溫度對瀝青混合料摩擦系數(shù)影響的試驗研究

范 倩 許新權(quán) 陳 記 張國民

(廣東華路交通科技有限公司1) 廣州 510420) (廣東交科檢測有限公司2) 廣州 510550)(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司3) 廣州 510100)

0 引 言

抗滑性能是車輛安全、快速行駛的直接影響因素，受到國內(nèi)外研究學者的廣泛關(guān)注.擺式摩擦系數(shù)是瀝青混合料抗滑性能的主要評價指標之一，該方法因測試簡單而得到廣泛應(yīng)用[1-3].瀝青路面抗滑性能是路面和輪胎之間相互阻礙作用的結(jié)果，而輪胎與瀝青混凝土均屬于黏彈性材料[4-5]，受溫度的影響十分顯著.裸露于自然環(huán)境中的瀝青路面，其抗滑性能必然受到外界氣溫變化的影響，因此摩擦系數(shù)的測試值均需要進行溫度修正[6-8].

我國現(xiàn)行JTGE60—2008《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》規(guī)定了瀝青路面擺式摩擦系數(shù)-溫度修正公式，其中溫度數(shù)據(jù)采用測點位置的潮濕路表溫度[9].Bazlamit等[10]提出了擺式摩擦系數(shù)隨溫度變化的線性擬合公式，其中瀝青混合料試件溫度采用恒溫水浴的方式進行控制，擬合溫度采用水浴溫度.Ahammed等[11]通過開展路面摩擦系數(shù)隨環(huán)境溫度、路表溫度變化趨勢研究，建立了擺式摩擦系數(shù)—溫度修正公式.上述溫度修正模型中，溫度修正值是對所有類型瀝青路面通用的標準，與實際情況存在一定偏差；另一方面，關(guān)于溫度采集的具體情況也不一致，而文獻[9]采用潮濕路表溫度作為瀝青路面擺式摩擦系數(shù)溫度修正的依據(jù)是否科學合理，尚需進一步驗證.

文中主要針對目前廣東省普遍采用的GAC-16、SMA-13及橋面鋪裝層EA-5瀝青混合料，開展溫度對不同類型瀝青混合料摩擦系數(shù)影響的試驗研究.

1 試驗方法

1.1 試驗準備

粗集料采用廣東某石場的輝綠巖，細集料采用石灰?guī)r機制砂，礦粉為石灰?guī)r礦粉，瀝青采用70#SBS改性瀝青和環(huán)氧瀝青，原材料的各項技術(shù)指標均符合JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求[12].

設(shè)計GAC-16、SMA-13、EA-5三種不同類型的瀝青混合料車轍板試件，試件尺寸：300 mm×300 mm×50 mm，瀝青混合料級配及油石比見表1～2.

表1 瀝青混合料級配

表2 瀝青混合料油石比

1.2 試驗方案

1) 為保證測試位置固定、測試結(jié)果準確，將車轍板試件整齊排列在實驗室外的水泥路面上，試件的四周采用水泥混凝土固定，并用記號筆標記擺式摩擦系數(shù)測試儀的具體擺放位置.

2) 測試前，采用軟毛刷將車轍板試件表面清掃干凈，保證表面無雜質(zhì)、無水漬.

3) 將擺式摩擦系數(shù)測試儀置于已標記記號的位置，按照文獻[9]中規(guī)定的方法，對儀器依次進行調(diào)平、調(diào)零處理，并校核滑動長度.將擺固定于右側(cè)懸臂上，保證其處于水平位置狀態(tài)，并把指針撥至右端與擺桿平行.

4) 采用溫度槍測試并記錄灑水前表面溫度(t1)，隨后用噴水壺噴灑測點，使試件表面測點位置處于潮濕狀態(tài)，進行擺式摩擦系數(shù)的測試，但第一次測試數(shù)據(jù)并不記錄.隨后，連續(xù)五次進行擺式摩擦系數(shù)的測試并記錄，若測得的五個值中最大值與最小值的差值≤3，則取后其均值作為最終測試結(jié)果；若差值>3，則需查找原因并重新測試.

5) 擺式摩擦系數(shù)測試完成后，采用溫度槍測試并記錄灑水后表面溫度(t2)、滑塊溫度(t3)、空氣溫度(t4).

6) 基于實測溫度、擺式摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)，探討不同測試狀態(tài)、位置溫度對空氣溫度變化的敏感性，分析瀝青混合料摩擦系數(shù)隨溫度的變化規(guī)律，對比不同狀態(tài)溫度與瀝青混合料摩擦系數(shù)的相關(guān)性.

2 試驗結(jié)果分析

2.1 溫度變化敏感性分析

為了分析不同空氣溫度(t4)下灑水前表面溫度(t1)、灑水后表面溫度(t2)、滑塊溫度(t3)的變化規(guī)律，分別開展了t1，t2，t3與t4的相關(guān)性分析.

以不同時刻空氣溫度(t4)為橫坐標，以對應(yīng)時刻測得的GAC-16、SMA-13、EA-5瀝青混合料試件的灑水前表面溫度(t1)、灑水后表面溫度(t2)、滑塊溫度(t3)為縱坐標，繪制相關(guān)關(guān)系圖，并進行線性擬合，結(jié)果見圖1和表3.

圖1 不同測試狀態(tài)、位置溫度與空氣溫度的線性擬合結(jié)果

表3 不同測試狀態(tài)、位置溫度與空氣溫度的線性擬合相關(guān)參數(shù)

由圖1和表3可知：

1) 空氣溫度與灑水前表面溫度、灑水后表面溫度、滑塊溫度間呈較好的線性正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均可達0.7以上.

2) GAC-16、SMA-13、EA-5瀝青混合料表面溫度受空氣溫度變化的影響基本相同.空氣溫度每升高1 ℃，瀝青混合料的灑水前表面溫度相應(yīng)升高0.97～1.03 ℃；灑水后表面溫度相應(yīng)升高0.83～0.86 ℃；滑塊溫度相應(yīng)升高0.67～0.70 ℃.

3) 灑水前表面溫度、灑水后表面溫度、滑塊溫度對空氣溫度變化的敏感性各異，敏感性排序：灑水前表面溫度>灑水后表面溫度>滑塊溫度.

2.2 溫度對瀝青混合料摩擦系數(shù)的影響分析

對不同溫度下測得的瀝青混合料擺式摩擦系數(shù)值進行歸類，每單位溫度范圍內(nèi)的擺式摩擦系數(shù)值歸為一類，并剔除少量差異過大的點.將歸為同一類的溫度均值和擺式摩擦系數(shù)均值作為分析對象，再分別建立GAC-16、SMA-13、EA-5瀝青混合料擺式摩擦系數(shù)與灑水前表面溫度(t1)、灑水后表面溫度(t2)、滑塊溫度(t3)、空氣溫度(t4)的散點圖，并進行線性擬合.線性擬合結(jié)果見圖2和表4.

圖2 擺式摩擦系數(shù)與溫度的線性擬合結(jié)果

表4 擺式摩擦系數(shù)與溫度的線性擬合相關(guān)參數(shù)

由圖2和表4可知：

1) 隨著溫度的升高，瀝青混合料的擺式摩擦系數(shù)呈線性下降的趨勢，說明擺式摩擦系數(shù)測試值與溫度呈線性負相關(guān)關(guān)系.可見，我國規(guī)范采用潮濕路表溫度進行瀝青路面擺式摩擦系數(shù)溫度修正的做法值得商榷.因此，建議優(yōu)先選用灑水前試件表面測點進行瀝青混合料擺式摩擦系數(shù)溫度修正，條件不允許的情況下可以選用灑水后試件表面測點、空氣溫度進行溫度修正，不宜采用滑塊溫度進行溫度修正.

2) 瀝青混合料的擺式摩擦系數(shù)與溫度的線性擬合公式可表示為BPN=b-a×t的形式，其中a表示瀝青混合料溫度敏感性的大小，即測試溫度每升高1 ℃、擺式摩擦系數(shù)測試值降低a值；b表示測試溫度為0 ℃時的擺式摩擦系數(shù)測試值.

3) 灑水試件表面測點溫度每升高1 ℃，GAC-16、SMA-13、EA-5瀝青混合料的擺式摩擦系數(shù)測試值分別降低0.327 BPN、0.398 BPN、0.436 BPN；灑水后表面溫度每升高1 ℃，GAC-16、SMA-13、EA-5瀝青混合料的擺式摩擦系數(shù)測試值分別降低0.480 BPN、0.489 BPN、0.659 BPN；空氣溫度每升高1 ℃，GAC-16、SMA-13、EA-5瀝青混合料的擺式摩擦系數(shù)測試值分別降低0.309 BPN、0.447 BPN、0.520 BPN.

4) 不同類型瀝青混合料的摩擦系數(shù)對溫度變化的敏感性各異，敏感性排序：EA-5>SMA-13>GAC-16，因此不同類型瀝青混合料宜采用不同的溫度修正公式，本文建立了GAC-16、SMA-13、EA-5瀝青混合料擺式摩擦系數(shù)的溫度修正公式，具體修正公式見表4.

5) 常溫環(huán)境條件下，EA-5瀝青混合料擺式摩擦系數(shù)值最大，GAC-16、SMA-13次之.可能主要是由于EA-5瀝青混合料的級配偏細，擺式摩擦系數(shù)測試過程中與滑塊接觸面積較大.

3 結(jié) 論

1) 空氣溫度與灑水前表面溫度、灑水后表面溫度、滑塊溫度間呈線性正相關(guān)關(guān)系，不同類型瀝青混合料表面溫度受空氣溫度變化的影響基本相同，但灑水前表面溫度、灑水后表面溫度、滑塊溫度對空氣溫度變化的敏感性各異.空氣溫度每升高1 ℃，瀝青混合料的灑水前表面溫度相應(yīng)升高0.97～1.03 ℃；灑水后表面溫度相應(yīng)升高0.83～0.86 ℃；滑塊溫度相應(yīng)升高0.67～0.70 ℃.

2) 瀝青混合料的擺式摩擦系數(shù)測試值與溫度呈線性負相關(guān)關(guān)系，線性擬合公式為：BPN=b-a×t.瀝青混合料擺式摩擦系數(shù)與灑水前表面溫度的相關(guān)性最好，灑水前表面溫度每升高1 ℃，EA-5、SMA-13、GAC-16的擺式摩擦系數(shù)測試值分別降低0.436 BPN、0.398 BPN、0.327 BPN.

3) 建議優(yōu)先選用灑水前表面溫度進行瀝青混合料擺式摩擦系數(shù)溫度修正，條件不允許的情況下可以選用灑水后表面溫度、空氣溫度進行溫度修正，不宜采用滑塊溫度進行溫度修正.