超薄磨耗层在隧道路面抗滑处治工程中的应用

王宏飞

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

超薄磨耗层(NovaChip®)是采用改性沥青作为胶结料，改性乳化沥青作为黏结层，典型的断级配沥青混合料，具有较好的表面纹理，较好的抗滑性能和耐久性能。它是将一定厚度沥青混合料摊铺在专用的改性乳化沥青黏层上，使用专用设备一次摊铺、碾压成型。对路表开裂、隧道水泥混凝土路面抗滑性能恢复起到有效处治作用，主要用于重交通、路面性能要求高的高等级路面的预防性养护和矫正性养护[1]。

1 超薄磨耗层关键机理

超薄磨耗层沥青混合料摊铺采用专用设备NovaPaverTM，该设备在超薄磨耗层施工过程中依次完成喷洒乳化沥青、摊铺沥青混合料、碾压成型等工序。其中的改性乳化沥青防水黏层具有封层和黏层的双重作用，必须易于喷洒且破乳速度快，并配合摊铺机同步进行[2]。超薄磨耗层关键机理（如图1所示）主要是较高温度的NovaChip®沥青混合料摊铺在改性乳化沥青上的瞬间，改性乳化沥青中的水在高温作用下迅速汽化，乳化沥青在较大压力水蒸气作用下形成乳化沥青泡沫，泡沫急剧膨胀，并经过混合料的空隙向上迁移，乳化沥青破乳冷却，将超薄磨耗层集料紧紧地裹附在一起，最终形成4～5 mm厚度的防水黏结层，超薄磨耗层沥青混合料被充分的黏结在旧路面上，防止薄层沥青混合料层间剥离，并能够防止路表水下渗，充分发挥封层和黏层的双重作用。

图1 NovaChip®超薄磨耗层关键机理

2 工程概况及养护方案

汾军高速是G20青银高速公路山西境内的一段，自通车以来，通行量呈明显增长趋势，从出入口交通量看，交通量增长幅度介于30%～50%之间，货车比例均超过50%，交通量长时间维持在较高的发展水平上。随着交通量的快速增长，重载交通长时间的磨耗作用，隧道水泥混凝土路面出现了局部破损和抗滑不足等病害。

为充分了解隧道水泥混凝土路面的破损状况，对隧道水泥混凝土路面进行了现场路况调查，以评定原路面使用状况并为本项目预防性养护方案提供可靠指导。

2.1 主要病害

经现场调查发现，原水泥混凝土路面主要病害如下：a）混凝土板磨光；b）混凝土板断裂；c）板体错台；d）板体边缘破损等，严重影响了车辆的快速通行，急需处理。

2.2 处置方案

经分析讨论形成了如下处置方案：a）对破碎和裂缝严重的板块挖除予以更换新水泥混凝土面板；b）若原基层承载力明显不足的部位挖除，并用贫混凝土回填，恢复路面结构整体承载能力；c）原抗滑性能不足的混凝土板，为了保证超薄磨耗层与原路面结构的层间黏结状态，需要对磨光水泥混凝土路面进行拉毛处理，然后铺筑2 m薄层罩面Novachip®沥青混合料。

3 超薄磨耗层配合比设计

NovaChip®超薄磨耗层改性沥青的技术指标要求可按照气候分区、交通量和重载车辆行驶速度等因素的特点做特别要求。NovaChip®超薄磨耗层用改性沥青应具有较高的高温抗变形能力、黏结能力、低温抗裂能力和抗老化性能[3]。其具体技术要求及试验结果见表1。

3.1 改性沥青要求

根据该条高速公路的区域气候特点、交通量组成，改性沥青采用SBS改性沥青，其指标要求同时应达到SHARP规范中PG76-28的技术要求，其检测结果如表1所示。

表1 改性沥青的主要技术指标

3.2 乳化沥青要求

SBS改性乳化沥青性能必须满足同步施工型超薄磨耗层系统整体设计要求，以实现系统的路用性能，同时必须满足表2要求。

表2 SBS改性乳化沥青性能指标

3.3 集料

NovaChip® 沥青混合料中粗、细集料应满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004）高速公路表面层用集料技术要求。粗集料应具有较好的抗压碎和耐磨耗能力，粒径均匀，有棱角；细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质；填料必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出。

3.4 级配选择

按照骨料级配进行分类，NovaChip® 分为 A、B、C三类。A、B、C各类磨耗层结构中骨料的公称最大粒径为4.75 mm、9.5 mm和12.5 mm，磨耗层的摊铺厚度在1.5～2.5 cm之间。A型超薄磨耗层结构较为密实，构造深度较大，摩擦性能较好；C型超薄磨耗层结构构造深度更大，摩擦性能更好，但摊铺厚度较大，工程造价较高，主要应用于重载和交通量大的高等级道路；B型超薄磨耗层各项指标介于A、C类磨耗层结构之间，适用于交通量水平中等的高等级道路。综合考虑山西省气候特点、离军高速公路交通量水平及原有路面状况。经研究分析，最终选用NovaChip Type C型作为超薄磨耗层类型，图2为最终设计的沥青混合料的级配曲线。

3.5 最佳沥青用量确定

根据混合料的路用性能、级配类型、集料密度等参数，结合以往超薄磨耗层沥青混合料的设计经验，采用superpave设计方法，旋转压实仪进行成型，沥青混合料的拌和温度为170℃，试件成型温度为165℃，旋转压力设置为600 kPa，旋转压实次数为100次。

采用superpave设计方法，初拟4种油石比分别为：4.2%、4.5%、4.8%、5.1%，分别进行旋转压实成型，测得的压实参数和体积参数见表3。

图2 NovaChip Type C型级配曲线

表3 不同油石比下沥青混合料的参数

考虑超薄磨耗层沥青混合料NovaChip Type C型的各项性能指标，及规范要求的最小油膜厚度技术标准，根据上述试验结果，暂定超薄磨耗层沥青混合料NovaChip Type C型油石比为4.8%，比较合理。

3.6 性能验证

为了保证超薄磨耗层沥青混合料在养护工程中的使用效果，需对设计的沥青混合料高温性能、水稳定性能、抗滑性能进行验证[4]。试验结果见表4。

表4 混合料性能验证结果

4 使用效果评价

4.1 降噪效果评价

NovaChip®超薄磨耗层沥青混合料表面纹理较深，并且空隙率较大，具有较好地吸收噪声的功能；表5为隧道水泥混凝土路面加铺超薄磨耗层前后测得的降噪效果，从表中可以明显看出，隧道水泥混凝土路面加铺NovaChip®超薄磨耗层之后，车辆行车过程中产生的噪声明显降低，降低幅度达19.5%，提高了隧道内行车的舒适性。

表5 水泥混凝土路面加铺超薄磨耗层前后噪声测试结果 dB

4.2 抗滑效果评价

NovaChip®超薄磨耗层沥青混合料表面纹理较深，具有良好的抗滑性能，本文采用横向力系数车对隧道水泥混凝土路面加铺超薄磨耗层前后的横向力系数进行测定，对比分析超薄磨耗层加铺后对水泥混凝土路面抗滑性能的改善效果；测试结果从表6可以看出，加铺超薄磨耗层之后，隧道水泥混凝土路面的抗滑能力明显提高，提高幅度达35.8，大大地降低了隧道内交通事故发生的概率；同时国内外的研究表明，NovaChip®超薄磨耗层可长期保持良好的抗滑性能。

表6 水泥混凝土路面加铺超薄磨耗层前后抗滑性能测试结果

4.3 平整度评价

NovaChip®超薄磨耗层沥青混合料能够很好地改善路面平整度，提高路面行车舒适性，降低路面不平整引起的车辆冲击力，减少水泥混凝土路面断板的可能性，延长路面的使用寿命；本文采用颠簸累积仪器对隧道水泥混凝土路面加铺超薄磨耗层前后的平整度进行测定，对比分析超薄磨耗层加铺后对水泥混凝土路面平整度的改善效果[5]；测试结果从表7可以看出，加铺超薄磨耗层之后，隧道水泥混凝土路面的国际平整度指数明显提高，提高了行车舒适性。

表7 水泥混凝土路面加铺超薄磨耗层前后平整度测试结果 m/km

5 结语

a）超薄磨耗层NovaChip® 沥青混合料具有较好的高温抗车辙能力和抗水损害能力。

b）超薄磨耗层NovaChip®沥青混合料对于隧道抗滑病害处治具有较好的作用，能够提高水泥混凝土路面的抗滑性能和国际平整度指数，同时降低路面噪声，提高路面行车舒适性，降低路面不平整引起的车辆冲击力，明显降低了水泥混凝土面板破损的机率，延长了路面的使用寿命。