路面纹理对水泥混凝土抗滑性能的影响研究.pdf
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1、2 0 1 4年第 3期( 总 1 9 7期 ) 安徽建筑 交 通 工 程 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 一 路面纹理对水泥混凝土抗滑性能的影响研究 n f l u e n c e o f Pa v e me n t Te x t u r e o n Cl i n g Pr o p e r t y o f Ce me n t Co n c r e t e 郁培和 , 李业根 ( 1 蚌埠市公路局怀远分局 , 安徽蚌埠2 3 3 4 0 0 ; 2 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 , 安徽合肥2 3 0 0 8 8 ) 摘 要 : 从轮胎一路面间摩擦机理出发, 阐述不同的纹理对路面
2、抗滑 性 能及 交通安全性的影响 , 并比较我 国水泥混凝土路 面饰纹 工艺的抗 滑效 果。 关键词 : 路面纹理; 摩擦机理; 细构造; 粗构造; 抗滑性能 中图分类 号: U 4 1 6 2 1 6 文献标识码 : A 文章编号: 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 1 3 2 0 3 1 研究背景 路面抗滑性能一直以来被认为是影响道路交通安全性能 的重要因素, 它对行车速度大小、 方向控制以及制动距离作用 重大。路面抗滑性能不足将导致车辆产生滑移或水漂等现象, 从而引发交通事故。因此, 路面抗滑性能对于道路的社会性及 经济性都至关重要。 影响路面抗滑性能的
3、因素众多, 如路面表面特征、 车辆操 作因素、 轮胎性能以及环境因素等。 其中, 最为关键的是路面表 面特征。实践证明, 路表应具有一定的摩擦系数和纹理深度才 能够保证路面的抗滑性能。 所谓的纹理是指由于路面表面颗粒 的分散而形 成的凹凸或起伏不平 。 路面纹理是路面最重要 的特 征, 对轮胎与路面间的相互作用 , 如摩擦 、 噪声 、 飞溅及轮胎磨 损等影响巨大。 不同的纹理对路面抗滑性能的大小及耐久性作 用并不相同, 研究表明, 良好的纹理是路面抗滑性能的有效保 证, 对于交通安全有着极为重要的作用, 采用合适的工艺及路 面结构是获得良好纹理的关键。 本文介绍了国内外关于路面纹 理的一些研
4、究成果, 并对我国水泥混凝土路面常用的饰纹工艺 的抗滑效果做了对比。 2 纹理分类及测试方法 路面纹理以波长( A) 及振幅( ) 来定义。世界道路组织协 会( P I A R C ) 根据以上参数将纹理分成细构造 、 粗构造 、 宏构造 和平整度四类( 见表 1 o 路面纹理分类 表 1 研究表明, 细构造和粗构造对轮胎与路面的摩擦性能起着 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 4 1 4 F + Fq 趔4 0 妊 妊 瓣 糖 2 0 图 1 轮胎一 路面间摩擦机理 0 R 0 Km, h 牛 于 驶速度 图 2 潮湿状况下不同类型路面抗滑性能同速度之间的关系图 S 咖l 如姗 枷 鼍小时车
5、辆藏 图3 事故率、 路面抗滑性能及交通量关系图 虽 棚 毒 柏 如 帕 0 艇畔珠 辨 。 。 。 。 。 。 l 0 H 带v粹糕 安徽建筑 2 0 1 4 年第 3 期( 总 1 9 7 期 ) 重要作用。 细构造一般是由于水泥砂浆和集料表面的粗糙而形 成的, 它可以使残留在路面的薄层水膜破坏 , 从而维持路面与 轮胎问的接触 , 对 车辆 低速行驶 时的抗滑 力作 用显著 f 3 I。 细构造测量方法分为直接测量方法和间接测量方法。 直接 测量方法是在规定时间内对试件进行磨光试验后再用摆式摩 擦仪测定其摩擦力, 此值即磨光值( P S V) , 该方法主要用于做 室内试验研究;间接测量
6、方法应刖较为广泛的有摆式摩擦仪 ( B P T) 及动态摩擦系数仪( O F T) 。这两种方法的都是利用能量 守恒原理测定路面摩擦对能量的消耗从而获得摩擦值大小。 一 些测试车也被用来测量路面摩擦系数, 如锁轮车、 S C R I M等。 路面粗构造主要是和混合料的组成( 集料粒径 、 形状、 空隙 和排列等) 及表面处理方式有关。粗构造为路面积水提供了渠 道, 使水分可以在轮胎下排出, 因此对潮湿路面下行车作用很 大, 可有效防止或减少车辆的飞溅及打滑现象 , 提高了行车的 安全性 。 路面粗构造的测量方法主要分为铺砂法、 断面仪法和流出 仪法。铺砂法利用一定体积下的砂摊铺于路表面, 通过
7、测量铺 砂的直径获得路面平均构造深度 。 激光断面仪是应用较为广泛 的粗构造测量方法,该法利用光学原理计算路面构造深度, 适 用性强 , 人为因素小。 3 轮胎一路面间摩擦机理 路面摩擦力是产生在轮胎与路面之间阻止两者发生相对 运动的力。当轮胎在路面转动或移动时就会有摩擦力产生。 路面的摩擦力可分为两部分: 一部分源于分子间引力的粘着分 量; 另一部分源于橡胶形变产生的滞阻分量, 如下式所示。 十 ( 1 ) 式中: F为损失总能量 ; F A 为粘着分量; 为滞阻分量。 粘着分量是由于轮胎橡胶和路面微粒间接触时的啮合和 吸引作用所产生的。 对轮胎进行磨损试验后 ,可在轮胎表面 找到粘着在其上
8、的路面磨粒 。同样, 在路面上也可发现粘着在 其上的橡胶磨粒。另外, 轮胎与路面间发生的静电吸引也是轮 胎与路面间发生粘着的一个证明。 将轮胎与路面间粘着点剪断 所需的力就是摩擦力的粘着分量。由粘着作用而产生的摩擦力 主要取决于路面微观构造、 轮胎与路面接触面之间的压力及实 际接 触面积。 滞阻分量是当轮胎经过粗糙的路表时, 轮胎橡胶产生变形 并在一定的能量恢复下所产生的 因为与金属材料不同, 橡胶 是一种弹性非常好的材料。 在路面较大的微凸体及胎面花纹等 的作用下 , 胎面会反复产生较大的弹性变形, 这种弹性变形所 产生的变形力与弹性变形恢复力的合力也构成了摩擦力的一 部分。由于存在弹性滞后
9、等的影响, 弹性变形恢复力总是要小 于弹性变形力。 不同胎面花纹的轮胎在纵向或横向载荷作用下 将产生完全不同的变形情况 , 这充分说明了橡胶弹性变形对轮 胎与路面间摩擦力产生的作用。闽此, 滞阻分量主要和胎面花 纹以及路面较大尺寸的微凸体即粗构造有关 ( 见图 1 ) 。 4 纹理对路 面抗滑性能及 交通 安全性的影响 不同的纹理将会对路面抗滑性能产生不同的作用。 一般来 说, 根据路面的细构造和粗构造路面可分为以下几类: 高质量摩擦, 高质量纹理 , 即粗构造和细构造都良好; 低质量摩擦 , 高质量纹理, 即粗构造良好 、 细构造不良; 低质量纹理, 高质量摩擦 , 即细构造 良好 、 粗构
10、造不良; 低质量纹理, 低质量摩擦 , 即细构造和粗构造都不良。 以上几种类型在潮湿路面下都具有各 自的抗滑性能一速 度关系特点, 见图 2 。由上图分析知 , 低速行车下细构造对路面 抗滑性能具有 显著 的作用 。随着速度 的增 加 , 路面与轮胎间的 有效接触面积减少, 抗滑性能也随之减弱, 但通过粗构造排除 水分, 保证了轮胎与路面间一定的接触 , 所以在良好的粗构造 作用下, 摩擦系数不会有急剧的变化。而在粗构造不良的状况 下, 抗滑性能减小的速率要快的多5 1。 路面潮湿的情况下对纹理的要求更加严格, 因为水的存在 使抗滑性能大幅度降低。有资料显示, 一般干线公路上的雨天 事故比例为
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