（道路与铁道工程专业论文）广巴公路沿线路面面层材料适用性研究.pdf

摘要 辉长岩和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，均适合做 公路路面面层，尤其是路面磨耗层所需材料。 以往四川省修建高速公路路面面层普遍选用的材料为玄武岩，而在四川省境内只有 峨眉山处有玄武岩，且该处的玄武岩的物理力学性能良好，集料技术指标良好。而广元 至巴中高速公路沿线广泛分布有辉长岩、闪长岩，且储量较丰富。因此，论文就广巴路 沿线的辉长岩应用于路面面层的适用性进行研究。 论文通过对广巴路沿线的辉长岩、闪长岩石料的调查，以及对辉长岩、闪长岩岩石 性能、集料性能的研究得出了辉长岩、闪长岩岩石的各项性能( 除粘附性外) 均符合规 范要求，通过辉长岩沥青混合料路用性能的研究，得出了辉长岩沥青混合料的浸水残留 稳定度、高温稳定度、表面构造深度是满足规范要求的，其冻融劈裂、低温弯曲不能满 足规范要求，通过对其水稳性不足进行改善提高措施研究，得出经掺加抗剥落剂和消石 灰后辉长岩沥青混合料的水稳性能得到很大提高，且高温稳定性能也随之提高。从而论 证了广巴高速公路沿线的辉长岩可以作为路面面层材料。 采用辉长岩作为广巴路路面材料，可以节约建设成本，带动当地经济的发展。 关键词：辉长岩，闪长岩，岩石性能，粘附性，水稳性，高温车辙 a b s t r a c t g a b b r oa n dd i o r i t et a k eb e n e f i t so fh i 曲s t r e n g t h 、w e a r a b i l i t ya n dr e s i s t a n c ea g a i n s t s l i d i n g ，w h i c hf i tt ob ed o n em a t e r i a lo fh i g h w a ys u r f a c e ，i np a r t i c u l a r t oa b r a s i v es u r f a c e a s a l ti su n i v e r s a l l yo p t i o n a lm a t e r i a l ，w h i c hi sp r e v i o u s l yu s e di nh i g h w a ys u e f a c ei n s i c h u a np r o v i n c e ，h o w e v e ro n l ye m a i s h a nh a sb a s a l ti ns i c h u a np r o v i n c e ，a n de m a i s h a n b a s a l th a s g o o dp h y s i c o - m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e a n d a g g r e g a t ee n g i n e e r i n g s p e c i f i c a t i o n h o w e v e rg u a n g b ah i g h w a yr o a d s i d e d i s t r i b u t el o c a l i z e dr o wm a t i e r a l ，s u c h a s g e b b r o 、d i o o i t e ，w h i c hh a sr i c hr e s e r v e s s op a p e r sr e s e a r c h e so nt h ep p l i c a b i l i t yo fg e b b r o w h i c hw i lb eu s e di nt h es u r f a c eo fg u a n g b ah i g h w a y 。 p a p e r sb yt h ei n v e s t i g a t i o nr o a da l o n gt h ep a k i s t a n g a b b r o ，a n dt h er e s e a r c ho nd i o r i t e r o c km a t e r i a l 、g a b b r o 、d i o r i t er o c kp e r f o r m a n c ea n dt h ea g g r e g a t ep e r f o r m a n c eo fg a b b r o ， d i o r i t er o c ko ft h ep e r f o r m a n c ed r a w st h ep e r f o r m a n c eo fg a b b r oa n dd o r i t e ( i na d d i t i o nt o a d h e s i o n ) a r ei nl i n ew i t hr e g u l a t o r yr e q u i r e m e n t s t h r o u g hg a b b r om i x t u r eo fa s p h a l tr o a d p e r f o r m a n c er e s e a r c h ，t h eg a b b r oa s p h a l tm i x t u r e o fr e s i d u a lw a t e rs t a b i l i t y , d y n a m i c s t a b i l i t yo ft h eh i 曲一t e m p e r a t u r e ，d e p t ho ft h e s u r f a c es t r u c t u r ea l et om e e tr e g u l a t o r y r e q u i r e m e n t s ，a n dt h e f r e e z e t h a ws p l i t ，t h ec r y o g e n i ca n t i - c r a c k i n gp e r f o r m a n c ec a nn o t m e e tt h es p e c i f i c a t i o n s t h r o u g ht h ei m p r o v e dr e s e a r c ho nt h el a c ko fw a t e r - s t a b i l i t y ，i td r a w s t h a tt h e g a b b r oa s p h a l t m i x t u r eo fw a t e rs t a b l ep e r f o r m a n c eg r e a t l yi m p r o v e d ，a n d h i g h - t e m p e r a t u r es t a b l ep e r f o r m a n c ea l s oi n c r e a s e s t h u si tp r o v e dt h a tt h eg a b b r oa l o n gt h e h i g h w a yc a nb et h er o a ds u r f a c em a t e r i a l i fg a b b r oi st h em a t e r i a lo fg u a n g b ah i g h w a ys u r f a c e ，i tc a ns a v ec o n s t r u c t i o nc o s t s ， p r o m o t el o c a le c o n o m i cd e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：g e b b r o ，d i o r i t e ，r o c k - p e r f o r m a n c ec h a r a c t e r ，a d h e s i o nh a r a c t e r ，w a t e r - s t a b l i t y ， h i g ht e m p e r a t u r er u t t i n g i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：弓同哆缈3 年歹月j 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：乃冈尽 加3 导师签名： 孙砀 年乡月日 彳r 年v 月日 长安人学硕1 二学位论文 1 1 我国公路的发展 第一章绪论 公路交通是为国民经济、社会发展和人民生活服务的公共基础设施，是衡量一个国 家经济实力和现代化水平的重要标志。 我国的改革开放政策，党中央、国务院把交通作为国民经济发展的战略重点之一， 为公路交通事业的快速发展提供了机遇。由于实施了“统筹规划、条块结合、分层负责、 联合建设的工作方针，有效地发挥了中央和地方两方面的积极性，交通真正成为各地 经济建设的重点项目，“要想富，先修路 的认识已经深入人心。同时各地在筹资渠道 多元化上大胆探索和积极开拓，逐步形成了“国家投资、地方集资、社会融资、引进外 资 的格局，使我国的公路建设在较短的时间内取得了举世瞩目的成就，代表现代化交 通水平的高速公路从无到有，得到了迅速发展。 半个多世纪以前，旧中国公路交通十分落后，1 9 4 9 年能通车里程仅8 0 7 万公里，；一 汽车约5 1 万辆。从1 9 4 9 年到1 9 7 8 年的3 0 年间，公路里程增加到8 9 万公到1 1 。自十 一届三中全会实行改革开放政策以来，我国公路发展很快，截至到上世纪末2 0 年间新” 增里程3 8 8 万多公里，到2 0 0 1 年，我国高速公路通车里程超过1 9 万公里，仅次于美 国，居世界第二位，公路建设实现了历史性的飞跃。 我国从“七五 开始，公路建设进入了高等级公路建设的新阶段，公路建设的历史 开始谱写最光辉灿烂的一页。交通部根据国家确定的国民经济发展目标，制定了“三主 一支持 长远发展规划。规划从“八五开始，用几个五年计划的时间，重点建成1 2 条长约3 5 2 万里程的“五纵七横”国道主干线，其中一半以上为高速公路。“五纵七横 国道主干线的规划起始于上个世纪8 0 年代，当时随着改革开放的推进和经济社会的发 展，社会对交通的需求迅速增加，大多数干线公路、城市出入口和沿海发达地区堵车、 压港现象严重。交通基础设施对国民经济发展的“瓶颈”制约进一步加剧，为此，交通 部于8 0 年代末提出了“五纵七横 1 2 条路线( 含支线) 的规划布局方案，1 9 9 2 年得到 国务院认可，并于1 9 9 3 年正式部署实施。 “五纵国道主干线包括：黑龙江同江至海南三亚，长约5 2 0 0 公里；北京至福州， 长约2 5 0 0 公里；北京至珠海，长约2 4 0 0 公里；二连浩特至云南河口，长约3 6 0 0 公里； 重庆至湛江西南出海快速大通道，长约1 3 1 4 公里。 第一章绪论 “七横”国道主干线包括：绥芬河至满洲里，长约1 3 0 0 公里；丹东至拉萨，长约 4 6 0 0 公里；青岛至银川，长约4 4 0 0 公里；连云港至霍尔果斯，长约4 4 0 0 公里；上海 至成都，长约2 5 0 0 公里；上海至云南瑞丽长约2 5 0 0 公里；衡阳至昆明长约2 0 0 0 公里。 这1 2 条主干线全部是二级以上的高等级公路，其中高速公路约占总里程的7 6 ， 一级公路约占总里程的4 5 ，二级公路占总里程1 9 5 。它们连接了首都、各省省会、 直辖市、经济特区、主要交通枢纽和重要对外开放口岸，覆盖了全国所有人口在1 0 0 万 以上的特大城市和9 3 的人口在5 0 万以上的大城市，是具有全国性政治、经济、国防 意义的重要干线公路。 “五纵七横 国道主干线建设规划的实施，优化了我国交通运输结构，促进了高速 公路持续、快速和有序的发展，对缓解交通运输的“瓶颈”制约发挥了重要作用，有力 地促进了我国经济发展和社会进步。 自“十五 以来共新增高速公路里程3 2 7 万公里，到今年底，全国高速公路通车 总里程预计达5 3 万公里。高速公路逐步连线成网，规模效益凸现。其中，河南省高速 公路里程突破4 0 0 0 公里，江苏、山东、广东三省高速公路里程均突破3 0 0 0 公里。 “十五中期在“五纵七横”国道主干线系统规划的基础上，为进一步适应国 民经济快速发展和满足人民群众安全便捷出行的需求，交通部编制和上报了国家高速 公路网规划，并于2 0 0 4 年年底经国务院审议通过。国家高速公路网规划简称为 “7 9 1 8 网，共3 4 条路线，总规模为8 5 万公里，国家高速公路网规划，包含了“五 纵七横 国道主干线的全部1 2 条路线，服务对象进一步扩展到所有2 0 万人以上城市、 国家4 a 级旅游景区城市等，规划技术等级全部为高速公路。 至2 0 0 7 年年底，贯通“五纵七横”1 2 条国道主干线；2 0 1 0 年，基本建成西部开发 8 条省际公路通道；重点建设高速公路网规划中的“五射两纵七横”共1 4 条路线，并 力争到2 0 1 0 年基本贯通。到2 0 1 0 年，国家高速公路网骨架基本形成，国省干线公路技 术等级进一步提高。东部地区基本形成高速公路网，长三角、珠三角、京津冀地区形成 较完善的城际高速公路网络；中部地区基本建成比较完善的干线公路网络，承东启西、 连南接北的高速公路通道基本贯通；西部地区公路建设取得突破性进展，实现内引外联、 通江达海。 “五纵七横 国道主干线已经基本贯通，但国家高速公路网规划的实施和农村 公路建设任务依然艰巨。 “十一五”期间，国民经济持续快速增长将使公路水路交通需求更加旺盛，人民生 2 长安大学硕士学位论文 活水平普遍提高促进交通消费结构进一步升级，这对运输服务提出新的、更高的要求。 预测数据表明，到“十一五 末，公路水路年客运量将分别达到2 4 0 亿人次和2 5 亿人 次，年均增长7 1 和4 6 ；公路水路年货运量将分别达到1 6 0 亿吨和2 9 亿吨，年均 增长3 6 和5 7 ：沿海港口年货物吞吐量将达到4 5 亿吨至5 0 亿吨，年均增长5 9 至 8 1 。 日前，交通部正式印发公路水路交通“十一五 发展规划( 简称规划) 。按 照规划确定的目标，2 0 1 0 年，全国公路总里程将达到2 3 0 万公里，其中高速公路 6 5 万公里、二级以上公路4 5 万公里、县乡公路1 8 0 万公里。具备通达条件的乡镇和建 制村1 0 0 通公路，9 5 的乡镇、8 0 的建制村通沥青( 水泥) 路。沿海港口深水泊位1 7 5 2 个，年总通过能力达到4 6 亿吨，能通行1 0 0 0 吨及以上船舶的内河三级及以上航道1 0 6 0 0 公罩【2 0 1 。 1 2 课题依托项目和项目研究意义 1 2 1 课题依托项目 广元至巴中高速公路是国家重点公路建设规划“十三纵十五横”中的杭州至兰州横 向通道中的重要组成部分，是四川高速公路网中的主干线之一，也是) i i j l 地区的公路主 骨架，它是连接西部甘肃、陕西和川北等贫困地区与中部、东部发达地区的重要纽带。 全长1 4 8 6 7 5 公里，采用山岭重丘区高速公路技术标准，桥梁设计荷载公路一i 级，最 大纵坡5 ，计算行车速度8 0 公里川、时，路基宽度2 4 5 米，全线设互通式立交1 1 处， 桥隧比超过4 0 。 以往四川省修建高速公路路面面层普遍选用的材料为玄武岩，而在四川省境内只有 蛾眉山处有玄武岩，且该处的玄武岩的物理力学性能良好，集料技术指标良好。而广元 至巴中高速公路沿线广泛分布有石灰岩、辉长岩、硬质砂岩、闪长岩等地方材料，且储 量较丰富。因此，四川省交通厅广巴高速公路工程建设指挥部与长安大学共同合作就地 解决沿线碎石与机制砂用于构造物的可能和硬质砂岩、辉长岩应用路面基层、面层的使 用性能研究。 1 2 2 项目研究意义 为实现项目研究目的，在本项目开始前对辉长岩和玄武岩进行了一些资料搜集和分 析总结，从基本性能对两种岩石的性能进行对比，同时与石灰岩岩石性能对比，对比结 3 第一章堵论 果如r 表1 1 所示 表1 1 玄武岩、石灰岩、辉长岩的性质差异 玄武岩右灰者辉长岩 耐磨性 盘f _ 较差玖之 粘附性较差最好较差 压碎值 好 较筹好 强度 好 较差好 吸水率较大较小较小 图1 1 正源镇辉长岩 辉长岩仅在旺苍县有l 处，以广巴路l 1 0 标为例进行经济效益对比。从下源镇辉长 岩料场将辉长岩运至广巴路l 1 0 标的运距为3 0 k m ，运距较短，故可采用汽车运输，运 输费用是1 y k i n 。而从蛾眉山将玄武岩运至广巴路l 1 0 标的运距为5 3 5 k m ，由于从蛾 眉山至广巴路l 1 0 标的运距较长，加上石料的比重较重，故从峨眉山运玄武岩至广巴路 l 1 0 标只能选择火车运输，且运输费用是06 y k i n 。 经济效益分析表以a c1 6 型沥青路面，面层厚度为4 e m 计算的，经济效益分析表 如表12 所示： 表1 2a c 1 6 经济效益分析 出厂价 运费 集料成本面层总体积集料经费 集料运距 ( t )( 元t r a n )( 元t ) ( 锄。，k m ) ( 万元k i n ) 蛾眉山老武岩 0 6 06 1 0 8 正源镇鹄! 长岩 10 。 6 1 0 8 长安大学硕士学位论文 附注：1 运距是指从集料产地运到广巴高速十标的运距。 2 是火车运送，为汽车运送 由经济分析表可知，采用正源镇的辉长岩作为面层的材料较为经济。除此之外， 若采用正源镇辉长岩作为广巴高速公路路面面层所用的岩石集料，不仅遵循了“因地制 宜，就地取材的原则，而且还能促进当地经济的发展，给当地人民带来经济效益。同 时节省运距，如从外地运输原料，则会增加广巴高速公路沿线的其他等级公路的交通量 和超载车辆的增加，从而加重对沿线道路的破坏，在以往曾出现过修好一条高速公路， 破坏一条或几条的沿线道路，从这个角度考虑则是对广巴高速沿线道路的一种保护，从 而进一步节约了建设成本。 四川攀枝花、石棉县以及川西等地方均分布有大量的辉长岩，且选用辉长岩作为路 面面层材料的路面使用性能良好，目前四川省高速公路以及其他等级路的建设任务还很 重。因此，专门研究辉长岩、闪长岩做路面面层用集料技术性能研究是非常有必要的。 1 3 国内研究现状及存在问题 1 3 1 国内研究现状 玄武岩属于一种弱碱性集料，从化学成分上看，其二氧化硅含量小于花岗岩大于石 灰岩，从物理力学性质看，其强度大于石灰岩亦小于花岗岩。正因为玄武岩具有一定 强度，同时又与沥青有一定的粘附性，目前，国内有部分地区常使用玄武岩用作道路的 建设。但是，观测表明，现有用玄武岩沥青混合料铺筑的一些路面仍出现了松散、坑 槽、车辙等与水相关的早期破坏【1 9 】。 矿料集料性质对沥青混合料的水稳定性影响最大，大体中性玄武岩的沥青混合料水 稳定性中等，但不一定总能满足使用要求。 而辉长岩属于岩浆岩，其孔隙度很小，压缩强度一般2 0 0 一2 8 0 m p a ，粗粒者较低， 耐磨性好，耐久性也很高，结构构造均匀。辉长岩的极限强度 1 9 6 m p a ，并且具有较 高的化学稳定性f 1 8 】。 辉长岩在全国范围内分布较广，甘肃、青海、四川、山东、山西、北京、内蒙古、 广东、湖北等省市内均有辉长岩岩层分布。而目前专门针对辉长岩作为沥青路面面层用 材料的研究很少，多数采用辉长岩作为面层所选用的材料进行高性能沥青混合料设计 方法研究、湿陷性黄土地区s m a 混合料组成设计和最佳沥青用量确定等论文中。 目前辉长岩作为面层材料曾应用于甘肃临清路、甘肃兰白路、甘肃馋柳路、四川西攀高 5 第一章绪论 速公路等多条公路。 闪长岩类属于中性侵入岩。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 。 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规范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。目前已在江苏连徐高速c 砌o o o o c 砌0 2 0 0 右幅上使用闪长岩 作为路面面层材料，并且其沥青混合料路用性能良好，也得nt 验证【1 9 】。 1 3 2 存在问题 辉长岩作为沥青路面面层选用材料的沥青混合料，由于辉长岩属中性岩石，故辉长 岩沥青混合料的水稳性能不好。辉长岩强度高，由此可知轧制辉长岩集料时辉长岩集料 的针片状含量相对玄武岩而言会大一些( 在现实应用中已得到验证) 会影响辉长岩沥青 混合料的强度，但如注意辉长岩集料的加工方式仍能将其针片状含量控制在范围之内， 甚至会远远超出规范要求。 闪长岩目前所存在的问题是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。因此， 不能说明在其他地方性能良好的闪长岩在四川省广巴高速公路沿线的闪长岩的性能也 良好，因此需要有针对性的研爿1 叭。 1 3 论文主要研究内容 1 原材料性质分析与研究 通过对岩石岩性分析、石料力学性能、集料的物理化学力学性能等的研究，分析并 总结出辉长岩和闪长岩的特点； 2 辉长岩、闪长岩沥青混合料配合比设计及性能研究 采用马歇尔设计方法对正源镇辉长岩集料进行配合比设计，并在最佳油石比下成型 试件对其路用性能进行研究，通过路用性能总结出正源镇辉长岩、英萃镇沥青混合料的 6 长安大学硕士学位论文 特点。 3 改善优化辉长岩沥青混合料路用性能 针对辉长岩沥青混合料的不足( 水稳性能) 采用不同的改善措施进行改善，比较不 同改善措施的效果并得出较好的适合广巴路的改善措施，从而解决实际应用问题。 针对闪长岩沥青混合料的不足采取相应的改善措施。 1 4 论文研究方案 1 岩石岩性分析 2 岩石性质研究 通过岩石单轴抗压强度、岩石抗冻性、岩石坚固性和石料高温稳定性试验研究辉长 岩、闪长岩岩石性质。 3 集料性能研究 通过对集料的密度、压碎值、磨耗值、坚固性、针片状含量、棱角性、砂当量和粘 附性试验研究辉长岩、闪长岩集料性能。 4 辉长岩沥青混合料基本路用性能研究 首先确定三个级配( 两个级配的石屑选用辉长岩石屑，一个级配的石屑选用石灰岩 石屑) 最佳油石比，然后在最佳油石比下进行浸水残留稳定度、冻融劈裂、低温弯曲、 构造深度和高温车辙试验，进而总结辉长岩沥青混合料的优缺点。 5 提高辉长岩沥青混合料水温性能研究 通过对辉长岩沥青混合料掺加抗剥落剂和使用消石灰代替部分矿粉两种措施对其 进行改善提高研究。但首先要先确定各个级配在改善后的最佳油石比，然后在最佳油石 比下进行残留稳定度和冻融劈裂试验，对其进行比较分析研究。 6 辉长岩沥青混合料高温稳定性研究 在辉长岩沥青混合料水稳定得到改善提高措施的各个级配最佳油石比下进行高温 车辙试验研究并进行分析。 7 第二章辉长岩、闪长岩岩石性质研究 第二章辉长岩、闪长岩岩石性质研究 沥青混合料是一种复合材料。它是由沥青、粗集料、细集料和矿粉以及外加剂所组 成的。它的诸项路用性能与粗细集料的选用有密切关系。粗细集料的选用首先应考虑的 是其岩石性能的好坏。 2 1 辉长岩和闪长岩岩石化学性质研究 2 1 1 辉长岩和闪长岩介绍 2 1 1 1 辉长岩介绍 岩石按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。常见的玄武岩、辉长岩、辉绿 岩、花岗岩、安山岩属岩浆岩；石灰岩、砂岩、石英砂岩则属沉积岩。 岩浆岩是岩浆冷凝固后形成的岩石，主要有硅酸盐物质组成。根据层位的不同，岩 浆岩有深层岩、浅层岩和喷出岩之分。层位对岩石的结构和构造有很大影响。 辉长岩占侵入岩体积的9 0 左右，由斜长石、单斜晖石、角闪石和黑云母组成。辉 长岩是主要辉石形成，其含量为4 0 - - - - 6 0 。辉石随处可见，其含量在辉石一角闪石辉 长岩中达2 0 ，在角闪石和黑云母一角闪石辉长岩中不断降低，甚至消失。角闪石分布 广泛，形成长且时而等大的晶粒，沿辉长岩发育，部分或全部代之。黑云母含量为5 7 ，沿角闪石，有时也沿斜长石发育。辉长岩的化学组成如下( 叭) ：4 3 7 s i 0 2 、0 9 9 t 1 0 2 、 9 4 1 a 1 2 0 3 、1 9 3 2 f e 2 0 3 、1 1 4 6 c a o 、1 0 8 4 m g o 、0 4 2 m n o 、0 9 1 k 2 0 、1 3 3 n a 2 0 、0 2 8 p 2 0 5 、 1 3 2 烧失 辉长岩孔隙度很小，压缩强度一般2 0 0 - - - , 2 8 0 m p a ，粗粒者较低，耐久性也很高， 结构构造均匀。 辉长岩的极限强度 1 9 6 m p a ，辉长岩具有较高的化学稳定性【l 引。 2 1 1 2 闪长岩介绍 闪长岩类属于中性侵入岩，s i 0 2 含量5 2 - - 6 3 ，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s i 0 2 含量多，m g o 、f e o 及f e 2 0 3 减少，n a 2 0 和k 2 0 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3 0 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 8 长安大学硕上学位论文 7 0 ，主要为斜长石，少量钾长石和石英。因此，闪长岩的颜色般比玄武岩浅，呈浅 灰或灰色，矿物颗粒也稍粗。 、- 。、- 、_ 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规范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 1 8 8 m p a ，角闪闪长岩为1 5 0 m p a t l9 1 。 2 1 2 辉长岩和闪长岩岩性分析 根据岩石中s i 0 2 的含量不同，将岩石划分为了碱性岩石、中性岩石和酸性岩石。 按克罗斯的分类法岩石化学组成中s i 0 2 的含量大于6 5 的石料成为酸性石料；含s i 0 2 为5 2 - - - 6 5 的石料成为中性石料，s i 0 2 含量小于5 2 的石料成为碱性石料。在沥青混 合料中，由于矿质集料的化学性质变化，对沥青混合料的物理一力学性质起着极为重要 的作用【2 1 1 。在其他条件完全相同情况下，与沥青的粘附性，是碱性石料最好，其次是中 性石料，酸性石料最差。由此可知，石料的酸碱度对沥青混合料的性能有很大关系。 因此，在去四川广巴路实际调查时将一些石料试样带回学校拿到陕西地质调查院进 行岩性检测。 对正源镇辉长岩、英萃镇闪长岩进行了岩性分析检测，检测结果如下： 表2 1 辉长岩、闪长岩岩性分析结果 正源料场( 青黑色) 正源料场( 灰色) 英萃镇 辉长岩 辉长岩闪长岩 矿物名称含量( ) 含量( )含量( ) 蒙脱石 | 3l 9 第二章辉长岩、闪长岩岩石性质研究 表2 1 辉长岩、闪长岩岩性分析结果( 续) 云母 |3 黑云母 1 0| 角闪石 2 2|2 8 绿泥右362 石英 348 正长石 | 斜长石 5 05 75 2 磁铁矿 92 14 赤铁矿 |3| 未检出 333 s i 0 2 含量 5 1 2 64 9 3 75 2 9 8 试验结果分析： 由上表2 1 的岩性分析结果可知，正源镇辉长岩以灰色岩石为主，因此其岩石属中 性偏碱性石料，英萃镇闪长岩属中性岩石。通常情况下，碱性石料与沥青的粘附性较好， 中性岩石次之，酸性石料最差，因此可以预知正源镇辉长岩的粘附性不会很好。 2 2 辉长岩和闪长岩岩石性质研究 2 2 1 岩石单轴强度试验 1 ) 试件的制备 路面工程中用的石料试验，采用圆柱体或立方体试件，其直径或边长和高均为 5 0 m m + 2 m m 。每组试件各6 个。 有显著层里的岩石，分别沿平行和垂直层里方向各取6 个。时间上、下端面应平行 和磨平，试件端面的平面度公差应小于o 0 5 m m ，端面对于试件轴线垂直度偏差不应超 过0 2 5 。 本论文中的试件均按实验要求进行制备，并选取的是制备立方体试件。因正源镇和 英萃镇的石料均为有明显的层里，故未按平行或垂直层里方向取试件，而是直接进行试 件的制备。 2 ) 试验步骤 1 0 长安大学硕士学位论文 用游标卡尺量取试件的尺寸( 精确至o 1 m m ) ，对立方体时间在顶面和底面上个量 取其边长，以各个面上互相平行的两个边长的算术平均值计算其承压面积； 试件的含水状态可根据需要选择烘干状态、天然状态、饱和状态、冻融循环状态。 按岩石强度性质，选定合适的压力机。将试件置于压力机承压板中央，对正上、下 承压板中心，不得偏心。 以0 5 m p a s - 1 0 m p a s 的速率进行加荷直至破坏，记录破坏荷载及加载过程中出现 的现象。 本人进行上述试验时，选取的压力机是实验室平时用来测水泥混凝土试件抗压强度 试验的试验设备。 表2 2 岩石单轴抗压强度试验结果 试验项目正源镇辉长岩英萃镇辉长岩试验依据 单轴抗压强度( 饱水) ( m p a ) 1 3 l1 4 8t 0 2 21 - 2 0 0 5 单轴抗压强度( 烘干) m p a ) 1 7 21 6 7 t 0 2 2 1 - 2 0 0 5 软化系数 7 6 2 8 8 6 t 0 2 2 1 _ 2 0 0 5 试验结果分析： 由表2 2 中岩石单轴抗压强度结果可知，正源镇辉长岩的单轴抗压强度较高，较稳 定；英萃镇闪长岩的单轴抗压强度也很高，也较稳定。由此可知正源镇辉长岩和英萃镇 闪长岩的单轴抗压强度相差不大，都较高并较稳定。 2 2 2 岩石抗冻性试验 1 目的和适用范围 岩石的抗冻性是用来评估岩石在饱和状态下经受规定次数的冻融循环后抵抗破坏 能力，岩石抗冻性对于不同的工程环境气候有不同的要求。冻融次数的规定：在严寒地 区( 最冷月的月平均气温低于1 5 ) 为2 5 次；在寒冷地区( 最冷月的月平均气温低于 5 。c ) 为1 5 次。 2 试件的制备 试件制备的方法采取与岩石单轴抗压强度试验中试件的制备方法一样； 每组试件不应少于3 个，此外再制备同样试件3 个，用于做冻融系数试验。 3 试验步骤 将试件编号，用放大镜详细检查，并作外观描述。然后量出每个试件的尺寸，计算 第二二章辉长岩、闪长岩岩石性质研究 受压面积。将试件放入烘箱，在1 0 5 。c , - - - 1 1 0 下烘至恒量，烘干时间一般为1 2 h - - 2 4 h ，待在干燥器内却至室温后取出，立即称其质量m 。，精确至0 0 1 9 ( 以下皆同此) 。 按吸水率试验方法，让试件自由吸水饱和，然后取出擦去表面水分，放在铁盘中， 试件与试件之间应有一定间距。 待冰箱温度下降1 5 。c 以下时，将铁盘连通试件一起放入冰箱，并立即开始计时。冻 结4 h 后取出试件，放入2 0 5 的水中降解4 h ，如此反复冻融至规定次数为止。 每隔一定的冻融循环次数( 如1 0 次、1 5 次、2 5 次等) 详细检查各试件有无剥落、 裂缝、分层及掉角等现象，并记录检查情况。 称量冻融试验的试件饱水质量m ，再将其烘干至恒量，称其质量m f o 并按本规程抗 压强度试验方法测定冻融试验后的试件饱水抗压强度，另外3 个未经冻融试验的试 件测定其饱水抗压强度。 表2 3 岩石抗冻性试验结果 试验项目正源镇辉长岩英萃镇辉长岩 试验依据 质量损失率( ) 0 0 1 1o 0 2 4t 0 2 2 1 - 2 0 0 5 单轴抗压强度( 饱水) ( m p a ) 1 1 3 91 2 9 4t 0 2 21 - 2 0 0 5 试件吸水率( ) 0 0 8 80 1 4 0t 0 2 21 - 2 0 0 5 冻融系数( ) 8 6 98 7 4t 0 2 2 1 - 2 0 0 5 岩石抗冻性与矿物成分、结构特征有关，而同岩石的吸水率指标关系更加密切。岩 石的抗冻性主要取决于岩石中大开口孔隙的发育情况、亲水性和可溶性矿物的含量及矿 物颗粒间的连接力。大开口孔隙越多，亲水性和可溶性矿物含量越高时，岩石的抗冻性 越低；反之，越高。 试验结果分析： 由表2 3 中辉长岩岩石抗冻性试验结果结合判断岩石抗冻性好坏的指标中抗冻系数 大于7 5 ，质量损失率小于2 时，为抗冻性好的岩石，说明正源镇辉长岩和英萃镇闪 长岩均为抗冻好的岩石。 2 2 3 岩石坚固性试验 1 目的和适用范围 坚固性试验是确定经饱和硫酸钠溶液多次浸泡与烘干后而不发生显著破坏或轻度 降低的性能，是测定岩石抗冻性的一种简易方法。一般适用于质地咯硬的岩石。 1 2 长安大学硕 ：学位论文 2 试验材料或试剂 饱和硫酸钠溶液：取4 0 0 9 的无水硫酸钠( 或8 0 0 9 的结晶硫酸钠) 溶解于温度为3 0 - - , 5 0 。c 的1 0 0 0 m l 纯净水中配制而成的( 溶液总需要量约等于试件体积的5 倍) 。其配 置方法是：边加热洁净水( 水温为3 0 5 0 。c ) 边慢慢加入硫酸钠，并用玻璃棒不断 搅拌，待硫酸钠全部溶解直至饱和并有部分结晶析出为止。让溶液冷至室温( 2 0 2 5 ) 并静置4 8 h 待用。使用时需将溶液充分搅拌，试验过程中应保持溶液密度在 1 1 5 9 k g m 3 - 1 1 7 5 k g m 3 范围内。 1 0 氯化钡溶液。 3 试件制备 与上述岩石单轴抗压强度和抗冻性试验的试件制备步骤一样。 4 试验步骤 将试件放入烘箱，在1 0 5 1 l o 下烘制恒量，烘干时间一般为1 2 h - - 2 4 h ，取出至 于干燥器中，冷却至室温，称其质量( 精确至o o l g ，以下皆同此) 。 把烘干试件浸入装有硫酸钠溶液的盛器中，溶液高度应高出试件顶面2 c m 以上，用 盖将盛器盖好，浸入2 0 h 然后将试件取出，再用器皿衬往置于1 0 5 1 1 0 的烘箱 中烘4 h 。4 h 后取出试件，将其冷却至室温，再重新浸入硫酸钠溶液中，至硫酸钠结 晶溶解后取出试件，用放大镜及钢针仔细观察岩石试件有无破坏现象，并详细描述 记录。 按上述方法反复浸烘5 次，最后一次循环后，用热洁净水煮洗几遍，直至将试件中 硫酸钠溶液全部洗净为止。是否洗净可用1 0 氯化钡溶液进行检验，具体操作为： 取洗试件的水若干毫升，滴入少量的氯化钡溶液，如无白色沉淀，则说明硫酸钠溶 液已被洗净。将洗净的试件烘至恒量，准确称出其质量【9 1 。 表2 4 岩石坚固性试验结果 试验项目正源镇辉长岩英萃镇辉长岩试验依据 质量损失率( )o 0 1 50 0 3 9t 0 2 21 2 0 0 5 单轴抗压强度( 饱水) ( m p a ) 1 1 3 91 2 9 4 t 0 2 2 1 2 0 0 5 试验过程岩石试件变化描述：试验过程中每次再次浸泡前均按试验步骤2 中所述的 用放大镜及钢针仔细观察岩石试件，均未发现破坏现象。 试验结果分析： 由表2 4 中岩石坚固性试验结果可知，正源镇辉长岩和英萃镇闪长岩在饱和硫酸钠 1 3 第二章辉长岩、闪长岩岩石性质研究 溶液中质量损失很小，从而说明了正源镇辉长岩和英萃镇闪长岩具有较好的化学稳定 性。 2 3 石料高温稳定性试验 很多石料在常温下，其各项技术性能指标能满足规范要求，一旦在高温条件下，其 性能会发生改变。在德国热铺沥青路面( 温度大于1 2 0 。c ) 中的矿物集料都要做高温稳 定性试验。试验方法是把砂砾或石屑放在马弗炉中进行高温加热，试验前后的砂砾或石 屑剥离部分增量不超过3 。同时还要进行抗击碎强度试验，在做高温稳定性试验前后， 抗击碎强度值s z 8 1 2 增加值不大于3 。如果以上两个指标都能满足要求，就证明集料 高温稳定性达到要求【5 1 。 我国现行规范规定，高等级公路宜采用间歇式拌合设备拌合，二级以下公路有条件 时采用。沥青混合料需要在一定温度下拌合，以使沥青达到要求的流动性，较好地覆盖 矿料颗粒。但拌合温度过高会导致沥青老化，严重影响沥青混合料的使用性能。普通沥 青混合料的施工温度宜通过1 3 5 及1 7 5 条件下黏度一温度曲线( 黏温曲线) 按表2 8 的规定确定。缺乏黏温曲线数据时，可参照表2 9 的范围选择，并根据实际情况确定使 用高值还是低值。当表中温度不符合实际情况时，容许作适当调整。 表2 5 确定沥青混合料拌合及压实温度的适宜温度 黏度适宜拌合的沥青混合料黏度适宜压实的沥青混合料黏度测定方法 表观黏度( o 1 7 i - 0 0 2 ) p a s( 0 2 8 ：l - 0 0 3 ) p a st 0 6 2 5 运动黏度 ( 1 7 0 - a ：2 0 ) m m 2 s( 17 0 - 土2 0 ) n l n 1 2 st 0 6 1 9 赛氏黏度 ( 8 5 a ：1 0 ) s( 1 6 5 + 1 5 ) s t 0 6 2 3 表2 6 热拌沥青混合料的施工温度( ) 石油沥青的标号 施工工序 5 0 号7 0 号9 0 号 1 1 0 号 沥青加热温度1 6 0 - - 1 7 01 5 5 1 6 51 5 0 1 6 01 4 5 1 5 5 间隙式拌合机集料加热温度比沥青温度高1 0 - - - 3 0 矿料加热温度 连续式拌合机 矿料加热温度比沥青温度高5 1 0 沥青混合料出料温度 1 5 0 1 7 01 4 5 1 6 5 1 4 0 1 6 01 3 5 1 5 5 混合料贮料仓贮存温度贮料过程中温度降低不超过1 0 混合料废弃温度高于 2 0 0 1 9 51 9 01 8 5 运输剑现场温度不低于 1 5 01 4 51 4 01 3 5 混合料摊铺温度止常施 1 4 0 1 3 51 3 01 2 5 不低于 低温施工 1 6 0 1 5 0 1 4 01 3 5 1 4 长安火学硕上学位论文 表2 6 热拌沥青混合料的施工温度( ) ( 续) 开始碾压的混合料内 正常施 1 3 51 3 01 2 51 2 0 部温度不低丁： 低温施+ 1 ：1 5 01 4 51 3 51 3 0 碾压终了的表面 钢轮压路机 8 07 06 56 0 轮胎压路机8 58 0 7 57 0 温度不低于 振动压路机 7 57 06 05 5 开放交通的路表温度不高于5 05 05 04 5 附注：1 沥青混合料的施工温度采用具有金属探测针的插入式数显温度计测量。表面温度可采用表 面接触式温度计测定。当采用红外线温度计测量表面温度时，应进行标是。 2 表中未列入的1 3 0 号、1 6 0 号及3 0 号沥青的施1 = 温度由试验确定。 由上表2 5 、2 6 可知我国热铺沥青路面沥青混合料的摊铺温度也均大于1 2 0 ，故 可用德国高等级沥青路面设计方法中的石料高温稳定性试验来检验石料的高温稳定 性【2 】o 因试验室没有马弗炉试验设备和德国高等级沥青路面设计方法中对石料高温稳 定性试验温度的规定不是很明确，故不能完全按德国高等级沥青路面设计方法中的 试验方法进行石料高温稳定性试验。但此项指标很能说明石料的特性，故结合试验室现 有的高温加热试验设备( 烘箱) 和沥青混合料拌合站对集料的实际加热温度，结合烘箱 本身性能和安全问题，兹定如下方法进行石料高温稳定稳定性试验：首先按试验要求进 行集料试样的准备，于下午将集料试样放置烘箱中，并将温度设置为1 0 5 ( 2 ，将其烘制 一晚( 一般为1 2 h ) ，待集料烘制1 2 h 后将烘箱温度升至2 0 0 ，并在该温度下继续烘制 1 2 h ，然后将烘箱关闭。待第二天将集料试样温度达常温后从烘箱中取出，按现行的公 路沥青路面施工技术规范中的试验结合德国高温稳定性试验中的要求进行集料磨耗 值、集料压碎值和石屑的筛分试验，试验方法按公路沥青路面施工技术规范中对应 的试验方法进行。 辉长岩、闪长岩集料在石料高温稳定性前后试验结果对比如下表2 7 、2 8 、2 9 所 不： 表2 7 集料石料高温稳定性前后磨耗值结果对比 试样高温烘制前高温烘制后前后差值试验标准 正源镇辉长岩( ) 1 6 2 41 8 1 11 8 73 英葶镇辉长岩( ) 2 0 51 8 7 91 7 13 第- 二章辉跃岩、