1.1.2 骨料質量指標試驗

取樣4.75~9.5 mm和9.5~16 mm兩種骨料進行試驗（兩個加工點），經檢測該粗骨料試驗結果均滿足瀝青混合料中粗骨料的質量技術要求[10]，試驗結果見表2。

表2 花崗片麻巖粗骨料檢測結果表

1.2 粗骨料與瀝青黏附性試驗

粗骨料分別和普通瀝青、改性瀝青、摻抗剝落劑瀝青進行黏附性試驗，第一次試驗結果為：和普通瀝青、改性瀝青黏附性等級為3級，和摻抗剝落劑改性瀝青黏附性等級為4級[11-13]，第二次試驗結果為：和普通瀝青黏附性等級為3級，和橡膠改性瀝青黏附性等級為4級。技術要求濕潤區和半干區粗骨料與瀝青的黏附性不小于4級[14-16]。針對該骨料與瀝青黏附性差，又進行了瀝青老化后和骨料黏附性試驗，瀝青與骨料黏附性試驗情況如下：瀝青為90#道路石油瀝青，骨料為9.5~16 mm花崗巖和花崗片麻巖[17-19]，采用6種方案進行90#瀝青黏附性試驗，瀝青與骨料黏附性試驗結果見表3。

表3 瀝青與骨料的黏附性等級試驗結果

2 瀝青混合料配合比和混合料性能試驗

試驗結合膠粉瀝青路面上面層設計，進行ARAC-16相關設計和性能試驗，其中粗骨料采用現有花崗片麻巖4.75~9.5 mm、9.5~16 mm；細骨料采用0~2.36 mm、2.36~4.75 mm石灰巖機制砂（為提高瀝青混合料抗水損害性能，規范要求一般不采用酸性石料生產的細骨料）；礦粉采用水泥，確定最佳的油石比是6.2%，9.5~16 mm碎石∶4.75~9.5 mm碎石∶2.36~4.75 mm∶0~2.36 mm=44∶22∶6∶22∶6。詳細試驗結果見表4~7，室內試驗與現場試驗情況見圖1~4，石灰巖、玄武巖的粗骨料級配篩分見表8~9，可看出作為上面層級配要求，花崗片麻巖、石灰巖、玄武巖三者的篩分情況沒有本質的區別。

圖1 旋轉薄膜試驗

圖2 現場滲水試驗

圖3 試件體積指標試驗

圖4 試件力學指標試驗

表4 花崗片麻巖粗骨料級配篩分表（冷料倉）

表5 花崗片麻巖粗骨料級配篩分表（熱料倉）

表6 礦粉檢測指標

表7 6.2%油石比ARAC-16混合料試驗的結果匯總表

表8 石灰巖粗骨料級配篩分表

表9 玄武巖粗骨料級配篩分表

3 結語

綜上所述，室內相關試驗已經基本完成。從現有完成的試驗數據分析，使用該碎石作為瀝青路面粗骨料，瀝青混合料滿足規范要求，但由于作為酸性骨料黏附性等級達不到4級以上，所以下一步要模擬瀝青混合料短期和長期老化過程，低溫抗裂、水損壞性能試驗，后續還需要進行漢堡車轍試驗，以評價路用性能。瀝青混合料進行模擬短期老化（135 ℃烘箱恒溫4 h）和長期老化（85 ℃烘箱恒溫5 d），考慮到瀝青為橡膠改性瀝青，短期老化溫度設置為135 ℃和180 ℃，混合料經老化后進行彎曲試驗和浸水后殘留的穩定度試驗，試驗結果與未經老化混合料相關試驗比較。得出結論如下：

（1）普通瀝青老化后和骨料黏附性為3級，骨料經水泥改性后黏附性達到4級，可在施工中使用水泥替代部分礦粉作為填料去改善骨料與瀝青的黏附性。

（2）瀝青混合料老化后低溫彎曲應變減小到新拌混合料的74%，大于規范要求（規范要求≥3 000）。