Novachip超薄磨耗层技术在南京机场高速路面养护工程中的应用

Novachip超薄磨耗层技术在南京机场高速路面养护工程中的应用TheapplicationofNovachipthinwearlayertechnologyinthemaintenanceofNanjingAirportExpressway黄荣华1吕东生2（1.江苏省交通科学研究院南京2111122.中交集团第一公路工程局二公司北京100024）摘要：Novachip是以NovaBond为粘结层，使用特殊的间断级配的热拌沥青混合料并采用专用设备进行施工的一种超薄磨耗层技术。其特点是表面抗滑性好、减少雨天水雾及水膜、噪音低、施工速度和开放交通快，低造价，可以延长路面的使用寿命。特别适合于解决轻微车辙、裂缝等路面病害问题，结合南京机场高速Novachip超薄磨耗层施工，在混合料设计、施工工艺等方面进行介绍。Abstract:NovachipisaultrathinwearlayertechnologywhichutilizesNovaBondasbondinglayerplusparticularcontinuousgradationofhotmixasphalandadoptsspecializedequipmentintheprocessofconstruction.Itfeaturesgoodsurfaceanti-skidperformance,rainydaysprayandwaterfilmdecrease,lownoise,quickconstructionspeedandeasyopen-to-traffic,lowcostandroadsurfaceservicelifeexpansion.Novachipisespeciallyfitforsolvingroadsurfaceproblemssuchasslightrutandcracks.ThethesismakesanintroductionofNovachipintermsofasphaltdesigning,constructioncraftandsoon,incombinationwithNovachipultrathinwearlayerconstructionofNanjingAirportExpressway.关键词：Novachip超薄磨耗层；预防性养护；配合比设计；施工工艺。Keywords:Novachipultrathinwearlayer;preventivemaintenance;mixproportiondesigning;constructioncraft1概述随着我国的高速公路的发展，公路沥青路面在长期的交通荷载与气候等条件影响下，路面的性能逐渐减退，为保持其具有良好的使用性能和延长它的服务年限，进而需要对路面在各个养护阶段实施不同的养护措施来进行路面性能养护，而就路面养护本身来说，预防性养护更为重要，相对于修正性养护，预防性养护更为经济，其对交通及环境的影响小，Novachip超薄磨耗层技术就是其中的一种。南京机场高速公路全长28.756公里，于1997年6月建成通车。路线北起南京绕城公路花神庙互通，南至南京禄口国际机场，是省会南京连接禄口国际机场、宁杭高速公路、宁高高速公路和江宁国家经济开发区的重要快速通道。通车十几年来，在交通量、环境等因素的综合作用下，路面使用性能出现了一定程度的衰减，本项目针对K5+000～K28+756路段实施Novachip罩面，以改善路面破损状况，提高路面的使用性能。2Novachip技术简介NovaChip改性超薄磨耗层系统一种针对交通负载大、路面性能要求高的高等级道路的路面解决方案。NovaChip改性超薄磨耗层系统主要应用于高等级沥青或水泥路面的预防性养护和轻微病害的矫正性养护，也可以作为新建道路的表面磨耗层，是一种超长耐久的表面层，具有抗滑、抗车辙、抗磨耗的优良性能。NovaChip是将15~25mm厚的NovaBinderTM(断级配改性热沥青)混合料摊铺在NovaBondTM（聚合物改性乳化沥青粘层）上。使用专用设备NovaPaver进行施工。特种改性乳化沥青粘结层NovaBondTM喷洒与改性热沥青混合料NovaBinderTM摊铺同时进行，经压路机压实以后一次成型。壳牌独特设计的改性乳化沥青NovaBondTM优异的粘结性能避免了以往薄层罩面存在的风险，NovaBinderTM改性沥青混合料最大程度地发挥了热沥青混合料的各项优势。通常NovaChip系统主要可以解决如下路面问题：①路面出现轻微到中等病害，需要经济有效的养护，以改善路用性能，延长使用寿命；②路面光滑，摩擦系数不够或路面纹理深度不足，需要改善行驶质量；③路面出现轻度裂缝，轻微剥落等情况，需校正表面缺陷；④行驶过程中路面噪音过大，需要减少路面----轮胎噪声；⑤路表面横向排水不畅，需要改善表面排水等。3、Novachip技术南京机场高速配合比设计本项目NovaChip目标配合比设计采用Superpave旋转压实成型方法，体积性能指标的计算方法同美国Superpave沥青混合料设计标准（AISP-2）。3.1原材料3.1.1集料NovaChip超薄磨耗层作为表面层，直接承受交通荷载，首先要满足耐磨耗的要求。抗磨耗性能的常规评价方法通常包括洛杉矶法和狄法尔法两种，其中粗集料洛杉矶磨耗损失是集料使用性能的重要指标，它与沥青路面的抗车辙能力、耐磨性、耐久性密切相关。磨耗损失小的集料往往坚硬，耐磨，耐久性好。软弱颗粒含量多、风化严重的石料经过磨耗试验，粉碎严重，此指标很难通过。因此，该指标是优选石料的依据之一。对于NovaChip系统，由于采用间断级配设计，对粗集料嵌挤能力要求高，磨耗损失的要求更有所提高，在满足洛杉矶磨耗的要求下，还必需进行微狄法尔磨耗试验。试验结果如表1所示。表1粗集料微狄法尔磨耗试验结果指标单位试验结果技术指标试验方法微狄法尔磨耗损失不大于%6.3918ASTMTP58-003.1.2改性沥青NovaBinderTM为NovaChip®系统专用改性沥青，必须满足表2所示的质量技术要求，本次试验用沥青胶结料性能检测结果见表2。表2NovaBinderTM技术要求试验项目检测结果试验方法规范针入度,25℃,100g,5s,0.1mm57T0604–2000ASTMD550Min软化点TR&B,℃88.3T0606–2000ASTMD3675Min密度15℃,g/cm31.030T0603–1993ASTMD70实测延度5℃,5cm/min,cm26T0605–1993ASTMD-11320Min48h离析,℃1.0T0661–2000ASTMD59762Max旋转粘度135℃,Pa.s2.138T0625–2000ASTMD44023Max测力延度比4℃,5cm/min,％50----ASTMD22630Min弹性恢复25℃,％95T0662–2000ASTMD6084-9790Min旋转薄膜加热试验残留物163℃,75min质量损失％0.05T0610–1993ASTMD28721Max针入度比％71T0604–2000ASTMD560Min5℃,延度5cm/min,cm17.5T0605–1993ASTMD-11315Min3.1.3改性乳化沥青NovaBondTMNovaBondTM为NovaChip®系统专用改性乳化沥青，采用特殊的配方进行设计，能够实现热混合料层和下承层的有效粘结。其性能必须满足表3所示的质量技术要求。表3NovaBondTM质量技术要求试验项目检测结果试验方法规范赛波特粘度试验25℃,s45ASTMD244T0623–199320–100储藏稳定性试验24h,%0.2ASTMD244T0656–19931.0Max筛上剩余量试验1，%0.03ASTMD244T0652–19930.05Max蒸馏固含量试验%65.3ASTMD244---65.0Min蒸馏后石油馏分%0.8ASTMD244---2.0Max破乳速度35ml,0.8%,气溶胶OT%35ASTMD244---40min蒸馏残留物性能试验针入度,25℃,100g,5s,0.1mm81ASTMD5T0604–200060–150溶解度％,三氯乙烯77ASTMD2042T0607–199397.5Min弹性恢复%,10℃99.36AASHTOT301---60Min1备注：如果现场施工效果良好，可以不进行筛上剩余量试验。3.2配合比设计鉴于路面设计厚度为2cm，且原材料中10~15mm粗集料偏粗，混合料目标设计按照NovaChip®TypeB级配范围要求进行级配设计。设计级配下各档矿料比例如表3-4所示，级配曲线如图2所示，各档矿料通过率见表4。表4设计级配下各档料比例矿料混合料类型5~10mm0~3mm矿粉NovaChip®TypeB73243图1NovaChipTYPEB型级配曲线表5混合料设计级配筛孔尺寸(mm)混合料类型12.59.54.752.361.180.60.30.150.075TypeB10099.432.623.515.510.57.45.84.9级配范围10085-10025~3523~3012~228~166~125~104~73.3最佳沥青用量根据设计级配下各档料的组合状况及以往经验，确定初始沥青用量为4.8%。沥青混合料的压实温度根据沥青的粘温曲线确定，本次试验室内拌和温度为：170℃；压实温度为：165℃。采用旋转压实仪成型，旋转压实仪的单位压力为600Kpa，设定旋转压实次数为100次。根据“沥青及沥青混合料试验规程”中T0711的方法测试混合料在沥青用量为4.8%时的理论最大相对密度为2.611。采用四种沥青用量在设计压实次数下成型试件，沥青胶结料用量分别为：4.0%、4.4%、4.8%、5.2%。各沥青用量下混合料的压实特性和体积特性见表6所示：表6不同沥青用量下混合料体积性质沥青用量设计压实次数下油膜厚度(μm)空隙率（%）VMA(%)VFA(%4.018.826.829.99.54.417.226.234.310.54.816.426.337.411.65.215.025.841.812.6建议技术要求≥10≥2025~459.0综合NovaChip®体积性能的建议要求及最小油膜厚度要求，确含量为4.7%是比较合理的，此时各项体积建议指标见表7表74.7%沥青用量下混合料体积性质推荐NovaChipTYPEB混合料的NovaBondTM乳化沥青喷洒量为0.88kg/m2，而准确的洒布量必须根据现场原路面的情况进行调整。沥青析漏试验是德国谢伦堡研究所为沥青玛蹄脂碎石混合料的配合比设计而提出的，是专门用来确定SMA沥青用量的一种试验方法，通过该试验确定沥青混合料中有无多余的自由沥青及沥青玛蹄脂的数量，进而确定最大沥青用量。由于NovaChip®有最小油膜厚度的要求（较常规要求的油膜厚度大），需要较多的沥青，但沥青用量不能超过矿料的表面积所能吸附的最大沥青用量，否则就产生多余的自由沥青，引起混合料强度下降和沥青上泛，影响构造深度和高温稳定性。因此必须进行析漏试验对胶结料的最大沥青用量进行检验。表8沥青析漏试验沥青用量单位试验结果技术指标试验方法4.7%％0.01≤0.1AASHTO3.4混合料性能为了检验设计级配下沥青混合料的抗水损害的能力，按照改进的AASHTOT283（也可参照国标T0729-2000）试验方法对混合料进行水稳定性检验，试验结果如表9所示。试验结果表明，该混合料的抗水损害能力满足设计要求。表9冻融劈裂试验结果混合料类型条件劈裂强度（MPa）非条件劈裂强度（MPa）TSR（%）技术要求NovaChip®TYPEB0.6330.78580.680%原材料中10~15mm粗集料偏粗,且路面设计厚度由原来的2.5cm变更为2cm，建议该项目级配采用NovaChip®TYPEB型。按照NovaChip®系统的设计标准进行了混合料配合比设计，设计级配符合NovaCh