小议沥青路面抗滑性能

摘要:本文论述了有关沥青路面的抗滑机理、影响抗滑性能因素、及抗滑性能评价模型等。为路面抗滑性能的研究提供一个参考。

关键词:抗滑 微观构造 宏观构造 模型

沥青路面抗滑表层是指在路面层状体系中直接承受行车荷载作用并具有防滑功能的面层,它的厚度一般不超过5 cm ,其主要目的是使行车更为舒适与安全,并保护路面结构不受水的侵蚀损坏及车载的疲劳磨损破坏.为实现沥青路面抗滑表层的基本功能,对沥青路面抗滑层必须提出的要求是:良好的抗滑能力。

1、沥青路面的抗滑机理

沥青路面的抗滑力主要取决于路面表层的微观构造和宏观构造,主要指标为构造深度和摩擦系数。摩擦系数主要指集料表面的粗糙程度,它随车轮的反复磨耗作用而逐渐磨光,与石料磨光值(PSV)有很大关系,在汽车速度不大(30 km/h~50 km/h)时,对路面抗滑能力起决定作用;构造深度是由路面集料间隙构成的,其功能是使车轮下的路表水迅速排除,以免形成水膜,在汽车高速行驶时决定路面的抗滑能力。

2、影响沥青路面抗滑性能的因素

路面抗滑性能受多种因素的影响,其中主要有沥青特性、混合料组成、施工工艺、路面潮湿程度、温度变化及交通荷载等。

2.1混合料组成

路表面的纹理构造是由混合料构成的,因而混合料的组成必然影响路面的抗滑性能。其中,最主要的是集料的表面性能和结合料的性能及其分布。

2.2施工工艺

沥青混凝土的拌和、摊铺、碾压、成型等决着路面构造的形成,因此施工工艺对路面抗滑性能影响较大。

2.3路面潮湿程度

公路交通事故中,雨天发生的事故所占比率很高,一般达到40~50%。这些都是因为雨天水分在路表面积聚,形成水膜,使路面抗滑能力大幅度下降,事故率上升。车轮在有水膜的路面上行驶时,轮胎将轮胎与水膜接触区的水从轮胎前、左、右三个方向挤出,车速越高、路面越光则路面排水条件越差,轮胎与水膜接触区的水来不及排出,轮胎与路面石料不能充分接触,导致摩擦系数越低。良好的粗纹理构造,具有理想的排水能力,使路面的抗滑能力提高。

2.4温度变化

根据观测试验资料表明,路面根据季节变化,抗滑性能有着一定的规律,即摩擦系数冬高夏低,春秋居中,摩擦系数的最低值出现在6月份。路面温度据有关试验资料表明,路面的温度对摩擦系数也有一定的影响。在干燥的路面上,温度低时,温度每增加1℃时,摩擦系数约降低0.01,这种倾向随温度上升而减少。在40℃左右,温度变化几乎没有影响。而对潮湿路面温度上升50℃左右,温度变化才没有影响。

3、 路面抗滑性能评价模型

目前主要的评价模型有下面几种

2.1Penn State模型

F(S)=F0×exp[1-S/S0]

其中,F(S)为车轮在滑移速度S时的摩擦系数;S为测试轮与路面的相对速度,它随测试方式而异; F0, S0均为针对不同测试设备的路面特征参数,它们与路面构造有关, F0为滑移速度为0时的摩擦系数,它是路面细构造的函数, S0为速度数,是依赖于路面粗构造的函数,km/h。

2.3PIARC模型

PIARC模型计算过程如下:

1)根据路面构造参数求速度数Sp。

Sp=a+b・Tx

其中,Tx为路表面构造参数;a,b均为回归系数,亦可理解为路表构造深度测定装置或方法的标定参数,参加PIARC对比和协调试验的各个测试系统的系数都已标定得出。

2)将FRS转化为标准速度60 km/h时的摩擦系数FR60。

FR60=FRS・exp[(S-60)/Sp]

其中,滑移速度S取值方法与Penn State模型相同。

3)将FR60转化为标准速度下的摩阻数F60。

对于光滑轮胎:F60=A+B・FR60

对于花纹轮胎:F60=A+B・FR60+C・Tx

其中,A,B,C的值均在PIARC对比和协调试验报告中已经给出。综合以上各式可以得到:

F60=A+B・FRS・exp[(S-60)/(a+b・Tx)]+C・Tx

2.4 国际摩阻系数IFI的表达。国际摩阻系数IFI包括两个参数:速度数Sp和标准速度的摩阻数F60,其表达式为:IFI(F60,Sp)。根据这两个参数可以计算任何速度下的摩擦系数值

F(S)=F60×exp[(S-60)/Sp]

4、路面抗滑性能的评价及方法

4.1微观构造的测定

对微观构造的直接测量,由于方法复杂,实用性不强因而多用于研究目的。测量方法主要有两种:一是立体照像法,二是电子显微镜扫描法。立体照像法用6个参数来描述构造的性状和大小,试验和分析方法比较复杂,很费时间,而且对人员素质要求较高。具体试验方法可参见美国标准ASTM E 5590

用电子显微镜扫描测定时,放大5000倍的显微镜下微观构造最为清晰。有关研究表明,用电镜扫描所测定的微观构造与用摆式仪所测定的磨光水平有着良好的相关关系。

4.2摆式仪法

用摆式仪法测定摩擦摆值,其测定原理为摆式仪的摆锤底面装有一橡胶滑块,当摆从一定高度自由下摆时,滑块面同试验表接触,由于两者间和摩擦而损耗部分能量,使摆锤只能回摆到一定高度。表面阻力越大,回摆高度越小。

我国对沥青路面抗滑力的研究表明,路面抗滑值(SR V)与石料磨光值(PSV)之间存在如

下关系: SRV=1. 02 PSV一1 (n=76, r=0.93),这就是说,完全有可能通过对石料磨光值的测定推算出路面的摩擦力。

4.3铺砂法

一定面积的路面凹凸不平的开口空隙的平均深度,即宏观构造深度TD,以mm计。它是路面粗糙度的重要指标,主要取决于矿料级配。路表构造深度有三种测试方法,手动铺砂法、电动铺砂法及激光构造深度仪法。

4.3.1手动铺砂法

将一定量的标准砂铺在路面上,计算嵌入凹凸不平的表面空隙中的砂的体积与覆盖面积之比求得。是目前最为基本和常用方法,但该方法人为影响的误差较大。

4.3.2电动铺砂法

同手动铺砂法原理相同,但弥补了手工铺砂法人为影响,测量不准确的缺陷,不是将全部砂都作为镇入凹凸不平的空隙中了,而是与玻璃板上摊铺后比较求得的。

4.4摩擦系数测定车测定路面横向力系数:采用标准的摩擦系数测定车测定,在测定轮与行车方向成一定角度,且以一定速度行驶时,轮胎与潮湿路面之间的摩擦阻力接触面积的比值,简称SFC。该指标为一综合性指标,它反映较高速度下的路面抗滑值。横向力系数在表示车辆在路面上制动时,路面抗滑力同时,还表征车辆在路面上发生侧滑的抗力。

5 、提高沥青路面抗滑性能的技术要点

(1)在材料的选择方面,为提高沥青混合料的抗滑性能,尽量选择适宜当地的沥青以及符合要求的集料。沥青尽量选用较硬优质沥青材料,同时严格控制其用量,混合料的骨料选用耐磨硬质的粒料,矿料级配中粗集料含量相对较多的级配类型。

(2)在结构设计方面,应该选择良好的抗滑表层结构。尽量选择排水性好结构,如OGFC、SMA,加速路面表面排水,提高轮胎与路面之间的抗滑能力。根据需要也可采用改性沥青混凝土或者透水性沥青抗滑层。改性沥青因提高沥青的流变性能、改善与集料的黏附性、延长了耐久性等优点,目前在高等级公路路面中广泛应用。在磨耗层,改性沥青表现出能加深纹理构造深度;而且必要时,还可以增加结合料用量而不冒泛油之险。因此改性沥青混凝土对保持路面抗滑能力具有明显的长处;采用透水沥青抗滑层透水沥青抗滑层又称排水沥青或多孔隙磨

阻层(压实后的残余空隙率可达到21%~29%沥青用量4%),铺成透水面层,加速路面表面排水,提高轮胎与路面之间的抗滑能力。是当前国际上一种综合解决抗滑问题、视觉特性问题、噪音问题及其它表面特性问题的有效途径。

参考文献

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