環(huán)境因素對(duì)積沙瀝青路面抗滑性能試驗(yàn)研究

王 勇，田 霜

對(duì)瀝青道路路面抗滑性能造成影響的環(huán)境因素主要為積水、冰雪以及油污、輪胎屑、泥土等，在這些附著介質(zhì)的影響下，輪胎與路表抗滑構(gòu)造的接觸受到不同程度的影響，導(dǎo)致路表抗滑構(gòu)造不能充分發(fā)揮作用。Kuttesch J S［1］、Lindenmann H P［2］分別針對(duì)美國維吉尼亞州、瑞士公路雨天交通事故與路面抗滑系數(shù)開展調(diào)查，研究表明路面在雨天抗滑性能不足，交通事故率上升。Yaron R等［3］針對(duì)獨(dú)特氣候條件下以色列公路的抗滑性能實(shí)行長期觀測，結(jié)果顯示：隨著旱季時(shí)間的延長，雨季第一場雨時(shí)路面的抗滑性能降低。李長城等［4］以0．05 mm的水膜厚度為界限對(duì)路表積水不同狀態(tài)進(jìn)行定義，大于該值時(shí)路表為潮濕狀態(tài)，低于該值時(shí)路表為潤滑狀態(tài)。楊軍等［5］對(duì)積水瀝青路面抗滑性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。但漢成等［6］針對(duì)凝冰路面開展了輪胎－凝冰路面界面的摩擦機(jī)理及冰雪條件對(duì)輪胎－路面界面摩擦系數(shù)的影響機(jī)制研究。季天劍等［7］基于輪胎有限元模型分析了輪胎－路面界面發(fā)生部分滑水現(xiàn)象條件下路面抗滑性能參數(shù)附著系數(shù)的變化規(guī)律。姜利等［8］研究了車速、輪胎等因素對(duì)結(jié)冰路面抗滑性能的影響，并在從保障行車安全角度方面對(duì)結(jié)冰路面抗滑進(jìn)行了數(shù)值模擬。曹平［9］選取了四種路面污染物，研究道路抗滑性能在潮濕以及干燥狀況下受四種不同污染物的影響。肖鵬飛等［10］研究分析水泥混凝土路面在不同、油污、輪胎屑、泥土等路面附著物環(huán)境因素影響下的抗滑性能衰減規(guī)律。曹曉峰等［11］分析了柴油泄漏對(duì)瀝青混凝土路面的長期影響研究。王勇等［12］研究了瀝青混凝土路面構(gòu)造深度隨風(fēng)積沙覆蓋量的變化關(guān)系。目前的研究主要集中在不同介質(zhì)物質(zhì)對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響，較少考慮介質(zhì)自身的濕度、環(huán)境溫度、軸載作用次數(shù)等因素對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響。

本文基于積沙瀝青路面抗滑性能試驗(yàn)研究的前期基礎(chǔ)，進(jìn)一步分析了風(fēng)積沙與水分耦合、以及環(huán)境溫度、荷載循環(huán)次數(shù)的作用下積沙瀝青路面的抗滑性能的影響。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

本研究材料選用風(fēng)積沙（取自阿拉爾—和田沙漠公路周邊，其物理性質(zhì)參數(shù)見表1）、SK90重交瀝青、粗細(xì)集料、石灰石磨細(xì)礦粉、木質(zhì)纖維素。

表1 風(fēng)積沙的物理性質(zhì)參數(shù)

1．2 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)及制備

依據(jù)SMA－13型與AC－13型這2種瀝青混合料不同級(jí)配抗滑性能的測定結(jié)果［13］，選擇較為常用的AC－13型瀝青混合料及其優(yōu)選級(jí)配設(shè)計(jì)，如表2所示。

表2 AC－13型瀝青混合料集料級(jí)配

本試驗(yàn)采用輪碾法制備瀝青混合料車轍板試件［10］。積沙瀝青混合料試件按照不同的風(fēng)積沙覆蓋量條件進(jìn)行鋪沙，以備后續(xù)試驗(yàn)使用。風(fēng)積沙覆蓋量選用 1．0 kg／m2和 2．0 kg／m2。

1．3 加速磨耗試驗(yàn)

本研究采用自行研制的室內(nèi)加速磨耗儀對(duì)鋪沙瀝青混合料試件進(jìn)行加速磨耗試驗(yàn)。試驗(yàn)加載次數(shù)為10 000次，施加荷載為0．7 MPa。加速磨耗試驗(yàn)結(jié)束后，使用毛刷去除瀝青混合料試件表面浮沙，以便后續(xù)抗滑性能檢測試驗(yàn)的開展。

1．4 抗滑性能檢測試驗(yàn)

本研究采用擺式儀檢測經(jīng)過加速磨耗試驗(yàn)作用的積沙瀝青混合料試件的摩擦擺值BFN和構(gòu)造深度，試驗(yàn)取三份平行試樣的平均值作為試件抗滑性能的最終結(jié)果。試驗(yàn)方案依據(jù)規(guī)范《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》［14］（JTG E60—2008）中抗滑性能檢測的相關(guān)要求進(jìn)行；粗集料的磨光值并依據(jù)《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》［15］（JTG E42—2005）中規(guī)定的方法對(duì)粗集料的磨光值進(jìn)行測試。除特定溫度研究試驗(yàn)外，試驗(yàn)溫度為標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2．1 風(fēng)積沙含水率對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響

為評(píng)價(jià)風(fēng)積沙含水率對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響，風(fēng)積沙覆蓋量分別選取 1．0 kg／m2和 2．0 kg／m2，瀝青混合料類型為AC－13型瀝青混合料，通過先徹底烘干然后再加水的方法，將風(fēng)積沙的含水率分別調(diào)節(jié)至 0．0%、0．5%、1．5%、2．0%和 3．0%，然后進(jìn)行室內(nèi)加速磨耗實(shí)驗(yàn)，最后檢測試件抗滑性能。

加速磨耗前后AC－13型瀝青混凝土的抗滑值、構(gòu)造深度和回收粗集料磨光值等抗滑性能表征參數(shù)隨風(fēng)積沙含水率增加而發(fā)生的變化分別如表3、表4和表5所示。

表3 風(fēng)積沙含水率對(duì)抗滑值（BPN）的影響

從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著風(fēng)積沙的含水率的增加，AC－13型瀝青混合料的抗滑值隨著風(fēng)積沙含水率的增加呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，表明增加風(fēng)積沙的含水率可降低風(fēng)積沙對(duì)瀝青路面抗滑性能造成的負(fù)面影響。

表4 風(fēng)積沙含水率對(duì)構(gòu)造深度的影響

從表4中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著風(fēng)積沙含水率的增加，AC－13型瀝青混合料的構(gòu)造深度不斷增大，表明增加風(fēng)積沙的含水率可降低風(fēng)積沙對(duì)瀝青路面抗滑性能造成的負(fù)面影響。

表5 積沙含水率對(duì)回收集料表面磨光值的影響

從表5的數(shù)據(jù)可以看出，隨著風(fēng)積沙含水率的增加，AC－13型瀝青混合料回收集料的表面磨光值不斷增大，表明增加風(fēng)積沙的含水率可降低風(fēng)積沙對(duì)瀝青路面中粗集料表面微觀紋理和形貌造成的破壞。

2．2 環(huán)境溫度對(duì)積沙路面抗滑性能的影響

為評(píng)價(jià)環(huán)境溫度對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響，本研究風(fēng)積沙覆蓋量條件選取1．0 kg／m2，瀝青混合料類型為AC－13型瀝青混合料，風(fēng)積沙選擇天然含水率風(fēng)積沙，實(shí)驗(yàn)溫度分別為25℃和60℃，進(jìn)行變溫加載實(shí)驗(yàn)之前，先將混合料試件置于烘箱中恒溫至少4 h，然后進(jìn)行室內(nèi)加速磨耗實(shí)驗(yàn)，最后檢測試件抗滑性能。加速磨耗前后AC－13型瀝青混凝土的抗滑值、構(gòu)造深度和回收粗集料磨光值等抗滑性能表征參數(shù)隨實(shí)驗(yàn)溫度發(fā)生的變化如表6所示。

表6 加載溫度對(duì)積沙路面抗滑性能的影響

從表6中的數(shù)據(jù)可以看出，升高加載溫度，瀝青混合料的抗滑值、構(gòu)造深度和回收粗集料表面磨光值均呈現(xiàn)增大的變化趨勢，說明升高溫度可降低風(fēng)積沙對(duì)瀝青路面抗滑性能造成的負(fù)面影響，這主要是因?yàn)闇囟壬咧?，瀝青路面中膠結(jié)料成分的塑性行為增強(qiáng)，其與風(fēng)積沙之間在行車荷載作用下的摩擦行為減弱，由此降低了風(fēng)積沙對(duì)瀝青路面的摩擦，延緩了風(fēng)積沙對(duì)于粗集料表面微觀紋理和形貌的破壞，因此隨著溫度的升高，AC－13型瀝青混合料的抗滑值、構(gòu)造深度和回收粗集料表面磨光值均呈現(xiàn)增大的變化趨勢。

2．3 荷載循環(huán)次數(shù)對(duì)積沙路面抗滑性能的影響

為評(píng)價(jià)環(huán)境溫度對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響，本節(jié)以實(shí)際調(diào)查情況作為指導(dǎo)依據(jù)，風(fēng)積沙覆蓋量選取1．0 kg／m2，瀝青混合料類型為 AC－13型瀝青混合料，風(fēng)積沙選擇天然含水率風(fēng)積沙，試驗(yàn)溫度為25℃，室內(nèi)加速磨耗試驗(yàn)施加荷載為0．7 MPa，循環(huán)次數(shù)分別為0次、10 000次和20 000次，最后檢測試件抗滑性能。加速磨耗前后瀝青混凝土的抗滑值、構(gòu)造深度和回收粗集料磨光值等抗滑性能表征參數(shù)隨實(shí)驗(yàn)溫度發(fā)生的變化如表7所示。

表7 加載次數(shù)對(duì)積沙路面抗滑性能的影響

從表7中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著加速磨耗循環(huán)次數(shù)的增加，積沙瀝青路面的抗滑性能衰減嚴(yán)重，以抗滑值為例，當(dāng)循環(huán)次數(shù)由10 000次增加至20 000次時(shí)，抗滑值由 46減小至 22，降低的幅度高達(dá)52．2%，這主要可歸因于在循環(huán)荷載加載次數(shù)增加的情況下，風(fēng)積沙與路面表層的摩擦作用不斷增強(qiáng)，因此路面抗滑性能受到的破壞也更嚴(yán)重，因此隨著循環(huán)加載次數(shù)的增加，瀝青混凝土的抗滑值、構(gòu)造深度和回收粗集料磨光值等抗滑性能表征參數(shù)的衰減更為明顯。

3 結(jié) 論

在前述研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了風(fēng)積沙與水分耦合、以及環(huán)境溫度、荷載循環(huán)次數(shù)的作用下積沙瀝青路面的抗滑性能的影響，研究結(jié)果顯示：

（1）隨著風(fēng)積沙的含水率的增加，AC－13型瀝青混合料的抗滑值隨著風(fēng)積沙含水率的增加呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，表明增加風(fēng)積沙的含水率可降低風(fēng)積沙對(duì)瀝青路面抗滑性能造成的負(fù)面影響。

（2）升高加載溫度，瀝青混合料的抗滑值、構(gòu)造深度和回收粗集料表面磨光值均呈現(xiàn)增大的變化趨勢，說明升高溫度可降低風(fēng)積沙對(duì)瀝青路面抗滑性能造成的負(fù)面影響，這主要是因?yàn)闇囟壬咧螅瑸r青路面中膠結(jié)料成分的塑性行為增強(qiáng)，其與風(fēng)積沙之間在行車荷載作用下的摩擦行為減弱，由此降低了風(fēng)積沙對(duì)瀝青路面的摩擦，延緩了風(fēng)積沙對(duì)粗集料表面微觀紋理和形貌的破壞。

（3）循環(huán)荷載加載次數(shù)的增加使風(fēng)積沙與路面表層的摩擦作用不斷增強(qiáng)，路面抗滑性能受到的破壞越嚴(yán)重，因此隨著循環(huán)加載次數(shù)的增加，瀝青混凝土的抗滑值、構(gòu)造深度和回收粗集料磨光值等抗滑性能表征參數(shù)衰減的更為明顯。

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