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瀝青路麵承建瀝青路麵抗滑性能研究

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瀝青路麵承建瀝青路麵抗滑性能研究

發布日期:2016-02-27 17:13 來源:http://www.cn-kdkj.com 點擊:

瀝青路麵承建瀝青路麵抗滑性能研究


隨著我國高速公路的飛速發展,車速的提高,交通量的增大,人們在瀝青路麵承建不斷享受現代交通所帶來的便利的同時也逐漸麵臨著越來越多受到交通事故的威脅。引起事故的原因是多方麵的因素,包括人的因素,道路因素,氣候因素,車的因素等諸多主客觀因素的影響,缺乏道路交通事故的防滑性是影響的重要因素之一。道路交通事故更好的防滑性可減少在一些事故多發地點的研究結果表明,如果其他因素保持不變,提高防滑性可減少道路交通事故的數量。目前,中國的公路不僅要承受較大的荷載,經久耐用,並能滿足經濟性,舒適性,安全性等功能要求。現在從過去單一的設計概念滿足強度,確保結構的強度到現在以滿足駕駛舒適,抗滑功能方麵。

 

眾所周知,輪胎與路麵之間的摩擦力是汽車駕駛,製動和轉向的也是動力源,也是保證汽車行駛一個關鍵因素。因此,研究輪胎與路麵的摩擦特性和分析不同形式路麵結構形式對車輛所提供的摩擦,為道路的抗滑設計提供理論指導,同時通過研究發現瀝青路麵抗滑水煎規律,為以後瀝青路麵抗滑性能提供指導。

 

路麵的抗滑機理

 

瀝青路麵抗滑力取決於路麵表層微觀構造和宏觀構造,其主要指標是摩擦係數和構造深度。摩擦係數指集料表麵的粗糙程度,其隨車輪的反複磨耗作用逐漸被磨光,和磨光值(PSV)有主要關係,當汽車的速度30~50km/h時,對路麵抗滑性能起著決定作用;構造深度是由於路麵集料之間的間隙隙構成,其功能就是使車輪下路表水能夠迅速排除出去,使不能形成水膜,在汽車高速行駛時候候決定路麵抗滑的能力。

 

通過摩擦理論可知,兩個物體之間摩擦力,在通常情況下是由於物體的表麵“微凸體”存在。路麵紋理構造特征包含宏觀構造與微觀構,微觀構造就是路麵集料表麵的水平方向0~0.5mm,垂直的方向0~0.2mm微小構造,微觀構造密度及距離影響路麵摩擦阻力。當密度越大時候,路麵與輪胎接觸點就會越多,從而輪胎在路麵受到摩阻力會越大。路麵抗滑不僅與微觀構造密度有關,而且還與集料的微觀構造形狀有關,也稱形狀係數。路麵宏觀構造指路麵集料間空隙或者排水能力,水平方向為0.5~50mm,垂直方向為0.2~10mm,宏觀構造主要的影響路麵高速行車時的能力,所以宏觀構造粗糙的路麵在高速行駛時的抗滑能力就很好。

 

影響瀝青路麵表層抗滑性能的因素

 

原材料及配合比的影響

 

(1)礦料品質

 

礦料表麵微觀結構對路麵的抗滑性能有巨大的貢獻,當行車速度比較低時,這種作用會更加突出,而路麵的宏觀結構在保證高速行車時的抗滑性能則具有決定性的意義。《公路瀝青路麵設計規範》(JTGD50-2006)中提出抗滑路麵一定要使用磨光值較高的石料,同時對石料磨耗值與衝擊值提出使用要求。規範提出磨光值要求是保證路麵微觀結構要具有良好耐久性,因為石料磨光值對路麵的抗滑值影響能夠達到30-50BPN,相比較其它材料影響都大很多。

 

我國所具代表性集料進行試驗,了解到我國集料抗磨耗能力比較好,特別是片麻岩、安山岩、玄武岩與砂岩。集料壓碎值用來反應集料在車作用下不被壓碎的能力,它與衝擊值存在著一定對應關係,得出的關係式為:

 

Y=6.92+0.65X(n=23,r=94,s=1.3)式中:X為集料衝擊值(%);Y為集料壓碎值(%)

 

(2)瀝青結合料

 

瀝青品質對路麵抗滑也有影響。瀝青種類中番茄视频app可知,煤瀝青的路麵摩擦係數比較高,石油瀝青次之。在路麵混合料中當瀝青的年度特別低時候,很容易自由流動而形成光麵,從而危及交通安全,當瀝青的含鈉量比較高時候,其溫度敏感性比較差,夏天會容易泛油,冬天也會容易開裂,同時與骨集料的年級水骨料容易發生鬆動脫落。當瀝青混合料中的空隙率比較大時,通常由於水的存在與環境因素的作用導致瀝青從礦料表麵發生剝落,或瀝青過早老化,使抗滑表層的壽命縮短。因而,抗滑表層應采用重交通道路石油瀝青,特殊情況下應考慮對瀝青進行改性,以更好提高某一方麵的性能,選用標號和瀝青種類一定要結合工程所在地的氣候溫度情況。

 

對於一定級配的礦料組成,存在著與之對應最佳瀝青用量。當實際用量很大時,會產生顆粒間粘附性差,很容易產生相對滑移,可導致結構穩定性比較差,特別是在高溫季節,當車輪荷載作用下會容易產生擁包、車轍等各種變形的破壞,從而高速行車刹車製動的效率會相對降低與慣性增大,車輛會發生不易控製情況,導致事故的危險性上升;因為車輪荷載壓密作用,路麵表層多餘自由瀝青會被擠出到,一方麵會使混合料空的隙率產生下降,降低路麵宏觀構造深度。另一方麵,瀝青膜使原先裸露集料被裹覆,使集料表麵凹槽會被填平,因此間接使路麵微觀構造特性降低了,因此路麵摩擦係數也會降低,這些對路麵抗滑性能產生不利的影響。特別小瀝青用量盡管不會減少路麵宏觀構造和微觀構造,但容易因為集料間粘結力差形成剝落、鬆散等病害,路麵耐久性差與表麵狀況,不可以滿足行車舒適性要求。

 

(3)礦料形狀的影響

 

瀝青路麵就是礦粉填料與細粗集料,被那些瀝青薄膜所包裹粘結壓實後組成粘彈性的結構層。此時細、粗集料會裸露在表層形成路麵宏觀與微觀構造,所以,路麵礦料形狀與級配影響抗滑表層集料相互間距、尺寸大小、裸露程度,從而影響路麵抗滑能力大小,通過實踐可知,在修高等級瀝青抗滑表層的時候,集料要求堅硬,有棱角,形狀近最好似立方體。

 

(4)級配影響

 

傳統連續型密級配瀝青混凝土(例如AC)是種密實一懸浮的結構,表麵光滑,空隙率小,因此使路麵紋理細,摩擦係數和構造深度都較小;嵌壓式結構就是把抗滑表層和密水層很好結合起來一種特殊結構,就是砂粒式瀝青混凝土壓入5~15mm抗滑性能比較好碎石,這種結構因為宏觀構造好,耐久性好,因為抗滑石料隻是用在嵌壓,所需數量少,所以在缺乏抗滑石料地區,可以成為比較經濟抗滑表層類型,最近發展起來的多空性排水路麵(如OGFC)屬於一種骨架-空隙的結構,強度較高的集料間通過相互嵌擠作用而形成穩定的結構骨架,借助於粘結性能良好結合料形成整體,這樣結構的空隙率大,可消除或者減薄水膜的厚度,降低高速行車發生的“水漂”機會,同時粗糙表麵擁有比較大宏觀構造與微觀構造,所以抗滑性能會比較好;目前,還有有斷級配密實型的瀝青混凝土(例如SMA),此種瀝青混合料空隙率不是太大,一般情況下小於5%,因為對石料要求高,集料間相互接觸形成種骨架結構,宏觀構造比較大,所以路麵結構穩定性較好(特別是高溫性能),抗滑水平處於比較高的層次。

 

施工技術

 

為了保證瀝青路麵在使用過程中具有比較好的耐久性,一定要保證混合料施工過程中充分壓實。不然,當在行車的反複碾壓作用下,使路麵進一步嵌擠密實、空隙率降低、路麵構造深

度減少,會使原來獲得的較高的抗滑能力快速衰減,同時,在此過程容易造成路麵浸水破壞,從而直接影響路麵耐久性。

 

汙染性滑溜

 

汙染性滑溜就是指路肩粘土後帶入路麵以後,當車輪荷載揉搓作用時會形一層中間的介質,幹燥時它能和路麵粘很牢固。潮濕路麵輪胎接觸界麵會形成一層薄層。汙染性滑溜值月變化研究可發現,它會使路麵抗滑水平降低16~25BPN,也就是說即使原來路麵微觀、宏觀構造都很好,擺值可達到50BPN以上,但當受到粘土汙染後,擺值僅為25~34BPN,很容易造成雨天交通事故。

 

交通量、車速及氣候條件的影響

 

行駛車輛對路麵抗滑水平影響主要體現在對路麵壓密與磨光作用。因為日益增長重載車輛出現,較高車速會讓單位時間通過車輛數量增加,從而使路麵宏觀構造深度降低;車速度越高,車輪作用於路麵磨擦作用和衝擊越明顯,路麵的微觀構造下降會越快。

 

氣候條件對集料表麵存在連續影響,當道路表麵是幹燥狀況時候,此時交通量的磨光度就是主導,但當路麵是潮濕情況時,路麵粗糙度又會有恢複。TRRL研究結果發現,一年中抗滑值變化量可能會超25%,一年當中路麵抗滑性能變化最大值通常發生於冬季,最小值發生於夏季與初秋這段時期之間。所以季節對路麵抗滑特性有著明顯影響。

 

抗滑性能衰減模型研究

 

加速加載試驗機

 

實驗采用瀝青混合料加速加載試驗進行抗滑水平衰減特性試驗的研究,此試驗機能很好模擬車輪對路麵作用狀態。試驗是一個微型的環道試驗,成型的試件拚接成環道並固定在試驗平台上。

 

抗滑性能的衰減模型研究

 

不同路麵材料的抗滑性能都會經曆從初值快速降低然後慢慢趨於穩定過程,這一點和以前研究結論相同。所以可以推測:衰減過程共性反應瀝青路麵的抗滑性會在使用過程發生變化規律性,此過程可通過合適數學模型進行數學擬合,不同條件與試驗材料導致瀝青規律也會不相同。此差異性可通過數學模型相關參數來反映。

 

試驗分析可以知道,瀝青混合料的抗滑性能衰減曲線可用Asymptotic模型表達為:y=A·eBx+C式中:x為軸載作用次數y;為抗滑的指標值;A、B、C均為常數項,A、C大於0,B小於0。

 

(1)抗滑水平初值A+C:當軸載作用次數x趨於0,y=A+C,為抗滑指標初值,瀝青路麵建成後具有抗滑指標,其大小和壓實方式、瀝青混合料構成和程度有關。

 

(2)衰減終值C:當軸載作用次數x趨於0,y=C,為抗滑指標衰減終值,就是抗滑性能衰減經曆一定次數車輪磨耗、磨光後,將達到某種相對平衡的狀態,此時各種抗滑指標值雖然有小幅波動,但基本穩定。

 

(3)衰減速率B:從衰減初值達到衰減穩定的快慢。

 

(4)衰減幅度A:即衰減初值與衰減終值之間抗滑指標值變化範圍。

 

不同瀝青混合料的抗滑性能衰減規律的研究

 

(1)粗集料對瀝青路麵的抗滑衰減規律影響

 

裸露在路表粗集料對構造深度形成和提供車輪-路麵之間摩擦係數起著重要作用。試驗用3種不同的粗集料技術指標。

 

可看出:構造深度與擺值衰減曲線初期衰減比較快,然後會逐漸趨於穩定。3種粗集料對混合料衰減初值影響很小,這與采用相同級配和用油量有關係,當隨著輪載作用次數增加,抗滑指標差異會逐漸顯露出來。石灰岩磨耗值最大,試件表麵在輪載作用過程中會受磨損狀況越嚴重(集料棱角有個別破碎現象),構造深度衰減速率也就會越快,會較快達到穩定狀態;並由於磨光值最低,所以在穩定階段構造深度和擺值都會最小。玄武岩磨耗值最小,磨光值較大,因此衰減幅度與衰減速率很小,當達到穩定的階段所需要更加多輪載數,而衰減終值高,安山岩衰減規律存在石灰岩與玄武岩間,這和其性能指標相對大小一致。所以,3種石料抗滑性能衰減的特性次序為,玄武岩>安山岩>石灰岩。

 

由此可以得到結論:當相同級配與用油量時,不同粗集料混合料的抗滑性能很小差異是因為粗集料棱角性與表麵構造所形成。試驗過程時,試件的抗滑衰減範圍與衰減速率與集料磨耗和磨光特性有關:當集料的磨耗值大時,試件的表麵所受衝擊的磨損會越嚴重,所以表麵的構造深度速率和衰減幅度越大,雖然能較快到達穩定的狀態,但是當構造深度終值變得越小時候;集料磨光值此時會越大,在加載試件表麵擺值損失越小,此時衰減速率和衰減幅度都會較小,到達穩定狀態時需要較多輪載的作用數,穩定後擺值會很高。

 

進一步分析可知:路麵的抗滑能力很大程度和路表構造特征相關,宏觀的構造可使用構造深度表示,衰減規律和集料磨耗值會有關係;微觀的構造一般情況用摩擦係數反映,衰減規律和集料的磨光值也有關。

 

(2)級配對抗滑衰減規律的影響

 

為研究瀝青混合料衰減模型,選用幾種典型的級配曲線。

 

對構造深度指標來說,不同級配特征在衰減過程中具有不同表現。試驗所采用4種級配結構相差明顯,因此構造深度在衰減前後排名不變。

 

DAC-13屬懸浮密實型結構,因此構造深度初值比較小,在輪載作用過程中衰減較快,衰減終值最小。以上4種級配抗滑性能衰減特性好壞排序為:OGFC-13>SMA-13>SJ-13>DAC-13,深入分析可以得如下結果:集料種類會很大程度決定混合料擺值水平和衰減特點。

 

結論

 

本文分析了道路抗滑性能和與之相關的因素,並分析了各種因素的作用機理。利用瀝青路麵抗滑模擬試驗機對變換粗集料種類、級配形式對瀝青抗滑衰變衰減規律進行研究。主要結論如下:

 

(1)影響瀝青路麵抗滑的因素很多,要不斷優化創新目前瀝青路麵抗滑技術是提高路麵抗滑能力的客觀要求

 

(2)集料的種類對抗滑性能衰減規律的影響非常明顯。相同瀝青用量條件與級配下,不同種類集料的表麵微觀構造與棱角性是混合料抗滑指標初值產生差異主要原因;集料的磨光值、磨耗對衰減過程構造深度與擺值影響特別大,值大小和其主要礦物成分硬度與分布均勻性有關。

 

(3)瀝青混合料的抗滑性能的衰減一般規律體現在:衰減的初期性能指標會降低比較快,混合料壓密變形是這種變化主要原因;然後衰減速度慢慢變小,到差不多穩定時候,瀝青路麵承建車輪對路麵的磨光和磨耗是抗滑性能衰減主要原因。



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