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(1 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)廣東有限公司，廣東佛山 528200；2 華南理工大學(xué)，廣東廣州 510641)

瀝青路面抗滑衰減特性研究

劉佳輝1，王剛2

(1 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)廣東有限公司，廣東佛山 528200；2 華南理工大學(xué)，廣東廣州 510641)

為揭示胎-面接觸面積和路面抗滑性能的關(guān)系，該文基于壓力膠片技術(shù)，設(shè)計(jì)兩種不同路面結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行0h、2h、4h、6h、8h的加速加載搓揉試驗(yàn)，并采集和統(tǒng)計(jì)分析不同階段的接觸面積，結(jié)果顯示：接觸面積隨搓揉時(shí)間的增加而增加，0～4h遞增趨勢(shì)明顯，4h～8h遞增趨于平緩，GAC-13路面與輪胎接觸面積小于AC-13路面，說(shuō)明AC-13路面輪廓更均勻平緩，GAC-13路面輪廓較豐富，路面輪廓均勻平緩導(dǎo)致接觸面積較大；軸載不變的情況下，接觸面積越大，則接觸應(yīng)力越小，即平均應(yīng)力隨接觸面積的遞增而遞減，平均應(yīng)力越小則說(shuō)明輪胎與路面接觸咬合越差，即路面抗滑性能越差。GAC-13路面抗滑性能優(yōu)于AC-13路面。該文提出的輪胎與路面接觸面積可以為路面抗滑性能衰減規(guī)律的研究提供借鑒。

瀝青路面，壓力膠片，接觸面積，相關(guān)性分析

我國(guó)絕大部分高速公路都是采用瀝青路面，其抗滑性能直接關(guān)系到道路行車(chē)的安全[1-9]。瀝青路面抗滑耐久性問(wèn)題突出，尤其表現(xiàn)為抗滑性能衰減太快，這些都不符合干線交通行車(chē)安全性的要求，也有悖于行業(yè)的要求。相關(guān)研究表明影響其抗滑性能的因素有很多，研究者大多以瀝青路面施工及瀝青混合料原材料為研究切入點(diǎn)，對(duì)輪胎與瀝青路面的接觸面積分析相對(duì)較少，而且接觸測(cè)量技術(shù)及設(shè)備也各有不同。曹平[10]根據(jù)汽車(chē)輪胎學(xué)以及摩擦學(xué)理論對(duì)瀝青路面構(gòu)造和抗滑性能影響因素進(jìn)行理論分析，但也只是定性的研究，沒(méi)有進(jìn)行實(shí)測(cè)定量的研究；張安強(qiáng)[11]綜合介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)輪胎與地面接觸壓力分布的研究，同時(shí)介紹了輪胎在不同狀態(tài)下接觸壓力的測(cè)試方法；孫立軍等對(duì)瀝青路面與輪胎接觸的花紋形式以及疲勞性能方面進(jìn)行了研究；胡小弟[12]運(yùn)用自助開(kāi)發(fā)的輪胎接地壓力測(cè)試儀，在改變輪胎胎壓、輪胎負(fù)荷以及花紋的情況下，測(cè)量了重型貨車(chē)與光滑鋼板之間的靜態(tài)壓力分布；王吉忠等[13]采用單點(diǎn)分步測(cè)量法測(cè)量輪胎的接地壓力，對(duì)花紋磨光輪胎的印跡、垂直剛度特性和接地壓力分布規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)量?？偨Y(jié)以上輪胎與路面接觸測(cè)試研究，接觸面積分析很少，并且具有諸多不足，如：設(shè)備大、操作復(fù)雜、測(cè)試精度不足、造價(jià)高等。因此，本文引入新型測(cè)量技術(shù)(壓力膠片測(cè)量技術(shù))，重點(diǎn)分析不同路面結(jié)構(gòu)與輪胎的接觸面積分布規(guī)律，旨在探索接觸面積與瀝青路面抗滑性能的相關(guān)性。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)過(guò)程

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)選取瀝青路面工程應(yīng)用常見(jiàn)抗滑層級(jí)配：(1)輝綠巖AC-13；(2)輝綠巖GAC-13。級(jí)配組成見(jiàn)表1，級(jí)配曲線見(jiàn)圖1，石料及瀝青技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2和表3。

圖1 級(jí)配曲線圖Fig.1 Grading curve

級(jí)配類(lèi)型通過(guò)篩孔(mm)的集料百分率/%19161329547523611806030150075AC-1310010095077254038127120314611273GAC-131001009737242842251951601159170

表2 石料主要性能評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 2 Stone main performance evaluation index

表3 瀝青的主要性能指標(biāo)Table 3 Main performance index of the asphalt

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)采用自主研發(fā)的加速加載搓揉試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)對(duì)象為GAC-13 (間斷型AC-13級(jí)配) 和AC-13級(jí)配的瀝青混合料車(chē)轍板，車(chē)轍板的尺寸為 300mm×300mm×50mm，在60℃的水環(huán)境下對(duì)GAC-13和AC-13級(jí)配的車(chē)轍板進(jìn)行0h、2h、4h、6h、8h的搓揉試驗(yàn)。初始未搓揉階段測(cè)得AC-13車(chē)轍板構(gòu)造深度為0.97，擺值為72；GAC-13車(chē)轍板構(gòu)造深度為1.26，擺值為78.5；搓揉試驗(yàn)結(jié)束后，在常溫下將車(chē)轍板晾干，分別進(jìn)行壓力膠片試驗(yàn)，如圖2所示。

圖2 搓揉試驗(yàn)與膠片壓力試驗(yàn)Fig.2 Rub test with film pressure test

本試驗(yàn)選擇小型車(chē)中具有一定代表性的普通載重汽車(chē)為試驗(yàn)對(duì)象，加載后通過(guò)后輪靜壓搓揉過(guò)的車(chē)轍板來(lái)模擬實(shí)際的輪胎路面接觸情況，輪胎型號(hào)為普利司通DUELER A/T，實(shí)測(cè)胎壓為0.4Pa，輪載因素選擇了配重塊加載形式，通過(guò)壓力傳感器實(shí)測(cè)其后輪輪載為9.7kN，壓力膠片有兩種規(guī)格，分別為0.2MPa～0.6MPa和0.5MPa～2.5MPa的量程。

1.3 壓力膠片技術(shù)簡(jiǎn)介

Prescale膠片在受壓時(shí)，不同的壓力大小區(qū)域會(huì)呈現(xiàn)出不同濃度的色彩，將染色的膠片通過(guò)掃描儀掃描，將掃描得到的圖像經(jīng)過(guò)膠片附帶專業(yè)軟件進(jìn)行處理，可實(shí)現(xiàn)接觸面積和接觸應(yīng)力采集、處理和分析等一系列過(guò)程，具體如圖3～圖4所示。

圖3 膠片結(jié)構(gòu)Fig.3 Film structure

圖4 不同接觸壓力數(shù)值化及色彩區(qū)分Fig.4 Contact pressure values distinguished by colors

2 不同搓揉時(shí)間下輪胎與路面接觸面積分析

對(duì)受壓后的0.2MPa～0.6MPa和0.5MPa～2.5MPa膠片，采用FPD8010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理后得到的接觸面積結(jié)果如表4和圖5所示。

表4 不同搓揉時(shí)間下的接觸面積Table 4 Contact area under different rubbing the time

(a)小量程0.2MPa～0.6MPa膠片(b)大量程0.5MPa～2.5MPa膠片

由圖5可以看出：(1)大小量程膠片測(cè)量下，GAC-13和AC-13路面與輪胎接觸面積均呈現(xiàn)不斷遞增的趨勢(shì)，0～4h遞增趨勢(shì)明顯，4h～8h遞增趨于平緩；(2)大小量程膠片測(cè)量下，GAC-13路面與輪胎的接觸面積均小于AC-13路面，說(shuō)明AC-13路面輪廓更均勻平緩，GAC-13路面輪廓較豐富，路面輪廓均勻平緩導(dǎo)致接觸面積較大。

在0～8h的搓揉階段，進(jìn)行壓機(jī)膠片試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行兩種路面車(chē)轍板的鋪沙法和擺值試驗(yàn)，分別測(cè)得其不同階段的構(gòu)造深度(TD)和擺值(BPN)，圖6中“花紋”代表帶有花紋的輪胎，“A”代表改性瀝青，“輝”代表輝綠巖。

在0～8h的搓揉階段，由圖6構(gòu)造深度和擺值的變化趨勢(shì)可見(jiàn)：(1)GAC-13和AC-13路面隨搓揉時(shí)間的不斷增加，其構(gòu)造深度和擺值均不斷減小，0～4h遞減趨勢(shì)明顯，4h～8h這種遞減趨勢(shì)放緩趨于穩(wěn)定；(2)初始階段及搓揉8h后，GAC-13路面的構(gòu)造深度和擺值均高于AC-13路面，說(shuō)明GAC-13路面的抗滑性能優(yōu)于AC-13路面。

圖6 構(gòu)造深度和擺值變化趨勢(shì)Fig.6 Structure depth and value tendency

經(jīng)過(guò)0h、2h、4h、6h、8h的搓揉實(shí)驗(yàn)，GAC-13和AC-13路面與輪胎的接觸面積均呈遞增趨勢(shì)，由壓強(qiáng)公式P=F/S，在軸載不變的情況下，接觸面積越大，則接觸應(yīng)力越小，即平均應(yīng)力隨接觸面積的遞增而遞減，平均應(yīng)力越小則說(shuō)明輪胎與路面接觸咬合越差，則路面抗滑性能越差，這種平均應(yīng)力遞減與構(gòu)造深度和擺值的遞減趨勢(shì)基本吻合，不難看出輪胎與路面的接觸面積同樣可以反映瀝青路面的抗滑衰減規(guī)律，因此本文提出采用接觸面積來(lái)表征路面輪廓豐富程度，從側(cè)面來(lái)反映路面抗滑性能。

圖7 AC-13接觸面積與構(gòu)造深度及擺值的相關(guān)性Fig.7 AC-13 contact area and the depth of the structure and the value relevance

為進(jìn)一步驗(yàn)證輪胎與路面接觸面積的變化與瀝青路面抗滑性能的關(guān)系，特對(duì)同一搓揉時(shí)間階段的壓力膠片測(cè)得的接觸面積與構(gòu)造深度、擺值進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)性分析如圖7～圖8所示。

圖8 GAC-13接觸面積與構(gòu)造深度及擺值的相關(guān)性Fig.8 GAC-13 contact area and the depth of the structure and the value relevance

通過(guò)圖7～圖8接觸面積與構(gòu)造深度和擺值的相關(guān)性分析可知：大小量程膠片試驗(yàn)下，兩種路面結(jié)構(gòu)不同搓揉階段的接觸面積與構(gòu)造深度和擺值的相關(guān)性均良好，相關(guān)性系數(shù)R2均大于0.8，說(shuō)明接觸面積可以和構(gòu)造深度及擺值一樣反映瀝青路面抗滑性能的衰減規(guī)律。

3 結(jié)論

(1)隨搓揉時(shí)間的增加兩種路面結(jié)構(gòu)與輪胎的接觸面積均逐漸遞增，0～4h遞增趨勢(shì)明顯，4h～8h遞增趨于平緩，無(wú)論初始未搓揉階段還是搓揉8h后，GAC-13路面與輪胎的接觸面積均小于AC-13路面，說(shuō)明GAC-13路面結(jié)構(gòu)表面輪廓更豐富，其抗滑性能更優(yōu)。

(2)軸載不變的情況下，接觸面積越大，則接觸應(yīng)力越小，即平均應(yīng)力隨接觸面積的遞增而遞減，平均應(yīng)力越小則說(shuō)明輪胎與路面接觸咬合越差，則路面抗滑性能越差。

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StudyofAsphaltPavementSkidResistanceAttenuationCharacteristic

LIU Jia-hui1，WANG Gang2

(1 Shanghai Municipal Engineering Design Institute (Group) Co.，Ltd，Guangdong Co.，LTD，F(xiàn)oshan 528200，Guangdong，China；2 South China University of Technology，Guangzhou 510641，Guangdong，China)

To reveal the tyres-surface contact area and pavement anti-sliding performance relationship，this article based on the pressure of film technology，design two different pavement structure respectively and with 0，2，4，6，8 hours accelerated loading rub test，collect and statistical analysis of the various stages of contact area，the result showed：the contact area increased with the increase of the rub time，0～4 hours increased obviously，4～8 hours increased flatten out，GAC-13 road surface and tire contact area was less than AC-13，AC-13 road profile is more uniform flat，GAC-13 road surface contour is rich，uniform flat road surface contour lead to larger contact area；Shaft under the condition of invariable load，the greater the contact area，the contact stress is smaller，the average stress with the increasing and decreasing of contact area，the smaller the average stress is the tire and road surface contact bite the worse，namely the pavement anti-sliding performance is poor. GAC-13 pavement anti-sliding performance is better than that of AC-13. In this paper，the tire and road surface contact area for research on the laws of the pavement anti-sliding performance attenuation.

asphalt pavement，pressure film，contact area，correlation analysis

U 416.2