Novachip瀝青混合料超薄磨耗層施工技術(shù)研究土木工程專業(yè)

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1、Novachip瀝青混合料超薄磨耗層施工技術(shù)研究 摘要：具有良好降噪、排水功能的Novachip瀝青混合料超薄磨耗層，是一種應(yīng)用較為廣泛的改性瀝青混凝土面層。本文基于相關(guān)理論研究，針對施工中出現(xiàn)的問題，對瀝青混合料進(jìn)行了高溫穩(wěn)定性以及謝倫堡析漏等實(shí)驗，確定了施工路段最佳的瀝青用量，最后通過對其路面性能的研究，驗證了Novachip混合料的可行性，為今后瀝青混合料超薄磨耗層的設(shè)計施工提供數(shù)據(jù)支持。 關(guān)鍵詞：降噪；超薄磨耗層；改性瀝青；Novachip 0引言 隨著公路施工技術(shù)的快速發(fā)展，瀝青路面的使用功能下降較為明顯，嚴(yán)重影響著車輛行駛的安全性和舒適性[1]，對高速公路進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

2、，能夠有效提高路面的使用壽命[2]，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，改善了出行的安全性，給道路使用者帶來的交通延誤降至最低[3]。 上世紀(jì)八十年代，法國首次應(yīng)用Novachip于實(shí)際施工中，是世界上采用超薄磨耗層混合料路面最早的國家[4]。之后的幾十年，歐洲其他國家也相繼出現(xiàn)超薄混合料瀝青混凝土路，美國科氏公司于1992年取得Novachip技術(shù)的使用權(quán)限，并引進(jìn)相關(guān)設(shè)備[5]。張新波[6]等擬定了5條級配曲線，并對超薄瀝青混凝土SAC-10進(jìn)行了分析研究，證明了其永久變形能力的優(yōu)越性。 本文基于前人相關(guān)理論研究，選取特定的實(shí)驗材料及環(huán)境，并結(jié)合實(shí)際工程概況，對超薄磨耗層混合料的相關(guān)性能進(jìn)行了測試，通

3、過對混合料最佳配合比的設(shè)計，得到了最佳的瀝青用量，最后對其在試驗路段性能的檢測，驗證了瀝青混合料的實(shí)用性，為今后的設(shè)計施工提供數(shù)據(jù)支持。 1 實(shí)驗原料及施工概況 實(shí)驗選取G25長深公路柳城至熱水段，東起藍(lán)口鎮(zhèn)，向東北延伸至梅河高速，地形復(fù)雜多變，公路兩側(cè)地下水含量豐富，路面裂縫水主要存在于風(fēng)化裂縫中，受降雨影響較大。選用SBS改性瀝青，其相關(guān)實(shí)驗指標(biāo)及要求如表 1 SBS改性瀝青檢測值及技術(shù)要求所示。 表 1 SBS改性瀝青檢測值及技術(shù)要求 技術(shù)要求 單位 檢測值 規(guī)范值 閃點(diǎn)，≥ ℃ 330 250 軟化點(diǎn)，≥ ℃ 95 100 針入度，≥ 0.1mm 5

4、2 50-80 質(zhì)量變化，≤ % 0.09 ±5 溶解度，≥ % 99.56 100 殘留針入度比，≥ % 83.5 70 延度，≥ cm 38 20 由表可得，SBS改性瀝青的延度38cm，溶解度99.56%，閃點(diǎn)330℃，符合實(shí)驗要求。 實(shí)驗選取三種粒徑大小的玄武巖作為粗集料用料，其分類為：1#料1-8mm、2#料9-16、3#料17-20mm，并對其進(jìn)行密度及吸水率實(shí)驗，利用相關(guān)公式計算表觀相對密度，得到如表 2 吸水率及密度實(shí)驗結(jié)果所示。 表 2 吸水率及密度實(shí)驗結(jié)果 試樣編號 試樣質(zhì)量（g） 毛體積相對密度（g/cm3） 表觀

5、相對密度（g/cm3） 吸水率（%） 實(shí)測值 平均值 實(shí)測值 平均值 實(shí)測值 平均值 1# （1-8mm） 1 1325.25 2.854 2.859 2.685 2.585 1.55 1.54 2 1349.28 2.864 2.485 1.53 2# （9-16mm） 1 1152.47 2.570 2.580 2.660 2.550 1.68 1.67 2 1132.07 2.590 2.440 1.66 3# （17-20mm） 1 660.49 2.468 2.533 2.135 2.225

6、0.88 0.89 2 689.27 2.598 2.335 0.90 由表可知，粗集料的相對密度隨著試樣粒徑的增大而減小，也即相對密度與其粒徑大小呈反比關(guān)系，粗集料的吸水率分別為1.54%、1.67%以及0.89%，符合施工要求。 細(xì)集料和礦粉分別選取0-5mm粒徑大小的石灰?guī)r機(jī)制砂以及石灰?guī)r細(xì)粉，隨機(jī)抽測其相關(guān)指標(biāo)，得到如表 3 礦粉平均粒徑及比表面實(shí)驗結(jié)果所示。 表 3 礦粉平均粒徑及比表面實(shí)驗結(jié)果 材料名稱 實(shí)驗次數(shù) 平均粒徑（μm） 比表面積 測試值 平均值 測試值 平均值 礦粉 1 30.2568 29.8129 1.35 1.36

7、2 29.3689 1.37 由表中數(shù)據(jù)可知，礦粉的比表面均值為1.36，平均粒徑為29.8129，測試結(jié)果,滿足實(shí)驗要求，明顯提高了膠漿的軟化點(diǎn)，對混合料的粘合強(qiáng)度有一定提升。 2 超薄磨耗層瀝青混合料配合比設(shè)計 2.1級配設(shè)計方法 表 4 Novachip瀝青混合料超薄磨耗層級配表 尺寸大小 篩孔通過率 5.25mmA型 9.89mmB型 18.58mmC型 18 90-100 70-90 100 15.32 40-60 50-70 60-80 3.59 20-35 15-28 70-75 6.68 15-24 20-27 8-12

8、0.27 6-9 10-15 5-10 0.091 3-6 3-6 3-6 適宜厚度 2.0-2.5 2.2-2.8 2.1-2.7 表 4為Novachip瀝青混合料超薄磨耗層級配表，由表中數(shù)據(jù)可知，A型級配所用集料的粒徑較小，不能滿足超薄磨耗層排水及空隙率的要求，故在B、C級配中選取較為合適的類型。由于實(shí)驗所用玄武巖的最大粒徑為20mm，故選擇C級配作為實(shí)驗用級配，并將其分為三檔料，其中第一、二檔為玄武巖，第三檔為石灰?guī)r，填料為礦粉，粒徑范圍分別為：第一檔17-20mm、第二檔5-16mm、第三檔0-5mm。 圖 1 超薄磨耗層級配曲線圖 圖 1 為超薄磨耗

9、層級配曲線圖，由圖可得，隨著篩網(wǎng)孔徑的變大，其通過率也隨之增大，當(dāng)孔徑大小為18mm時通過率最大，達(dá)到級配的上限100%；當(dāng)孔徑為20mm時，此時級配的下限到達(dá)最大值，為100%。 2.2 確定最佳瀝青用量 實(shí)驗拌和溫度為160℃，壓實(shí)溫度為150℃，利用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀壓實(shí)成型，設(shè)置旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)為150次，得到如表 5 瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)實(shí)驗結(jié)果所示。由表中數(shù)據(jù)可得，在4種油石比下，試件的穩(wěn)定度、空隙率等指標(biāo)均符合相關(guān)技術(shù)要求，結(jié)合實(shí)際環(huán)境狀況，將瀝青膠結(jié)料含量為5%視為最佳瀝青用量。 表 5 瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)實(shí)驗結(jié)果 編號 油石比（%） 相對密度（g/cm3） 流值（0.01mm

10、） 空隙率（%） 瀝青飽和度（%） 礦料間隙率（%） 穩(wěn)定度（kN） 膜厚 （μm） 實(shí)際 理論 1 5.1 2.536 2.584 2.32 8.95 36.5 23.4 9.15 8.22 2 5.3 2.546 2.651 2.991 11.32 48.23 26.3 9.99 9.21 3 5.5 2.235 2.569 3.32 11.71 52.1 23.1 9.25 10.21 4 5.9 2.653 2.489 4.23 12.06 48.32 21.02 9.16 11.87 5

11、 6.4 2.584 2.310 5.62 12.33 49.92 22.04 9.21 12.68 技術(shù)要求 - 實(shí)測 計算 2.0-4.2 ≥10 40-59 ≥20 ＞8.5 ≥9.9 在溫度為70℃，輪壓1MPa條件下對瀝青路面進(jìn)行高溫穩(wěn)定性實(shí)驗，實(shí)驗結(jié)果如表 6 Novachip瀝青混合料車轍實(shí)驗結(jié)果所示。 表 6 Novachip瀝青混合料車轍實(shí)驗結(jié)果 編號 平均溫度(℃) t1(min) t2(min) d1（mm） d2(mm) DS(次/mm) DS均值(次/mm) 1 69.9 50 65 2.55 2

12、.75 3250 3255 2 70.0 50 65 2.78 2.95 3650 3 70.1 50 65 2.66 2.91 2865 其中，t1、t2分別為實(shí)驗起止時間，d1、d2為車轍深度，DS為動穩(wěn)定度，由表可知，瀝青混合料的動穩(wěn)定度為3255次/mm，符合實(shí)驗技術(shù)要求，說明油石比5%是合理的。 對瀝青混合料進(jìn)行謝倫堡瀝青析漏實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)混合料的平均析漏損失率約為0.08%，滿足實(shí)驗技術(shù)要求，佐證了油石比5%的可行性。 3 Novachip超薄磨耗層路面性能評價 3.1降噪性能評價 對Novachip瀝青混合料超薄磨耗層進(jìn)行噪音檢測，檢測

13、時實(shí)行全路段交通管制。與原路面噪音比較，得到如表 7 試驗路段與原路面車外噪音對比所示。 表 7 試驗路段與原路面車外噪音對比 車速 噪音平均值/dB(A) 噪音最大值/dB(A) Novachip路面 原路面 降噪值 Novachip路面 原路面 降噪值 大車以70km/h行駛 81.2 82.1 -0.9 85 88 -3 大車以100km/h行駛 81.8 84.6 -2.8 88 93 -5 小車以70km/h行駛 72.1 77.8 -5.7 72 77 -5 小車以100km/h行駛 72.3 76.8 -4.5

14、 71 85 -14 由表中數(shù)據(jù)可知，車外噪音，無論是平均噪音還是最大噪音，Novachip路面都比原路面要小很多，降低噪音效果明顯。 3.2排水性能評價 表 8 路面雨天觀測對比表 降雨大小 車后水霧情況 路表積水情況 Novachip路面 原路面 Novachip路面 原路面 大雨 大量 大量水霧 無水膜 存在水膜 中雨 少量 出現(xiàn)水霧 無水膜 存在水膜 小雨 無 少量水霧 無水膜 表面濕滑 在不同的降雨環(huán)境下對瀝青混合料超薄磨耗層進(jìn)行觀察，得到如表 8 路面雨天觀測對比表，由表可知，通過將路表積水與車后水霧情況向?qū)Ρ?，發(fā)現(xiàn)Nov

15、achip路面車后水霧并未出現(xiàn)明顯減少，在大雨時未出現(xiàn)徑流和水膜。 4 結(jié)論 本文基于相關(guān)理論研究，結(jié)合具體施工事例，通過實(shí)驗的方式對Novachip瀝青混合料超薄磨耗層的構(gòu)成及其路面性能進(jìn)行了分析研究，得到了以下結(jié)論： （1）闡述了瀝青的級配設(shè)計方法以及最佳用量，分析了混合料中瀝青與礦料間的相互關(guān)系，得到了最佳的級配比，并利用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀將瀝青壓實(shí)成型，得到了最佳的油石比，并確定了此油石比下最佳的飽和度以及礦料間隙率等，最后通過高溫穩(wěn)定實(shí)驗以及謝倫堡析漏實(shí)驗的驗證，確定了5%油石比的可行性。 （2）對Novachip路面在降噪以及排水方面的效果進(jìn)行了檢測，通過與原路面噪音進(jìn)行對比

16、，發(fā)現(xiàn)無論是平均噪音還是最大噪音，Novachip路面均比原路面降噪效果好，Novachip路面排水能力要明顯優(yōu)于原路面。 參考文獻(xiàn) [1]鄒曉勇.瀝青路面節(jié)能減排養(yǎng)護(hù)技術(shù)碳排放定量評價[J].交通運(yùn)輸研究,2016,2(01):38-44. [2]王斯倩,舒澄.NovaChip超薄磨耗層在江西高速公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用[J].交通建設(shè)與管理,2014(22):183-185+188. [3]鄒友泉.昌九高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)試驗路段施工正式啟動[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2010(24):58. [4]莊偉,李棟.預(yù)防性養(yǎng)護(hù)超薄磨耗層材料路用性能研究[J].石油瀝青,2013,27(01):27-30. [5]徐曉明.淺談市政道路舊路改造施工技術(shù)[J].科技與企業(yè),2012(13):230. [6]張新波,劉長溪,馬曉松.C型NovaChip超薄磨耗層在山東高速公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用[J].中國公路,2012(S1):5-8.