浅析汽车试验场SMA沥青路面在重型车辆路试下的抗剪性能

舒俊 史志华 张弦

摘  要：SMA沥青混合料因具备良好路用性，近年来被广泛运用到汽车试验场试验道路路面中。本文围绕SMA沥青路面表层抗剪性能展开分析，采用制动平行试验、原地打方向平行试验，记录了在不同车速下重载车辆制动、不同轴荷下原地打方向对汽车试验场试验路面的表层破坏。结果表明：重载车辆制动对沥青路面损伤可忽略不计，但原地打方向对沥青面层的破坏影响较大，主要体现在表层沥青混合料的剥落，长期会造成沥青路面凹槽，影响路面不平度，进而影响汽车相关道路试验的开展。

关键词：汽车试验；SMA；路用性能；抗剪性能

中图分类号：U41     文献标识码：A      文章编号：1005-2550（2023）04-0058-06

Analysis of the Shear Resistance Performance of SMA Asphalt Pavement under Heavy Vehicles in the Automotive Testing Ground

SHU Jun1， SHI Zhi-hua2， ZHANG Xian1

（1.National Automobile Quality Inspection and Test Center （Xiangyang），

Xiangyang 441004， China；2.Wuhan Dongyan Intelligent Design Institute Co.， LTD，

Wuhan 441004 ， China）

Abstract： In recent years， SMA asphalt mixture with excellent road performance has been widely used in experimental road surfaces at automotive testing grounds . The analysis on the shear resistance performance of the surface layer of SMA asphalt pavement is focused. Using parallel braking tests and in-situ driving direction parallel tests， the surface damage of the test road surface on the automotive testing ground is recorded under different speeds of heavy-duty vehicle braking and different axle loads in situ driving direction. The results indicate that the braking of heavy-duty vehicles causes negligible damage to the asphalt pavement. However， the direction of driving in place has a significant impact on the damage of the asphalt surface layer. It is mainly reflected in the peeling of the surface asphalt mixture， which can cause grooves on the asphalt pavement in the long term. And then， the unevenness of the pavement is affected. And the development of road tests related to automobiles is affected in final.

Key Words： Automobile Test; SMA; Pavement Performance; Shear Behavior

引    言

隨着我国汽车产业的快速发展，近年来国内陆续建成多个大型汽车试验场，用于满足日益增长的汽车路试需求。自2010年至今，我国市政道路、公路路面基本采用沥青混凝土作为路面的主要材料类型[1]，因此国内近几年修建的大型商乘两用汽车试验场也选择沥青混凝土作为试验检测路面。沥青混凝土路面具有连续好、行车舒适、路面整洁、行车噪声小、抗滑性好等优点[2]，但同时也具有使用寿命短、易开裂、易老化等缺点。在国内综合性汽车试验场进行试验的商用车辆总重一般不大于55吨，其特点为轴载重、测试动作幅度大，存在原地打方向、紧急制动、原地掉头等试验项目，对沥青路面表层形成剪切作用，影响沥青路面使用寿命。本文以襄阳达安汽车试验场四期某试验道路试验段为对象（试验段位于试验道路非核心路段部分），观测在重载车辆路试条件下SMA沥青路面的抗剪性能，分析其破坏因素，用于指导汽车试验场沥青路面设计和运行管理。

1    达安汽车试验场（四期）沥青路面试验段设计

1.1   达安汽车试验场（四期）沥青路面试验段设计

襄阳达安汽车试验场四期扩建项目主要用于商用车的动态性能测试，例如汽车滑行试验、汽车制动试验、汽车蛇形试验、汽车转向试验、汽车操纵稳定性试验等，试验道路主要包含性能道路、动态圆广场、商用车模拟高速公路，路面材料均采用SMA沥青混合料。上部设计荷载为总重不大于55吨，轴重不大于14吨商用车，交通等级为轻交通。为满足商用车重载需求，采用半刚性基层设计，路床采用改良土设计。采用HPDS2017对路面组合进行设计，最终确定如下结构组合，详见表1：

本此试验段沥青混合料集料采用玄武岩，玄武岩抗压强度大、压碎值低、耐磨性好、吸水率低、抗腐蚀性强、沥青粘附性强，是目前国际试车场最常用上面层沥青混合料的集料。

SMA沥青材料指标如表3所示：

本次试验段选用SBS改性沥青，其特点为：（1）温差较大的地区有很好的耐高温、抗低温能力；（2）有较好的抗车辙能力，提高路面的抗疲劳能力，特别是在大流量、超载严重的公路上具有良好的应变能力，可减少路面的永久变形；（3）增强了路面的抗滑能力、承载能力；减少路面应紫外线辐射导致的沥青老化现象。纤维采用木制纤维，具有吸油性能好，可以延缓沥青老化，高温性能的条件下路面耐久性更好，本次试验段SMA木质素纤维掺量不低于0.3%[3]。

1.2   国内近期建设的试车场典型测试道沥青路面结构层对比

近几年国内陆续建成几个大型汽车试验场，其路面材料也大多采用沥青混凝土，对比分析国内近期建设的试验场沥青路面，详见表4。

新疆吐鲁番试车场为极热地区的试车场，当地气温－25℃～51.7℃，夏季地表最高温度可达83℃，其测试道沥青路面面层设计采用高温性能良好的SMA-13混合料，并使用高低温性能均较好的SBS改性沥青拌和；定远德技试车场为商用车试车场，其测试道面层采用AC-13C混合料，采用SBS改性沥青拌和；

对比的试车场目前有的尚未投入使用，有的仅使用数次尚未正常使用，暂无类似情况的报告，无法获取对比照片；通过对比，襄阳试车场四期路面面层采用SMA-13混合料，SBS改性沥青拌和；在中面层同时使用SBS改性沥青和抗车辙剂。从结构层设计和材料的选择，以及设计路面达到的弯沉值来看，本次试验段道路相对其他试验场道路设计标准相对较高[4]。

2    现场试验

2.1   试验段质量检测

本次试验段设在商用模拟高速公路东直线南段，总长200米，道路宽度16米。试验段完成后，进行相关指标检测，各项指标均满足设计要求，主要检测结果如表5所示：

2.2   试验段制动对比试验

为对比在相同路面、相同荷载、相同温度条件下，不同试验车速制动后对试验段沥青路面产生的剪切影响，制定试验方案：试验车辆总重47.5吨，长为18.1米的铰接列车，轴重约12吨；环境温度36℃，路表温度62℃，分别采用30km/h、40km/h、80km/h试验车速进行完全制动，现场记录测試其刹车轮印及路表损伤情况，主要试验结果如表6所示。

由表6可知，试验车速越大，对应的制动距离越长。同时图1～3表明，无论以上三种制动试验制动轮迹印未见沥青剥落、骨料松散脱落现象，亦无车辙、推移及雍包现象。车辆总配重为47.5吨，路面对试验车辆的峰值水平制动力约为399KN，试验车辆轮胎与沥青路面总接触总面积约为0.7875m2，此时轮胎对沥青面层产生的平均水平剪应力约为0.532MPa。试验车辆在刹车时，轮胎与沥青路面之间产生的水平剪应力远远大于沥青混合料表层沥青胶的抗剪强度0.02MPa。因此，车辆在急刹车时产生的刹车轮印（轮印主要由轮胎磨损造成），属于正常使用状况，基本不会路面稳定性产生影响，但路面温度过高时（温度大于65度），也会造成路面表层沥青混合料的剥落风险[5]。故建议夏季当路表温度大于65度后试验场应主动控制重载车辆试验，降低对试验道路的影响。

2.3   试验段原地打方向对比试验

为对比在相同路面、相同温度条件下，不同轴重试验车对试验段沥青路面产生的剪切影响，制定试验方案：试验车辆总重分别为48吨、35吨、20吨、5吨、2吨；环境温度36℃，路表温度62℃，现场每次试验进行一次左右满盘打方向，现场记录测试轮印大小及集料剥落情况，主要试验结果如表7所示。

由表7数据可知，现场试验车辆原地打转方向盘，前轴重配重约在4～11.5t之间，道路附着系数为0.96，前轮接触面积为0.071265平方米，此时原地打转方向产生的平均水平扭转应力（1.178MPa）已大于沥青胶甚至沥青混合料的抗剪切强度0.8MPa，出现明显圆形轮印凹陷并伴有剥离物散落。但凹陷深度并未随轴载的增加发生明显变化，主要是由于原地打方向产生的水平剪切力远大于竖向力，此时主要为水平扭转剪切破坏。基于此，车辆在沥青路面原地打转方向会对沥青路面造成路面破坏，建议此试验可在水泥混凝土（加耐磨骨料）路面上进行[6～9]。

另外，随着路面使用时间的增加，下层沥青油上移，沥青混合料结构进一步紧密，表层集料棱角的磨损，同时沥青质性质也会发生一定的改变，此时原地打盘对沥青路面上面层的影响会逐渐减小。但为保护汽车试验场沥青路面的使用寿命，建议做相关极限试验时在水泥混凝土路面上进行[10]。

3    结论及建议

本文主要围绕SMA沥青混凝土的抗剪性能展开分析，对重载车辆路面上进行制动、原地打方向造成SMA沥青混合料表层受损情况进行现场试验，主要得到如下结论：

（1）根据达安试验场四期试验段重型车辆制动测试情况以及三期已经投入运营的测试道路目前使用情况来看，沥青路面是能够满足试车的需求，即便在夏季气温较高的情况下也能承受制动、转向行驶等试车动作，不会对正常的试车造成影响；但建议在高温状态下对路面进行洒水降温处理，会在一定程度延长试验道路的使用寿命。

（2）沥青路面本身为柔性路面，车辆原地打转方向会对路表造成一定程度的损伤，尤其是新铺路面，建议试验车辆原地打转方向的测试准备动作在水泥混凝土广场或专用平台进行。建议对试车员进行专项培训，避免在沥青混凝土路面进行原地打方向动作，以保证试验道路使用寿命。

（3）测试道路投入使用后，应及时清理路面散落颗粒和修补局部破损，避免路面颗粒物、小破损在行车作用下对原路面造成进一步的损伤。

参考文献：

[1]王辉.SMA-13沥青路面抗滑表层抗滑性能分形评价方法研究[J].公路交通技术，2018，34（01）：28-31.

[2]钟国武."SMA路面抗滑性能优化设计与施工控制要点分析".2019年4月建筑科技与管理学术交流会论文集.Ed.，2019，71-73.

[3]封浪，曾庆奎."玄武岩纤维最佳掺量和对SMA沥青混合料的路用性能的影响." 公路交通科技（应用技术版） 11.02（2015）：26-28.

[4]曾胜，黄雄立."SMA路面长期性能的调查分析及预测." 长沙理工大学学报（自然科学版） 7.01（2010）：12-17.

[5]朱洪洲，朱真景."沥青路面层间结合状态对路面受力状态的影响综述." 中外公路 38.04（2018）：69-75.

[6]张聪. 橡胶颗粒沥青路面耐久性研究[D].长安大学，2012.

[7]刘刚，林安.汽车制动试验中制动距离修正方法研究[J].重型汽车，2022（05）：13-14.

[8]巢凯年，李宗迅."一些异常工况下的汽车制动试验".四川省第九届（2009年）汽车学术交流年会论文集.Ed.，2009，117-123.

[9]秦承暄. 基于组分作用的沥青路面层间抗剪性能探究[D].长安大学，2022.

[10]张小龙. 车辆主动安全性能道路试验系统及评价方法研究[D].东南大学，2006.