羅　坤

(長沙理工大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，湖南 長沙　410004)

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路面橫向力系數(shù)測試車在測試過程中的影響因素研究

羅坤

(長沙理工大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院，湖南 長沙410004)

橫向力系數(shù)作為路面抗滑性能的評價指標(biāo)，其測試結(jié)果與多方面因素有著密切的關(guān)系。主要從橫向力系數(shù)測試過程中路表溫度、測試速度和路面潔凈程度三方面進(jìn)行研究，分析其對測試結(jié)果的影響程度。并結(jié)合實際測試中遇到的問題，給出相應(yīng)的建議，對準(zhǔn)確反映路面橫向力系數(shù)提供一定的參考價值。

；路面；橫向力系數(shù)測試車；抗滑性能；SFC測試

0　引言

路面抗滑性能是行車安全的重要保障，道路在車輛的反復(fù)作用下，表面層被磨損，此時道路的抗滑性能會嚴(yán)重下降，遇到雨、雪天氣時，車輛極易因為摩擦力不足而發(fā)生事故。目前，對于路面抗滑性能主要通過鋪砂法檢測面層的構(gòu)造深度，通過擺式儀和橫向力系數(shù)車測試摩擦力系數(shù)。雖然鋪砂法和擺式儀法測試原理易懂，操作簡便，但是上述兩種方法都是人工定點測量，效率難以與橫向力系數(shù)車相比。本文選用SFC-2007型橫向力系數(shù)測試車進(jìn)行測試，該車是我國交通工作者在吸收國內(nèi)外先進(jìn)路面抗滑性能檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)的先進(jìn)路面橫向力摩擦系數(shù)測試設(shè)備，具有檢測速度快、對交通影響程度較小等優(yōu)點。但是測試過程中受多方面因素的影響，其穩(wěn)定性相對較差。

故本文針對路面橫向力系數(shù)測試車在測試過程中的影響因素進(jìn)行研究。首先介紹橫向力摩擦系數(shù)測試車的檢測原理，然后從影響路面抗滑性能的機(jī)理入手，分析檢測過程中路表溫度、測試速度和路面潔凈程度等因素對測試結(jié)果的影響程度，最后對實際檢測過程提供一定的參考建議。

1　橫向力系數(shù)測試原理

SFC-2007型橫向力測試車主要是由測試機(jī)構(gòu)單元、供水單元、數(shù)據(jù)采集單元和車架單元四部分共同組成的一套整體測試系統(tǒng)。其中：

1) 測試結(jié)構(gòu)單元由測試輪、測試輪配重及升降裝置三部分構(gòu)成。

2) 供水單元則是由一個5 t的儲水罐及帶氣動控制的水路組成，主要是為測試輪提供一條具有大于0.1 mm水膜厚度的濕潤帶。

3) 數(shù)據(jù)采集單位是在測試過程中，測試輪在0.35 MPa的氣壓下，承受著200 kg的垂直荷載。

由于該輪與車輛前進(jìn)方向呈20°角，這種情況下能模擬出彎道和制動過程中的滑動摩擦，同時這個力是能夠通過高精度的壓力傳感器測出。車載計算機(jī)對該數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，便得到相應(yīng)的SFC值。根據(jù)SFC系數(shù)的定義有以下公式：

SFC=(SF/VF)×100

式中：SFC為橫向力摩擦系數(shù)；SF為橫向力；VF為測試輪的垂直力(200 kg)。

2　測試結(jié)果及影響因素分析

2.1溫度的影響

物體產(chǎn)生摩擦的機(jī)理是當(dāng)兩個物體表面接觸并發(fā)生相對滑動時，會產(chǎn)生一個滑動阻力。橫向力系數(shù)測試則是根據(jù)這一摩擦機(jī)理，通過測試輪與路面之間的相互作用，所以為了準(zhǔn)確地采集測試結(jié)果，可以從測試過程中橡膠輪胎在路面上發(fā)生滾動摩擦的角度進(jìn)行分析。SFC-2007型橫向力系數(shù)車測試輪是采用專用的光面充氣輪胎，輪胎與路面是接觸的，輪胎所用橡膠的物理性能會對測試結(jié)果產(chǎn)生直接的影響。然而，測試輪其硬度、韌性在受溫度和濕度變化的客觀條件下，會呈現(xiàn)出差異。所以為了客觀、準(zhǔn)確地反映不同溫度下，測試結(jié)果的統(tǒng)一性，作者從溫度這一影響因素進(jìn)行研究。

本文結(jié)合前人對該因素研究的成果下，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范要求，選擇了2條新建瀝青路面、2條已通車5 a的瀝青路面作為試驗路段，分析溫度對橫向力系數(shù)測試結(jié)果的影響程度。如表1。

表1 不同溫度下SFC的試驗結(jié)果路表溫度/℃SFC值D1D2D3D41871.876.564.758.42371.277.466.259.62767.874.861.255.43068.375.463.854.23867.774.159.755.84563.271.952.652.35262.566.250.747.56060.362.347.140.3 注:路段D1、路段D2為新建路面;路段D3、路段D4為舊路面。

根據(jù)試驗結(jié)果可繪制出圖1。

圖1　SFC值與溫度的回歸關(guān)系圖

SFC值與溫度的回歸關(guān)系見表2。

通過圖1可以看出，SFC值與溫度有著直接的關(guān)系，SFC值無論在新舊道路上都會隨著溫度的升高而呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)在夏季進(jìn)行檢測作業(yè)的情況下，路表溫度可達(dá)到60 ℃，在此溫度下瀝青流變性增加，對于級配不良的瀝青路面，其結(jié)構(gòu)層會在荷載的作用下發(fā)生改變。此時測得的SFC值所反映的實際抗滑能力無法得到準(zhǔn)確的驗證。

表2 SFC值與溫度的回歸關(guān)系試驗段回歸方程相關(guān)系數(shù)R2路段D1y=-0.2753x+76.690.95路段D2y=-0.3417x+84.840.89路段D3y=-0.4696x+75.450.93路段D4y=-0.3970x+67.480.86

對比新舊路面的測試結(jié)果的斜率，可以看出：隨著交通荷載的開放與作用，路段D4出現(xiàn)了面層泛油的現(xiàn)象，測試過程中輪胎與油面接觸，所測的SFC值在相同溫度下，較D3路段的值更小，而且隨著溫度的升高，兩者的差值逐漸增大。主要原因是因為橡膠與瀝青兩種材料表面都較光滑，在水膜的作用下，摩擦力隨著溫度的升高呈現(xiàn)出衰減。

2.2測試速度的影響

在路面橫向力系數(shù)測試過程中，所測的SFC值會隨著測試速度的增加而逐漸減小，在實際測試中通常會將測試速度控制在50 km/h±4 km/h的范圍內(nèi)，但是對于檢測過程中受其他行車影響的路段，出于安全考慮實際的測試速度往往達(dá)不到50 km/h的勻速狀態(tài)。故本文對該因素進(jìn)行研究。

本文選取廣西某新建的高速公路為試驗段，路段長約500 m，測試時路表溫度為(32±2)℃，測試的路面狀況良好，測試速度分別以30、40、50、60 km/h的速度通過試驗路段，以平均間隔20 m采集1點的頻率進(jìn)行測試。具體測試結(jié)果見圖2。

圖2　SFC值與速度的關(guān)系圖

從測試結(jié)果來分析，可以明顯地看出SFC值隨著測試速度的增長有著明顯的降低。同時，國內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過大量的研究，目前以50 km/h的測試速度作為標(biāo)準(zhǔn)速度，采用SFC標(biāo)=SFC測-0.22(V標(biāo)-V測)的修正公式，對于實際測試過程中得到的數(shù)據(jù)最終進(jìn)行速度修正。對上述30、40、60 km/h速度下所測的SFC值進(jìn)行換算，算得30 km/h時平均偏差率為1.16%；速度為40 km/h和60 km/h時平均偏差率為0.83%和1.45%，這也驗證了目前采用的速度修正公式修正結(jié)果比較準(zhǔn)確。

2.3路面狀況的影響

路面橫向力系數(shù)的測試過程中，由于車輛在路面上行駛，這時路表就可能受到污染，特別是渣土車在運輸過程中掉落的渣土、揚起的灰塵，會堵塞面層的空隙。此時，污染物存在，在水膜的作用下，導(dǎo)致測試輪胎與路面的摩擦力減小，所測的SFC值不能真實地反映路面的抗滑能力。為此本文對該因素進(jìn)行相關(guān)研究，選擇路段D1和路段D2作為試驗段，都是新建高速公路中的一段，且由于施工車輛在路上行駛，兩段路都有一定程度的污染。

試驗方案為：

1) 路面污染：先對D1路段和D2路段路面進(jìn)行沖洗，人為以200 g/m2標(biāo)準(zhǔn)往路面上灑砂，模擬面層受到污染，然后對其進(jìn)行測試。

2) 路面潔凈：先對D1路段和D2路段路面進(jìn)行沖洗，直接對其面層進(jìn)行測試。

具體檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 沖洗前、后SFC值試驗結(jié)果D1路段D2路段路面污染路面潔凈差值路面污染路面潔凈差值65.368.93.668.171.63.568.570.82.364.666.21.666.266.80.666.569.02.566.368.62.364.367.02.764.267.53.366.969.82.965.766.60.965.166.81.766.569.32.865.768.42.765.168.02.970.771.81.168.971.42.567.469.31.966.770.33.668.171.93.865.768.32.664.568.23.766.667.71.169.271.92.763.666.42.868.370.42.166.669.22.665.968.82.9

由圖3可以看出路段D1兩者最大差值為3.6，路段D2路面潔凈與路面污染的最大差值為3.8。并且測試差值的離散程度較大，這主要是人為的模擬路面污染，導(dǎo)致測試點污染程度各異，但是沖洗后路面潔凈下的SFC值比路面污染下的值有明顯的提高，說明路面潔凈程度對測試的結(jié)果有一定的影響。

圖3　路面沖洗前后SFC的差值

2.4其他因素的影響

橫向力系數(shù)測試過程外部因素不盡相同，所以測試結(jié)果還與測試輪的氣壓、水膜厚度和瀝青面層的攤鋪方向等因素有關(guān)。胎壓小于標(biāo)準(zhǔn)胎壓，測得的結(jié)果偏大，需要進(jìn)行修正。所以測試前，都應(yīng)檢查胎壓是否為0.35 MPa。測試輪的胎面在與面層的混合料接觸時，在不同的水膜厚度下，對胎面與路面的抗滑性能也有一定的影響，研究表明水膜厚度越厚，實測的SFC值偏小。特別是下過雨后，路面在潮濕狀態(tài)下，測出的數(shù)據(jù)偏小。

3　結(jié)論

橫向力系數(shù)車在道路抗滑性能檢測過程中擁有測試速度快、對交通影響小等優(yōu)點，符合目前無損、快速檢測的趨勢。但是作為自動化設(shè)備，其檢測結(jié)果受到多方面的影響，目前對路表溫度、測試速度和路面潔凈程度等影響因素，主要對其SFC值進(jìn)行修正。經(jīng)過作者的研究，給出相應(yīng)的建議：

1) 從本文研究結(jié)果分析出溫度對測試值的影響程度較大。溫度較高和較低，測出的SFC值，與所反映的實際抗滑能力有較大的差異，這種差異會在舊路上體現(xiàn)得更加明顯。故對舊路的橫向力系數(shù)測試應(yīng)安排在夏季溫度較高的期間內(nèi)。

2) 當(dāng)測試速度小于標(biāo)準(zhǔn)速度(50 km/h)時，實測的SFC值偏大，反映的抗滑性能偏好，當(dāng)速度大于標(biāo)準(zhǔn)速度時，SFC值衰減明顯。

3) 路面狀況、路面潔凈程度與否對測試結(jié)果的準(zhǔn)確性也有一定的影響，所以為了準(zhǔn)確檢測路面的實際抗滑性能，對于開放過交通的路段，都應(yīng)在測試前清掃面層，這樣才能保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠。

[1]北京市路興公路新技術(shù)有限公司.SFC-2007橫向力系數(shù)測試車用戶使用手冊[Z].

[2]JTG E60-2008，公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].

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2016-03-14

羅坤(1991-)，男，碩士研究生，研究方向：道路材料與檢測技術(shù)。

；1008-844X(2016)03-0039-04

；U 416.03

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