基于“橫向分布式車轍儀”的瀝青混凝土抗滑性能評價研究

徐欣，劉文浩，來井孝

（1.北京市政路橋建材集團(tuán)有限公司，北京 100176；2.北京市市政四建設(shè)工程有限責(zé)任公司，北京 100176；3.北京市政路橋正達(dá)道路科技有限公司，北京 102600）

瀝青路面抗滑性能是指輪胎受制動時沿路表面滑移所產(chǎn)生的足夠摩阻力，使車輛能在各種環(huán)境條件下在合理距離內(nèi)制動。

通過分析瀝青混凝土的構(gòu)成可以發(fā)現(xiàn)，提高瀝青路面抗滑性能的方法主要有兩個，一是增大瀝青混凝土的微觀構(gòu)造，二是增大瀝青混凝土的宏觀構(gòu)造。研究結(jié)論表明，當(dāng)車速比較低時對瀝青路面抗滑性能起決定作用的是瀝青路面的微觀構(gòu)造，當(dāng)車速較高時宏觀構(gòu)造對瀝青混凝土路面抗滑性能的影響是主要的。對瀝青混凝土的微觀構(gòu)造主要由混合料中的集料種類所決定，宏觀構(gòu)造則是由混合料的級配所決定。目前規(guī)范中對測定瀝青路面抗滑性能的方法主要有以下兩類，一類是用來測定路表面摩擦系數(shù)的制動距離法、擺式儀法和橫向力系數(shù)法，一類是測定構(gòu)造深度的鋪砂法和激光構(gòu)造深度法。

傳統(tǒng)的測定路表面摩擦系數(shù)的方法，僅僅對單一時刻混凝土表面的摩擦系數(shù)進(jìn)行了測定，而實(shí)際情況中路面上有不間斷車輛荷載，始終對路表面有磨耗作用，影響著路面摩擦系數(shù)的數(shù)值。針對此種情況，本研究提出基于“橫向分布式車轍儀”的瀝青混凝土抗滑性能試驗(yàn)方法，對在有車輛荷載作用的情況下路表面摩擦系數(shù)的衰減進(jìn)行了模擬研究。

1 基于“橫向分布式車轍儀”的瀝青混凝土抗滑性能評價試驗(yàn)方法的提出

本研究選擇了四種類型的瀝青混合料，包括：改性瀝青AC-13 混合料、改性瀝青SMA-13 混合料、高黏改性瀝青OGFC-13 混合料以及環(huán)氧瀝青混合料，分別進(jìn)行了基于“橫向分布式車轍儀”的抗滑性能試驗(yàn)，來評價瀝青混凝土的抗滑性能，具體試驗(yàn)方法如下。

1.1 目的與適用范圍

本方法用于測定瀝青混凝土的抗滑性。

1.2 方法與步驟

（1）準(zhǔn)備工作：按《公路工程瀝青及瀝青混合料》T 0703 瀝青混合料試件成型方法（輪碾法）制作瀝青混合料試件，試件尺寸為30 cm×30 cm×5 cm。

（2）按《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》T 0964—1995 對瀝青混合料試件測定試件表面的摩擦系數(shù)。

（3）常溫下，將試件放入車轍儀（車轍儀碾輪可雙向碾壓），對試件進(jìn)行碾壓，分別在時間為1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、16 h時對試件表面進(jìn)行摩擦系數(shù)的測定。

1.3 計(jì)算

取時間為0 h、1 h、2 h、4 h、8 h、16 h 時測定的摩擦系數(shù)，繪出摩擦系數(shù)與時間的關(guān)系曲線。

1.4 材料的選擇

本研究選擇了AC、SMA、OGFC 以及環(huán)氧瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)研究，礦料產(chǎn)地為河北省三河地區(qū)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 礦料的密度試驗(yàn)結(jié)果

由表1 可見，集料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求，可以使用。

本研究中AC 和SMA 混合料采用的SBS 改性瀝青，OGFC 采用的高黏SBS 改性瀝青，均產(chǎn)自秦皇島，其結(jié)果見表2 和表3。

表2 SBS 改性瀝青材料試驗(yàn)結(jié)果

表3 高黏SBS 改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果

由表2、表3 可見，所使用的改性瀝青及高黏改性瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的技術(shù)要求，可以使用。

根據(jù)JTG F40—2004，對AC、SMA、OGFC 以及環(huán)氧瀝青混合料四種混合料進(jìn)行了材料配合比設(shè)計(jì)，確定了級配及最佳油石比，最佳油石比依次為4.6%、6.0%、4.6%及6.0%，設(shè)計(jì)級配如表4所示。

表4 合成級配

為了檢驗(yàn)瀝青混合料的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，按照規(guī)范要求，對所配瀝青混合料進(jìn)行了高溫穩(wěn)定性、低溫性能及水穩(wěn)定性檢驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

由表5 中數(shù)據(jù)可見，四種瀝青混合料的動穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比均符合規(guī)范的技術(shù)要求，說明所設(shè)計(jì)的瀝青混合料是合理的，可以在項(xiàng)目中應(yīng)用。

表5 瀝青混合料路用性能試驗(yàn)結(jié)果

2 基于“橫向分布式車轍儀”的抗滑試驗(yàn)分析

對改性瀝青AC-13 混合料、改性瀝青SMA-13混合料、高黏改性瀝青OGFC-13 混合料以及環(huán)氧瀝青混合料進(jìn)行基于“橫向分布式車轍儀”的抗滑試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6，改性瀝青AC-13 混合料試驗(yàn)結(jié)果如圖1，改性瀝青SMA-13 混合料試驗(yàn)結(jié)果如圖2，高黏改性瀝青OGFC-13 混合料試驗(yàn)結(jié)果如圖3，環(huán)氧瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果如圖4。

表6 基于”橫向分布式車轍儀”的抗滑試驗(yàn)結(jié)果

圖1 AC-13 抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果

圖2 SMA-13 抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果

圖3 OGFC-13 抗滑性能試試驗(yàn)結(jié)果

圖 4 環(huán)氧瀝青混合料抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果

3 基于“橫向分布式車轍儀”的抗滑試驗(yàn)結(jié)果分析

從四種不同類型瀝青混合料試件的抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果得到：

a）AC 瀝青混合料的抗滑值（BPN）的初始值（0 h）為64，,時間0 ～3 h 時逐漸由64 下降到57，而4 h 時升高到59.6，4 ～6 h 抗滑值由59.6 下降到52.8，7 h 時上升到55.2，之后一直緩慢下降直到16 h 時50.2。

b）SMA 瀝青混合料的抗滑值（BPN）的初始值（0 h）為72，時間0 ～2 h 時逐漸由72 逐漸下降到64.2，而3 h 時緩慢下降到到62.8，3 ～6 h 抗滑值由62.8 迅速下降到50.8，7 ～ 8 h 有所上升到54.6，之后一直緩慢下降直到16 h 時51.1。

c）OGFC 瀝青混合料的抗滑值（BPN）的初始值（0 h）為74，時間0 ～1 h 抗滑值相對于AC 與SMA 兩種混合料有大幅度下降，由74 下降到52.6，之后一直在51 上下浮動，直到16 h時抗滑值為51，同時在時間為3 h 和6 ～7 h 抗滑值有小幅度的提升。

d）環(huán)氧瀝青混合料的抗滑值（BPN）的初始值（0 h）為64.8，時間0 ～1 h 抗滑值相對于AC 與SMA 兩種混合料有大幅度下降，由64.8 下降到51.6，之后一直在51 上下浮動，直到16 h時抗滑值為50.9。

由以上結(jié)果可以看出，改性瀝青AC 混合料與改性瀝青SMA 混合料，在抗滑值總體下降的趨勢下，有兩次明顯的上升，時間分別在4 h 與7 h 左右，第一次抗滑值上升是由于混合料表面的瀝青被逐漸磨耗掉露出新的瀝青，致使抗滑值上升；隨著混合料表面繼續(xù)被磨耗，裹附在表面的瀝青膜逐漸變薄，致使石料顆粒的棱角凸現(xiàn)出來，使得表面粗糙程度增加，進(jìn)而出現(xiàn)了第二次抗滑值上升。

OGFC 為開級配類型，表面構(gòu)造較大，使其在初始摩擦系數(shù)數(shù)值較大，環(huán)氧瀝青混合料油石比較大，油膜厚，初始摩擦系數(shù)數(shù)值較大，因此OGFC 瀝青混合料和環(huán)氧瀝青混合料初始摩擦系數(shù)高于AC 和SMA 混合料。

OGFC 混合料和環(huán)氧瀝青混合料在經(jīng)過一小時的磨耗后，抗滑值迅速下降到最終的抗滑值51附近，并上下波動，其下降速率明顯大于采用改性瀝青的AC 和SMA 瀝青混合料，分析其原因，在該試驗(yàn)條件下，經(jīng)過一小時磨耗OGFC 混合料表面構(gòu)造迅速減小，環(huán)氧瀝青混合料表面油膜厚度減小，造成其摩擦系數(shù)減小。

4 結(jié)語

采用改性瀝青的AC 和SMA 瀝青混合料的抗滑性能相差不大，其摩擦系數(shù)衰減相對緩慢，OGFC 和環(huán)氧瀝青混合料摩擦系數(shù)衰減相對比較快，當(dāng)?shù)?6 h 時，四種混合料的摩擦系數(shù)均下降到51 附近，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

本研究所提出的基于“橫向分布式車轍儀”瀝青混凝土抗滑性能試驗(yàn)方法，是對實(shí)際通車情況下瀝青路面表面摩擦系數(shù)衰減的模擬，對今后瀝青路面摩擦系數(shù)的測定以及抗滑性能衰減規(guī)律的研究有一定借鑒作用。