談高速公路抗滑性能衰減評(píng)價(jià)方法
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摘要：針對(duì)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(píng)價(jià)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(duì)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(píng)價(jià)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(diǎn)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(yùn)輸系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，自然也要面對(duì)交通安全問題這個(gè)世界性的難題。毫無疑問，高速公路路面抗滑能力對(duì)交通安全有著至關(guān)重要的影響。但目前我國規(guī)范對(duì)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(huì)成為我們對(duì)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?cè)u(píng)價(jià)方法。
2高速公路抗滑衰減
目前，對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)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(duì)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。總體而言，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(jì)，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(cè)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(duì)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(yàn)，從宏觀、微觀兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行探索。宏觀方面，主要通過測(cè)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(duì)瀝青試件進(jìn)行磨光，測(cè)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(gè)小時(shí)，MTD的下降是最快的，且在磨光的第5到6個(gè)小時(shí)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(duì)比分析國內(nèi)外開發(fā)過的路面磨光儀的特點(diǎn)，在吸收以往經(jīng)驗(yàn)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(cè)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(shí)間增長慢慢減緩：0~2h時(shí)，其衰減速度較快，在2~10h時(shí)，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(duì)瀝青路面擺值的影響，并通過Asymptotic模型擬合試驗(yàn)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(duì)不同級(jí)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(cè)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(yàn)證斷面高程的觀測(cè)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(duì)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(duì)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(xiàng)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(píng)價(jià)模型。為了驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?yàn)樯鲜鰲l件有利于差異磨耗，產(chǎn)生次生紋理，延緩下降速率。通過對(duì)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(duì)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(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，或者使用宏觀指標(biāo)如構(gòu)造深度、擺式摩擦系數(shù)來計(jì)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(píng)價(jià)模型及測(cè)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(duì)紋理磨光的研究主要有宏觀、微觀兩個(gè)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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［2］陳先華，陳勝霞，黃曉明，等，B.Steinauer.瀝青路面的磨光研究：從宏觀到微觀尺度［J］.中外公路，2013，33（02）：45-50.
［3］黃曉明，鄭彬雙.瀝青路面抗滑性能研究現(xiàn)狀與展望［J］.中國公路學(xué)報(bào)，2019，32（04）：32-49.
［5］陳惠萍.混合料磨光對(duì)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(duì)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(bào)，2019，32（04）：187-195，242.
作者：徐國成 單位：重慶交通大學(xué)