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Novachip超薄磨耗层在沥青路面的应用研究

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：梁燕

[导读] 摘要：近几年，公路建设的大力发展，大型车辆的不断增多，高等级公路路面的破坏也进入了快速增长期，为了避免路面破坏的过度发展，采用科学合理的路面养护技术势在必行，不仅可以延长沥青路面的使用寿命，而且可以节约维修成本。

        身份证号码：44142419910218xxxx
        摘要：近几年，公路建设的大力发展，大型车辆的不断增多，高等级公路路面的破坏也进入了快速增长期，为了避免路面破坏的过度发展，采用科学合理的路面养护技术势在必行，不仅可以延长沥青路面的使用寿命，而且可以节约维修成本。本文研究的超薄磨耗层是道路在出现病害初期，路表未出现严重破坏或在出现严重破坏之前进行的预先养护或校正性养护措施。此种预防性养护是在路面出现严重病害之前，养护部门做的主动的、预先的、预防性的养护，将会具有良好的经济、社会、环境效益。
        关键词：NovaChip；超薄磨耗层；沥青路面；
        引言
        Novachip超薄磨耗层是一种新兴起的路面预防性养护技术，可用于新建路面的表面磨耗层，也可用于改建、日常维修养护工作中，其具有耐久性好、抗滑性能好、抗车辙、抗磨耗、降噪减震性能优的特点，且具有施工过程简单可靠、施工速度快、开放交通早的特点。此技术可用于路面裂缝从上到下发展深度较浅的路面维修中；可用于路表破损严重、破损深度不深、破损底部以下路面、路基结构性承重性能良好的路面维修中；可用于路表摩擦力不满足要求的路面维修中；可用于路面渗水严重的路面维修中。本文以河龙高速公路为背景，对Novachip超薄磨耗层养护技术在沥青路面养护中的应用进行了研究。
        1.工程概况
        G25长深高速公路粤境柳城至热水段（以下简称河龙高速公路）主线路线起止桩号为K3435+754～K3477+846，全长42.092km，为沥青混凝土路面，采用高速公路技术标准，全封闭、全立交、双向四车道；计算行车速度为100km/h；道路路面设计采用双轮组单轴载100kN作为标准轴载，以BZZ-100表示。路基宽度为24.5m，半幅路幅布置为0.75m土路肩+2.25m硬路肩+0.5m右路缘带+2×3.75m行车道+0.5m左路缘带+1/2×1.5m中央分隔带，于2005年6月底建成运营通车。根据河龙高速公路现场路面情况，结合《2018年河龙高速公路技术状况定期检查》报告结果，确定河源方向K3462+900~K3463+900超车道、主车道采用1cm超薄磨耗层罩面试验段。Novachip超薄磨耗层技术实施前道路路面情况见图1所示。

        图 1 河龙高速某标段现状
        2.Novachip超薄磨耗层技术介绍
        超薄磨耗层的厚度一般为10～25mm，仅为常用沥青混凝土路面上面层厚度的1／3～1／2，它能有效解决既有沥青混凝土路面出现的开裂、车辙、坑槽等病害。
        目前，我国主要将Novachip超薄磨耗层路面养护技术应用于沥青路面的预防性养护和矫正性养护或新建公路路面，以保护新建公路路面免于直接与外界接触并提高其行驶质量。Novachip超薄磨耗层路面养护技术的成型机理如下：
        a．在无结构性严重病害的既有沥青路面上喷涂一层0．6～1mm左右厚的改性乳化沥青(Nova—binder)。
        b．改性乳化沥青喷涂完成后立马铺设热拌沥青混合料，该过程中是采用Novapaver一体化专用设备使得改性乳化沥青的喷涂和热拌沥青的铺筑同时进行，经普通压路机碾压后一次性成型。

        c．改性乳化沥青(Nova—binder)具有破乳快和粘结能力强的优点，热拌沥青混合料则采用间断级配；改性乳化沥青喷涂在经过清理的既有沥青路面上后，与既有路面紧紧粘结，然后将间断级配的沥青拌和料铺筑在其上方，经过碾压后改性沥青将在粗集料之间通过渗透作用上升。
        d．因为改性乳化沥青优良的粘结能力，被渗透的沥青混合料将与既有路面表层形成网格互穿型保护层，阻断既有旧路面与车轮和空气的接触，提高既有路面的使用性能，同时大大改善其透水性、抗滑性和抗老化能力等。

        3.Novachip材料组成设计
        3.1集料级配要求
        参考广东省其他高速公路应用经验，级配B应用比较广泛，它提供的构造深度更大、摩擦性好。1cm超薄磨耗层混合料配合比见下表：

        3.2粗集料
        所选粗集料应为典型高等级公路路面使用集料，满足我国关于抗滑表层的使用质量要求标准或在高等级路面表面层有成功应用的先例。粗集料的各项指标在符合相关规范标准的同时，还应满足下表的各项指标：

        3.3细集料
        直径小于4.75mm的细集料必须是机制砂（100%破碎加工而成），应该洁净、干燥、无风化、无杂质，与沥青有良好的粘结能力。性能指标满足下表的要求：

3.4填料
沥青混合料的填料宜采用石灰岩等憎水性石料经磨细得到的矿粉，矿粉要求干燥、洁净，其质量满足下表的要求：

        3.5改性沥青粘结料
        改性沥青粘结料性能必须满足薄层罩面整体设计要求，以实现系统的路用性能，同时，沥青粘结料必须满足下表性能要求：

        3.6聚合物改性乳化沥青
        聚合物改性乳化沥青性能必须满足超薄磨耗层整体设计要求，以实现系统的路用性能，同时，聚合物改性乳化沥青必须满足下表要求：

        4.Novachip超薄磨耗层施工
        4.1天气条件
        薄层罩面施工过程现场气温不得低于10℃，不可雨中施工。
        4.2设备
        薄层罩面采用专用设备进行施工。超薄磨耗层罩面施工过程现场气温不得低于10℃，路面不能有积水。超薄磨耗层罩面专用设备“福格勒SUPER1800SF”沥青摊铺设备。设备必须包含受料斗、传送带、乳化沥青储罐、NovaBondTM喷洒和计量系统、宽度可调节的振动熨平板等部分。设备能够一次性完成乳化沥青膜喷洒、热沥青混合料摊铺及熨平。在热沥青混合料摊铺之前，专用设备履带或其它部位不能接触喷洒在路面上的改性乳化沥青。专用设备摊铺宽度可调，从而达到理想的路面效果。
        4.3施工顺序
        沥青砼原材料试验、配合比设计→试拌铺筑试验段→试验成果指导施工→设置交通标志及安全作业区→测量放样→清理、检查下承层→撒布粘层油→摊铺→温度检测→初压、复压、终压→待温度低于50°C后撤除交通标志→恢复交通
        4.4混合料生产
        沥青混合料正式拌和前需检查沥青加热温度和矿料温度，沥青加热温度控制在150～170℃，矿料加热温度控制在170～190℃，混合料出厂温度为160～170℃，混合料温度超过190℃时废弃。混合料应拌和均匀，无花白、无结块和严重离析现象，拌和时间控制在每盘料40～50s。拌和好的混合料不能立即运出铺筑时应放入成品储料仓中储存，储存时间应以符合摊铺温度要求为准，一般不超过12小时，且温度降低不得超过15℃。
        4.5混合料的运输
        运输车辆的安排要保证摊铺机前始终有4-5辆料车。由于施工时，此路段处于半幅施工，半幅通车状态，施工危险性较大，必须加快施工速度。为此，我们需配备足够的运料车，以满足施工的连续性。
        运送沥青混合料车辆的车箱底板面及侧板必须清洁，不得沾有有机物质，为防混合料粘在车箱底板可涂刷一薄层非石油基质混合液。
        为了尽可能保持沥青混合料的温度，以及防止灰尘污染混合料，运料车上均要覆盖篷布，以确保运送到现场的沥青混合料温度满足要求。不符合温度要求或已经结成团块、已遭雨淋湿的混合料应废弃。
        4.6改性乳化沥青喷洒
        聚合物改性乳化沥青膜在60～80℃的温度下喷洒，喷洒量必须精确计量，以保证其在路面的喷洒均匀。喷洒量拟定为0.9~1.0ml/m2，实际喷洒量根据路面粗糙程度现场确定。热沥青混合料在改性乳化沥青喷洒后3~5秒钟内进行摊铺。
        4.7摊铺
        超薄磨耗层罩面摊铺摊铺前，设置找平基准线，制作标准垫块等工作，通过试验段铺筑的成功经验，确定摊铺速度、振动振捣频率、松铺系数、碾压速度、碾压遍数等数据。
        摊铺前,摊铺机要提前30-60分钟就位调整好预拱度,并将熨平板预热到120℃后，再进行摊铺，沥青混合料的摊铺温度不低于150℃，不超过170°C，摊铺过程不得随意变换速度或中途停顿，摊铺后的混合料，不得用人工反复修整，但出现下列情况时除外：
        △横断面不符合要求△构造物接头部分缺料
        △摊铺带边缘局部缺料　　　△表面明显不平整
        △局部混合料明显离析　　　△摊铺机后有明显的拖痕
        摊铺机的螺旋布料器相应于摊铺速度调整到保持一个稳定的速度均衡的转动，两侧保持有不少于送料器2/3高度的混合料，以减少在摊铺过程中混合料的离析。
        摊铺过程中，运料车在摊铺机前10-30cm处停住等候，由摊铺机推动前进并开始缓慢卸料，避免撞击摊铺机。运料车每次卸料必须倒净，尤其是改性沥青混合料，防止硬结。
        摊铺好的沥青混合料紧跟碾压，如因故不能及时碾压或遇雨时，立即停止摊铺，并做好沥青混合料的保温工作。
        4.8碾压
        碾压作业在混合料处于能获得最大密实度的温度下进行，遵循紧跟、慢压、高频、低幅、少水的原则。改性沥青砼开始碾压温度不低于150℃，改性沥青砼路面碾压终了表面温度不低于90℃，压实工作按铺筑试验路面确定的压实设备的组合和程序进行。碾压的一般程序为初压、复压、终压三个阶段。
        我们采取的压实方法：初压1-2遍（静压）→复压1-2遍（振动）+胶轮碾压3-5遍→终压2遍（静压）
        初压：用双钢轮压路机紧跟着摊铺机静碾1-2遍，并保持较短的初压区长度，以尽快使表面压实，减少热量损失。碾压时从外侧向中心碾压，在超高路段由低向高碾压，在坡道上从低处向高处碾压。初压后马上检查平整度、路拱，有严重缺陷时进行修整乃至返工。
        复压：复压采用振动压路机振压1-2遍，重型轮胎压路机碾压3-5遍，紧跟着初压后开始，且不得随意停顿。压路机的碾压长度尽量缩短，不超过60-80m。
        终压：终压紧接在复压后进行，采用振动压路机振静碾2遍，并以消除轮迹为度。
        碾压时，相邻碾压带均重叠一定的轮宽，压路机行走的路线来回都是直线，每次由两端折回的位置呈梯形随摊铺机向前推进，使折回处不在同一横断面上。碾压速度保持慢而均匀，初压速度为2-3km/h，复压速度振动压路机为3-4.5km/h，胶轮压路机为3-5km/h，终压速度为3-6km/h。
        沥青砼的碾压非常关键，因此压路机操作工的职业素质、操作水平至关重要，我们将选派责任心强、技术水平高的操作工进行操作，并在施工过程中加大检测力度，以便及时采取措施，确保沥青砼各层的压实度。
        在压路机压不到的其它地方，采用进口小型压实机把混合料充分压实。已经完成碾压的路面，不得修补表皮。
        碾压轮在碾压过程中保持清洁，有混合料粘轮立即清除。对钢轮压路机采用碾压轮喷水，严格控制喷水且成雾状，不得漫流，防止混合料降温过快。
        4.9接缝处理
        平接缝处理：应黏结紧密，压实充分，连接平顺。
        采用以下方法施工：在施工结束时，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再碾压。
        纵接缝处理：采用冷接缝方式处理。
        4.10质量控制
        A、拌和后的沥青混合料应均匀一致，无花白，无粗细料分离和结团成块现象。
        B、摊铺时应严格掌握摊铺厚度和平整度，避免矿料离析，要注意控制摊铺和碾压温度，碾压至要求的密实度。
        C、对确定罩面的路段，在罩面前必须完成修复工作。
        D、罩面不能铺在和原路面结合不好、即将脱皮的沥青罩面薄层上，应将其铲除，整平后再进行罩面。
        E、气温低于10℃或路面潮湿时，不得浇洒粘层沥青，不得摊铺沥青罩面层。
        结论
        研究成果表明：Novachip超薄磨耗层技术主要应用粘结能力强且破乳速度快的改性乳化沥青和单一粒径的沥青混合料；改性乳化沥青一方面紧紧地与既有道路面层粘接在一起，另一方面通过渗透作用上升到单一粒径的集料中，固化后使得道路面层和开级配沥青混合料结合成整体并在道路表面形成保护层；实测数据表明，Novaehip超薄磨耗层不仅阻断了原有道路面层与外界直接接触，且有效提高路面降噪能力和抗滑等性能，也降低了道路遭受水害的可能性。
        参考文献：
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        [2]沥青混合料性能对NovaChip超薄磨耗层工作性能影响研究[J].祁睿.水利与建筑工程学报.2020(02)
        [3]高速公路Novachip超薄磨耗层抗滑性能评价[J].梁昱维,赵志强.现代交通技术.2016(02)
        [4]NovaChip超薄磨耗层技术的应用与性能评价[J].胡海洋,邓建平.交通世界.2016(23)
        [5]NovaChip超薄磨耗层在预防性养护工程中的应用[J].刘艳平,龙大成.市政技术.2011(03)
        [6]Novachip超薄磨耗层在西部高速公路的应用研究[J].何宁.江西建材.2015(16)
        [7]Novachip超薄磨耗层设计施工及其性能试验[J].鄯晋龙.北方交通.2017(07)