浅析Novachip超薄磨耗层施工配合比设计

吴树标

摘要：本文以路面维修加固技术作为论题，以近年来逐渐在大力推广和应用的Novachip超薄磨耗层作为具体探讨对象，从施工配合比设计的角度出发，详细阐述了该结构类型在配合比设计的要求上和试验检测的要求上的不同之处，特整理形成本文，以供业内同行共同参考借鉴。

关键词：沥青路面超薄磨耗层配合比 试验设计

1、概述

Novachip超薄磨耗层技术是壳牌公司的成套专利技术，包括高品质的专用改性沥青(Novabond)和改性乳化沥青(Novabinder)，使用维特根专用摊铺机（Novapaver），在摊铺工艺上与普通沥青混合料的不同之处在于摊铺机一边洒布乳化沥青，一边摊铺热拌沥青混合料,使热拌沥青混合料摊铺在刚洒布完的乳化沥青的工作面上，具有高粘、高固、快凝的乳化沥青在热拌沥青混合料热力的作用上迅速发泡上升，并快速破乳，一方面实现超薄磨耗层与原路面的有效粘结，杜绝由于层薄引起的掉皮、脱落等风险，另一方面由于乳化沥青发泡上升，填充了混合料下部的空隙，形成了一层至密的防水层，有效地保护了原路面免受水陨害。其混合料采用断级配骨架空隙结构，所以其具有优异表面使用功能包括抗滑、防水雾、低噪音、抗车辙等等。在国内，2002年NovaChip技术被引进，很快就在河南、广东、山东等多个省区得到应用。超薄磨耗层Novachip预防性养护技术于2003年引入广东，首先在深圳西丽南路和京珠南高速公路应用，由于其优异的性能受到广泛的重视，并迅速推广。广州新粤沥青有限公司作为Novachip超薄磨耗层技术在广东省的唯一授权单位，在广东省内已经在京珠北、广清、广深、广佛、粤赣等多条车流量大、超载车多的高速公路项目。在施工过程中，工程技术人员积累了丰富的技术经验，本文就结合自身岗位实践，从试验检测的角度出发，Novachip超薄磨耗层的配合比设计、施工技术特点与普通沥青热拌混合料的区别方面进行探讨。

2、目标配合比及技术特点

①、材料要求。所用的沥青及碎石材料须满足壳牌公司“Novachip系统设计施工指南”要求。需要强调的是，由于Novachip是间断级配，对粗集料嵌挤能力要求高，磨耗损失的要求更有所提高，必须满足洛杉矶磨耗的要求下，还需进行微狄法尔磨耗试验，狄法尔试验是考虑了集料在浸水后磨耗损失更大的情况下进行的，因此对石料的强度要求更高。在石料级配的选定方面，由于混合料是间断级配类型，要得到理想效果，2.36～4.75mm之间的石料不宜超过占总量的5%，甚至完全没有。于是，这对石料的加工提出了很高的要求，有条件的情况石场应设置3mm及6mm的筛网，将3～6mm档的石料弃之不用。

②、矿料级配。Novachip超薄磨耗层共提供了三种矿料级配类型，分别为A、B、C型，根据不同设计厚度及行车条件，可选用相应的矿料级配，见表1。

表1 Novachip超薄磨耗层矿料级配

与进入中国初期相比，壳牌公司及广州新粤沥青有限公司在总结原来的经验上对设计矿料级配进行了调整，方向是调粗，更具断级配的特点，主要筛孔的通过率下降约3%。一方面，在调整前，路面的的构造深度主要在1.1～1.3mm区间，这种构造深度，相比SMA甚至AK型路面，都没有明显差别。调整后，构造深度则可达到1.3～1.5mm，甚至更高。另一方面，可使现场空隙率达到18～20%，直接的效果是具有明显的抗滑、降噪、降水雾的功能。

③混合料试验。根据Novachip超薄磨耗层专利技术的要求，沥青混合料目标配合比应采用Superpave旋转压实成型方法，室内拌和温度为170℃，压实温度为160℃，旋转压实仪的单位压力为600Kpa，旋转压实次数为100次。体积性能指标的计算方法使用美国Superpave沥青混合料设计标准（AISP-2），控制标准见下表2：

表2：Novachip超薄磨耗层混合料技术标准

技术指标 空隙率（%） VMA（%） VFA（%） 油膜厚度(μm)

技术要求 ≥10 ≥20 25～45 ＞9.0

考虑到混合料的技术指标在不同油量下变化较大，试验时可以以经验值为中心按±0.4%的增减度取4～5个沥青含量进行混合料试验来确定最佳沥青用量。按上表确定最佳沥青用量后，还应进行胶结料最大用量检验及水稳定性检验。

胶结料最大检验：用析漏试验方法检测，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，析漏试验必须采用网蓝法。要求见表3。

表3：Novachip超薄磨耗层混合料最大用量标准

指标 单位 技术要求 试验方法

沥青析漏损失 不大于 % 0.1 AASHTO T305-97

水稳定性检验：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 AASHTO

T283（也可参照国标 T0729-2000）试验方法对混合料进行水稳定性检验，其要求为TSR＞80%。

3、生产配合比及技术特点

①、对冷料斗流量进行标定，确定各材料的进料速度。按确定的流量上料、烘干、振动筛筛分，试验室取样试验，按目标级配线重新进行合成，确定热料仓比例。

②、混合料的试验。生产配合比多在工地试验室进行，考虑到工地试验试验室的设备简单，试验能力有限，允许采用马歇尔等效代替方法试验。根据壳牌的大量试验研究表明，对NovaChip沥青混合料，马歇尔试验双面各击实45次的试验效果，等同于目标配合比阶段的旋转压实试验，因此，可以使用马歇尔方法作现场控制，并根据马歇尔试验结果及旋转压实试验结果综合确定最佳沥青用量。

4、施工工艺特点。Novachip超薄磨耗层在混合料拌和、装卸、运输与普通改性沥青混合料一致。混合料的摊铺与普通热拌沥青混合料有着很大的不同，Novachip使用维特根专用摊铺机(Novapaver)，摊铺机最大的特性是洒布乳化沥青及摊铺混合料几乎同步进行。即摊铺机内设有乳化沥青储存罐，在混合料分料器的前端设置了一排喷嘴，施工中，摊铺机一边喷洒乳化沥青，一边摊铺热拌沥青混合料。这种摊铺工艺的特性有几点好处：首先，乳化沥青作为粘层与热拌沥青混合的施工作为相同一道工序同时施工，防止了传统粘层作为一道单独的工序先施工，然后再在其上开展下一步工序施工受到的交叉污染或破坏，使粘层能形成一层至密的防水层及完整无缺粘结层；其次，乳化沥青的预热温度为60～80℃，当乳化沥青洒布后，热拌沥青混合料在刚洒完的乳化沥青的工作面上摊铺，这样使得乳化沥青能在混合料的热力作用下迅速破乳，发泡膨胀并上升，填充超薄磨耗层下部约5mm范围内的空隙，并裹附在集料的周围，使得超薄磨耗层能与原路面牢固地粘结在一起，同时起着防水层保护原路面免受水损害的破坏。Novachip超薄磨耗层的碾压与普通热拌沥青混合料也不同，碾压的目的并不强调压实度，而是实现骨料的嵌挤，为达到这个要求，采用11吨双钢轮压路面静压2～3遍即可。

5、结束语

在项目施工前，由壳牌（中国）北京研发中心完成目标配比合设计，生产配合比由工地试验室完成，施工中严格控制，均取得了良好的效果。典型的工程有京珠北及广深高速。京珠高速公路粤境北段车流量大、超载严重、长陡坡多、气候条件差，Novachip超薄磨耗层在京珠北施工总面积近70万m2，早期施工路段到目前已有三年半，2008年初经受了百年一遇冰灾的考验，至今仍保持着良好的行车条件，需要特别指出的是，Novachip超薄磨耗层在桥面施工时是直接铺盖在伸缩缝上，不需作任何特别处理，由于伸缩缝的钢梁边缘要受到车辆冲击、伸缩变形等多种荷载的作用，是路面的薄弱部位，但伸缩缝钢梁上的超薄磨耗层并没有因此而产生脱落、啃边的现象，充分说明了其超强的粘结能力。总体而言，Novachip超薄磨耗层作为新的路面病害维修加铺技术，已经越来越被行内所看好，其技术优势和巨大的潜在价值已逐渐被广大高速营运公司所认可，将会得到广泛应用。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。