为研究沥青路面材料抗滑性能衰变规律，本文对沥青混合料开展加速磨耗试验，采用摆值和构造深度对其抗滑性能进行评价，对沥青混合料加速加载抗滑衰变的影响及沥青路面抗滑衰变拟合进行分析，从所得结果可知，沥青混合料的路用性能满足基本要求。
关键词：沥青路面 | 抗滑性能衰变规律 | 抗滑薄层 | 加速磨耗试验
当前公路交通具有快速和重载的特点，除了满足基本通行能力之外，道路交通还需兼具安全性以及适用性等。沥青路面抗滑性能对其行车安全有着较大的影响。车辆的反复磨损容易使沥青路面表层出现变形，当其变形程度较大从而磨光路面集料时，会导致路面抗滑性能受到影响。
沥青混合料配合比
抗滑薄层对沥青混合料的持久性有着较大的影响。为对薄层抗滑材料抗滑性能衰变规律进行研究，需先制备符合要求的沥青混合料。在沥青混合料表面涂抹薄层抗滑材料，再对其开展磨耗试验。
在设计配合比时，因沥青混合料路用性能主要取决于沥青混合料的体积指标，因此为确保其体积指标能够满足要求，本文在配合比设计时采用的是筛选集料，再合成级配的方式，如图1所示。
将筛选之后的集料再次进行划分，沥青混合料目标集配比例可通过集料筛孔通过率和级配曲线通过计算获取，从而确定沥青混料的zui佳油石比。本文以马歇尔试验确定沥青混合料的zui佳油石比。基于不同油石比条件下开展的马歇尔试验所得到的力学指标确定沥青混合料的zui佳油石比。基于篇幅所限本文将直接给出结果：AC-13沥青混合料为5.2%的zui佳油石比，SAM-13沥青混合料为6.1%的zui佳油石比。
抗滑薄层主要以沥青混合料作为载体，因此对抗滑薄层进行评价，要求沥青混合料的路用性能须满足基本要求。
为对高温下沥青混合料的抗变形能力进行研究，本文对其开展了车辙试验。此次车辙试验所用仪器为室内轮碾成型机。鉴于篇幅所限，本文将直接给出答案，从实验结果可知，该沥青混合料满足高温稳定性要求。具体如表1所示。
为对沥青混合料抵抗水损害性能进行研究，本文对其开展了浸水马歇尔试验。试验通过测定马歇尔稳定仪上浸水试件与标准试件的稳定度来评价沥青混合料的抗水损能力。所得结果如表2所示，沥青混合料残留稳定度满足要求。
为对沥青混合料的水稳定性进行评价，本文以冻融劈裂试验的方式测定期水损害前后强度的比值。在室温条件下保存一组试件，在真空保水环境下保存另一组试件，并对其进行冻融循环，所得结果如表3所示。可知其满足稳定性要求。
沥青路面加速加载磨耗试验
在沥青混合料试块表层涂抹上抗滑波薄层材料，再将在操作台上进行固定。
FAP1000/FAP1000-R 全自动 Wehrwr/Schulze 路面材料抗滑抗磨耗测试系统
满足规范：EN 12697-49 2014
Wehner/Schulze方法，是用来测试路面材料抗滑性能预测和抗磨耗性的完整实验室测试装置。多所大学和材料测试机构经过多年研究，通过多年试验总结经验，开发了一种新的 FAP 试验系统。
这种测试方法能够测试直接从实际道路上取得的试件、或者试验室混合和压实的试件，可以模拟车辆在路面上的磨耗作用。在不同大学和材料测试机构的多年研究工作和对测试结果分析的基础上，我们开发了一种新的 FAP（磨耗后摩擦）系统。
德国wille这款新的全自动 Wehrwr/Schulze 路面材料抗滑抗磨耗测试系统忠于开始的技术测试概念，工程师对组件的机械和电子零件进行了现代化和进一步优化，并根据国际技术要求和工业标准使系统的操作更加简便。同时拥有了新的软件解决方案。
产品特点
▍更好的搅拌器和水泵，用于混合和泵送研磨料
▍在原技术理念抗滑测量台的基础上，采用新开发的高精度扭矩测量系统
▍结合全自动测试程序进行磨耗和抗滑测量
▍不锈钢结构，防腐蚀，使用寿命长
▍新型耐腐蚀温度控制系统
▍可编程测试过程，用于磨耗、清洁和测量等
▍高品质工业控制器，带触摸屏和图形显示，可同时监控测量值和测试过程
▍提供带有图形输出的不同控制模式和功能，包括测试头的转速设定
▍通过 Windows10 的软件解决方案进行控制，数据采集，监视和测试报告
▍与 PC 的以太网连接以进行数据分析
▍提供用于将不同试件安装在 Wehner/Schulze 测试设备中的不同模具
主要配置
德国wille全自动路面材料抗滑抗磨耗测试系统设备由控制柜、石英 + 水处理磨料混合物站、磨耗和摩擦测量工作站、两个旋转头、一个用于磨耗、一个用于测量测试件表面上的摩擦力、试件安装台等部分组成。
在将试件安装到安装模具上之前，须对其进行准确的平整处理，试件表面不平整会影响磨耗和摩擦的测量。
将直径为 225mm 的取芯试件或 320mm x 260mm 的矩形试件固定在模具上，并牢固地安装到设备的安装台上，以使工作台和试件表面平行。试件安装台将会自动在磨耗站和摩擦测试站之间滑动。
为研究沥青路面抗滑性能与级配和集料之间的关系，本文以加速磨耗试验对AC-13石灰岩和玄武岩，SMA-13玄武岩开展了研究。并对比分析所得摆式摩擦系数以及构造深度的变化情况。在温度为40°C环境下的加速磨耗试验结果如图3、图4所示。
从试验结果可知，沥青混合料的BPN值以及构造深度值随时间的不断增加而逐渐变小。从图中可知，沥青混合料试件抗滑性能的衰变可按3个阶段进行划分，分别是快速降低，平缓下降以及稳定阶段。
(1)SMA-13玄武岩比起AC-13玄武岩而言具有更小摩擦摆值初值。从结构的角度出发，作为骨架密实型的SMA-13玄武岩材料所需的沥青用量更多。因材料中的集料被沥青薄膜所包裹因此沥青用量对摆值初值有所影响。此外，AC-13表面细集料更多，因而填充了结构空隙，使颗粒间具有更强的联系;SMA-13表面粗集料更多，因而表面深度更大，在测定摆值时仪器与其接触面相比于AC-13混合料而言要小，固SMA-13摆值初值较小。
(2)SMA-13玄武岩比AC-13玄武岩的构造深度大。分析原因可知，SMA结构属于骨架密实型，因此具有较多的粗集料，因此相比于密实级配型AC-13而言骨架密实型SMA-13构造深度较大。沥青混合料在加速磨耗试验中的压密变形阶段中，沥青混合料内部胶浆有所上浮，从而降低其构造深度，并且在加速磨耗时磨平了沥青混合料的表面凸起物，从而使得细集料将其空隙填满，进一步降低其构造深度。
(3)在相同的沥青用量以及级配条件下，不同集料的AC-13玄武岩和石灰岩具有基本一致的摩擦系数摆值和构造深度值，表明对于沥青混合料的初始摆值级而言沥青用量有较大的影响。AC-13玄武岩具有较大的衰变终值，AC-13石灰岩具有较大的衰变速率。集料种类不同时其表面构造不同，两种沥青混合料具有相似的初始摆值，但随着磨耗时间不断增加，两者的抗滑衰变差异也有所上升。相比于玄武岩而言，石灰岩具有更大的磨耗值，试验时集料具有更严重的表面磨损，因此其具有较快的衰变速率。相比于石灰岩而言，玄武岩具有更大的磨光值，因此玄武岩具有更高的耐久性，故玄武岩的衰变终值较高。
综合上述分析可知，集料磨耗值以及磨光值都会影响到沥青混合料的抗滑衰变速度和衰变终值。
温度对沥青混合料加速加载抗滑衰变的影响
沥青混合料是感温材料中的一种，在其拌和过程中需严格控制温度，并且在沥青混合料使用时温度也会对其性能造成影响。本文对AC-13玄武岩开展加速磨耗试验以获取温度对沥青混合料抗滑衰变的影响，结果如图5、图6所示。
从试验结果可知，随着温度的上升，沥青混合料试件的摩擦摆值以及构造深度的衰减率有所上升。当相同的试验环境以及沥青混合料条件下，试件的抗滑性能随着不断升高的温度表现出不断降低的趋势。此外，对于抗滑指标的衰减规律而言，温度变化对其并不会产生影响。在不同温度下试件具有基本一致的抗滑衰减规律。为确保沥青混合料试件具有较好的抗高温性能，可采用60℃的试验温度。
沥青路面抗滑衰变拟合分析
沥青路面使用时的变化规律可依靠抗滑衰变过程进行反映。为研究沥青路面抗滑性能在不同影响因素下的变化情况，本文将对数据点进行分析，以将其拟合到数学模型中。基于上述试验结果，本文采用Asymptotic数学模型对其进行拟合，以获取不同级配条件下沥青混合料的抗滑衰变函数关系。在拟合时，本文引入衰变幅度以及衰变终值系数，使拟合结果与实际情况更加相符。将衰变速率以函数表示为一阶导的形式，具体如图7所示。
从上图可知，混合料衰变前期具有较快的衰变速率，后期则是趋于平缓，终为0值。从衰变图可知，小于3000次作用次数时沥青混合料的衰变速率具有加大数值，表明其变化程度较为显著。在车辙试件表面包裹有沥青胶浆，在刚开始加速磨耗时沥青胶浆有着较多的磨耗，从而使其抗滑性能指标具有较大的衰变速率值。当表面沥青胶浆被磨耗完之后集料显露出表面凸块，因此在衰变后期磨耗的主要是集料，即表现为集料提供给沥青混合料抗滑性能，因集料的力学性能较为良好，因此其后期表现出较为平缓的衰变过程。从图中可知在级配相同时衰变前期相比于石灰岩而言玄武岩衰变速率较大。沥青能够较好的粘附到石灰岩，故玄武岩的衰变速率较大，相对而言其沥青薄膜前期较早脱落，集料提供抗滑的时间较早。沥青混合料的抗滑衰变速率与集料粘附性有较大的联系，粘附性较差的集料在磨损之后会对沥青薄膜造成影响，从而降低其抗滑指标，当继续进行磨耗时，沥青混合料具有更大的表面剥落率时，由集料提供给沥青抗滑性能，因此在后期衰变时的抗滑性能主要由集料提供。
结语
(1)从摩擦摆值初值的角度出发，SMA-13玄武岩材料小于AC-13玄武岩材料;从构造深度的角度出发，SMA-13玄武岩材料则比AC-13玄武岩材料大，表明对于沥青混合料的抗滑性能而言级配类型也是影响因素之一。
(2)AC-13石灰岩的衰变终值比AC-13玄武岩的小，AC-13石灰岩的衰变速率比AC-13玄武岩的大。说明集料类型是影响沥青混合料衰变终值以及衰变速率的因素之一。当试验温度为60°C时具有更快的衰变速率，因此在建议试验时采用的试验温度为60°C。
全文完 发布于《道路工程》2020年第4期 如涉侵权，请联系删除
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