談高速公路抗滑性能衰減評價方法
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摘要：針對高速公路抗滑性能衰減問題，從宏觀及微觀兩方面簡要概述了高速公路路面抗滑性能衰減評價方法，得出結(jié)論：路表紋理磨光是導(dǎo)致抗滑性能衰減的最直接因素，目前研究方法對路面形貌表征不足，無法將磨光過程中的表面變化與路面抗滑性能很好的關(guān)聯(lián)起來。
關(guān)鍵詞：高速公路；抗滑性能；抗滑衰減；評價方法
1前言
瀝青路面以其建設(shè)維修成本低、噪聲小、抗震性能好、平整度高等優(yōu)點在高速路面鋪裝中得到廣泛應(yīng)用［1］，而高速公路作為交通運輸系統(tǒng)的一個重要組成部分，自然也要面對交通安全問題這個世界性的難題。毫無疑問，高速公路路面抗滑能力對交通安全有著至關(guān)重要的影響。但目前我國規(guī)范對于高速公路抗滑指標(biāo)的要求尚未考慮到抗滑能力的衰減，這會成為我們對高速公路路面抗滑能力認(rèn)知的掣肘之處。因此，本文簡述了高速公路抗滑性能衰變評價方法。
2高速公路抗滑衰減
目前，對于路面抗滑指標(biāo)而言，國內(nèi)主要注重于粗集料的磨光值與路面的構(gòu)造深度、橫向力系數(shù)，但這些指標(biāo)僅僅代表了路面原材料的抗滑指標(biāo)及路面服役初期的抗滑性能［2］，但實際工程應(yīng)用中，瀝青路面在承受反復(fù)的車輛荷載后，其表面瀝青膜被磨光，此時集料的表面紋理承擔(dān)抗滑作用，路面抗滑性能達(dá)到頂峰；隨著時間推移，集料表面紋理也被磨耗，抗滑性能又逐步衰減。因此，對于高速公路路面而言，其長期使用過程中抗滑性能的衰減更應(yīng)受到關(guān)注，使得其在衰減過后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)仍有一定的抗滑性?？傮w而言，瀝青路表紋理磨光是導(dǎo)致其抗滑性能衰減的最直接因素，因此，合理地揭示其磨光行為，不僅可以指導(dǎo)路面材料的組成設(shè)計，使其擁有足夠的抗滑性能，還能夠根據(jù)路面材料特性預(yù)測瀝青路面表面抗滑性能，提前進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理或其他防護(hù)措施，提高行車安全，具有重要意義［3］。對高速公路路面表面紋理磨光行為的研究一般通過室內(nèi)加速模擬試驗，從宏觀、微觀兩個方面對其進(jìn)行探索。宏觀方面，主要通過測量瀝青路面的宏觀抗滑性能指標(biāo)如BPN隨著荷載作用下的變化來探索其抗滑性能衰減規(guī)律；微觀方面則側(cè)重于集料表面紋理相關(guān)參數(shù)在重復(fù)荷載下的變化規(guī)律，以此表征抗滑性能的衰減規(guī)律。宏觀方面，Khasawneh［4］通過加速磨光機(jī)對瀝青試件進(jìn)行磨光，測量磨光進(jìn)程中混合料構(gòu)造深度（MTD）與擺式摩擦系數(shù)（BPN）的變化情況。結(jié)果表明在磨光的第一個小時，MTD的下降是最快的，且在磨光的第5到6個小時穩(wěn)定下來；MTD與BPN具有一定的正相關(guān)性，MTD是控制瀝青試件BPN的重要因素。陳惠萍［5］經(jīng)對比分析國內(nèi)外開發(fā)過的路面磨光儀的特點，在吸收以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開發(fā)了簡易便攜式室內(nèi)磨光儀，并采用磨光、測試摩擦系數(shù)的循環(huán)操作方法，結(jié)果表明，抗滑性能的衰減速度隨著時間增長慢慢減緩：0~2h時，其衰減速度較快，在2~10h時，衰減速度慢慢減慢，10h后，抗滑指標(biāo)幾乎不再變化。劉明智［6］研究了溫度對瀝青路面擺值的影響，并通過Asymptotic模型擬合試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)混合料擺值衰減速率隨著溫度的降低而增加。微觀方面，2011年，CHEN對不同級配的瀝青混合料使用亞琛磨光機(jī)進(jìn)行磨光，并使用表面形態(tài)測定儀獲取不同磨光程度下的混合料斷面，發(fā)現(xiàn)威布爾函數(shù)最適合描述混合料的斷面高程隨著磨光加劇的變化［7］。功率譜密度函數(shù)也被用來驗證斷面高程的觀測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)功率譜曲線僅在小波長范圍變化明顯，這意味著集料的差異磨耗可能是導(dǎo)致磨光產(chǎn)生摩擦變化的主要原因。隨后，他對不同磨光程度的集料表面進(jìn)行觀察，得出結(jié)論：集料的磨光主要為凸起部位紋理被磨光、表面軟弱礦物晶體被移除。ZhenyuQian［8］為了研究集料在磨光過程中的微觀紋理變化，使用光學(xué)顯微鏡對不同集料磨光前后的表面進(jìn)行觀察，并基于觀察結(jié)果，使用了二維參數(shù)、三維參數(shù)、分形維數(shù)及譜參數(shù)等12種參數(shù)描述其特征變化，在這基礎(chǔ)之上，選取平均粗糙度(Ra)、紋理峰值(Sku)和平均峰谷曲率(Ssc)建立了微觀紋理和抗滑性能之間的二次多項次回歸模型。周興林、祝媛媛［9］等通過分段變維分形理論，建立了表面紋理分段變維評價模型。為了驗證此模型，使用三維激光掃描儀獲取了不同磨光進(jìn)程的集料表面紋理信息，結(jié)果表明分段變維高差函數(shù)可以良好表達(dá)磨光前后集料紋理參數(shù)變化。他們的實驗結(jié)果表明，礦物種類越多、硬度差距越大，粒徑分布越廣的混合料，在相同磨光作用與進(jìn)程下，抗滑性能下降越慢。這是因為上述條件有利于差異磨耗，產(chǎn)生次生紋理，延緩下降速率。通過對國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行分析，可以看出國內(nèi)外大多使用加速磨光機(jī)模擬輪胎對路面的作用，利用光學(xué)顯微鏡或激光掃描儀獲得試件的表面紋理信息，最后利用幾何分析、分形理論或者譜分析對其進(jìn)行評價，或者使用宏觀指標(biāo)如構(gòu)造深度、擺式摩擦系數(shù)來計算磨光前后的抗滑性能變化。但是，如何表征集料磨光進(jìn)程中的表面形貌變化、如何將其與路面抗滑性能進(jìn)行關(guān)聯(lián)，還需要進(jìn)一步研究探討。
3結(jié)論
本文初步總結(jié)了高速公路抗滑衰減后的宏觀微觀變化、高速公路抗滑性評價模型及測試方法，結(jié)論如下：（1）瀝青路表紋理磨光是導(dǎo)致其抗滑性能衰減的最直接因素，而對紋理磨光的研究主要有宏觀、微觀兩個方面。（2）抗滑性能衰減的研究中，如何表征集料磨光進(jìn)程中的表面形貌變化、如何將其與路面抗滑性能進(jìn)行關(guān)聯(lián)，還需要進(jìn)一步研究探討。
參考文獻(xiàn)
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［5］陳惠萍.混合料磨光對瀝青路面抗滑性能影響研究［J］.城市道橋與防洪，2017（07）：233-236，247，25.
［6］劉明智.環(huán)境因素對瀝青路面抗滑性能影響研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015.
［9］周興林，祝媛媛，冉茂平，等.基于分段變維的瀝青路表紋理磨光行為分析［J］.中國公路學(xué)報，2019，32（04）：187-195，242.
作者：徐國成 單位：重慶交通大學(xué)