唐皓 韋彬

摘要 基于CAVF設(shè)計(jì)方法，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，借助Image Pro Plus和Matlab軟件，提出新的（壓實(shí)瀝青混合料的粗集料骨架間隙率）計(jì)算方法，用于指導(dǎo)抗滑降噪型瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)比對(duì)試驗(yàn)，分析不同級(jí)配混合料的功能性，試驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)CAVF法設(shè)計(jì)的混合料具有優(yōu)良的降噪抗滑性能，長期使用性能較為穩(wěn)定，性能衰減速率緩慢。通過室內(nèi)模擬輪胎作用，驗(yàn)證了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞 抗滑降噪;CAVF設(shè)計(jì)法;數(shù)字圖像處理;粗集料骨架間隙率;比對(duì)試驗(yàn)

中圖分類號(hào) U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）01-0130-04

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展，涌現(xiàn)了許多瀝青混合料類型，例如排水路面、超薄磨耗層、降噪路面等[1-3]。相關(guān)研究表明，交通噪聲污染對(duì)人、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境均造成不同程度的影響，噪聲不利于人的身心健康，造成引發(fā)噪聲污染的社會(huì)管理費(fèi)用成本上升[4]。近年來，行車的安全問題趨于明顯，道路抗滑性能衰減過快已成為道路工程領(lǐng)域迫切需要解決的重要技術(shù)問題[5-6]。

為解決路面噪聲和抗滑的問題，設(shè)計(jì)了抗滑降噪型高性能瀝青混合料，如OGFC瀝青混合料[7]。但目前應(yīng)用過程中，存在混合料松散、空隙堵塞等問題，嚴(yán)重削弱道路使用性能及壽命[8]。因此，如何優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)進(jìn)而提高抗滑降噪型路面的路用性能，具有較大的研究價(jià)值。在級(jí)配方面，抗滑降噪型高性能瀝青混合料和普通瀝青混合料存在較大差異[9]?？够翟胄透咝阅転r青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法并沒有統(tǒng)一的規(guī)定，國內(nèi)外有許多設(shè)計(jì)方法，不同國家及地區(qū)使用著一種或多種設(shè)計(jì)方法。

該文基于CAVF法，將集料嵌擠原則和填充原則有機(jī)地結(jié)合起來，開展抗滑降噪型高性能瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)研究。設(shè)計(jì)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M路面運(yùn)營時(shí)的環(huán)境，驗(yàn)證瀝青混合料的降噪及抗滑性能。

1 混合料配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

集料在瀝青混合料的體系中不但要承擔(dān)起骨架的作用，還要對(duì)其骨架間的空隙進(jìn)行填充。此外，集料的酸堿性決定了與瀝青的粘附性，堿性集料有利于提高混合料抗剝落、抗水損的能力。該文研究所用原材料詳見表1。

1.2 CAVF法設(shè)計(jì)抗滑降噪型高性能瀝青混合料

1.2.1 CAVF法基本原理

CAVF法（主骨架空隙填充法）首先由張肖寧教授提出，其核心在于設(shè)計(jì)粗集料形成主骨架，然后使用細(xì)集料、填料和瀝青膠結(jié)料進(jìn)行填充，使得混合料形成整體發(fā)揮密水與強(qiáng)度性能。

瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中將≤作為評(píng)價(jià)瀝青混合料骨架嵌擠效果的依據(jù)。計(jì)算中包括了試樣表面的所有空隙，而實(shí)際施工后路表無需膠漿完全填充，必須具備一定構(gòu)造深度。為了更準(zhǔn)確表達(dá)混合料的體積關(guān)系，設(shè)計(jì)出性能更佳的瀝青混合料，大量學(xué)者研究指出以替代進(jìn)行CAVF法設(shè)計(jì)?；贑AVF法，可列下式方程：

（1）

（2）

式中：、、分別為粗集料、細(xì)集料、填料的質(zhì)量百分率，%;為粗集料松方毛體積相對(duì)密度;、分別為細(xì)集料和礦粉的表觀相對(duì)密度;為壓實(shí)瀝青混合料的粗集料骨架間隙率，%;為設(shè)計(jì)混合料的空隙率，%，為有效瀝青體積，%。

1.2.2 數(shù)字圖像處理技術(shù)

一般用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行計(jì)算，試驗(yàn)過程存在人為誤差，如何準(zhǔn)確檢測(cè)出，對(duì)于配合比設(shè)計(jì)具有重要意義。為了準(zhǔn)確得到粗集料骨架間隙率，利用數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行分析。

數(shù)字圖像處理運(yùn)用體視學(xué)原理，建立從高維（三維）組織的截面（二維）所獲得的低維測(cè)量量與定量表征該組織本身的三維空間組織參數(shù)之間關(guān)系[10]。將馬歇爾試件橫切，橫切面間距5 mm，共拍攝24張圖片。將拍攝的圖片導(dǎo)入Matlab軟件進(jìn)行二值化處理（灰度值為0與255），二值化閾值按現(xiàn)場(chǎng)拍攝光線、檢測(cè)量潔凈程度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。二值化后的圖片導(dǎo)入Image Pro Plus軟件，選取粗集料區(qū)域，去除圖像噪點(diǎn)，然后選擇計(jì)算粗集料面積占比。通過匯總二維粗集料面積，采用Matlab軟件重構(gòu)得到三維粗集料體積，進(jìn)而得到粗集料骨架間隙率。

1.3 配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

依據(jù)1.2中改進(jìn)的CAVF法，按圖1流程設(shè)計(jì)抗滑降噪型高性能瀝青混合料。

結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，控制關(guān)鍵篩孔2.36的通過率為12.5%～14%，根據(jù)拌和樓熱料篩分結(jié)果，得到配合比為11～15 mm∶6～11 mm∶0～3 mm∶礦粉∶水泥=35.5∶45∶16∶2.5∶1。以油石比為5.0%、5.3%和5.6%進(jìn)行馬歇爾體積指標(biāo)檢測(cè)，綜合考慮析漏和飛散試驗(yàn)指標(biāo)，以空隙率為19.5%、油膜厚度14 μm作為判別依據(jù)決定最終的設(shè)計(jì)油石比，確定最佳油石比為5.3%。

2 室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 噪聲檢測(cè)

2.1.1 檢測(cè)設(shè)備

采用主驅(qū)動(dòng)輪式路面材料加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行路面噪聲室內(nèi)試驗(yàn)，裝置如圖2所示。

噪聲采集系統(tǒng)位置距離輪胎10 cm，通過數(shù)據(jù)采集儀，將信號(hào)放大連接計(jì)算機(jī)，計(jì)算得到聲壓級(jí)。

2.1.2 試驗(yàn)方法與流程

（1）試件制作與安裝。由試驗(yàn)材料制作兩個(gè)級(jí)配的弧形車轍板試件，兩個(gè)級(jí)配分別由改進(jìn)CAVF法及馬歇爾法設(shè)計(jì)，級(jí)配如圖3所示。

（2）運(yùn)行條件設(shè)置。溫度25℃并保證試驗(yàn)過程中的溫度恒定;輪胎接地壓力設(shè)置在0.7 MPa;輪胎荷載250 kN;采樣時(shí)間120 s;固定傳聲器，穩(wěn)定連接計(jì)算機(jī)。

（3）背景噪聲測(cè)量。

（4）運(yùn)行系統(tǒng)，保存結(jié)果。

2.2 抗滑性能檢測(cè)

借助膠輪搓揉試驗(yàn)裝置，采用花紋橡膠輪胎對(duì)試件施加豎向碾壓與切向磨耗作用，設(shè)備見圖4。

具體試驗(yàn)參數(shù)為：

（1）溫度：室溫25℃。

（2）輪寬：50 mm。

（3）試件橫向移動(dòng)速度：10 cm/min。

（4）車輪行走次數(shù)：42±1次/分。

（5）輪重：42～100 kg。

試驗(yàn)步驟：

1）選用改進(jìn)CAVF法設(shè)計(jì)和馬歇爾法設(shè)計(jì)瀝青混合料，使用輪碾法制作長300 mm、寬300 mm、高50 mm的板塊試件。

2）采用浸水60℃來模擬夏季高溫濕熱環(huán)境下得行車作用，每間隔1 h進(jìn)行車轍板的構(gòu)造深度、擺值測(cè)定，間隔2 h采用膠片測(cè)試系統(tǒng)獲取不同車轍板試件的接觸界面情況，試驗(yàn)周期為8 h。

3 結(jié)果及分析

3.1 噪聲水平

室內(nèi)加速加載試驗(yàn)系統(tǒng)通過增加對(duì)路面的輪胎作用次數(shù)，研究路面噪聲的長期變化情況，結(jié)果見表2。

隨著輪胎作用次數(shù)的增加，聲壓級(jí)逐漸增大。CAVF法設(shè)計(jì)的路面噪聲聲壓級(jí)較小，比馬歇爾法平均減少1.2 dB（A），且隨著輪胎作用時(shí)間的推移，CAVF法噪聲水平增長速率更慢。通過改進(jìn)CAVF法設(shè)計(jì)的路面噪聲水平降低，長期使用效果更佳。

3.2 抗滑性能

選擇前文設(shè)計(jì)的兩種混合料，進(jìn)行8 h的搓揉作用，結(jié)果見表3和表4。

構(gòu)造深度隨時(shí)間呈現(xiàn)單調(diào)遞減的趨勢(shì)，CAVF法試件的構(gòu)造深度較大，車輪碾壓之后的終值亦較大。說明混合料主骨架對(duì)其表面的構(gòu)造穩(wěn)定性影響較大，主骨架較強(qiáng)，則表面的構(gòu)造穩(wěn)定性越好，有利于保持更持久的宏觀構(gòu)造深度。

兩種級(jí)配混合料的擺值對(duì)比可得，初始狀態(tài)下的擺值差別不大，但8 h后的CAVF法試件擺值更大，擺值衰減速率相對(duì)較為緩慢，長期抗滑性能更加優(yōu)良。

4 結(jié)語

基于CAVF設(shè)計(jì)方法，采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，借助Image Pro Plus和Matlab軟件，提出新的粗集料骨架間隙率計(jì)算方法，指導(dǎo)配合比設(shè)計(jì)。通過室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M車輛輪胎作用，比較分析不同級(jí)配混合料的功能性，結(jié)果表明采用改進(jìn)的CAVF法設(shè)計(jì)的混合料具有優(yōu)良的降噪抗滑性能，路用性能衰減較為緩慢。

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