王勇++袁騰++楊建波++陳華鑫++況棟梁

摘 要：通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)成型了AC- 13瀝青混合料車(chē)轍板試件，借助室內(nèi)加速磨耗試驗(yàn)?zāi)M了瀝青路面在行車(chē)荷載作用下的磨損行為。測(cè)試車(chē)轍板試件加速磨耗前后抗滑值和構(gòu)造深度的變化，分析了環(huán)境溫度和加載次數(shù)對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響。借助掃描電鏡對(duì)回收集料的表面微觀形貌進(jìn)行了觀測(cè)。結(jié)果表明：溫度對(duì)瀝青路面抗滑性能的衰減具有顯著的影響；抗滑值和構(gòu)造深度的變化與加速磨耗次數(shù)具有良好的相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；抗滑性能；粗集料；電鏡掃描

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Research on Skid Resistance Attenuation of Asphalt Pavement by Accelerated Wear

WANG Yong1， YUAN Teng2，YANG Jian- bo3， CHEN Hua- xin2， KUANG Dong- liang2

（1. College of Water and Architectural Engineering， Shihezi University， Shihezi 832003， Xinjiang， China；

2. School of Materials Science and Engineering， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China；

3. Chang Jiang Road and Bridge Co. Ltd.， Wuhan 430000， Hubei， China ）

Abstract： Rutting plate specimens for AC- 13 asphalt mixture were formed through laboratory tests. With indoor accelerated wear test， wear behavior of asphalt pavement under traffic loads was simulated. The changes of rutting plate specimens skid resistance value and texture depth before and after the accelerated wear were tested， and the impact of ambient temperature and load times on the skid resistance performance of asphalt pavement was analyzed. Surface microtopography of the collected aggregate was observed with scanning electron microscope. The results show that the temperature has a significant influence on the decay of the skid resistance performance， and theres a correlation between the accelerated wear times and the changes in skid resistance value and texture depth.

Key words： asphalt pavement； skid resistance performance； coarse aggregate； scanning electron microscope

0 引 言

隨著人們行車(chē)安全意識(shí)的增強(qiáng)，道路行車(chē)安全受到越來(lái)越多的重視，提高瀝青路面的抗滑性能是當(dāng)前交通安全研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。

近年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞瀝青路面的抗滑性能開(kāi)展了大量的研究，結(jié)果顯示瀝青路面的抗滑作用主要可歸因于路面的宏觀構(gòu)造深度和集料的微觀紋理[1- 2]，瀝青路面的抗滑性能可以采用抗滑值和構(gòu)造深度進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。

在瀝青路面使用過(guò)程中，經(jīng)過(guò)行車(chē)荷載的反復(fù)碾壓后，其宏觀構(gòu)造深度會(huì)不斷減小，混凝土中粗集料的表面性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化[4]。然而對(duì)于瀝青路面在行車(chē)荷載循環(huán)作用下的宏觀構(gòu)造深度和微觀紋理的變化的研究尚未得到足夠重視，此外關(guān)于相關(guān)環(huán)境因素對(duì)瀝青路面抗滑性能衰變特性的影響也未見(jiàn)研究。

本項(xiàng)目通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)成型了AC- 13瀝青混合料車(chē)轍板試件，借助室內(nèi)加速磨耗試驗(yàn)?zāi)M了瀝青路面在行車(chē)荷載作用下的磨損行為，通過(guò)測(cè)試車(chē)轍板試件加速磨耗前后抗滑值和構(gòu)造深度的變化，評(píng)價(jià)了環(huán)境溫度和加載次數(shù)對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響。利用離心分離法和篩分回收車(chē)轍板中的粗集料，借助掃描電鏡對(duì)回收集料的表面微觀形貌進(jìn)行觀測(cè)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

SK90重交瀝青的性能指標(biāo)如表1所示；粗集料、石灰石的性能指標(biāo)如表2所示；細(xì)集料、石灰石的性能指標(biāo)如表3所示；礦粉、石灰石磨細(xì)礦粉的性能指標(biāo)如表4所示。

<0.075 mm87.475～90外觀無(wú)團(tuán)粒結(jié)塊無(wú)團(tuán)粒結(jié)塊

親水系數(shù)0.6<1

混合料試件制作方法（輪碾法）成型得到AC- 13瀝青混合料車(chē)轍板試件。

1.3 加速磨耗試驗(yàn)

采用長(zhǎng)安大學(xué)研發(fā)的加速磨耗儀[5]，對(duì)成型的AC- 13瀝青混合料試件進(jìn)行加速磨耗試驗(yàn)，加載壓力為0.7 MPa。在評(píng)價(jià)加載溫度對(duì)瀝青路面加速磨耗作用下抗滑性能衰變行為的影響時(shí)，采用加載次數(shù)為10 000次，加載溫度分別為25 ℃和60 ℃。試驗(yàn)前將車(chē)轍試件置于規(guī)定溫度的烘箱中，保溫時(shí)間不少于4 h；在評(píng)價(jià)加載次數(shù)對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響時(shí)，試驗(yàn)溫度為25 ℃，加載次數(shù)分別為0、5 000、10 000、15 000、20 000次。

1.4 抗滑性能測(cè)試

加速磨耗試驗(yàn)前后的AC- 13瀝青混合料車(chē)轍試件的抗滑值和構(gòu)造深度分別按照《擺式儀測(cè)定路面抗滑值試驗(yàn)方法》和《手工鋪砂法測(cè)定路面構(gòu)造深度試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

1.5 粗集料磨光值表征

瀝青混合料中粗集料的磨光值是評(píng)價(jià)瀝青路面抗滑性能的重要指標(biāo)，為研究循環(huán)荷載對(duì)混合料中粗集料磨光值的影響，通過(guò)離心分離法回收加速磨耗試驗(yàn)后車(chē)轍板試件中的粗集料，依據(jù)《粗集料磨光值試驗(yàn)》（JTJ T0321—1994）中的方法對(duì)加速磨耗前后混合料中的粗集料的磨光值進(jìn)行測(cè)試。

1.6 掃描電鏡測(cè)試

將集料顆粒粘在掃描電鏡固物臺(tái)上，用掃描電鏡在不同放大倍數(shù)下對(duì)回收集料表面進(jìn)行掃描，得到集料表面紋理構(gòu)造的微觀圖片。

2 結(jié)果與討論

2.1 加載溫度對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響

從表5中的數(shù)據(jù)可以看出，在不同試驗(yàn)條件下加速磨耗后，瀝青混凝土的抗滑值和構(gòu)造深度有所減小，表明加速磨耗對(duì)瀝青路面的抗滑性能具有一定的負(fù)面影響。從表5中的數(shù)據(jù)還可以看出，隨著加載溫度的升高，瀝青混合料加速磨耗后的抗滑值和構(gòu)造深度逐漸增大。在25 ℃的試驗(yàn)條件下，瀝青混凝土加速磨耗10 000次之后，其抗滑值由61 BPN減小至50 BPN，下降18%；在60 ℃的試驗(yàn)條件下，瀝青混凝土加速磨耗10 000次之后，其抗滑值由61 BPN減小至54 BPN，下降11%。這主要是因?yàn)闉r青混凝土在低溫下剛性強(qiáng)，在循環(huán)加載作用下其表面更容易發(fā)生磨損破壞，而在高溫下，瀝青路面的彈性成分顯著增強(qiáng)，具有良好的伸縮變形能力，對(duì)加速荷載施加的能量具有一定的吸收作用，從而延緩加速磨耗對(duì)其表面的磨損。因此瀝青混合料在高溫下經(jīng)過(guò)加速磨耗后，其抗滑性能的衰減程度小于其在低溫下經(jīng)過(guò)加速磨耗后抗滑性能的衰減程度。

2.2 加載溫度對(duì)粗集料磨光值的影響

粗集料的磨光值是評(píng)價(jià)集料耐磨損性能的重要指標(biāo)[6]，同時(shí)也反映其與車(chē)輪之間的摩擦作用，磨光值越大，集料與車(chē)輪之間的相互摩擦作用越強(qiáng)。瀝青路面使用一段時(shí)間后，由于車(chē)輪荷載的循環(huán)作用，其表面的瀝青膜會(huì)發(fā)生磨損，導(dǎo)致集料外露，因此回收集料的磨光值也可用來(lái)評(píng)價(jià)加速磨耗對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響。

表6列出了在不同試驗(yàn)條件下，瀝青混凝土加速磨耗前后回收粗集料的磨光值。從表6中的數(shù)據(jù)可以看出，在25 ℃的試驗(yàn)條件下，瀝青混凝土加速磨耗10 000次之后，其回收粗集料的磨光值由47%減小至40%，下降17.5%；在60 ℃的試驗(yàn)條件下，瀝青混凝土加速磨耗10 000次之后，其磨光值由47%減小至43%，下降8.5%。結(jié)合上述加載溫度對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響分析，進(jìn)一步證實(shí)升高加載溫度可以延緩瀝青路面在行車(chē)荷載作用下抗滑性能的衰減。

2.3 加載周期對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響

圖1、2分別顯示了在25 ℃下AC- 13瀝青混凝土的抗滑值和構(gòu)造深度隨加載周期的變化。隨著加載次數(shù)的增加，瀝青混凝土的抗滑值和構(gòu)造深度不斷下降，加速磨耗之前，混凝土的抗滑值為61 BPN，加載周期達(dá)到20 000次，混凝土的抗滑值下降至37 BPN，下降39. 3%，表明車(chē)輛的循環(huán)加載對(duì)瀝青路面的抗滑性能具有顯著破壞。

從圖1、2中可以得出瀝青混凝土的抗滑值和構(gòu)造深度隨加載周期的變化，擬合曲線與試驗(yàn)曲線的相關(guān)系數(shù)為0. 99，由此可推斷瀝青混凝土的抗滑值和構(gòu)造深度與加載周期具有良好的線性關(guān)系，可采用該方程對(duì)不同加載周期下的瀝青路面的抗滑性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而對(duì)瀝青路面的抗滑安全性能進(jìn)行評(píng)估。

2.4 加載周期對(duì)粗集料磨光值的影響

圖3顯示了在25 ℃下AC- 13瀝青混凝土中的加載周期對(duì)粗集料磨光值的影響。從圖3的數(shù)據(jù)中可以看出，隨著加載次數(shù)的增加，瀝青混凝土粗集料磨光值隨著加載周期的增加而不斷下降。加速磨耗之前，回收粗集料的磨光值為47%；加速磨耗5 000次之后，回收粗集料的磨光值為43%，下降8. 5%；當(dāng)加載周期達(dá)到20 000次的時(shí)候，

圖3 加載周期對(duì)粗集料磨光值的影響

回收粗集料的磨光值下降至30%，下降36. 1%，表明車(chē)輛荷載的循環(huán)作用對(duì)瀝青路面的抗滑性能有顯著破壞。這主要是因?yàn)椋涸谘h(huán)荷載作用下，混凝土中包裹粗集料的瀝青膜首先被磨損，粗集料暴露，隨著荷載的持續(xù)增加，粗集料表面與車(chē)輪之間不斷發(fā)生摩擦，由此導(dǎo)致其表面發(fā)生嚴(yán)重的磨損破壞，從而使瀝青路面的抗滑性能?chē)?yán)重衰減。

2.5 回收粗集料表面微觀形貌表征

為進(jìn)一步分析加速磨耗對(duì)瀝青路面抗滑性能的破壞機(jī)理，采用SEM表征技術(shù)對(duì)25 ℃下加速磨耗加載周期分別為0、5 000、20 000次的混凝土中的回收粗集料表面微觀形貌進(jìn)行了表征。

圖4～6顯示了瀝青混凝土加速磨耗次數(shù)分別為0、5 000、20 000次后，回收粗集料表面微觀形貌。從圖4～6看出，未經(jīng)加速磨耗的粗集料顆粒表面紋理構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造深度較深，經(jīng)過(guò)5 000次的加速磨耗后，粗集料顆粒表面微觀構(gòu)造深度略有變淺，因?yàn)榧铀倌ズ氖辜项w粒表面原有的相對(duì)凸出紋理構(gòu)造被磨平，顆粒表面出現(xiàn)平坦區(qū)域。從圖6中可以看出，當(dāng)加速磨耗周期達(dá)到20 000次時(shí)，回收集料顆粒表面的平坦區(qū)域變大，集料顆粒表面紋理構(gòu)造中凸出的構(gòu)造減少，其微觀構(gòu)造深度消失，由此導(dǎo)致瀝青路面的抗滑性能?chē)?yán)重衰減。

3 結(jié) 語(yǔ)

（1） 環(huán)境溫度對(duì)瀝青路面抗滑性能的衰變有重要影響，環(huán)境溫度越高，瀝青路面的伸縮變形能力越強(qiáng)，對(duì)加速荷載施加的能量具有一定的吸收作用，可延緩加速磨耗對(duì)表面的磨損，從而降低加速磨耗對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響。

（2） 加速磨耗加載周期對(duì)瀝青路面的抗滑性能有顯著影響，加載周期達(dá)到20 000次時(shí)，瀝青混凝土的抗滑值下降39. 3%。

（3） 瀝青混凝土抗滑值和構(gòu)造深度與加載周期具有良好的線性關(guān)系，因此可采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的擬合方程對(duì)瀝青路面在不同加載周期下的抗滑性能進(jìn)行預(yù)估。

（4） SEM表征結(jié)果表明，在循環(huán)荷載作用下，集料顆粒表面紋理構(gòu)造中凸出的構(gòu)造急劇減少，表面的平坦區(qū)域面積變大，導(dǎo)致瀝青路面的抗滑性能?chē)?yán)重衰減。

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：譚忠華]