基于宏观轮廓的沥青路面抗滑性能试验研究

发布时间：2021-07-03 19:45

随着社会文明程度的提高，道路行车安全越来越被人们所重视。提高沥青路面抗滑性能已成为保证交通安全的关键技术，，轮胎与粗糙表面接触特性是提高路面抗滑能力的关键。本文基于宏观轮廓开展沥青路面抗滑特性及其试验研究，从轮胎与路面的界面接触特性分析沥青路面抗滑机理及影响抗滑性能的关键因素。采用压力胶片检测技术，开展不同宏观轮廓水平下的对比试验研究，揭示了轮胎与不同轮廓特征的路面界面接触特性，包括应力集中状态，从而验证路面宏观轮廓对抗滑性能的重要性。为测量沥青路面宏观轮廓，自主研发基于激光测距技术的高精度（10μm）轮廓测量仪，从准三维尺度测定沥青混合料表面宏观轮廓及衰减特性，提出了轮廓峰顶夹角和峰顶夹角衰减率等抗滑性能和抗滑耐久性评价指标，提出轮廓峰顶夹角小于90度（锐角）的比例为有效保证率，用于评价沥青路面抗滑性能衰减特性；提出了抗滑沥青混合料基于60℃标准温度和8小时标准评价时间搓揉试验抗滑性能评价标准为轮廓峰顶夹角有效保证率不小于70%。采用高精度（0.1mm）工业CT技术，针对沥青路面表层结构约1~2cm范围内的抗滑构造影响深度，探索从准三维尺度以角度描述和分形描述为基础的宏观轮廓提取和衰减分析；进而以沥青路面细观结构体积特性为理论基础，从三维尺度进一步分析沥青路面宏观轮廓衰减特性，提出了颗粒面积比、体积空隙率、抗滑构造敏感区衰减率等抗滑性能和抗滑耐久性评价指标；提出了抗滑沥青混合料基于60℃标准温度和8小时标准评价时间搓揉试验抗滑性能评价标准为体积空隙率不小于10.6%，抗滑构造敏感区衰减率不大于34%。研发以搓揉试验为原理的室内搓揉试验装置，模拟沥青路面行车荷载对抗滑性能的加速加载作用，采用单一粒径环氧树脂混合料验证搓揉试验模拟行车荷载作用的压密或磨耗效应，并建立相应的抗滑性能评价方法体系，揭示沥青路面基于宏观轮廓的的抗滑特性。基于搓揉试验，采用传统的构造深度和摩擦系数等常规试验方法以及自主研发的轮廓测量仪试验方法对骨架密实型断级配GAC-13和密实悬浮型AC-13抗滑沥青混合料进行抗滑耐久性研究；进而对骨架密实型断级配GAC-13抗滑沥青混合料四种不同间断级配采用工业CT技术进行抗滑耐久性研究，以寻求具有良好初始抗滑性能和耐久性的抗滑沥青混合料设计。为验证室内试验研究成果，铺筑了实体工程，采用本文研发的测量手段和常规抗滑性能评价手段进行跟踪观测和对比分析，发现抗滑构造敏感区（深度）、体积孔隙率与摩擦系数、构造深度等常规指标具有较高的相关性。但基于搓揉实验和轮廓测量仪的室内抗滑性能研究结果与实体工程现场试验结果差异较大，初步分析与室内试验车辙板成型工艺与实体工程压实工艺差别显著有关。因此，如何改进现场摊铺碾压施工工艺以提高沥青路面抗滑性能，是今后值得研究的方向。本文研究可显著改善沥青路面抗滑表层设计过分依赖经验的落后现状，实现科学设计沥青路面抗滑性能，从而降低资源与造价浪费，提高路面安全性能。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U416.217

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 沥青路面抗滑机理研究

1.2.2 沥青路面抗滑性能评价方法

1.2.3 抗滑沥青混合料及配合比设计方法研究

1.2.4 基于激光技术的沥青混合料轮廓评价技术

1.2.5 基于工业 CT 技术的沥青混合料三维图像处理技术

1.3 本文主要研究内容与预期成果

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 预期成果

1.4 本章小结

第二章基于界面接触特性的抗滑性能机理研究

2.1 基于界面接触特性的沥青路面抗滑机理研究

2.2 沥青路面宏观轮廓对抗滑性能的影响

2.3 基于压力胶片检测技术的沥青路面接触特性研究

2.3.1 接触界面测试方法的选择

2.3.2 压力胶片试验

2.3.3 试验结果分析

2.4 本章小结

第三章沥青路面轮廓的测量与评价方法

3.1 基于激光测距技术的路面轮廓测量仪器的研发

3.1.1 激光轮廓测量仪

3.1.2 设备操控系统

3.2 激光轮廓测量方法与精度标定

3.2.1 测量方案

3.2.2 测量描述及去噪与滤波处理

3.3 沥青路面宏观轮廓特征表述与评价指标

3.4 本章小结

第四章抗滑沥青混合料轮廓及其耐久性评价方法

4.1 基于 CAVF 法和断级配设计理论的材料设计方法

4.1.1 断级配设计理论

4.1.2 CAVF 级配设计法

4.2 沥青路面抗滑性能及其耐久性的室内模拟试验设计及方法

4.2.1 试验装置

4.2.2 试验机理

4.2.3 试验机参数

4.2.4 试验方法

4.3 试验方案设计

4.3.1 级配组成因素

4.3.2 试验温度因素

4.3.3 试验时间因素

4.3.4 石料因素

4.4 基于搓揉试验的抗滑性能评价及变化规律

4.4.1 试验结果与分析

4.4.2 抗滑性能耐久性评价指标及分析

4.4.3 基于搓揉试验的抗滑性能评价试验参数的确定

4.5 本章小结

第五章基于轮廓测量仪的沥青混合料轮廓评价方法

5.1 试验因素分析及方案设计

5.1.1 试验因素

5.1.2 试验方案设计

5.2 搓揉试验模拟试验工作模式分析

5.2.1 基于常规试验性能的分析

5.2.2 基于激光轮廓测量仪的分析

5.3 激光轮廓测量试验结果及分析

5.3.1 依据不同搓揉时间对比分析

5.3.2 依据不同搓揉温度对比分析

5.3.3 依据不同级配类型对比分析

5.3.4 依据不同石料类型对比分析

5.4 本章小结

第六章基于工业 CT 技术的沥青混合料轮廓评价方法

6.1 基于工业 CT 技术的试验方案设计

6.1.1 试验方案设计

6.1.2 工业 CT 设备

6.2 基于角度描述的表面接触特性提取与评价

6.2.1 粗集料沿长轴方向夹角变化分析

6.2.2 抗滑沥青混合料宏观轮廓接触角度变化分析

6.3 基于分形描述的路表轮廓提取与评价方法

6.3.1 基于工业 CT 技术的路表轮廓提取

6.3.2 基于分形描述的路表轮廓描述与评价

6.4 基于搓揉试验的抗滑构造体积组成特性及其变化规律

6.4.1 抗滑构造及其耐久性的细观结构评价指标

6.4.2 基于粗集料颗粒面积比评价级配抗滑构造的耐久性

6.4.3 基于体积孔隙率评价级配抗滑构造的耐久性

6.5 本章小结

第七章工程验证

7.1 配合比设计

7.1.1 原材料

7.1.2 GAC-13 目标级配组成设计

7.2 施工过程

7.2.1 施工质量评价

7.2.2 抗滑性能评价

7.3 开放交通后抗滑性能跟踪评价

7.3.1 通车半年内的跟踪结果

7.3.2 通车一年内的跟踪结果

7.4 构造敏感区衰减率、体积孔隙率与常规抗滑性能指标之间的关系

7.5 基于轮廓测量仪的跟踪评价

7.6 本章小结

结论与展望

主要结论

主要创新点

有待进一步研究的问题

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

附件

【参考文献】