广州市公路工程公司
摘要：随着交通的发展，道路安全的问题越来越引起人们的注意，高速公路沥青路面的抗滑性能也成为业内专家共同专注的焦点。材料设计阶段沥青路面抗滑性能的影响因素研究工作也迫在眉睫。现有的研究成果中均未能从材料设计阶段总结分析沥青路面抗滑影响因素，本文亦是针对现有国内外沥青路面材料方面的研究现状开展其抗滑影响因素的研究。
关键词：沥青路面；搓揉试验；轮廓曲线；分形维数；抗滑衰减
0 引言
沥青路面抗滑性能是影响行车安全的一个重要指标,本文通过国对沥青路面抗滑性能影响因素进行详细分析得出:路表面的粗构造和细构造均为粗糙的构造组合时具有最优抗滑能力;水膜厚度与季节也可以严重影响抗滑性;另外,随着路龄或行车速度的增加,路面的抗滑性能呈现降低趋势,呈现相同规律。
1 小型快捷加速加载搓揉机的设计研发及应用
1.1 小型快捷加速加载搓揉试验机及试验过程介绍
本研究过程采用项目合作单位自主研发的加速加载搓揉试验机并进行搓揉实验，目的是为了在室内模拟沥青路面在行车作用下表观构造的变化，即室内模拟沥青路面的抗滑性能变化过程。与此同时，考虑到实际行驶在路面上的汽车轮胎都是有花纹的，因此，又将轮胎加工为实体花纹轮胎，以更贴近实际行车轮。
试验影响因素为：级配为AC-13和GAC-13（其级配表如表1所示），石料采用辉绿岩和玄武岩，沥青采用改性沥青和高粘沥青，沥青混合料油石比为4.8%，设计孔隙率为4.5%。加速加载搓揉实验对象为沥青混合料车辙板，车辙板的尺寸为300 mm×300 mm×50mm，轮载为100kg，在60度的水环境下对不同类型的车辙板进行0、2、4、6、8小时的搓揉。搓揉试验结束后，在常温下将车辙板晾干，分别进行铺砂法测构造深度试验和摆式摩擦仪测摆值试验。
表1 两种试验试件采用的混合料级配通过率（%）
对于下文中不同类型车辙板的代号，A代表改性沥青，B代表高粘沥青，辉为辉绿岩，玄为玄武岩，如此类推。每种类型的路面板成型3块，如：A辉GAC-13路面板，用于加速加载搓揉实验并同过程进行铺砂法和摆值试验。下文中每一种类型的路面构造深度（MTD）、摆值（BPN）等都是3块测量值的均值。
1.2不同沥青路面搓揉试验后的抗滑性能分析
对比不同种类路面经过0、2、4、6、8小时搓揉后测得的构造深度（MTD）及摆值（BPN）的变化趋势，可以得出：不同类型的路面板抗滑性能均呈现递减趋势，0小时到8小时搓揉结束后这种递减幅度显著，表明研发的加速加载搓揉试验机能够很好的在室内模拟沥青路面的抗滑性能衰减规律，且0~4小时衰减快，4~8小时衰减速率减慢趋于平缓不再变化，且搓揉0~4小时期间MTD及BPN衰减趋势图中AC-13的衰减速率略大于GAC-13，说明搓揉试验前期AC-13的抗滑耐久性不如GAC-13。此次研发的加速加载搓揉试验机能很好的室内模拟沥青路面的抗滑衰减规律，经过8小时的搓揉试验绝大部分路面板的抗滑性能衰减率达到40%，有的甚至超过50%，因此具有快捷有效的优势。对上述不同类型路面抗滑性能的分析结果进行总结：推荐采用高粘沥青的辉绿岩GAC-13混合料作为沥青路面的抗滑层，条件不足时可以采用改性沥青的辉绿岩GAC-13混合料作为沥青路面的抗滑层。
2采用分形维数评价沥青路面的抗滑性能
2.1 基于工业CT技术的路表轮廓图像获取
另对上述每种类型路面板各成型5块，进行同样的0、2、4、6、8小时搓揉试验并同过程采用双面锯切割路面板，获得不同搓揉时间下的300mm×50mm×50mm长方体条块，每块路面板能切割出6个此种长方体条块，对切割后的路面板条分别使用工业CT机扫描，扫描图像较多，本研究挑选出6张清晰的代表性图像，旨在获得混合料表面的高精度轮廓曲线。然后对不同搓揉时间下的路面板CT图像提取其轮廓曲线。每种路面板的每个搓揉阶段的6条清晰分明的曲线作为最终分析的对象。下面图4仅列出其中两种不同搓揉时间下的图像及其轮廓曲线。
图 5分形维数变化趋势图
Fig 5 Changes in fractal dimension trends
由图5-（a）、（b）可以看出：在岩石和沥青类型相同的情况下，初始未经搓揉阶段和搓揉8小时后： GAC-13的分形维数均明显高于AC-13 ，说明上述级配下的GAC-13抗滑性能及抗滑耐久性均优于AC-13。由图5-（c）、（d）可以看出：在岩石和级配类型相同的情况下，初始未搓揉阶段改性沥青的路面板分形维数略高于高粘沥青下的路面，然而在搓揉8小时后发现：最终绝大部分高粘沥青路面板的分形维数均高于改性沥青的路面，因此最终高粘沥青的路面抗滑耐久性能更优。由图5-（e）、（f）可以看出：在沥青类型和级配相同的情况下，初始未搓揉阶段辉绿岩和玄武岩的路面板分形维数差异不大，但搓揉8小时后辉绿岩的路面分形维数要略高于玄武岩路面，说明辉绿岩路面抗滑耐久性更好。通过以上分形维数的分析再次说明加速加载搓揉试验机能很好的室内模拟沥青路面的抗滑衰减规律，具有快捷有效的优势。对上述不同类型路面板分形维数的分析结果进行总结：再次推荐采用高粘沥青的辉绿岩GAC-13混合料作为沥青路面的抗滑层，条件不足时可以采用改性沥青的辉绿岩GAC-13混合料作为沥青路面的抗滑层。
3结论
对不同类型路面板抗滑性能及其耐久性的分析结果进行总结：推荐采用高粘沥青的辉绿岩GAC-13混合料作为沥青路面的抗滑层，条件不足时可以采用改性沥青的辉绿岩GAC-13混合料作为沥青路面的抗滑层。
采用本次研发的加速加载搓揉试验机，在室内模拟沥青路面的抗滑衰减规律，结合MTD，BPN，分形维数来评价不同搓揉阶段的沥青路面的抗滑性能，形成一套评价沥青混合料抗滑性能及耐久性的新方法，弥补现阶段沥青混合料设计阶段没有验证其抗滑耐久性的缺陷，从而更好的指导路面抗滑结构设计。
参考文献:
[1] 曹平，严新平.沥青路面形貌对抗滑性能影响的理论分析[J].摩擦学学报，2009，29（4）：306-310.
论文作者:屈笑宇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/14
标签：搓揉论文; 路面论文; 辉绿岩论文; 沥青路面论文; 沥青论文; 性能论文; 耐久性论文; 《防护工程》2018年第20期论文;