非洲某公路路面抗滑性能分析

王磊

（中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司，北京 100038）

1 引言

近些年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的加速，交通工程建設(shè)的不斷推進(jìn)，公路的總里程數(shù)迅速增加，其覆蓋范圍得到了巨大的改善，我國(guó)也承建了大量國(guó)外的建筑、公路等工程，使得我國(guó)的基建水平獲得了世界的認(rèn)可。但與此同時(shí)，交通事故頻發(fā)，各類(lèi)道路交通事故所造成的人民生命財(cái)產(chǎn)損失已經(jīng)成為目前亟須解決的一大重要問(wèn)題[1]。一般引起道路交通事故的主要原因包括3個(gè)方面，即交通參與者、車(chē)輛性能以及道路狀況。道路狀況導(dǎo)致的交通安全事故的主要原因一方面在于道路設(shè)計(jì)不合理，另一方面是道路的表面狀況差，如路面平整度出現(xiàn)問(wèn)題，路面抗滑性能出現(xiàn)問(wèn)題等[2，3]。

本文為研究不同材料和結(jié)構(gòu)下的瀝青路面抗滑性能的衰減規(guī)律以及影響因素，基于非洲某實(shí)際工程項(xiàng)目，調(diào)查瀝青路面常用的相關(guān)參數(shù)，基于加速加載磨耗試驗(yàn)，分析不同集料類(lèi)型、公稱(chēng)最大粒徑、級(jí)配、不同瀝青類(lèi)型、瀝青用量等條件下瀝青路面抗滑性能的變化情況，為瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律以及抗滑性能恢復(fù)技術(shù)的研究提供借鑒。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 原材料

試驗(yàn)的原材料為瀝青、集料、礦粉及木質(zhì)素。瀝青采用普通SBS改性瀝青和中海90#普通基質(zhì)瀝青；集料分為粗集料和細(xì)集料兩種，主要由閃長(zhǎng)巖、花崗巖、玄武巖及石灰?guī)r組成；礦粉采用石灰?guī)r礦粉。

2.2 瀝青板件成型

本文選用50 cm×50 cm×5 cm作為瀝青路面試件尺寸，通過(guò)手推式小型振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)成型。

試件制備的主要流程為：

1）拌和。為保證拌和的均勻性，每塊試樣分3次進(jìn)行拌和，拌和后進(jìn)行保溫處理。

2）攤鋪。在試模內(nèi)攤鋪報(bào)紙同時(shí)均勻涂抹煤油，便于成型后試件脫模，將拌和好的瀝青混合料緩慢導(dǎo)入試模中，插搗密實(shí)并刮平表面。

3）碾壓成型。通過(guò)手推式小型振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)成型，控制溫度在155℃，壓實(shí)過(guò)程中在瀝青表面鋪設(shè)一定厚度的木板，使試件整體受力均勻，保證試件的均勻性。

4）脫模。碾壓后放置24 h，待其溫度降至室溫，試件成型后，在平整的地面上進(jìn)行脫模。

2.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本文在進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮瀝青和集料的影響，未考慮其他環(huán)境因素的影響。瀝青因素則主要考慮瀝青類(lèi)型和瀝青用量的影響，集料因素則主要考慮集料類(lèi)型、最大公稱(chēng)粒徑和級(jí)配的影響。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

2.4 磨耗終止次數(shù)

路面板在磨耗初期斷面平均構(gòu)造深度衰減較快，在磨耗中期斷面平均構(gòu)造深度的衰減逐漸變小，當(dāng)磨耗次數(shù)超過(guò)20 000次時(shí)，斷面平均構(gòu)造深度的衰減區(qū)域穩(wěn)定。參考楊振[4]的研究，單從斷面平均構(gòu)造深度這一個(gè)指標(biāo)不能完全確定試驗(yàn)要求的磨耗終止次數(shù)，還需要引入路面摩擦系數(shù)，通過(guò)路面摩擦系數(shù)隨磨耗次數(shù)的衰減趨勢(shì)進(jìn)行磨耗終止次數(shù)的確定。結(jié)果表明，采用的加速加載磨耗設(shè)備MAAM的磨耗效果非常顯著，最終確定磨耗終止次數(shù)為24 000次。

3 路面抗滑性能演變規(guī)律研究

3.1 集料因素的影響

3.1.1 集料類(lèi)型

道路的組成材料是影響其結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的主要因素之一，因此，從集料的巖石組成的角度探究不同瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律是十分必要的，本節(jié)以摩擦系數(shù)為抗滑指標(biāo)，在試件每磨耗2 000次時(shí)采集一次抗滑數(shù)據(jù)，將得到結(jié)果繪制成曲線圖，如圖1所示。

由圖1可知，不同集料類(lèi)型的試件均呈現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，即抗滑性能隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸衰減，抗滑性能衰減的速率隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸減小，最后穩(wěn)定在某個(gè)小范圍內(nèi)。對(duì)于不同集料類(lèi)型的瀝青路面板件，其抗滑性能的耐久性為：玄武巖>花崗巖>閃長(zhǎng)巖>石灰?guī)r。其原因可能是巖石自身的物理化學(xué)性質(zhì)以及巖石與瀝青之間相互作用的差異導(dǎo)致出現(xiàn)抗滑性能耐久性的不同。

圖1 不同集料類(lèi)型路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律

3.1.2 公稱(chēng)最大粒徑

對(duì)于混合料的配合比設(shè)計(jì)，集料的公稱(chēng)最大粒徑是其重要參數(shù)之一，也是影響路面抗滑性能的重要因素之一。本節(jié)利用閃長(zhǎng)巖成型的AC10、AC13、AC16三種級(jí)配的瀝青路面試件進(jìn)行試驗(yàn)，得到結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同公稱(chēng)最大粒徑下路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律

由圖2可知，不同公稱(chēng)最大粒徑時(shí)，抗滑性能均隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸衰減，抗滑性能衰減的速率隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸減小，最后穩(wěn)定在某個(gè)小范圍內(nèi)。隨著磨耗次數(shù)的增加，公稱(chēng)最大粒徑為10 mm的試件首先不能達(dá)到抗滑要求，結(jié)果顯示，對(duì)于不同公稱(chēng)最大粒徑的試件，其抗滑性能的耐久性為：16 mm>13 mm>10 mm，即公稱(chēng)最大粒徑較大時(shí)，路面抗滑性能耐久性越好。

3.1.3 級(jí)配

集料的級(jí)配設(shè)計(jì)是混合料的配合比設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)之一，級(jí)配也是影響路面抗滑性能的重要因素。本節(jié)利用AC16、OGFC16和SMA16三種級(jí)配的瀝青路面試件進(jìn)行試驗(yàn)，得到結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同級(jí)配下路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律

由圖3可知，不同級(jí)配下抗滑性能均隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸衰減，抗滑性能衰減的速率隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸減小，最后穩(wěn)定在某個(gè)小范圍內(nèi)。結(jié)果顯示，對(duì)于不同級(jí)配的瀝青路面板件，其抗滑性能的耐久性為：SMA16>OGFC16>AC16。對(duì)于SMA16的級(jí)配類(lèi)型來(lái)說(shuō)，其具有“三多一少”的顯著特征，與OGFC16和AC16兩種級(jí)配相比具有更加豐富的紋理特征，具有更加優(yōu)秀的抗滑性能耐久性。

3.2 瀝青因素的影響

本節(jié)采用擺式儀和手推式摩擦系數(shù)測(cè)試車(chē)，通過(guò)擺值這一指標(biāo)，從瀝青類(lèi)型和瀝青用量?jī)蓚€(gè)角度討論瀝青對(duì)路面抗滑因素的影響。

3.2.1 瀝青類(lèi)型

采用閃長(zhǎng)巖成型的級(jí)配為AC13，瀝青分別為90#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的試件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同瀝青類(lèi)型下路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律

SBS改性瀝青是通過(guò)某些工藝改變?yōu)r青的結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)瀝青與集料之間的黏附作用，提高混合料的耐磨性。由圖4可知，在整個(gè)磨耗過(guò)程中，SBS改性瀝青路面的抗滑性能均好于90#基質(zhì)瀝青路面，兩種路面在磨耗過(guò)程中抗滑性能的變化趨勢(shì)基本一致，在磨耗后期，兩種路面的抗滑性能基本一致，此時(shí)瀝青類(lèi)型對(duì)路面抗滑性能的影響并不明顯，瀝青類(lèi)型對(duì)路面抗滑性能的影響主要出現(xiàn)在磨耗初期和磨耗中期。

3.2.2 瀝青用量

采用級(jí)配為AC13，瀝青為90#基質(zhì)瀝青，在確定其最佳油石比（OAC）后，對(duì)上下浮動(dòng)0.3%的瀝青用量的試件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同瀝青用量下路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律

由圖5可知，在整個(gè)磨耗過(guò)程中，最佳油石比對(duì)應(yīng)的瀝青用量的路面的抗滑性能好于另外兩種情況，3種路面在磨耗過(guò)程中抗滑性能的變化趨勢(shì)基本一致，在磨耗初期，OAC+0.3%對(duì)應(yīng)的試件的擺值出現(xiàn)短暫升高，然后迅速下降，原因?yàn)檫^(guò)大的油石比在車(chē)輛輪胎的作用下，路面的瀝青膜出現(xiàn)疲勞脫落的現(xiàn)象，集料在瀝青的潤(rùn)滑作用下也發(fā)生了遷移變形，導(dǎo)致路面的抗滑性能下降。

4 結(jié)論

本文主要研究不同材料和結(jié)構(gòu)下的瀝青路面抗滑性能的衰減規(guī)律以及影響因素，基于非洲某實(shí)際工程項(xiàng)目，通過(guò)加速加載磨耗試驗(yàn)，分析不同集料類(lèi)型、公稱(chēng)最大粒徑、級(jí)配、不同瀝青類(lèi)型、瀝青用量等條件下瀝青路面抗滑性能的變化情況，得到以下結(jié)論：

1）在各種試驗(yàn)條件下，試件抗滑性能均隨磨耗次數(shù)增加逐漸衰減，抗滑性能衰減速率隨磨耗次數(shù)增加逐漸減小，最后穩(wěn)定在某個(gè)小范圍內(nèi)。

2）考慮集料因素的影響下，不同集料類(lèi)型的試件抗滑性能的耐久性為：玄武巖>花崗巖>閃長(zhǎng)巖>石灰?guī)r。

不同公稱(chēng)最大粒徑的試件抗滑性能的耐久性為：16 mm>13 mm>10 mm，即公稱(chēng)最大粒徑較大時(shí)，路面抗滑性能耐久性越好。不同級(jí)配的試件抗滑性能的耐久性為：SMA16>OGFC16>AC16。

3）考慮瀝青因素的影響下，對(duì)于不同瀝青類(lèi)型，在整個(gè)磨耗過(guò)程中，SBS改性瀝青路面的抗滑性能均好于90#基質(zhì)瀝青路面。對(duì)于不同瀝青用量，最佳油石比對(duì)應(yīng)瀝青用量的抗滑性能最好。