砂岩在道路工程中的应用研究

罗雷

摘要：我国是世界三大砂岩产地之一，有着极其丰富的砂岩矿产资源，而且砂岩矿产资源的分布非常广泛，其中四川、云南山东等地最为集中，同时河北河南、陕西、山西等地也有一定的产量但是相对知名度较低，影响力较小[1]。砂岩近年来也作为道路施工材料进入工程中，但是砂岩本身并不是优质的道路材料，需要进行不同的处理才能使用[2]。近年来砂岩逐渐使用到高速公路建设中，但相对于我国巨大的砂岩储量，其应用比重太小，未来具有广大的应用空间，能够较好的节约投资，促进我国高速公路更快更好的建设[3]。

1、我国道路工程的发展历史

众所周知，从1988年沪嘉高速公路通车实现中国内地高速公路零的突破之后，中国高速公路建设一路突飞猛进[4～6]。随着1992年交通部“五纵七横”国道主干线规划和2005年新的“国家高速公路網规划”（即7918网）的实施和推进，2013年全中国高速公路通车总里程达到10.4万公里，已超过美国位居世界第一。而且，中国国家高速公路网现已覆盖10多亿人口，包括东部地区超过90%、中部地区达83%、西部地区近70%，覆盖地区的GDP占到全国总量的85%以上。

研究发现：（1）中国高速公路建设的资源配置效率惊人，2001～2007年度每年平均高达13.23%。总量生产率提升渠道主要来自矫正劳动投入扭曲和中间品投入扭曲两个环节。高速公路建设通过优化中间投入和劳动投入带来的总量生产率提升效应分别为 4.39%和9.80%。（2）总量生产率的提升与高速公路建设优化要素配置有关，稳健性分析表明企业距离高速公路的距离每降低10公里，可以矫正中间投入扭曲2.33倍，劳动投入扭曲15.17倍。这些矫正提升了企业平均规模，使得过小企业能够发挥规模经济，过大企业抑制规模不经济。（3）中国高速公路建设的资源配置效应有很强的异质性。中西部地区的总量生产率提升效应大于东部;私营企业和股份制企业的总量生产率提升效应最大;中小城市的提升效应大于大城市;轻工业和资本密集型的提升效应分别大于重工业和劳动密集型。

研究有助于认识交通基础设施的经济增长效应和区域协调发展效应，对我国今后进一步开展高速公路建设方向和深化“一带一路”倡议有重要的指导意义[7]。短时期如此大规模的高速公路建设必将对资源配置和经济增长产生深远影响。因此，找到一个新的可用道路施工材料来进行公路建设对国家的发展以及经济效应的提升就显得非常重要。

2、砂岩在道路工程中的应用

砂岩在我国的道路正式应用历史并不长。由于砂岩属于酸性及集料，与沥青的粘附性以及最终混合料的抗水损性能不佳，所以需要进行一系列改性等才可以应用[8]。当前所以砂岩沥青混凝土道路施工中，应用砂岩都进行了以下的处理：1、选取性能优质的石英砂岩，这种砂岩混合沥青形成沥青混凝土之后本身足以满足道路工程的相关要求，但这种优质砂岩产量也较少，分布也不均匀。2、对沥青进行相关的改性，使之能够更好的与普通的砂岩进行结合，最终的强度等综合性能也能够满足相关要求。但改性的难度相对较大，并且价格略高。3、将原本的石灰岩、花岗岩等优质石材与砂岩混用，使其能够达到路用的标准。

在京藏高速银川段沥青路面大修工程中[9]，进行了红砂岩AC-13C沥青混合料在高速公路路面工程上面层的应用研究，在工程中，为例增加酸性红砂岩的粘附性与抗水损性能研究，采取了掺加抗剥落剂的措施，以弥补红砂岩粘附性差、抗剥落性能不好等缺点，并对掺加了抗剥落剂的红砂岩AC-13C进行了配合比设计及路用性能研究，结果表明其混合料的马歇尔体积指标、高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性及渗水等路用性能指标均满足设计及规范要求。从而验证砂岩可以应用到路面工程中。

京珠高速公路湘潭至耒阳段工程中[10]，将红砂岩作为路基材料，工程中为了将易崩解碎裂、颗粒软化、强度低的红砂岩改造成可满足设计及规范要求的路基材料，结合大量实验研究，提出并使用了以“欲崩解——耙压——碾压”为核心的红砂岩路基填筑施工工艺和处理技术，经现场试验路测试结果表明，这种方式处理后的红砂岩路基强度高、水稳定性好、工后沉降量微小。

在干线公路ATB-25沥青路面施工中[11]，对砂岩进行改性处理，由于担心抗剥落剂改性的沥青混合料的长期性能稳定性不足，将砂岩沥青混合料制备过程在中的优质矿粉部分替换为水泥，然后进行马歇尔试验，检测不同掺量对混合料高低温稳定性能的影响。最终认定砂岩可以应用于沥青稳定碎石基层施工，但应注意水泥掺量以及强度，在摊铺环节的碾压时，应严格观测其渗水系数。

在钟山至马江高速公路施工中[12]，砂岩成功应用与其沥青上面层中，砂岩沥青混凝土的最佳油石比较传统的石灰岩沥青混凝土等更大，这是因为砂岩本身的物理性质决定了其颗粒表面粗糙度较高，表面孔隙较多，而且孔径大小不一，因此能够吸附更多的沥青，增加裹附在集料表面的沥青膜的厚度。最终检测表面，在最佳油石比条件下的砂岩沥青混凝土其各方面性能均满足技术要求。砂岩虽然是弱酸性石料，但其黏附性能指标能够达到5级，如果利用碱性的石灰岩细集料及掺加1%的水泥代替部分矿粉，还可以进一步改善石料表面黏附性能。该路段成功应用砂岩用作公路沥青上面层的铺筑，效果良好，节约了大量的投资，取得了客观的经济效益。

许银行等在砂岩粗集料在SMA中适应性研究中[13]，将砂岩粗集料SMA进行室内试验，并与石灰岩集料的SMA对比，发现使用砂岩集料的SMA混合料抗车辙性能、低温抗裂性、疲劳性能都大大提高。同时在改善路面舒适性、减少车灯光反射、减少水雾、提高能见度等方面都有不俗的表现。

3、结论

1）我国一些路段的成功案例表明，砂岩完全足以应用于高速公路沥青上面层的施工，可以节约投资，减少工期，具有重大的价值，具有广阔的发展空间。

2）砂岩硬度、耐磨性能等较传统石灰岩、辉绿岩等较好，这是砂岩可以作为道路用施工材料的基础。

3）砂岩本身呈弱酸性，与沥青的黏附性能不佳，在工程中使用应注意选取优质的砂岩，并满足最佳油石比，砂岩沥青混合料中的矿粉可以部分用水泥替代，有助于提高其粘附性。

参考文献

[1]步晓宁， 张天华， 张少华. 通向繁荣之路：中国高速公路建设的资源配置效率研究[J]. 管理世界， 2019， v.35（05）：50-69.

[2]胡翌刚， 张霞晖. 砂岩用作沥青路面表面层性能试验研究[J].湖南交通科技， 2008（01）：13-15.

[3]朱纬， 朱邦海， 高璐，等. Primer界面剂在水泥混凝土桥面铺装中的适用性研究[J]. 国防交通工程与技术， 2017（1）.

[4]霍典， 朱平. 表面能评价有水状态下沥青与集料的粘附性[J].江西建材， 2014（22）：117-117.

[5]包卫星， 姚莉莉. 砂岩用于沥青混凝土面层的路用性能研究[J].公路， 2014， 059（010）：243-246.

[6]杨涛. 广西砂岩沥青混凝土路用性能研究[D]. 重庆交通大学.

[7]雷俊， 何兆益， 范勇军，等. 宁夏砂岩集料与沥青粘附性试验研究[J]. 公路交通科技（应用技术版）， 2016， 02（v.12;No.134）：88-90.

[8]曾宪文， 傅建军. 砂岩粗集料用于沥青混凝土表面层的研究[J]. 西部交通科技， 2014， 000（008）：14-18.

[9]包卫星， 姚莉莉. 砂岩用于沥青混凝土面层的路用性能研究[J]. 公路， 2014， 059（010）：243-246.