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.docx

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
The application of Novachip thin wear layer technology in the maintenance of Nanjing Airport Expressway
黄荣华1 吕东生2
（1. 江苏省交通科学研究院 南京211112 2.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: Novachip is a ultrathin wear layer technology which utilizes NovaBond as bonding layer plus particular continuous gradation of hot mix asphal and adopts specialized equipment in the process of construction. It features good surface anti-skid performance, rainy day spray and water film decrease, low noise, quick construction speed and easy open-to-traffic, low cost and road surface service life expansion. Novachip is especially fit for solving road surface problems such as slight rut and cracks. The thesis makes an introduction of Novachip in terms of asphalt designing, construction craft and so on, in combination with Novachip ultrathin wear layer construction of Nanjing Airport Expressway.

关键词：Novachip超薄磨耗层；预防性养护；配合比设计；施工工艺。
Key words: Novachip ultrathin wear layer; preventive maintenance; mix proportion designing; construction craft

1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。
2 Novachip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
%
6.39
18
ASTM TP 58-00
3.1.2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2 NovaBinderTM技术要求
试验项目
检测结果
试验方法
规范
针入度, 25℃,100g,5s, 0.1mm
57
T 0604–2000
ASTM D5
50 Min
软化点TR&B, ℃
88.3
T 0606–2000
ASTM D36
75 Min
密度15℃, g/cm3
1.030
T 0603–1993
ASTM D70
实测
延度 5℃, 5cm/min, cm
26
T 0605–1993
ASTM D-113
20 Min
48h离析, ℃
1.0
T 0661–2000
ASTM D5976
2 Max
旋转粘度 135℃, Pa.s
2.138
T 0625–2000
ASTM D4402
3 Max
测力延度比4℃, 5cm/min,％
50
----
ASTM D226
30 Min
弹性恢复 25℃, ％
95
T 0662–2000
ASTM D6084-97
90 Min
旋转薄膜加
热试验残留
物
163℃,75min
质量损失％
0.05
T 0610–1993
ASTM D2872
1 Max
针入度比％
71
T 0604–2000
ASTM D5
60 Min
5℃,延度
5cm/min,cm
17.5
T 0605–1993
ASTM D-113
15 Min
3.1.3改性乳化沥青NovaBondTM
NovaBondTM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3 NovaBondTM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℃, s
45
ASTM D244
T 0623–1993
20–100
储藏稳定性试验24h, %
0.2
ASTM D244
T 0656–1993
1.0 Max
筛上剩余量试验1，%
0.03
ASTM D244
T 0652–1993
0.05 Max
蒸馏固含量试验 %
65.3
ASTM D244
---
65.0 Min
蒸馏后石油馏分%
0.8
ASTM D244
---
2.0 Max
破乳速度 35ml, 0.8%, 气溶胶 OT %
35
ASTM D244
---
40 min
蒸馏残留物性能试验
针入度, 25℃,100g,5s, 0.1mm
81
ASTM D5
T 0604–2000
60–150
溶解度％, 三氯乙烯
77
ASTM D2042
T 0607–1993
97.5 Min
弹性恢复%, 10℃
99.36
AASHTO T301
---
60 Min
1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® Type B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
5~10mm
0~3mm
矿粉
NovaChip® Type B
73
24
3

图1 NovaChip TYPE B型级配曲线
表5 混合料设计级配
筛孔尺寸(mm)

混合料类型
12.5
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
Type B
100
99.4
32.6
23.5
15.5
10.5
7.4
5.8
4.9
级配范围
100
85-100
25~35
23~30
12~22
8~16
6~12
5~10
4~7
3.3 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(%
4.0
18.8
26.8
29.9
9.5
4.4
17.2
26.2
34.3
10.5
4.8
16.4
26.3
37.4
11.6
5.2
15.0
25.8
41.8
12.6
建议技术要求
≥10
≥20
25~45
>9.0
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7 4.7%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(%)
4.7
16.7
26.3
36.5
11.3
推荐 NovaChip TYPEB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
≤0.1
AASHTO

3.4 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 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，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®TYPE B
0.633
0.785
80.6
>80%
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®TYPE B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NovaChip®TYPE B的要求，最佳沥青用量为4.7%(油石比为 4.93%)，在此条件下混合料的体积指标和油膜厚度均满足NovaChip®系统的设计要求。析漏试验结果也表明，混合料中无多余的自由沥青，最佳沥青用量合适。水损害试验结果表明，混合料的抗水损害性能满足相关标准要求。
4、NovaChip施工工艺
4.1混合料生产
在施工作业前，对原材料进行各项技术指标检测，以确保各项性能满足Novachip超薄磨耗层系统设计的技术要求；根据工艺要求，对混合料进行配合比设计，并确定系统混合料的最佳油石比。
4.2运输摊铺
沥青加热温度控制在165℃~175℃之间，并设置自动保温系统。矿料加热温度 180℃～190℃，混合料的出场温度 170℃～185℃，并规定拌和器的每盘拌和时间45～50秒之间。运料车每次使用前后必须清扫干净，在车厢板上涂一薄层防止沥青粘结的隔离剂或防粘剂，且不得有余液积聚在车厢底部。从拌和机向运料车上装料时，应多次挪动汽车位置，平衡装料，以减少混合料的离析。运料车运输混合料宜用帆布覆盖保温、防雨、防污染。
4.3摊铺
改性乳化沥青粘层洒布与混合料摊铺几乎同时进行；改性乳化沥青膜在60～85℃的温度下喷洒；热沥青混合料摊铺在改性乳化沥青喷洒后3秒钟内进行；消除了一般热拌混合料先洒布粘层待粘层乳化沥青破乳后再摊铺混合料期间出现的污染
4.4碾压
NovaChip系统碾压必须在路面温度降至90℃之前进行，终压温度不低于120℃。采用13吨的双钢轮压路机碾压三次；压路机不能静止停留在刚刚摊铺好热沥青混合料表面上，必须NovaChip摊铺后立刻进行压实；压路机必须维护良好，具备操作稳定性，装备有皂液水添加系统和刮板，从而防止新摊铺热沥青混合料粘在碾压辊上；碾压通常以静态方式进行。
4.5质量控制标准及工程实效
对于混合料级配矿料规格应符相关规范的要求。同时需要随时对新铺路面外观进行目测，表面必须平整密实，不得有轮迹、裂缝、油包、离析等现象。接缝必须紧密平顺，无跳车。 此外，沥青混合料的拌和、摊铺、碾压、开放交通温度检测均需符合相应技术要求。由上述各项指标的检测结果可以看出，各项指标验收测值均能满足技术标准的要求，说明施工的质量得到了有效的控制；而在通行后的测试结果均比原路面的各项指标有明显的提高，这表明Novachip 超薄磨耗层有效的改善了原路面的行驶性能，达到了工程施工的目的。
5、南京机场高速NovaChip相关检测数据
5.1抗滑性能分析
从表10中可以看出，近60%的粗集料使用量使得Novachip超溥磨耗层有着良好的抗滑性能。
表10 抗滑指标的检测及比对结果
检测时间
摆值/BPN
构造深度/mm
措施段
对比段
措施段
对比段
施工前
46.8
47.1
0.57
0.65
施工后
58.9
46.6
0.82
0.68
规范要求
≥45
≥0.55
5.2机场平整度公里值
对NovaChip实施前后路面平整度状况进行了对比分析，如图2所示，从图中可以看出，NovaChip实施后路面平整度IRI改善效果较为明显。

图2 平整度状况

5.3噪音测试
由表12可以看出，Novachip超溥磨耗层对提高平整度有一定的贡献，并且能够有效地降低路面噪音。
表12 噪音对比表
工程名称
测试车速（km/h）
车内等效声级Leq（dBA）
胎噪均值（dBA）
施工前
施工后
差值
施工前
施工后
差值
机场高速罩面工程
60
67.2
64.3
2.9
98.4
96.3
2.1
80
69.9
66.2
3.7
104.7
101.0
3.7
100
71.6
67.5
4.1
108.2
104.3
3.9
6、结语
Novachip超薄磨耗层技术以其独特的优点，能够不影响交通，快速改善道路的行驶状况，符合现代高速公路养护的发展方向，适用于路面技术要求较高的高等级公路的预防性养护。总体而言，诸多早期修建的高等级公路均进入路面大修阶段，预防性养护技术得到了很广泛 的应用，而Novachip超薄磨耗层技术作为一种新型养护手段，具有一定的应用前景。
参 考 文 献
[1]《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ 073.2-2001）[S]，北京：人民交通出版社
[2]《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）[S],北京：人民交通出版社
[3] 路凯冀，宋世海，李晓东.国内外Novachip技术应用现状[J]. 中外公路，2006（3）:94-97，长沙：人民交通出版社
[4]何春木，苏卫国Novachip技术试验路工程实践[J] 公路 ，2007.（11）：85-89，北京：人民交通出版社

第一作者简介：
黄荣华：男，1982年生，江苏泰兴人，工程师，专科学历，长期从事沥青及沥青混合料的与应用研究及沥青路面工程的技术咨询工作
工作单位：江苏省交通科学研究院 道路工程研究所
联系地址：南京市江宁区诚信大道2200#
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