瀝青路面抗滑衰變特性研究

胡志飛

(張家口通泰醫(yī)教投資發(fā)展集團(tuán)有限公司 張家口市 075000)

1 工程概況

為確保瀝青路面的安全性，必須確定其抗滑衰變規(guī)律，進(jìn)而確定其抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

為更好確定瀝青路面的抗滑衰變性能，以四種路段為背景開展研究。A路段為AC-13改性瀝青路段，采用的是輝綠巖作為集料，已有32個(gè)月的運(yùn)營(yíng)期；B路段為SMA-16瀝青路段，采用的是玄武巖作為集料，已有11個(gè)月的運(yùn)營(yíng)期；C路段和D路段均為SMA-13瀝青路段，C路段采用的是輝綠巖作為集料，已有73個(gè)月的運(yùn)營(yíng)期，D路段采用的是石灰?guī)r，已有60個(gè)月的運(yùn)營(yíng)期。具體如圖1所示。

圖1 各路段示意圖

考慮到高速公路有著較為顯著的渠化現(xiàn)象，并且多在道路橫斷面位置有一定規(guī)律的輪跡分布，為使交通擁堵現(xiàn)象盡可能少，在進(jìn)行路面檢測(cè)時(shí)遵循如表1所示原則。

2 基于路表構(gòu)造特征的抗滑性能實(shí)測(cè)研究

為使誤差盡可能小，在對(duì)同一車道進(jìn)行激光和橫向力系數(shù)法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)所采用軌跡均相同，并以20m的間距進(jìn)行檢測(cè)；并以0點(diǎn)、10m測(cè)點(diǎn)和20m測(cè)點(diǎn)的平均值，保持測(cè)點(diǎn)位置相同進(jìn)行鋪砂和擺值法檢測(cè)。

表1 檢測(cè)方法

2.1 路表構(gòu)造深度評(píng)價(jià)方法關(guān)聯(lián)性分析

為對(duì)比瀝青路面激光和鋪砂兩種方法的實(shí)測(cè)效果，對(duì)其進(jìn)行了線性相關(guān)分析，所得結(jié)果如圖2所示。限于篇幅，僅列出部分?jǐn)?shù)據(jù)。

從分析結(jié)果可知，所得的線性關(guān)聯(lián)性較差，僅A路段有著大于0.5相關(guān)系數(shù)值，對(duì)其原因進(jìn)行分析可得：

(1)因時(shí)間有限，本實(shí)驗(yàn)在開展時(shí)未標(biāo)定激光法，導(dǎo)致兩者不能以公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

(2)在檢測(cè)過程中，因車輛的運(yùn)行導(dǎo)致無(wú)法在固定軌跡上進(jìn)行激光法檢測(cè)，因此可能會(huì)使得兩種方法的測(cè)點(diǎn)不同。

當(dāng)前為使得路面檢測(cè)質(zhì)量有所提高，國(guó)際上研發(fā)出了電動(dòng)鋪砂法，但該種方法雖然能使檢測(cè)精度得到一定程度的提高，但無(wú)法避免檢測(cè)效率低，利用率不高等缺點(diǎn)[1]。激光法在當(dāng)前是作為一種較為自動(dòng)化的新技術(shù)，其是基于一定假設(shè)條件下，通過信息和數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換得來(lái)的評(píng)價(jià)技術(shù)，因此為使該技術(shù)得到較好的利用，提高其利用效率非常有必要。此外，在施工時(shí)還需進(jìn)行標(biāo)定，以確保其能夠良好地銜接到鋪砂法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 A路段線性相關(guān)分析

2.2 路表構(gòu)造深度車道分布特征研究

為對(duì)路面構(gòu)造深度車道變化規(guī)律進(jìn)行研究，對(duì)各路段開展了試驗(yàn)，所得結(jié)果如圖3所示。

圖3 路表構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果

(1)以從小到大的順序?qū)路段和B路段構(gòu)造深度進(jìn)行排序有：行車道<超車道<硬路肩。在瀝青路面的運(yùn)營(yíng)期內(nèi)，路面集料在荷載作用下不斷出現(xiàn)損耗，使其表現(xiàn)出下陷病害，從而降低其構(gòu)造深度指標(biāo)[2-3]。相比于超車道，行車道有著更大的荷載，因此超車道磨損較少。而硬路肩一般不作用有車輛荷載，故其構(gòu)造深度為初始水平。故對(duì)于四車道而言應(yīng)將其行車道的構(gòu)造深度作為重點(diǎn)檢測(cè)對(duì)象。

(2)以從小到大的順序?qū)路段和D路段的構(gòu)造深度進(jìn)行排序有：慢車道<外側(cè)主車道<硬路肩。其構(gòu)造深度出現(xiàn)差異的原因同樣是車輛荷載作用的大小不一所導(dǎo)致。即路面磨損越大，構(gòu)造深度越大。因此在檢測(cè)八車道時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢測(cè)慢車道。

為對(duì)構(gòu)造深度變化規(guī)律作進(jìn)一步研究，將四個(gè)車道的構(gòu)造深度進(jìn)行了量化，所得結(jié)果如圖4所示。

(3)級(jí)配類型以及集料粒徑均會(huì)影響到構(gòu)造深度初始值。相比于A路段AC-13路面的構(gòu)造深度，B公路的SMA-13路段及其SMA-16路段超出約48%和65%。對(duì)其原因進(jìn)行分析可知：SMA混合料級(jí)配為間斷類型，有著較大用量的粗集料和較小用量的細(xì)集料，在壓實(shí)后路面開口空隙較大；而AC類混合料級(jí)配為連續(xù)類型，有著較大用量的細(xì)集料和較小用量的粗集料，因此在壓實(shí)后路面開口空隙較小，即路面的下陷深度與集料粒徑呈正比例關(guān)系[4-5]。

圖4 量化結(jié)果

(4)級(jí)配和集料類型均會(huì)影響到構(gòu)造深度衰變程度。相比于B路段，A路段檢測(cè)時(shí)有著較長(zhǎng)的運(yùn)營(yíng)期，即代表A路段有著更大的交通荷載，但相比于B路段，A路段構(gòu)造深度僅有0.02mm的下降量，即在構(gòu)造深度衰變程度上AC類瀝青路面較低，對(duì)比SMA-13和SMA-16瀝青路面可知，SMA-16瀝青路面有著較小的衰變程度。對(duì)比D公路玄武巖路段的構(gòu)造深度降低值可知，其石灰?guī)r路段的構(gòu)造深度衰變值較高。

3 基于路表摩擦特征的抗滑性能研究

3.1 評(píng)價(jià)方法關(guān)聯(lián)性分析

圖5 A路段橫向力系數(shù)和擺值線性相關(guān)結(jié)果

由圖5可知，A路段和B路段有著一定的相關(guān)性，但程度較小，分析原因有：

(1)檢測(cè)時(shí)設(shè)備運(yùn)行速度有著較大的影響，兩個(gè)設(shè)備運(yùn)行速度相差較大，并且兩種方法有著不同的影響因素。

(2)檢測(cè)時(shí)無(wú)法保證軌跡一定，使得測(cè)點(diǎn)位置不相同。

(3)設(shè)備檢測(cè)角度的影響；路面不同方向的摩擦系數(shù)不同，因此為提高其檢測(cè)質(zhì)量應(yīng)結(jié)合縱向和橫向的摩擦系數(shù)進(jìn)行考慮。

3.2 路表摩擦系數(shù)車道分布特征研究

(1)由圖6可知，A路段和B路段有著較為顯著的摩擦系數(shù)差異，其中行車道<超車道<硬路肩。分析其原因可知，車輛荷載不同是導(dǎo)致摩擦系數(shù)不同的重點(diǎn)因素，即反復(fù)的車輛荷載使得路面集料磨損加快，導(dǎo)致其構(gòu)造出現(xiàn)下陷，從而降低其摩擦系數(shù)指標(biāo)。故在檢測(cè)摩擦系數(shù)時(shí)對(duì)于四車道而言，應(yīng)將重點(diǎn)放在行車道。

(2)C路段和D路段的摩擦系數(shù)同樣存在較大的差異，并且C車道的摩擦系數(shù)與構(gòu)造深度有著相同的變化規(guī)律，其中慢車道<外側(cè)主車道；D車道的摩擦系數(shù)與構(gòu)造深度變化則不同，其中外側(cè)主車道<慢車道<硬路肩。在D路段中作用荷載較大的是慢車道，從而使得路面集料出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致紋理出現(xiàn)再生。為進(jìn)一步研究，還對(duì)摩擦系數(shù)的變異系數(shù)進(jìn)行研究，結(jié)果變異系數(shù)最高的是慢車道，說明在D路段中摩擦系數(shù)有著較高波動(dòng)的是慢車道，即其容易出現(xiàn)紋理再生。故在檢測(cè)八車道時(shí)應(yīng)將重點(diǎn)放在慢車道。

(3)由圖7可知，級(jí)配類型和集料粒徑均會(huì)對(duì)瀝青路面摩擦系數(shù)造成影響。相比于B路段SMA-13路面而言，A路段SMA-13路面有著較大的摩擦系數(shù)初始值；而對(duì)比B路段中的SMA-13路面和SMA-16路面可知，SMA-16路面有著較大的摩擦系數(shù)初始值。對(duì)其原因進(jìn)行分析可知，AC瀝青路面有著較大的細(xì)集料用量，即具有較小的集料間距，使路面與輪胎的接觸面積大大提高，因此表現(xiàn)出的摩擦特性較好。

(4)級(jí)配和集料類型均會(huì)對(duì)摩擦系數(shù)衰變程度造成影響。對(duì)B公路SMA-16路段而言，相比于硬路肩，超車道和行車道有著較小的摩擦系數(shù)衰變程度，而其SMA-13路段的衰變程度則較小。對(duì)比D公路中的玄武巖路段和石灰?guī)r路段的衰變程度可知，石灰?guī)r路段的摩擦系數(shù)有著較大的衰變程度。

圖6 瀝青路面摩擦系數(shù)變化特征

圖7 摩擦系數(shù)變化規(guī)律量化曲線

4 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)激光法和鋪砂法的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析可知，為使激光構(gòu)造深度法技術(shù)的利用率得以提高，并且使其能夠較好地銜接鋪砂法評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其測(cè)試原理進(jìn)行研究非常有必要。

(2)在評(píng)價(jià)瀝青路面的抗滑性能衰變特性時(shí)，應(yīng)將行車道作為雙向四車道的檢測(cè)重點(diǎn)，將慢車道作為雙向八車道的檢測(cè)重點(diǎn)。

(3)相比于AC類瀝青路面的構(gòu)造深度初始值，SMA類瀝青路面較大；對(duì)比SMA-13和SMA-16瀝青路面的構(gòu)造深度初始值可知，SMA-16的較大；對(duì)比石灰?guī)r和玄武巖的衰變速率可知，石灰?guī)r路段較快；因此為使瀝青路面構(gòu)造深度得到提高，可通過提高集料粒徑的方式實(shí)現(xiàn)。

(4)相比于SMA類瀝青路面的摩擦系數(shù)初始值，AC類瀝青路面較大；對(duì)比SMA-13和SMA-16瀝青路面的摩擦系數(shù)初始值和衰變程度可知，SMA-16瀝青路面較大；對(duì)比石灰?guī)r路段和玄武巖路段的衰變速率可知，石灰?guī)r路段較大；因此為降低摩擦系數(shù)衰變速率，可通過提高集料粒徑的方式實(shí)現(xiàn)。