Novachip超薄磨耗层技术在韶赣高速养护工程中的应用

侯文超

广东能达高等级公路维护有限公司 510030

摘要：超薄磨耗层Novachip 是一种新型的预防性养护技术，其主要应用于交通量较大、路面性能要求高的高等级公路、城市道路路面的预防性养护，具有改善路面平整度、抗滑性能、耐磨、降噪等特点。Novachip技术在美国、南非等国家已经广泛使用，但在我国的应用却很少。广东省2003年就在深圳铺设了实体工程，但至今在高速公路还未大范围应用，仍处于探索之中。本文对Novachip超薄磨耗层技术在韶赣高速养护工程中的应用进行了工程的实际分析。

关键词：Novachip超薄磨耗层技术；高速公路；养护工程

1概述

1.1项目概况

韶赣高速公路是广东的一条省级横向高速公路（编号S10），也是中国国家高速公路网中京港澳高速公路和大广高速公路的连接线；是华东地区进入广东及珠三角地区最便捷的通道之一，也是继粤赣高速公路后广东与江西相连的第二条高速公路。韶赣高速公路于2007年9月28日开工建设，2011年1月1日建成通车，全长126.548公里，全线按设计速度100公里/小时的双向6车道高速公路技术标准建设。全线在通车营运近4年后，路面整体状况良好，部分路段出现了车辙、裂缝、沉陷等病害。为了防止路面现有病害进一步发展，延迟路面大中修时间，同时提高道路服务水平，节省养护成本，对部分路段采取摊铺Novachip超薄磨耗层预防性养护措施。

1.2 Novachip超薄磨耗层技术简介

超薄磨耗层罩面是沥青路面预防性养护其中一项重要技术措施，其能修复轻微裂缝、松散、老化的路面，可改善路面平整度，修复轻微车撤提高路面抗车撤能力，延缓旧沥青路面的反射裂缝；同时超薄磨耗层具有较好的密水性，能有效防止沥青路面水损坏，延长路面使用寿命。NovaChip是广泛应用的超薄混凝土磨耗层之一，该技术最早于20世纪80年代。NovaChip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（1～2.5cm）的高黏度改性沥青混合料。混合料采用特殊的间断级配，由70%～80%的单一粒径碎石，20%～30%的细集料及填料组成，沥青用量一般为4.8%～5.2%，其特性类似于SMA。

Novachip摊铺施工采用专门的施工机械（NovaPaver）一次性完成黏结层与面层的摊铺过程。利用面层混合料的高温加热黏结层的改性乳化沥青，使其迅速破乳开裂，水分受热蒸发沿着面层混合料的缝隙向上运动，带动乳化沥青向上迁移，从而自动完成封缝过程，自动成膜，起到良好的黏结作用和封水作用。

由于NovaChip超薄磨耗层具有表面抗滑性能好、减少雨天水雾及水膜、噪音低、施工速度及开放交通快及低造价等优点，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，其后在京珠北、河惠等高速应用。

2 Novachip超薄磨耗层沥青混合料配合比设计

Novachip超薄磨耗层摊铺厚度为1.5c m到2.5cm之间，Novachip混合料所用集 料最大公称粒径通常为12.5 mm，据实际情况有三种不同的级配A、B、C，区别主要在于粗集料最大粒径及含量有所不同，本项目采用C型级配。Novachip技术的关键之一就是其料的组成与设计，其中包括：改性乳化沥青黏结层、改性沥青胶结料、集料选择与级配设计。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。

2.1 材料

沥青采用新粤生产的NovaBinder改性沥青，乳化沥青为NovaBond改性乳化沥青，检验结果表明该沥青符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）“聚合物改性沥青技术要求”SBS（I-D）及《壳牌超薄磨耗层NovaChip?系统类型Ⅱ（热区）施工指南》的相关规定。粗集料（5～10mm、10～16mm）碎石为湖南汝城生产的辉绿岩，石屑（0～3mm）为韶关龙韶石下山石场生产的石灰岩，检测结果表明，技术指标符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）高速、一级公路“沥青混合料用集料质量要求”。填料采用翁源县中源发展有限公司生产的水泥。检测结果表明，所用填料符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中关于沥青混合料用填料质量要求。

2.2 目标配合比设计

（1）设计级配

在考虑拌和楼充分除尘效果的情况下，经过试配，Novachip-C型沥青混合料试验室目标配合比采用10-16mm碎石：5-10mm碎石：石屑：水泥=32%：41%：24%：3%，最佳油石比为4.9%，见表2.1、图2.1。

表2.1 Novachip-C混合料矿料级配范围要求

结构层 通过下列筛孔（方孔筛mm）的质量百分率（%） 油石比（%）

16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

Novachip-C磨耗层 级配上限 100 100 80.0 35.0 30.0 22.0 16.0 12.0 10.0 7.0 ——

级配下限 100 85.0 60.0 25.0 23.0 12.0 8.0 6.0 5.0 4.0

目标配合比 100 94.4 67.5 27.7 25.2 19.9 15.8 11.2 7.5 5.0 4.9

生產配合比 100 95.0 64.7 29.7 24.4 18.6 13.2 8.6 7.4 4.5 4.9

图2.1 Novachip-C矿料级配曲线

（2）马歇尔力学性能检验

马歇尔力学性能检验结果见表2.2及图2.2。

表2.2 马歇尔试验结果

沥青用量 毛体积相对密度（g/cm3） 最大相对密度（g/cm3） 空隙率（%） VMA（%） VFA（%） 稳定度（KN） 流值（0.1mm）

4.0% 2.284 2.644 13.6 20.7 34.4 7.73 37.4

4.5% 2.295 2.624 12.5 20.4 38.4 8.02 40.8

5.0% 2.302 2.605 11.6 20.9 44.3 8.55 41.5

5.5% 2.315 2.586 10.5 20.8 49.5 8.66 42.7

图2.2 马歇尔试验油石比与力学指标关系

由表2.2及图2.2知，最佳沥青用量为油石比采用4.9%，沥青混合料各项指标良好。

（3）高温稳定性

采用最佳沥青用量（油石比）4.9%制备车辙试件，按JTJ052-2000 T0719-2000规程进行了Novachip-C沥青混合料车辙试验，动稳定度DS=7663次/mm，满足不小于2800次/mm的要求。

（4）水稳定性

混合料的水稳定性采用马歇尔残留稳定度试验及冻融劈裂试验来判断，马歇尔残留稳定度检测结果如表3所示，冻融劈裂试验结果如表4所示。

表2.3 马歇尔残留稳定度检测结果

试验条件 稳定度（KN） 流值（0.1mm） 残留稳定度

60℃，1h 8.08 41.2 7.45/8.08=92.3%

60℃，48h 7.45 41.6

表2.4 冻融劈裂试验结果

试验条件 毛体积相对密度 劈裂抗拉强度（MPa） 冻融劈裂抗拉强度比TSR

未冻融 2.296 0.79 0.690.79=87.4%

冻融 2.294 0.69

马歇尔残留稳定度为92.3%，满足大于85%的要求。冻融劈裂抗拉强度比为87.4%，满足大于80%的要求。

（5）谢伦堡析漏试验

采用最佳油石比4.9%拌制NovaChip混合料，按JTG E20-2011 T0732-2011规程进行了混合料谢伦堡沥青析漏试验，试验结果见附表 4，其平均析漏损失率为0.08%，满足析漏损失率不大于0.1%的要求。

（6）肯塔堡飞散试验

采用油石比4.9%拌制NovaChip混合料并成型马歇尔试件，按JTG E20-2033-2011 规程进行了混合料肯塔堡飞散试验，试验结果平均飞失率为10.6%，满足混合料飞散损失率不大于15%的要求。

2.3 生产配合比设计

根据目标配合比确定的最佳油石比进行了生产配合比的调试，本工程采用德基4000型间歇式沥青拌和机进行试拌，试拌前对拌和机的各计量系统用砝码进行校正，并验证了测量系统，确认各部件运转正常，计量准确。

按照目标配合比的矿料比例，以180T/h的生产量调整各冷料仓下料的电机转速，使下料比例均衡并接近目标配合比的矿料比例，冷料加热并经二次筛分后分别进入热料仓，根据混合料设计要求及集料的特性，筛孔分别为15mm、11 mm、6 mm、3mm，具体为1#热料仓（0～3mm）：2#热料仓（3～6mm）：3#热料仓（6～11mm）：4#热料仓（11～15mm）：矿粉：水泥=23%：5%：40%：29%：3%，油石比4.9%。其合成配合比见图2.1，生产配合比级配曲线见表2.1，从图2.1中可以发现生产配合比曲线非常逼近目标配合比曲线。

3 Novachip超薄磨耗层施工工艺

3.1施工准备

①对原路进行彻底检查，确保原路面裂缝等病害已进行处理，保障Novachip罩面路段病害处理彻底。

②超薄磨耗层罩面专用设备就位完好，该设备包含受料斗、传送带、乳化沥青储罐、改性乳化沥青粘层油喷洒和计量系统、宽度可调节的振动烫平板等部分，能够一次性完成粘层油洒布、沥青混合料摊铺和熨平工作。

③天气晴朗，现场温度适宜，不低于10℃。

3.2沥青混合料拌和

拌和楼严格执行实验室提供的配合比控制混合料的拌和。沥青加热温度为165℃～170℃，并设置自动保温系统。矿料加热温度190℃～200℃，混合料的出场温度170℃?185℃。严格控制混合料的拌和时间，拌合时间控制在每盘料50s。对每车出场的成品料进行外观检查，要求无花白料、糊料。对成品混合料的油石比、配合比进行检测。

3.3沥青混合料运输

①混合料运输釆用较大吨位的自卸卡车，运料车的运力稍有富余。

②运料车使用前后必须清扫干净，车厢板上应涂一层隔离剂或防粘剂，但不得有余液积聚在车厢底部。运输混合料宜釆用帆布覆盖保温、防雨、防污染。已经结块、成团或遭污染的混合料不得铺筑。

③运输时必须采取加盖蓬布措施进行防雨、保温，并保证连续摊铺。考虑到施工时项目地区正值多雨季节，且个别施工点运距较远，需特别注意沥青混合料的防雨、保温措施。此外，为防止沥青混合料离析，在运料车装载时，采用三次卸料法，以减小混合料发生粗细集料的离析，即第1、2次卸料分别位于车厢两端，第3次卸料位于车厢中部，如圖3.1。

a）3次卸料法示意图 b）5次卸料法示意图

图3.1 沥青混合料卸料示意图

3.4 沥青混料摊铺

①Novabond粘层油在60℃?80℃的温度下喷洒，喷洒量必须精确计量，以保证路面摊铺均匀。C级配混合料Novabond喷洒量按照1.00L/m2控制。

图3.2 NovaBond粘层油洒布

②Novabond粘层油喷洒后的5s 内进行超薄磨耗层沥青混合料的摊铺。超薄磨耗层沥青混合料的摊铺温度不低于150℃，不超过170℃。摊铺机料斗受料前应涂刷少量柴油、水混合液，防止混合料与料斗粘结；自卸车缓慢向料斗卸料，摊铺机推动自卸车前进，开始摊铺；混合料必须均匀、连续不间断地摊铺，设定摊铺机行走速度保持在9～12m/min。摊铺过程中，摊铺机螺旋送料器应不停地转动，保证混合料高度不少于送料器高度的2/3，以使摊铺出的混合料表面不发生离析；机械摊铺的混合料，不宜多用人工修整，当出现局部缺料、表面不平整、局部离析等现象必須修整时，须在主管人员指导下进行；路面角隅位置的混合料采用人工整平；摊铺好的混合料要及时碾压，如因故不能及时碾压或遇雨时，应停止摊铺，并对卸下的混合料覆盖保温。

图3.3 Novachip超薄磨耗层摊铺

3.5沥青混合料碾压

Novachip超薄磨耗层碾压与SMA施工类似，由于Novachip混合料的碾压目的不是保证压实度，而是为了石料摆正实现稳定嵌挤，因此碾压仅需要一台10～12t双钢轮压路机静压2～3遍，碾压注意事项：

①热沥青混合料摊铺后，立即进行压实，碾压必须在路面温度降至1200C之前进行。

②压路机不能静止停留在刚刚摊铺好后的热沥青混合料表面上，不得在未碾压成型的路段上转向、调头、加水。

图3.4 双钢轮压路机静压

图3.5 Novachip摊铺效果图

3.6接缝施工

沥青路面的施工必须接缝紧密、连接平顺，不得产生明显的接缝离析。接缝施工应用3m直尺检查，确保平整度符合要求。

横向接缝处理：应黏结紧密，压实充分，连接平顺。摊铺前，使用铣刨机对前后端头进行0～2.5cm铣刨，长度为30m；在摊铺施工结束时，摊铺机在接近端部前约1m处将熨平板稍稍抬起驶离现场，用人工将端部混合料铲齐后接平铣刨端头再碾压。

纵向接缝采用冷接缝。新摊铺路面与已完成路面在接缝处搭接5cm作为后铺部分的高程基准面。在后续碾压作业时跨缝碾压以保证纵向接缝顺直。

3.7 现场检测结果

施工结束后，在现场对构造深度、渗水系数及压实度等指标进行了检测，检测结果如表3.1所示。

表3.1 现场检测结果

内容 构造深度（mm） 摆值（BPN） 渗水系数（ml/min） 平整度

检测结果 1.6 68 850 1.0mm

要求值 ≥51. ≥50 ≥500 ≤1.2mm

检测结果均符合设计及规范要求，且表明Novachip超薄磨耗层施工满足设计及指南要求。

4 小结

（1）NovaChip超薄磨耗层须使用专用设备NovaPaver摊铺施工，摊铺速度宜控制在10m/min，松铺厚度按照1.1控制；对于NovaChip-C型级配混合料，NovaBond在60～80℃的温度下理想喷洒量约为1.00L/m2；混合料碾压仅需要一台10～12t双钢轮压路机静压2～3遍。

（2）NovaChip属于预防性和恢复路面表面功能的养护方法，无法解决结构性损坏带来的病害，因此在摊铺磨耗层之前，需要对原路面病害进行彻底处理。

（3）NovaChip技术关键控制点，优良的改性乳化沥青黏结层、优良的面层混合料（改性沥青胶结料与高强的集料和良好的级配）、先进的设备NovaPaver一次性摊铺工艺、科学合理的旧路面评价与处治。

（4）超薄磨耗层路面维修具有抗滑、抗磨耗、封水、工期短、开放交通早、提高了路面的平整度、降低路面行驶噪音、减少雨天水雾及水膜、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，是符合现代高速公路养护发展的方向。

参考文献：

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[3]牛晓霞，叶燕呼，胡志涛.广青高速公路北段沥青路面预防性养护方案设计[R].广东华路交通科技有限公司，2008

[4]胡志涛，牛晓霞.Novachip超薄磨耗层在高速公路沥青路面预防性养护工程中的应用[J].广东公路交通，2009（3）：20-24

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（四）严格工程地质勘查管理

公路工程地质勘察资料是公路工程设计必不可少的基础资料，地质勘察数据的精确程度能够对设计质量产生直接影响。若地质勘察资料深度详细、岩层划分细致，则有利于设计方案之间的比选，较少产生由地质因素导致的设计变更，有利于公路工程造价的控制。为此，各相关单位可采用全过程跟踪查验的方式对工程地质勘察结果进行检验，并要求设计单位严格按照《公路勘察规范》开展地质勘探工作。

（五）引入设计监理制度

工程投资效益、建设周期与施工质量与工程设计密切相关。当前，国内工程建设监理工作重点集中在工程建设过程中，侧重于对工程建设施工质量的控制，但这对工程建设的全过程而言还存在诸多不足。由于公路工程设计阶段对公路整体工程造价的影响占75%左右，详见图2，所以必须加强对设计过程的监督管理，引入专业人员或专职机构参与到公路工程设计的全过程中，以确保设计工序更加科学、合理。

（六）加强公路工程设计变更管理

公路施工建设单位、监督管理单位及设计单位必须严格遵循公路设计变更相关要求，完善设计变更管理制度，规范设计变更流程，并积极做好如下几点工作：第一，强化工程动态设计管理理念，在公路施工期间，需结合地质情况及时调整边坡坡率、隧道围堰等级、特殊路基处理、软基处理等；第二，构建设计变更台账录入管理制度；第三，对公路工程中较为重要的设计变更（如隧道、桥梁等）需组织专家进行深入地论证探究；第四，对公路工程设计变更内容需及时依照程序报送至相关部门进行审查，经批准后方可进行变更施工。

图2 公路工程各阶段工作对工程造价的影响

三、结语

综上所述，设计阶段是公路工程造价控制与质量控制的必要基础，公路工程设计人员需不断创新公路勘察设计理念，树立造价控制意识，在做好地质勘察设计、施工组织设计工作的同时，促进公路建设经济、社会效益的获得。

参考文献：

[1]陈秀芬. 浅析山区公路设计阶段工程造价的合理控制[J]. 科技创新导报，2012，（14）

[2]陈艳. 浅谈公路工程如何提高设计质量控制工程造价[J]. 门窗，2012，（07）

[3]韦勇球，程耀飞. 浅谈公路勘察设计控制工程质量和造价的对策[J]. 西部交通科技，2012，（10）