基于“横向分布式车辙仪”的沥青混凝土抗滑性能评价研究

2021-01-08徐欣刘文浩来井孝

石油沥青 2020年6期

徐欣，刘文浩，来井孝

（1.北京市政路桥建材集团有限公司，北京 100176；2.北京市市政四建设工程有限责任公司，北京 100176；3.北京市政路桥正达道路科技有限公司，北京 102600）

沥青路面抗滑性能是指轮胎受制动时沿路表面滑移所产生的足够摩阻力，使车辆能在各种环境条件下在合理距离内制动。

通过分析沥青混凝土的构成可以发现，提高沥青路面抗滑性能的方法主要有两个，一是增大沥青混凝土的微观构造，二是增大沥青混凝土的宏观构造。研究结论表明，当车速比较低时对沥青路面抗滑性能起决定作用的是沥青路面的微观构造，当车速较高时宏观构造对沥青混凝土路面抗滑性能的影响是主要的。对沥青混凝土的微观构造主要由混合料中的集料种类所决定，宏观构造则是由混合料的级配所决定。目前规范中对测定沥青路面抗滑性能的方法主要有以下两类，一类是用来测定路表面摩擦系数的制动距离法、摆式仪法和横向力系数法，一类是测定构造深度的铺砂法和激光构造深度法。

传统的测定路表面摩擦系数的方法，仅仅对单一时刻混凝土表面的摩擦系数进行了测定，而实际情况中路面上有不间断车辆荷载，始终对路表面有磨耗作用，影响着路面摩擦系数的数值。针对此种情况，本研究提出基于“横向分布式车辙仪”的沥青混凝土抗滑性能试验方法，对在有车辆荷载作用的情况下路表面摩擦系数的衰减进行了模拟研究。

1 基于“横向分布式车辙仪”的沥青混凝土抗滑性能评价试验方法的提出

本研究选择了四种类型的沥青混合料，包括：改性沥青AC-13 混合料、改性沥青SMA-13 混合料、高黏改性沥青OGFC-13 混合料以及环氧沥青混合料，分别进行了基于“横向分布式车辙仪”的抗滑性能试验，来评价沥青混凝土的抗滑性能，具体试验方法如下。

1.1 目的与适用范围

本方法用于测定沥青混凝土的抗滑性。

1.2 方法与步骤

（1）准备工作：按《公路工程沥青及沥青混合料》T 0703 沥青混合料试件成型方法（轮碾法）制作沥青混合料试件，试件尺寸为30 cm×30 cm×5 cm。

（2）按《公路路基路面现场测试规程》T 0964—1995 对沥青混合料试件测定试件表面的摩擦系数。

（3）常温下，将试件放入车辙仪（车辙仪碾轮可双向碾压），对试件进行碾压，分别在时间为1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h、8 h、16 h时对试件表面进行摩擦系数的测定。

1.3 计算

取时间为0 h、1 h、2 h、4 h、8 h、16 h 时测定的摩擦系数，绘出摩擦系数与时间的关系曲线。

1.4 材料的选择

本研究选择了AC、SMA、OGFC 以及环氧沥青混合料进行试验研究，矿料产地为河北省三河地区，试验结果见表1。

表1 矿料的密度试验结果

由表1 可见，集料的各项技术指标均符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求，可以使用。

本研究中AC 和SMA 混合料采用的SBS 改性沥青，OGFC 采用的高黏SBS 改性沥青，均产自秦皇岛，其结果见表2 和表3。

表2 SBS 改性沥青材料试验结果

表3 高黏SBS 改性沥青试验结果

由表2、表3 可见，所使用的改性沥青及高黏改性沥青的各项技术指标符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的技术要求，可以使用。

根据JTG F40—2004，对AC、SMA、OGFC 以及环氧沥青混合料四种混合料进行了材料配合比设计，确定了级配及最佳油石比，最佳油石比依次为4.6%、6.0%、4.6%及6.0%，设计级配如表4所示。

表4 合成级配

为了检验沥青混合料的目标配合比设计，按照规范要求，对所配沥青混合料进行了高温稳定性、低温性能及水稳定性检验，结果如表5所示。

由表5 中数据可见，四种沥青混合料的动稳定度和残留稳定度、冻融劈裂强度比均符合规范的技术要求，说明所设计的沥青混合料是合理的，可以在项目中应用。

表5 沥青混合料路用性能试验结果

2 基于“横向分布式车辙仪”的抗滑试验分析

对改性沥青AC-13 混合料、改性沥青SMA-13混合料、高黏改性沥青OGFC-13 混合料以及环氧沥青混合料进行基于“横向分布式车辙仪”的抗滑试验，试验结果如表6，改性沥青AC-13 混合料试验结果如图1，改性沥青SMA-13 混合料试验结果如图2，高黏改性沥青OGFC-13 混合料试验结果如图3，环氧沥青混合料试验结果如图4。

表6 基于”横向分布式车辙仪”的抗滑试验结果

图1 AC-13 抗滑性能试验结果

图2 SMA-13 抗滑性能试验结果

图3 OGFC-13 抗滑性能试试验结果

图 4 环氧沥青混合料抗滑性能试验结果

3 基于“横向分布式车辙仪”的抗滑试验结果分析

从四种不同类型沥青混合料试件的抗滑性能试验结果得到：

a）AC 沥青混合料的抗滑值（BPN）的初始值（0 h）为64，,时间0 ～3 h 时逐渐由64 下降到57，而4 h 时升高到59.6，4 ～6 h 抗滑值由59.6 下降到52.8，7 h 时上升到55.2，之后一直缓慢下降直到16 h 时50.2。

b）SMA 沥青混合料的抗滑值（BPN）的初始值（0 h）为72，时间0 ～2 h 时逐渐由72 逐渐下降到64.2，而3 h 时缓慢下降到到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，之后一直缓慢下降直到16 h 时51.1。

c）OGFC 沥青混合料的抗滑值（BPN）的初始值（0 h）为74，时间0 ～1 h 抗滑值相对于AC 与SMA 两种混合料有大幅度下降，由74 下降到52.6，之后一直在51 上下浮动，直到16 h时抗滑值为51，同时在时间为3 h 和6 ～7 h 抗滑值有小幅度的提升。

d）环氧沥青混合料的抗滑值（BPN）的初始值（0 h）为64.8，时间0 ～1 h 抗滑值相对于AC 与SMA 两种混合料有大幅度下降，由64.8 下降到51.6，之后一直在51 上下浮动，直到16 h时抗滑值为50.9。

由以上结果可以看出，改性沥青AC 混合料与改性沥青SMA 混合料，在抗滑值总体下降的趋势下，有两次明显的上升，时间分别在4 h 与7 h 左右，第一次抗滑值上升是由于混合料表面的沥青被逐渐磨耗掉露出新的沥青，致使抗滑值上升；随着混合料表面继续被磨耗，裹附在表面的沥青膜逐渐变薄，致使石料颗粒的棱角凸现出来，使得表面粗糙程度增加，进而出现了第二次抗滑值上升。

OGFC 为开级配类型，表面构造较大，使其在初始摩擦系数数值较大，环氧沥青混合料油石比较大，油膜厚，初始摩擦系数数值较大，因此OGFC 沥青混合料和环氧沥青混合料初始摩擦系数高于AC 和SMA 混合料。

OGFC 混合料和环氧沥青混合料在经过一小时的磨耗后，抗滑值迅速下降到最终的抗滑值51附近，并上下波动，其下降速率明显大于采用改性沥青的AC 和SMA 沥青混合料，分析其原因，在该试验条件下，经过一小时磨耗OGFC 混合料表面构造迅速减小，环氧沥青混合料表面油膜厚度减小，造成其摩擦系数减小。