SMA瀝青面層構(gòu)造深度與擺值的關(guān)聯(lián)性研究

孫華

摘 要：瀝青面層的構(gòu)造深度被普遍認為是影響擺值的重要因素，但二者是否存在一定的函數(shù)關(guān)系，目前國內(nèi)還沒有研究結(jié)果。本研究以福建省南平市的瀝青路面為研究對象，利用擺式摩擦系數(shù)測定儀和構(gòu)造深度測定儀對研究的各路段表面進行擺值和對應(yīng)點的構(gòu)造深度進行測量。通過對通車時間、摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度3個要素的關(guān)聯(lián)性分析，旨在研究各要素之間是否存在著關(guān)聯(lián)性。通過最后的研究分析，通車時間與擺值不存在函數(shù)關(guān)系。通車時間與構(gòu)造深度在道路通車前期20個月內(nèi)有一定關(guān)系，后期空隙率達4%左右時則不存在函數(shù)關(guān)系。構(gòu)造深度與擺值存在函數(shù)關(guān)系，當構(gòu)造深度為0.85 mm左右時，擺值最大，道路摩擦系數(shù)最大，道路行駛安全性能最佳。

關(guān)鍵詞：瀝青混凝土；構(gòu)造深度；擺值；關(guān)聯(lián)性

中圖分類號：S773；TU528 文獻標識碼：B 文章編號：1006-8023（2018）05-0096-05

Abstract： The structural depth of asphalt surface is generally considered to be an important factor affecting the pendulum value， but whether there is a certain functional relationship between them has not yet been studied in China. In this study， the asphalt pavement in Nanping city of Fujian Province was studied， and the pendulum friction coefficient meter and structural depth meter were used to measure the pendulum value and the corresponding structural depth of each road section. By analyzing the relevance of the three elements of opening time， pendulum value， and structural depth， Designed to study whether there is a correlation between the various elements. Through the final research and analysis， there is no functional relationship between the opening time and the pendulum value. The opening time and structural depth had a certain relationship within 20 months of the opening of the road， and there was no functional relationship when the gap rate reached about 4 % in the later period. The structural depth has a functional relationship with the pendulum value.When the construction depth is about 0.85mm， the maximum swing value， the road friction coefficient is the largest， and the road driving safety performance is the best.

Keywords： Asphalt concrete； structural depth； pendulum value； relevance

0 引言

瀝青路面表面摩擦系數(shù)反映了路面的抗滑性能，摩擦系數(shù)越小，抗滑能力就越差，道路行駛安全性能就越差[1]，摩擦系數(shù)通常是采用擺式摩擦系數(shù)儀在現(xiàn)場測量得出，儀器刻度盤上指針的讀數(shù)簡稱為擺值。通常認為，路面宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造直接影響著路面抗滑性能，而路面構(gòu)造深度是表征路面宏觀構(gòu)造的重要指標[2]。宏觀構(gòu)造是指瀝青混凝土路面表層深度大于0.5 mm的構(gòu)造，既是路面表面的凹凸，也稱為表面構(gòu)造深度[4]。微觀構(gòu)造多指的是表面石料的紋理[5]。本研究對福建省南平市的7條瀝青路面進行試驗，研究路面擺值是否由表面構(gòu)造深度決定的，為相關(guān)的工程設(shè)計單位在瀝青路面的粗、細集料配合比的選擇上提供參考。

1 試驗對象

本研究對象為福建南平市區(qū)內(nèi)七條不同時間修建的瀝青路面，各路段完工通車時間見表1。瀝青路面面層混合料采用的類型均為SMA-13型，厚度為4 cm，其中瀝青采用改性瀝青SBS（I-D），粗集料采用兩種碎石，1#碎石為4.75～9.5 mm，2#碎石為9.5～13.2 mm，細集料采用0～4.75 mm的石屑，填料用礦粉，外加劑采用木質(zhì)纖維素。各種原材料依據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》；JTG E42-2005《公路工程集料試驗規(guī)程》；JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》進行檢測，均符合國家規(guī)定。

在生產(chǎn)和施工中，瀝青混合料在拌和廠采用拌合機械拌制。生產(chǎn)配合比設(shè)計的礦料級配與目標配合比設(shè)計曲線基本靠攏，生產(chǎn)配合比的最佳油石比與目標配合比的最佳油石比的差值控制在±0.2%。瀝青混合料在生產(chǎn)和攤鋪過程中嚴格按照規(guī)范施工，路面擺值和表面構(gòu)造不受原材料和施工工藝不符的影響。

2 試驗方法

本試驗路面構(gòu)造深度采用T0991-95鋪砂法測量，將已知體積的標準砂均勻攤鋪在測試路面選定的測點上，用試驗標準推平板將砂均攤成圓形，砂的體積與所攤鋪圓平均面積之比即為路面的構(gòu)造深度。采用PS-1型手動路面構(gòu)造深度測定儀，料筒容積為25 ml，推平板直徑為50 mm，量筒體積為25±0.15 mm，攤鋪板下面貼一塊2～4 mm橡膠板，細砂粒徑0.15～0.3 mm。該方法由英國道路研究所設(shè)計，特點是操作方便，但不宜在潮濕天氣時測試[2-3]。

擺值測定采用擺式摩擦系數(shù)儀，測定儀為BM-Ⅲ型，擺動的力矩為615 000 g·mm，其中擺重量為1 500±30 g，擺重心矩為410±5 mm，橡膠片對路面的正向靜壓力為2 263 g。按標準測量方法測定每個選定點的路面擺值，擺值測定點與路面構(gòu)造深度測點距離不超過1 m，確保測出來的兩個參數(shù)是反映同一點位。

試驗選擇在南平市區(qū)的7條不同時間段修建的瀝青路面上，對測試路段按隨機取樣選點，每隔100 m左右一個檢測點。測點按規(guī)范要求選在行車道的右側(cè)輪跡帶上，距路面邊緣不小于1 m。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 路面表面構(gòu)造深度測量數(shù)據(jù)

按以上的測量規(guī)范操作，得出南平市朱熹路等7條瀝青路面的構(gòu)造深度值，每條路選擇5個代表性測點，得出每條道路的構(gòu)造深度平均值。見表3。

3.2 路面擺值測量數(shù)據(jù)

按國家規(guī)范，每條道路選擇代表性的5個點位，測量每個點位的擺值，并按規(guī)范進行溫度修訂，得出每條道路的修訂后的代表性擺值，見表4。

3.3 關(guān)聯(lián)性分析

3.3.1 交通量與擺值的關(guān)聯(lián)性

因市區(qū)各道路的行車總量與該道路的開通時間的長短成正比的關(guān)系，以通車時間的概念替代車流量與各路段的擺值進行對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其存在的關(guān)聯(lián)性并不清晰，如圖1所示，車流量的多少與道路的擺值是否存在著一定的關(guān)系還有待進一步研究。有研究表明，在室內(nèi)進行車轍試驗累計標準軸載165萬次以內(nèi)，瀝青混凝土表面層構(gòu)造深度衰減速度很快，主要原因是瀝青混凝土尚處于壓密階段，瀝青混凝土表面構(gòu)造深度的穩(wěn)定程度與路面空隙率的穩(wěn)定程度是一致的，165萬次以上則衰減速度趨緩。瀝青路面在其服務(wù)年限15 a內(nèi)的大部分時間內(nèi)，擺值都不能處于優(yōu)良狀態(tài)。隨著道路使用時間的推移，擺值呈現(xiàn)出的衰減規(guī)律與表面構(gòu)造深度衰減規(guī)律是相似[6-7]。

3.3.2 交通量與構(gòu)造深度的關(guān)聯(lián)性

同樣將通車時間的長短替代交通量的大小，將通車時間與該路段的構(gòu)造深度建立直角坐標系，以時間T為X軸，以構(gòu)造深度MTD為Y軸，如圖2所示。

從圖2可以看出，通車時間的長短與道路表面的構(gòu)造深度存在一定的關(guān)聯(lián)性，隨著時間的增長，由于路面所受的軸載次數(shù)不斷增加，路面構(gòu)造深度會逐步變小，但趨勢慢慢變緩，直到平穩(wěn)[8-11]。表明SMA-13型瀝青面層初期由于空隙率較大，路面會出現(xiàn)較大的構(gòu)造深度，但隨著時間的推移空隙率逐步變小，構(gòu)造表面構(gòu)造深度也同期變小到某一固定值。

3.3.3 構(gòu)造深度與擺值的關(guān)聯(lián)性

將現(xiàn)場試驗采集的數(shù)據(jù)通過標準換算后建立直角坐標系，以構(gòu)造深度（MTD）為X軸，擺值（BPN）為Y軸，各道路的BPN-MTD關(guān)系如圖3所示。

用多項式回歸分析各展點趨勢，得出多項式公式為：y = -152.92x2 + 254.18x - 28.29，構(gòu)造深度X與擺值Y之間存在以上的函數(shù)關(guān)系。從函數(shù)關(guān)系圖上看，當瀝青路面的構(gòu)造深度在0.85 mm左右時，路面摩擦系數(shù)最大，道路防滑的性能最佳。當構(gòu)造深度由于行車過頻、路面失料等原因?qū)е鲁^0.85 mm以上時，其擺值卻逐步降低，這就意味著路面已經(jīng)產(chǎn)生了破壞，路面的抗滑性能在逐步變小。

4 結(jié)論

（1）數(shù)據(jù)分析表明：瀝青路面的擺值與道路運營時間的長短關(guān)聯(lián)性不大，在道路運營的初期，空隙率會隨著壓實度的增加而不斷衰減，當空隙率降低到4%左右時趨于穩(wěn)定[12]，關(guān)系圖說明擺值與道路運營時間并不存在明顯的關(guān)系。

（2）瀝青道路表面構(gòu)造深度由于建設(shè)初期的空隙率較大，通常在8%左右，隨著運營時間的推移，空隙率由于外部荷載的作用會逐步變小，表面構(gòu)造深度也同時降低。從分析圖上看，前期20個月左右，運營時間與構(gòu)造深度存在一定的關(guān)聯(lián)性，20-30個月后，構(gòu)造深度基本保持不變。

（3）瀝青道路表面構(gòu)造深度X與擺值Y存在著函數(shù)關(guān)系，為y = -152.92x2 + 254.18x - 28.29。當瀝青路面表面構(gòu)造深度在0.85 mm左右時，路面摩擦系數(shù)最大，道路防滑的性能最佳。當構(gòu)造深度超過0.85 mm以上時，擺值逐步降低，道路摩擦系數(shù)變小，道路抗滑性能亦逐步變小。

【參 考 文 獻】

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