Novachip超薄罩面混合料配合比设计浅析

      文章来源：微信公众号“沥青路面”

      超薄罩面行车噪音小，舒适性好，与原路面粘结强度高，耐久性好;与碎石封层相比较，适用于寒冷地区、潮湿环境及重交通道路，对原结构破坏具有更强的适应性，不存在颗粒剥落现象，车辆转弯及停车时抗破坏能力强;与OGFC加铺层相比较，结构层之间粘结性能好，封水效果明显;与连续级配沥青混凝土相比较，具有卓越的高温稳定性能、抗滑性能、高排水能力，减少雨天行车水雾。但是，我国应用Novachip超薄罩面技术比较晚，虽然相关单位就材料组成、配合比设计及施工工艺开展了一定研究，但是我省对NovaChip超薄罩面抗滑处治相关技术研究相对滞后，缺乏系统深入的分析验证，实际工程参考案例较少，技术经验积累不足。因此，本文就Novachip超薄罩面配合比设计进行全面研究，对工程设计及质量控制具有重要指导意义。

      原材料技术要求

      采用粘结材料将NovaChip超薄罩面和原路面牢固的粘结起来，使其形成整体，共同承受温度应力和行车荷载的作用。因此，要求粘结层具有良好的粘结性能，防止沥青面层形成推移、拥包或剥离等病害，延长路面使用性能。采用粘结拉拔仪对橡胶沥青、普通乳化沥青、改性乳化沥青、基质沥青及改性沥青进行粘结力测试(测试温度为20℃)，改性乳化沥青相比基质沥青、橡胶沥青和SBS改性沥青，其粘结强度最高，粘结力并无衰减，界面更加牢固。因此，采用高粘改性乳化沥青作为粘结层。

      Novachip超薄罩面沥青混合料级配特殊，其中粗集料较多，细集料较少，混合料空隙率较大。因此对沥青胶结料要求很高，一是具有超强的黏结力(一般要求采用高粘度改性沥青);二是具有良好的耐久性(抗老化能力要好)。试验采用壳牌Novabinder聚合物改性沥青，各项指标均满足《NovaChip系统设计施工指南》。

      NovaChip超薄罩面采用粗集料有5～10mm、10～15mm两种，为典型高等级公路路面使用集料，必须满足我国关于抗滑表层使用质量要求标准。试验用NovaChip粗集料为陕西眉县太白石料场石料，属于碱性石料，青灰色，块状构造，细粒结构，石质致密、坚硬，试验检测结果满足规范要求。细集料为机制砂(100%破碎加工而成)，洁净、干燥、无风化、无杂质，与沥青具有良好粘结能力，试验检测结果满足规范要求。

      矿粉采用天水市麦积山区花牛镇顺天建材厂生产的矿粉，检测指标均满足《NovaChip超薄罩面系统设计施工指南》沥青混合料用矿粉质量要求。

      Novachip超薄罩面混合料配合比设计

      (1)矿料级配设计。Novachip超薄罩面混合料为典型的断级配，它由70%～80%的单一粒径碎石、20%～30%的细集料及填料组成。混合料共分为A、B、C等3种类型，所对应的公称最大粒径分别是4.75mm、9.5mm和13.2mm。级配选择基于交通水平、气候条件及原路面状况而定。其中A型主要用于机场道面的修补及路面封水，使用较少;B型较为常用;C型主要用于交通量大的道路。而且从A型到C型，混合料的表面纹理及摩擦系数依次增大。摊铺厚度一般为公称最大粒径的1.5倍，在10～20mm范围之间。论文采用C型混合料。

      参照NovaChipC型超薄罩面沥青混合料目标配合比实际经验，选择5.0%作为3种级配用油石比，旋转压实仪垂直压力为600kPa±18kPa，压实转速为30r/min±0.5r/min，旋转压实100次成型试件。试验结果表明，当油石比一定时，矿料级配随着粉胶比增大，空隙率和矿料间隙率减小，毛体积相对密度增加，是因为矿粉填充了集料间的空隙。但是级配1和级配2分别孔隙率、矿料间隙率和矿料间隙率不满足规范设计要求，而级配3各项指标均满足NovaChipC设计要求。因此选择级配3作为NovaChipC型超薄罩面沥青混合料设计级配。

      (2)最佳油石比确定。沥青混合料中沥青用量对混合料使用性能具有重要影响，沥青用量太大易导致泛油和车辙，沥青用量太小易出现耐久性不足，如剥落、水破坏、沥青老化等问题。因此，试验确定最佳沥青用量显得尤为关键。设计级配确定之后，根据设计经验，分别采用4个油石比(4.6%、4.8%、5.0%、5.2%)分别进行旋转压实试验。

      4个油石比(4.6%、4.8%、5.0%、5.2%)对应的试件毛体积相对密度、空隙率(VV)、矿料间隙率(VMA)、饱和度(VFA)和粉胶比(DP)，并结合设计经验及甘肃地区气候条件，最终确定设计油石比为5.0%。并且可见，随着油石比的增大，混合料孔隙率VV、矿料间隙率VMA和粉胶比DP呈降低趋势，沥青饱和度VFA呈增大趋势。说明沥青填充了集料之间的空隙，使得混合料更加密实。

      Novachip超薄罩面混合料性能验证

      (1)水稳定性试验。沥青路面的耐久性主要依靠沥青和集料之间的粘附程度，水和矿料的作用破坏了沥青和集料之间的粘附性，是影响沥青混合料耐久性的主要因素之一。沥青路面的水损坏包括两种过程，一方面沥青路面在水或冻融循环的条件下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面孔隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从集料表面脱落剥离，导致沥青混合料出现掉粒、松散，继而形成沥青路面的坑槽、剥落等损坏现象。另一方面沥青混合料抗水损坏能力，主要取决于矿料的性质、沥青与矿料之间相互作用的性质及沥青混合料的孔隙率等。

      根据设计级配及油石比进行水稳定性验证，试验方法依据AASHTOT283，试验结果表明，旋转压实混合料试件浸水残留稳定度为83.6%，大于规范要求值80%。因此该配合比NovaChipC型超薄罩面混合料水稳定性满足要求。

      (2)高温稳定性试验。沥青路面的高温稳定性通常是指沥青混合料在荷载作用之下抵抗永久变形的能力。推移、拥包、搓板、泛油等现象均属于沥青路面高温稳定性不足的表现。稳定性不足问题，主要表现在高温、低加荷速率以及抗剪强度不足时，即沥青的劲度较低的情况下。

      论文在60.0±1℃，0.7±0.05MPa条件下进行车辙试验以检验沥青混合料高温稳定性。试验结果表明NovaChipC型超薄罩面旋转压实混合料试件动稳定度3次均超过6000次/mm，达到规范要求，高温抗车辙性能良好。

      (3)析漏试验(网篮法)。NovaChipC型超薄罩面是一种间断级配热拌沥青混合料，同连续级配沥青混合料相比较，其粗集料含量高，空隙率大，沥青用量多，细集料含量少，若不掺加纤维等稳定剂或者沥青用量设计不合理，混合料在生产、运输、摊铺过程中可能会产生离析、析漏。因此为了保证NovaChip超薄罩面混合料质量稳定，合理选择沥青用量至关重要。沥青用量过大，不但浪费材料造成浪费，而且在夏季高温环境和行车荷载碾压作用之下，多余的沥青将会出现离析，甚至出现车辙或者泛油，从而降低路面使用性能;沥青用量过少，集料表面无法形成足够的沥青膜，混合料的各项路用性能同样难以保证。因此，合理测试沥青混合料析漏损失率，从而等到最佳沥青用量十分重要。

      在185±2℃温度条件下将混合料保温1h±5min后进行析漏测试。四次析漏试验平均值为0.08%，小于规范要求值0.10%，说明NovaChip旋转压实混合料试件最大油石比符合规范要求。

      结语

      NovaChipC型超薄罩面主要应用于高等级沥青路面或水泥路面的预防性养护和轻微病害的矫正性养护，也可作为新建道路表面磨耗层，具有优越的抗滑、抗车辙、抗磨耗性能。通过试验室NovaChipC型超薄罩面配合比设计，可见其与原路面粘结牢固，并且高温稳定性及抗水损坏性能良好。