吳小虎

（甘肅蘭州公路管理局，甘肅 蘭州 730030)

0 引言

NovaChip是將15mm～25mm厚的斷級配改性熱瀝青混合料NovaBinderTM攤鋪 在NovaBondTM（聚合物改性乳化瀝青粘層）上，使用超薄攤鋪機(jī)進(jìn)行施工。在實施過程中改性乳化瀝青粘結(jié)層NovaBondTM噴灑與改性熱瀝青混合料NovaBinderTM攤鋪同時進(jìn)行，經(jīng)壓路機(jī)壓實以后一次成型。超薄瀝青混凝土面層起源于20世紀(jì)70年代的法國，主要作為瀝青路面的表面層材料得以應(yīng)用[1,2]。超薄磨耗層 NovaChip 系統(tǒng)在2002年開始引入中國，目前已經(jīng)在全國十個省市開展應(yīng)用，但對于NovaChip的研究仍不夠深入，因此本文依托甘肅蘭州機(jī)場高速實體工程項目，研究NovaChip以及專用的NovaBinder膠結(jié)料性能，以達(dá)到更加確定其性能，更好推廣超薄磨耗層在國內(nèi)的應(yīng)用[3,4]。

1 項目概況

機(jī)場高速公路是甘肅省高速公路網(wǎng)的重要組成部分。起點(diǎn)位于G30連霍高速柳忠段蘭州市天水路收費(fèi)站，途徑北龍口、忠和鎮(zhèn)、樹屏鎮(zhèn)、終點(diǎn)位于中川機(jī)場。連接起G30和G6兩條國家級高速公路，也是機(jī)場到蘭州的中通道，在甘肅省的高速公路網(wǎng)中占有舉足輕重的地位。機(jī)場高速公路全線總長65.85KM，由三部分組成，分別是柳忠高速天水路收費(fèi)站至忠和立交段（簡稱柳忠段）、蘭海高速忠和立交至樹屏立交段（簡稱蘭海段）、蘭營高速全線（簡稱尹中段）。經(jīng)觀測，日平均交通量5萬多輛，節(jié)假日達(dá)到7萬多輛，且重型貨車較多，交通通行壓力和養(yǎng)護(hù)壓力十分巨大。設(shè)計擬對機(jī)場高速公路全線完成全幅Novachip薄層罩面，厚度2.5cm，可以起到抗滑、降噪及雨天降低行車水霧的作用，罩面長65.975公里、面積140萬平方米，該工程是Novachip薄層罩面技術(shù)應(yīng)用的世界最大單體工程，并且首次嘗試了夜間施工和錯峰施工，實施后路面面層厚度為19cm。

2 NovaChip配合比設(shè)計

2.1 粗細(xì)集料

NovaChip作為表面層，首先得滿足耐磨的要求。粗集料磨耗的常規(guī)評價方法為洛杉磯法和狄法爾法兩種，必須同時符合要求。細(xì)集料除了要滿足一般瀝青路面規(guī)范的技術(shù)要求外，細(xì)集料不得采用天然砂，Novachip混合料采用與粗集料巖性一致的機(jī)制砂。對進(jìn)場集料按規(guī)定進(jìn)行檢驗。進(jìn)場細(xì)集料堆放場地必須符合相關(guān)要求進(jìn)行硬化，排水順暢，必須設(shè)置大棚，呈臺階堆放。具體規(guī)范要求見表 1和 2。

表1 粗細(xì)集料性能指標(biāo)

表2 細(xì)集料性能指標(biāo)

2.2 填料

瀝青混凝土路面宜采用潔凈石灰?guī)r扎制的碎石石料經(jīng)研磨得到的礦粉作為填料，礦粉必須現(xiàn)場加工。嚴(yán)禁使用回收粉塵作為填料。礦粉必須干燥、清潔。進(jìn)場集料按規(guī)定進(jìn)行檢驗，每 50T 檢驗一次。不得采用拌和樓回收的粉塵，以確保瀝青碎石的質(zhì)量。散裝礦粉采用儲存罐存放，保持干燥，防止受潮。

2.3 改性瀝青

NovaChip混合料系統(tǒng)使用的NovaBinder專用改性瀝青應(yīng)滿足下表3的要求。

表3 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

2.4 外摻劑

如若所選用集料粘附性達(dá)不到設(shè)計要求，可添加42.5水泥作為抗剝落劑。對于提高集料粘附性的消石灰應(yīng)滿足國家有關(guān)規(guī)范要求，42.5水泥摻加必須單獨(dú)設(shè)罐，但其用量宜控制在1.5%以內(nèi)。

2.5 配合設(shè)計

Novachip超薄磨耗層混合料的設(shè)計方法不同于傳統(tǒng)的熱拌合瀝青混合料的設(shè)計方法。混合料最佳用油量的確定基于Novachip超薄磨耗層系統(tǒng)體積特性的建議要求及油膜厚度指標(biāo)。結(jié)合國內(nèi)外Novachip超薄磨耗層配合比設(shè)計經(jīng)驗及Novachip-Type C瀝青混合料空隙率比較大的特點(diǎn)，采用旋轉(zhuǎn)壓實方法成型試件。Novachip C型瀝青混合料級配采用殼牌（中國）有限公司《Novachip（超薄磨耗層）系統(tǒng)設(shè)計施工指南》中的要求，本次級配設(shè)計過程中，根據(jù)集料的篩分結(jié)果首先初選出三個級配（級配1、級配2、級配3），然后根據(jù)工程實際應(yīng)用情況選擇油石比，采用旋轉(zhuǎn)壓實100次成型試件進(jìn)行試驗，得出試件的體積指標(biāo)，根據(jù)體積指標(biāo)及初始旋轉(zhuǎn)次數(shù)壓實度等。圖1為三種級配曲線圖。

參照項目所在地區(qū)瀝青路面 Novachip C 型瀝青混合料目標(biāo)配合比的工程應(yīng)用情況，選擇油石比 5.1%作為三種試級配用油石比，旋轉(zhuǎn)壓實 100 次成型試件，級配3各項指標(biāo)滿足 Novachip C設(shè)計要求，結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r及實踐經(jīng)驗，本次設(shè)計擬選擇級配3為設(shè)計級配。設(shè)計級配確定后，采用四個油石比分別為：4.7%、4.9%、5.1%、5.3%進(jìn)行旋轉(zhuǎn)壓實試驗。在選擇設(shè)計油石比的試驗時，壓實次數(shù) N 設(shè)計=100 次。結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗和項目所在地區(qū)氣候條件取設(shè)計油石比為5.1%，相對應(yīng)的瀝青混合料性質(zhì)如表4所示。

圖1 初選三個級配曲線

表4 瀝青混合料體積性質(zhì)表

3 NovaChip混合料性能研究

3.1 瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度試驗

由于在 NovaChip 系統(tǒng)需要專用聚合物改性乳化瀝青，采用特殊的配方進(jìn)行設(shè)計，才能夠?qū)崿F(xiàn)熱混合料層和下承層的有效粘結(jié)，因此對專用的Novabond改性乳化瀝青的層間粘結(jié)性能進(jìn)行研究，對5種常見粘結(jié)料進(jìn)行拉拔試驗，試驗結(jié)果如圖2。

圖2 瀝青粘結(jié)性能比對

由圖2可知，五種瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度均隨構(gòu)造深度的增大而增大，Novabond改性乳化瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度優(yōu)于其他四種瀝青，但整體上Novabond改性乳化瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度收構(gòu)造深度影響最大。

3.2 溫度與剪切強(qiáng)度影響關(guān)系

為研究不同溫度對Novabond改性乳化瀝青粘結(jié)力的影響，在室內(nèi)不同溫度條件下對相同灑布量和相同空隙率的試件進(jìn)行剪切試驗，試驗結(jié)果如圖3。

圖3 溫度與剪切強(qiáng)度影響關(guān)系

由圖3可以看出，瀝青混合料粘層油界面粘結(jié)力剪切強(qiáng)度隨溫度的升高其剪切強(qiáng)度逐漸下降，當(dāng)溫度超過40℃時，瀝青混合料之間的粘結(jié)力較低，路面容易破壞，這主要是由于在高溫下瀝青變?yōu)榱鲃討B(tài)，剪切強(qiáng)度降低。

3.3 空隙率與剪切強(qiáng)度影響關(guān)系

室內(nèi)以不同空隙率的 Novachip 瀝青混合料試件在相同溫度條件下進(jìn)行剪切試驗，試驗結(jié)果如圖4。

圖4 空隙率與剪切強(qiáng)度影響關(guān)系

由圖4可知，Novachip 瀝青混合料與普通瀝青混合料之間的剪切強(qiáng)度隨空隙率的變化而變化，當(dāng)空隙率較小或較大時其剪切強(qiáng)度都較低，空隙率在 12%左右時其剪切強(qiáng)度較高，所以在實際施工過程中應(yīng)隨時檢測Novachip 瀝青混合料的空隙率以確保混合料之間的粘結(jié)力，提高工程質(zhì)量。

3.4 凍融與剪切強(qiáng)度影響關(guān)系

室內(nèi)以不同空隙率的 Novachip 瀝青混合料試件在-18 度到60度之間的溫度條件下進(jìn)行多次凍融循環(huán)后，測其剪切強(qiáng)度，試驗結(jié)果如圖5。

圖5 凍融與剪切強(qiáng)度影響關(guān)系

由圖5可知，不同空隙率的 Novachip 瀝青混合料與普通瀝青混合料經(jīng)過多次凍融循環(huán)之后，其剪切強(qiáng)度隨著空隙率的增大而降低，且受孔隙率影響較大。

4 結(jié)論

本文以甘肅省蘭州公路局利用NovaChip技術(shù)在機(jī)場高速大修的應(yīng)用為基礎(chǔ)，研究了NovaChip技術(shù)中原材料的性能要求以及配合比設(shè)計方法，并通過對專用的Novabond改性乳化瀝青的粘結(jié)性能研究得到以下結(jié)論：

1）瀝青混合料粘層油界面粘結(jié)力剪切強(qiáng)度在溫度超過40℃時最低，路面容易破壞；

2）Novabond改性乳化瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度優(yōu)于其他四種瀝青，但受構(gòu)造深度影響較大；

3）Novachip 瀝青混合料空隙率在12%左右時其剪切強(qiáng)度較高，在實際施工過程中應(yīng)隨時檢測 Novachip 瀝青混合料的空隙率以確?；旌狭现g的粘結(jié)力，提高工程質(zhì)量；

4）Novachip 瀝青混合料經(jīng)過多次凍融循環(huán)之后，其剪切強(qiáng)度隨著空隙率的增大而降低，且受孔隙率影響較大。