【技术】Novachip超薄磨耗层在沥青路面养护中的应用研究
摘要：超薄磨耗层路面维修具有改善路面平整度、抗滑、耐磨、施工工期短、开放交通早、降噪、施工中不影响正常交通的优点,能够快速改善道路的行驶状况，符合现代公路快速养护发展的方向。本文结合某工程实践介绍了Novachip技术的产生及应用现状、Novachip材料技术要求、Novachip超薄磨耗层施工等内容，为今后Novachip超薄磨耗层在路面养护中的应用提供了依据。
关键词：Novachip；超薄磨耗层；路面养护
目前，用于路面养护的技术有很多，根据养护的时机不同可分为预防性养护和修正性养护。就路面养护本身来说，预防性养护更为重要和有价值，有大量的工程实践经验可以证明这一点。路面使用性能衰减规律也能够说明采取及时有效的预防性养护措施能够延长路面使用寿命，保持路面长期良好的使用性能。而且，相对修正性养护来说预防性防护更为经济，且对交通及环境造成的影响小，符合经济、环保的要求。目前，作为路面预防性防护措施，主要有：封缝、雾封层、稀浆封层、微表处、碎石封层、Novachip、UTAC等，其他措施如：加铺OCFC或SMA薄面层或是进行现场的路面再生等，不同的养护措施有各自不同的使用场合。
本文主要介绍novachip超薄磨耗层技术在沥青路面养护中的应用情况。
1.Novachip技术的产生及应用现状
Novachip是广泛应用的超薄混凝土磨耗层之一，特别适合于路面非结构性开裂、抗滑能力下降，轻微非结构性车辙等路面病害的修复，对于路面存在较为严重的结构性病害，先进行结构性病害的处理，然后采用Novachip加铺也能获得比较好的效果，该项技术1986年最先出现在法国。Novachip技术采用特殊的改性乳化沥青(高粘、快裂)黏结层(novabond)，其上铺筑很薄(1-2cm)的高黏度改性沥青混合料，混合料采用特殊的间断级配。
我国于2003年引进Novachip专用设备在广韶高速公路的车辙病害维修中铺筑了2km的试验路。此外，在河南的安新路、广东的河惠路以及京珠高速公路粤境南段均有novachip的应用路段。辽宁省交通科学研究院还对超薄磨耗层组成材料选择标准进行了研究。可以说，Novachip技术的研究与应用在我国尚处在起步阶段，国内外有价值的文献资料也很少见到，这给Novachip技术在我国的研究与推广应用带来一些困难。
2.Novachip材料技术要求
Novachip技术的关键之一就是Novachip材料的组成与设计，其中包括：改性乳化沥青黏结层(novabond)、改性沥青胶结料、集料选择与级配设计。在novachip技术中，改性乳化沥青黏结层起到黏结与封水的重要作用，是影响路面使用寿命的关键因素。由于Novachip技术本身的要求，黏结层改性乳化沥青必须具有两个特性：一是良好的黏结性，二是快速破乳性。
Novachip技术采用的面层沥青混合料级配特殊，单一粒径的粗集料占到整个集料的70-80％，混合料空隙率一般在13％左右。对于这样的混合料而言，对于胶结料要求就很高，一是具有超强的黏结力(一般都要求采用高黏度改性沥青)；二是具有良好的耐久性(抗老化能力要好)。对于超薄磨耗层面层沥青胶结料而言，认为采用SBS改性沥青、橡胶沥青或是其他改性沥青等都是可以满足要求的，具体在选择沥青品种时，要根据当地气候环境及交通条件、集料组成与级配综合确定。
2.1原材料技术指标
1）沥青
沥青混合料结合料和粘结料采用壳牌针对Novachip系统专门研制的Novabind专用改性沥青和Novabond专用改性乳化沥青，改性乳化沥青要求有较高的固含量，且蒸发后沥青有较高的弹性和柔韧性，以保证实施整体的功能。技术要求及检测结果见表1、表2所示。
表1 NovaBinder改性沥青的检测结果
|
试验 |
方法 |
检测结果 |
规范 |
|
|
针入度,25℃,100g,5s,0.1mm |
T 0604–2000 |
50 |
≥50 |
|
|
软化点TR&B, ℃ |
T 0606–2000 |
86.5 |
≥65 |
|
|
密度15℃, g/cm3 |
T 0603–1993 |
- |
实测 |
|
|
延度 5℃, 5cm/min, cm |
T 0605–1993 |
34 |
≥20 |
|
|
48h离析, ℃ |
T 0661–2000 |
1.1 |
≤2 |
|
|
旋转粘度135℃, Pa.s |
T 0625–2000 |
2.2 |
≤3 |
|
|
测力延度比4℃, 5cm/min,％ |
- |
≥0.3 |
||
|
弹性恢复25℃, ％ |
T 0662–2000 |
90 |
≥70 |
|
|
旋转薄膜加热试验残留物 163℃, 75min |
质量损失％ |
T 0610–1993 |
-0.02 |
≤1.0 |
|
针入度比％ |
T 0604–2000 |
85 |
≥60 |
|
|
延度5℃, cm |
T 0605–1993 |
19 |
≥15 |
|
表2 NovaBond改性乳化沥青的检测结果
|
试验 |
试验方法 |
检测结果 |
规范 |
|
|
赛波特粘度试验25℃, s |
T 0623 – 1993 |
45.2 |
20–100 |
|
|
储藏稳定性试验24h, % |
T 0656 – 1993 |
0.5 |
≤1.0 |
|
|
筛上剩余量试验1% |
T 0652 – 1993 |
0.01 |
≤0.05 |
|
|
蒸馏固含量试验2% |
ASTM D244 |
65 |
≥63.0 |
|
|
蒸馏后石油馏分% |
ASTM D244 |
-- |
≤2.0 |
|
|
破乳速度 |
35ml, 0.02 N, CaCl2, |
ASTM D244 |
-- |
40 |
|
35ml, 0.8%, 气溶胶OT |
ASTM D244 |
40 |
||
|
蒸馏残留物性能试验 |
||||
|
针入度, 25℃,100g,5s, 0.1mm |
T 0604 – 2000 |
88 |
≥60-150 |
|
|
溶解度％, 三氯乙烯 |
T 0607 – 1993 |
98.2 |
≥97.5 |
|
|
延度 10℃, 5cm/min, cm |
T 0605 – 1993 |
50 |
≥40 |
|
|
弹性恢复%, 10℃ |
70 |
≥60 |
||
|
备注：改性乳化沥青进行试验时，必须达到最高温度200℃±5℃并保持15分钟。 |
||||
2）石料
Novachip要求碎石干净、坚硬、耐磨、耐久性好，通常采用洛杉矶和狄法尔两种方法来评价，必须同时符合要求。试验采用湖北京山的玄武岩碎石，具有较高的强度和耐磨性能，检测结果见表3所示。
表3 集料检测结果
|
指标 |
单位 |
试验结果 |
技术要求 |
|
狄法尔磨耗损失 |
% |
12 |
≤18 |
|
压碎值 |
% |
17.5 |
≤22 |
|
洛杉矶磨耗 |
% |
18.5 |
≤25 |
2.2 混合料的级配
Novachip混合料为间断开级配沥青混合料，该项目通过级配比选，最终确定采用NovachipType C级配范围要求进行级配设计，最终合成级配及级配范围见下表4所示。
表4 Novachip混合料的级配设计（Type C）
|
尺寸（mm） 类型 |
13.2 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
1.18 |
0.6 |
0.3 |
0.15 |
0.075 |
|
Type C |
93.1 |
61.0 |
33.1 |
29.2 |
22.0 |
16.8 |
11.4 |
7.4 |
5.0 |
|
级配范围 |
85~100 |
60~80 |
28~38 |
25~32 |
15~23 |
10~18 |
8~13 |
6~10 |
4~7 |
2.3 最佳油石比的确定
采用旋转压实成型法成型试件，单位压力为600Kpa，设定旋转压实次数为100次，拌和、压实温度根据粘温曲线测定。成型前先预估初始沥青用量（4.7%），然后变化+0.5%，进行试件的成型，进行压实特性与体积特性的测定，结果见下表5所示。
表5 Novachip不同沥青用量下混合料的体积指标
|
沥青用量 |
空隙率（%） |
VMA（%） |
VFA（%） |
油膜厚度（μ） |
|
4.2 |
13.2 |
22.4 |
40.8 |
8.2 |
|
4.7 |
11.7 |
22.0 |
47.1 |
9.3 |
|
5.2 |
9.5 |
21.2 |
55.2 |
10.4 |
|
5.7 |
7.9 |
21.0 |
62.1 |
11.5 |
|
4.8 |
11.3 |
22.0 |
48.4 |
9.5 |
|
建议技术要求 |
≥10 |
≥20 |
35-55 |
≥9.0 |
综合Novachip体积特性建议技术要求，初步确定最佳油石比为4.8%，并进一步进行沥青析漏试验（AASHTO T305-97）和水稳定性（AASHTO T283）试验检验。
2.4 性能验证
采用4.8%的油石比成型混合料进行析漏试验和水敏感性试验，结果见下表6所示。
表6 Novachip在最佳沥青用量下的性能验证
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沥青用量 |
试验项目 |
单位 |
试验结果 |
技术要求 |
|
4.8% |
析漏试验 |
析漏损失（%） |
0.07 |
0.1 |
|
4.8% |
水敏感性试验 |
TSR（%） |
93.1 |
≥80 |
从性能验证的结果来看，采用4.8%的油石比是适合的，混合料无多余的自由沥青，具有较好的抗水损害能力。混合料析漏指标和水敏感试验结果符合NovaChip系统的技术要求。
3 Novachip超薄磨耗层施工
虽然Novachip施工方便迅速，混合料拌和、摊铺与普通沥青混合料基本一样，碾压更容易，但是也要注意以下几个关键环节。
3.1 原路面的处理
Novachip厚度仅有2.5cm，受车辆轮胎直接作用，它与基层粘结强度和基层承载力是影响其使用寿命的关键因素，为此，Novachip施工前应彻底处理旧路面的质量缺陷，消除质量隐患。切除坑槽、块裂、松散以及拥包等病害后采用热拌沥青混合料恢复，对路面裂缝进行清理和灌缝，确保路面结构完整，承载力满足使用要求。试验段原路面技术状况较好，局部位置有轻微的纵、横向裂缝。Novachip施工前，对待施工路段采用人工仔细处理清扫，对原路面出现的裂缝进行开槽灌缝后，采用高压风机清扫路面及缝隙内的灰尘和杂物，使路面保持干净，并开始进入下一道工序。
3.2 NovaChip拌和生产
正式施工前需对拌和机的计量系统进行校准，保证计量的准确对机械传动和传送部分进行检修和润滑，保证生产的稳定和连续对除尘设备进行检修及对需要更换的耗件进行更换；本次施工拌合站为2000型，筛孔的设置为3.0mm、5mm、11mm、15mm各一片，同时对生产配合比进行验证，以保证正式生产时有良好的级配。施工温度控制为：（1）石料加热温度180℃～190℃；（2）沥青加热温度 165℃～175℃；（3）拌和温度170℃～180℃；（4）有效拌和时间30s～45s。
3.3 NovaChip摊铺碾压
NovaChip采用专用的Novapaver进行摊铺，采用20m/min左右的摊铺速度进行一次性完成NovaBond的喷洒和NovaChip混合料的摊铺，喷洒和混合料的摊铺的间隔时间不大于5s。NovaBond在60－80℃的温度下喷洒，最终通过现场确定喷洒量为0.9~1.0L/m2。沥青混合料摊铺温度约为150－170℃，在NovaBond喷洒后摊铺, 热沥青混合料摊铺在所有NovaBond喷洒表面上，并由电加热的振动熨平板进行熨平。NovaChip碾压的目的不是保证压实度，而是实现嵌挤稳定的状态，采用12T的HAMM双钢轮压路机紧跟着Novapaver进行静压，压实次数不少于三次，以保证Novchip混合料达到嵌挤稳定。等到路面降低至50℃以下后开放交通。
最后，施工完成以后，还有必要对施工质量进行一定的检测。事先需要制定好检测对象及检测标准，这些可参考以往的经验，不是难点问题。
4.结论
（1）Novachip超薄磨耗层技术是一种功能完善的预防性养护技术方案，适用于路面技术要求高的高等级公路的预防性养护。
（2）NovaChip厚度仅有2.5cm，只宜作为功能层使用，为此必须对原路面松散、坑槽、翻浆、裂缝等病害进行处治，并将原路面杂物清理干净，确保层间粘接性能和下承层强度满足要求。
（3）Novachip超薄磨耗层能有效的提高路面的抗滑性能，改善路面的平整度，降低路面的噪音，并具有结构排水的特点。
（4）Novachip超薄磨耗层的配合比设计与普通热拌沥青混合料不相同，应用过程中原材料的选择和配合比设计是关键，同时对施工关键工艺需进行严格，以保证施工质量。
综合分析来看，Novachip技术得以成功的关键包括以下几个因素：优良的改性乳化沥青黏结层的使用、优良的面层混合料(改性沥青胶结料与高强的集料和优秀的级配)、先进的一次性摊铺工艺(Novapaver的使用)、科学合理的旧路面评价与处治。