沥青路面抗滑衰减特性研究

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(1 上海市政工程设计研究总院集团广东有限公司，广东佛山 528200；2 华南理工大学，广东广州 510641)

沥青路面抗滑衰减特性研究

刘佳辉1，王刚2

(1 上海市政工程设计研究总院集团广东有限公司，广东佛山 528200；2 华南理工大学，广东广州 510641)

为揭示胎-面接触面积和路面抗滑性能的关系，该文基于压力胶片技术，设计两种不同路面结构分别进行0h、2h、4h、6h、8h的加速加载搓揉试验，并采集和统计分析不同阶段的接触面积，结果显示：接触面积随搓揉时间的增加而增加，0～4h递增趋势明显，4h～8h递增趋于平缓，GAC-13路面与轮胎接触面积小于AC-13路面，说明AC-13路面轮廓更均匀平缓，GAC-13路面轮廓较丰富，路面轮廓均匀平缓导致接触面积较大；轴载不变的情况下，接触面积越大，则接触应力越小，即平均应力随接触面积的递增而递减，平均应力越小则说明轮胎与路面接触咬合越差，即路面抗滑性能越差。GAC-13路面抗滑性能优于AC-13路面。该文提出的轮胎与路面接触面积可以为路面抗滑性能衰减规律的研究提供借鉴。

沥青路面，压力胶片，接触面积，相关性分析

我国绝大部分高速公路都是采用沥青路面，其抗滑性能直接关系到道路行车的安全[1-9]。沥青路面抗滑耐久性问题突出，尤其表现为抗滑性能衰减太快，这些都不符合干线交通行车安全性的要求，也有悖于行业的要求。相关研究表明影响其抗滑性能的因素有很多，研究者大多以沥青路面施工及沥青混合料原材料为研究切入点，对轮胎与沥青路面的接触面积分析相对较少，而且接触测量技术及设备也各有不同。曹平[10]根据汽车轮胎学以及摩擦学理论对沥青路面构造和抗滑性能影响因素进行理论分析，但也只是定性的研究，没有进行实测定量的研究；张安强[11]综合介绍了国内外对轮胎与地面接触压力分布的研究，同时介绍了轮胎在不同状态下接触压力的测试方法；孙立军等对沥青路面与轮胎接触的花纹形式以及疲劳性能方面进行了研究；胡小弟[12]运用自助开发的轮胎接地压力测试仪，在改变轮胎胎压、轮胎负荷以及花纹的情况下，测量了重型货车与光滑钢板之间的静态压力分布；王吉忠等[13]采用单点分步测量法测量轮胎的接地压力，对花纹磨光轮胎的印迹、垂直刚度特性和接地压力分布规律进行了试验测量。总结以上轮胎与路面接触测试研究，接触面积分析很少，并且具有诸多不足，如：设备大、操作复杂、测试精度不足、造价高等。因此，本文引入新型测量技术(压力胶片测量技术)，重点分析不同路面结构与轮胎的接触面积分布规律，旨在探索接触面积与沥青路面抗滑性能的相关性。

1 试验方案设计及试验过程

1.1 试验方案设计

本实验选取沥青路面工程应用常见抗滑层级配：(1)辉绿岩AC-13；(2)辉绿岩GAC-13。级配组成见表1，级配曲线见图1，石料及沥青技术指标见表2和表3。

图1 级配曲线图Fig.1 Grading curve

级配类型通过筛孔(mm)的集料百分率/%19161329547523611806030150075AC-1310010095077254038127120314611273GAC-131001009737242842251951601159170

表2 石料主要性能评价指标Table 2 Stone main performance evaluation index

表3 沥青的主要性能指标Table 3 Main performance index of the asphalt

1.2 试验过程

试验采用自主研发的加速加载搓揉试验机，试验对象为GAC-13 (间断型AC-13级配) 和AC-13级配的沥青混合料车辙板，车辙板的尺寸为 300mm×300mm×50mm，在60℃的水环境下对GAC-13和AC-13级配的车辙板进行0h、2h、4h、6h、8h的搓揉试验。初始未搓揉阶段测得AC-13车辙板构造深度为0.97，摆值为72；GAC-13车辙板构造深度为1.26，摆值为78.5；搓揉试验结束后，在常温下将车辙板晾干，分别进行压力胶片试验，如图2所示。

图2 搓揉试验与胶片压力试验Fig.2 Rub test with film pressure test

本试验选择小型车中具有一定代表性的普通载重汽车为试验对象，加载后通过后轮静压搓揉过的车辙板来模拟实际的轮胎路面接触情况，轮胎型号为普利司通DUELER A/T，实测胎压为0.4Pa，轮载因素选择了配重块加载形式，通过压力传感器实测其后轮轮载为9.7kN，压力胶片有两种规格，分别为0.2MPa～0.6MPa和0.5MPa～2.5MPa的量程。

1.3 压力胶片技术简介

Prescale胶片在受压时，不同的压力大小区域会呈现出不同浓度的色彩，将染色的胶片通过扫描仪扫描，将扫描得到的图像经过胶片附带专业软件进行处理，可实现接触面积和接触应力采集、处理和分析等一系列过程，具体如图3～图4所示。

图3 胶片结构Fig.3 Film structure

图4 不同接触压力数值化及色彩区分Fig.4 Contact pressure values distinguished by colors

2 不同搓揉时间下轮胎与路面接触面积分析

对受压后的0.2MPa～0.6MPa和0.5MPa～2.5MPa胶片，采用FPD8010软件进行数据采集、处理后得到的接触面积结果如表4和图5所示。

表4 不同搓揉时间下的接触面积Table 4 Contact area under different rubbing the time

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

由图5可以看出：(1)大小量程胶片测量下，GAC-13和AC-13路面与轮胎接触面积均呈现不断递增的趋势，0～4h递增趋势明显，4h～8h递增趋于平缓；(2)大小量程胶片测量下，GAC-13路面与轮胎的接触面积均小于AC-13路面，说明AC-13路面轮廓更均匀平缓，GAC-13路面轮廓较丰富，路面轮廓均匀平缓导致接触面积较大。

在0～8h的搓揉阶段，进行压机胶片试验的同时进行两种路面车辙板的铺沙法和摆值试验，分别测得其不同阶段的构造深度(TD)和摆值(BPN)，图6中“花纹”代表带有花纹的轮胎，“A”代表改性沥青，“辉”代表辉绿岩。

在0～8h的搓揉阶段，由图6构造深度和摆值的变化趋势可见：(1)GAC-13和AC-13路面随搓揉时间的不断增加，其构造深度和摆值均不断减小，0～4h递减趋势明显，4h～8h这种递减趋势放缓趋于稳定；(2)初始阶段及搓揉8h后，GAC-13路面的构造深度和摆值均高于AC-13路面，说明GAC-13路面的抗滑性能优于AC-13路面。

图6 构造深度和摆值变化趋势Fig.6 Structure depth and value tendency

经过0h、2h、4h、6h、8h的搓揉实验，GAC-13和AC-13路面与轮胎的接触面积均呈递增趋势，由压强公式P=F/S，在轴载不变的情况下，接触面积越大，则接触应力越小，即平均应力随接触面积的递增而递减，平均应力越小则说明轮胎与路面接触咬合越差，则路面抗滑性能越差，这种平均应力递减与构造深度和摆值的递减趋势基本吻合，不难看出轮胎与路面的接触面积同样可以反映沥青路面的抗滑衰减规律，因此本文提出采用接触面积来表征路面轮廓丰富程度，从侧面来反映路面抗滑性能。

图7 AC-13接触面积与构造深度及摆值的相关性Fig.7 AC-13 contact area and the depth of the structure and the value relevance

为进一步验证轮胎与路面接触面积的变化与沥青路面抗滑性能的关系，特对同一搓揉时间阶段的压力胶片测得的接触面积与构造深度、摆值进行相关性分析，相关性分析如图7～图8所示。

图8 GAC-13接触面积与构造深度及摆值的相关性Fig.8 GAC-13 contact area and the depth of the structure and the value relevance

通过图7～图8接触面积与构造深度和摆值的相关性分析可知：大小量程胶片试验下，两种路面结构不同搓揉阶段的接触面积与构造深度和摆值的相关性均良好，相关性系数R2均大于0.8，说明接触面积可以和构造深度及摆值一样反映沥青路面抗滑性能的衰减规律。

3 结论

(1)随搓揉时间的增加两种路面结构与轮胎的接触面积均逐渐递增，0～4h递增趋势明显，4h～8h递增趋于平缓，无论初始未搓揉阶段还是搓揉8h后，GAC-13路面与轮胎的接触面积均小于AC-13路面，说明GAC-13路面结构表面轮廓更丰富，其抗滑性能更优。

(2)轴载不变的情况下，接触面积越大，则接触应力越小，即平均应力随接触面积的递增而递减，平均应力越小则说明轮胎与路面接触咬合越差，则路面抗滑性能越差。

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StudyofAsphaltPavementSkidResistanceAttenuationCharacteristic

LIU Jia-hui1，WANG Gang2

(1 Shanghai Municipal Engineering Design Institute (Group) Co.，Ltd，Guangdong Co.，LTD，Foshan 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