不同集料磨光值对沥青路面摆值的影响

张维仁，张耀东，王永平

(1. 内蒙古锡林郭勒盟 公路管理处，内蒙古 锡林浩特 026000；2.内蒙古农业大学 能源与交通工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018；3. 重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074)

不同集料磨光值对沥青路面摆值的影响

张维仁1，张耀东2，王永平3

(1. 内蒙古锡林郭勒盟 公路管理处，内蒙古 锡林浩特 026000；2.内蒙古农业大学 能源与交通工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018；3. 重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074)

集料的抗磨光性是影响沥青路面抗滑性能的众多因素中的主要因素。通过磨光试验以及加速加载试验研究发现，经过70万次作用后磨光值基本趋于稳定，3种集料磨光值呈指数形式衰减，磨光值大小为：玄武岩碎石>石灰岩碎石>破碎卵石。3种碎石磨光值衰减速率：玄武岩碎石<破碎卵石<石灰岩碎石。选取AC-13C级配，利用MMLS3加速加载仪在固定试验条件下进行室内模拟试验，经过200万次轮载作用后，摆值基本趋于稳定，其大小关系为：玄武岩碎石沥青混合料>破碎卵石沥青路面>石灰岩碎石沥青路面。利用SPSS软件对数据进行分析，得出沥青路面的抗滑性能呈对数形式衰减，3种碎石沥青路面抗滑性能衰减规律与集料的磨光值衰减规律相似，说明集料抗磨光性能是影响沥青路面抗滑性能的一个主要因素，玄武岩碎石更适合用于沥青路面上面层。

道路工程；集料；磨光值；路面抗滑

随着我国道路建设发展，我国高速公路与低等级公路总里程已经位于世界前列。但是随之而来的一些病害，严重的影响了路面的使用功能以及使用寿命，其中路面抗滑性能随着使用年限的增长不断下降[1-2]。这一情况严重影响了道路行车安全，成为道路交通事故中主要原因。道路抗滑性能主要由集料和级配决定，其中级配决定了道路的宏观构造而集料表面粗糙程度决定了路面的微观构造[3-6]。路面宏观构造主要在车辆高速行驶下提供抗滑能力，而微观构造不仅在高速状态下提供抗滑性能而且在低速下也起到决定性作用[7-8]。为了研究重庆地区不同种集料磨光值与沥青路面抗滑性能之间的关系，使用重庆交通大学MMLS3加速加载仪进行室内模拟试验。

1 集料磨光值试验研究

1.1 集料磨光试验结果分析

具体磨光试验根据T0321—2005《公路工程集料试验规程》具体操作步骤及条件进行。

1.2 集料磨光试验结果分析

通过试验测试将每个产地的两组试件的磨光值取平均值,如表1;利用SPSS软件进行回归分析，回归分析结果如表2。

表1 不同产地集料磨光值

表2 回归参数

根据回归结果可知，粗集料磨光值随着磨光次数的增加摆值呈指数形式衰减。指数回归相关性较高，相关系数在0.86以上，具体参数见表2；图1是磨光值与时间的关系。

由图1可以看出石灰岩碎石的磨光值在6 h以前衰减较快，之后衰减较为缓慢。而玄武岩碎石与破碎卵石在10 h前衰减较为缓慢，在10 ～15 h之间磨光值衰减加快，之后又趋于缓慢衰减。3种碎石的磨光值衰减主要集中在21 h前，3种碎石21 h前磨光值衰减速率分别达到：石灰岩1.4、玄武岩1.19、破碎卵石1.29。由表2可知3种集料的磨光值衰减幅度石灰岩最大为33.2，玄武岩最小为27.6。石灰岩前期衰减较快是因为其组成成分方解石、白云石抗磨光性能较差，在初期集料表面微观构造被磨光较为严重，另外两种岩石因为组成成分钾长石、石英、斜长石、单斜辉石具有较高的抗磨光性能，所以抵抗磨光能力较强。但是经过36 h磨光作用3种集料磨光值基本上趋于稳定，石灰岩碎石达到24.2，玄武岩碎石达到28.4，破碎卵石达到26.4，所以玄武岩碎石更适合用于沥青路面上面层[6-9]。

图1 磨光值与时间的关系Fig.1 Different grinding value at different time

1.3 磨光值影响因素分析

在试验过程中发现集料的磨光值不仅决定于磨光次数，而且还受到其他因素影响。其中主要的因素是实验轮的轴载对实验结果有一定的影响，若荷载较大则磨光值衰减较快反之较慢。其次金刚砂流量也会对其有一定的影响，砂量越大磨光值衰减也比较快。最后温度、水的流速等等也会有影响。而磨光值的测定影响因素则较多[10-11]：首先滑溜块在试件上滑动长度影响最为明显，滑动长度越长摆值越大相反则较小。其次温度对摆值也有一定的影响，温度越低摆值越大反之越小，所以在测试前要将试件放在20 ℃水中保温到测试温度。最后容易忽略的因素例如油渍的污染、试件表面金刚砂未浸洗干净，调指针螺丝未拧紧等。所以在试验中一定要严格控制这几项条件，才能保证试验的准确性。

此外在试验过程中经常会遇见这样一些问题影响试验的准确性，比如：断件、掉粒、边角断缺等问题。这是因为在制件过程中存在粒料表面覆盖有少量的砂或者集料没有清洗干净导致环氧砂浆与集料表面的粘结力不够，在外力作用下导致脱落。另外一种情况就是因为环氧砂浆中环氧树脂较少或者是固化剂没有足够的用量造成黏结力不够或者环氧树脂没有充分固化。另外在刮平环氧砂浆时候如果砂浆太稀，在养护的时候两端的砂浆会向中间流动造成表面不平整，在试验时会出现空隙，当胶轮碾压过时对其造成冲击作用，所以会出现断件情况。所以在制件过程中一定要保证按照正确的方法操作，避免出现上述情况影响试验结果。

2 MMLS3小型加速加载试验机简介

2.1 仪器简介

MMLS3小型加速加载试验仪是由南非MLS公司开发研制，其中轮胎接地面积是标准车辆轮胎的1/3，并且具有质量轻便、方便运输、体积较小等优势，是用于沥青路面以及机场跑道材料测试有效的小型试验机。不仅可以用于室外试验检测还可以用于室内模拟试验，在同一测试区域和足尺道MMLS10配合使用，其试验结果与实际路面情况更加具有可比性。MMLS3小型加速加载试验仪主要由温控系统、干湿度系统、荷载系统、控制系统等组成。测试深度最厚可达12.5 cm，并且可以模拟温湿度对路面影响。

2.2数据分析

目前，我国主要采用横向力系数(SFC)和构造深度(TD)对沥青路面抗滑性能进行评价，利用摆值(BPN)进行辅助评价。将3种集料分别进行3次试验，并对测试数据分析，结果见表3～表6和图2。

表3 试验周期与BPN，SFC的关系(石灰岩)

(续表3)

周期t/hBPNSFC60周期t/hBPNSFC60周期t/hBPNSFC60467.777.053851.737.6814443.818.32564.870.004250.534.7316445.823.25763.767.214655.647.3618445.221.77962.363.765453.742.6020443.116.521161.160.986253.341.7822445.422.261560.759.837053.341.7824445.823.251954.544.747850.133.7426444.921.11

表4 试验周期与BPN，SFC的关系(玄武岩)

表5 试验周期与BPN，SFC的关系(破碎卵石)

表6 试验周期与TD的关系(不同集料沥青混合料)

图2 3种抗滑指标与轴载次数关系Fig.2 3 kinds of anti-sliding index correlated with the number axis load

由图2(a)，(b)可知3种碎石配制而成的沥青混合料，在200万次轴载作用后其摆值趋于稳定；在100万次轴载作用后构造深度也趋于稳定。构造深度在0～30万次荷载作用之间，其衰减幅度较大；30～80万次荷载作用之间，其衰减幅度较为缓慢；80～100万次构造深度衰减基本稳定。玄武岩混合料构造深度达到0.35 mm；石灰岩混合料构造深度达到0.28 mm；破碎卵石混合料达0.31 mm，这3者全部小于竣工验收要求值0.55 mm。这是因为经过30万次荷载作用沥青路面被车轮进一步压实，构造深度迅速下降。经过100万次荷载作用后沥青路面基本上被压实，所以构造深度趋于稳定。由图2(a)可知摆值的衰减规律经过3个阶段趋于稳定，首先在30万次荷载作用后，沥青路面被进一步压实孔隙率减小，所以在这个阶段3种碎石沥青混合料摆值衰减较快。在50～60万次之间摆值有明显的提高，结合试验可知在此期间有沥青路面存在沥青剥落的情况，这使得沥青路面有更多微观构造参与道路抗滑作用，所以抗滑性能有短期的提高。在此之后，沥青路面结构基本上趋于稳定，此时影响沥青路面抗滑性能的主要因素是集料的抗磨光性[11-13]。

表7是轴载次数与BNP，SFC和TD的关系。

表7 轴载次数与BNP，SFC，TD的关系

(续表7)

岩石类型指标方程模型汇总参数估计值R方程Fdf1df2Sig.常数b1玄武岩TD对数0.903222.27812400.766-0.086指数0.842128.0212400.643-0.007破碎卵石TD对数0.917264.13312400.781-0.104指数0.866154.96412400.638-0.010

摆值与横向力系数之间的回归方程为[14-15]：

BPN=0.406 4SFC60+36.353,s=0.82

(1)

式中：BPN为摆值；SFC60为60 km/h横向力系数。

设计年限内一个车道上累计当量轴次Nε：

(2)

式中：Nε为设计年限内一个车道的累计当量轴次(次/车道)；t为设计年限；N1为营运第一年双向日平均当量轴次；γ为设计年限内交通量平均增长率；

η为车道系数。

由式(2)可知，一般设计年限为15年的高速公路单车道设计交通量约为1 200万轴次。此外在室内模拟试验时轮胎接地压力为0.85MPa，是标准轮胎接地压强0.7MPa的1.2倍。

根据这一关系，将摆值换算成横向力系数具体见表5。利用SPSS软件，对BPN,SFC,TD与轴载次数之间的关系分别进行指数与对数回归分析，具体结果见表8。

表8 抗滑技术指标

3种碎石沥青混合料的3个指标对数回归相关性较高，回归系数大于0.9，指数回归相关性较差,相关性系数最大为0.86。在200万次荷载作用后，石灰岩碎石沥青混合料横向力系数为23；破碎卵石沥青混合料横向力系数为44；玄武岩碎石沥青混合料横向力系数为48，只有石灰岩碎石沥青混合料小于JTJ073.2—2001《公路沥青路面养护技术规范》[16]中SFC的要求值40。

利用表3回归参数建立回归方程，求得SFC=40时玄武岩碎石沥青混合料需要400次轴载作用，破碎卵石需要390万次作用。将轴载次数转化为实际轴载次数作用分别为480，468万次，相当于设计年限为15年，单车道交通量1 200万次道路6年的交通量。3种岩石相比较而言，玄武岩碎石更能够满足沥青路面抗滑性能要求，石灰岩碎石不宜用于沥青路面抗滑表层。由于破碎卵石显酸性与沥青粘附性较差，在荷载与雨水作用下沥青剥落较严重，一般不宜用于沥青路面[17]。

3 结 论

通过对比集料磨光值与沥青混合料抗滑性能衰减规律可知，集料的磨光值主要呈指数形式衰减，沥青混合料抗滑性能呈对数形式衰减。这说明集料磨光值对沥青路面抗滑性能有一定的影响，但通过预测横向力系数为40时，得出轴载次数相当于6年的交通量，说明单单通过改变集料的种类仍然不能改善沥青路面抗滑性能，所以要结合集料的磨光性综合考虑其他影响因素。

1)通过对3种集料压碎值、磨光值、磨耗值试验分析，得出玄武岩碎石、石灰岩碎石、破碎卵石3种集料的压碎值与磨耗值之间具有线性相关关系，相关系数大于0.97。利用SPSS软件对3种集料的磨耗值与压碎值、磨光值进行回归分析，这3者之间存在共线性问题。利用逐步删除法剔除变量磨耗值之后，得出压碎值与磨光值之间具有线性相关性，集料压碎值越小，磨光值越大。

2)通过MMLS3小型加速加载试验仪室内模拟试验可知，3种集料沥青路面摆值衰减规律以及构造深度衰减规律都呈对数形式，并且具有较好的相关性相关系数大于0.9。经过200万次轮载作用后，相当于设计年限为15年，单车道交通量1 200万高速公路6年的交通量。3种集料沥青路面摆值都趋于稳定，石灰岩碎石沥青路面为45，玄武岩沥青路面为56，破碎卵石沥青路面为54。

3)经过200万次轴载作用后，将摆值换算为横向力系数与SFC进行比较发现：只有石灰岩碎石沥青路面的SFC=23小于要求值40，另外两种沥青路面全部大于规范规定值40，其中玄武岩碎石沥青路面SFC=48，破碎卵石沥青路面SFC=44。3种碎石中，玄武岩碎石更适合用于沥青路面上面层。

4)经过120万次轮载作用后，3种集料沥青路面出现车辙。此时的构造深度基本上趋于稳定，玄武岩沥青路面达到0.35 mm，破碎卵石沥青路面为0.31 mm，石灰岩碎石为0.28 mm。在同样的级配下，不同的集料对沥青路面的构造深度，也有一定的影响，其中玄武岩能够提供更大的构造深度，石灰岩最小，破碎卵石居中。

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Different Aggregate Polished Value Effect on the Swing Value of Asphalt Pavement

ZHANG Weiren1，ZHANG Yaodong2，WANG Yongping3

(1. Inner Mongolia Xilinguole Meng Highway Management Office，Xilinghot 026000，Inner Mongolia，P.R.China； 2.College of Energy and Traffic Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，Inner Mongolia， P.R.China；3.School of Traffic Transportation，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P.R.China)

Wearing and smoothening resistance of aggregates was the primary factor out of many factors affecting anti-skiding performance of asphalt pavement. Through experimental research, it was found that after 700 000 times wearing and smoothening, the polished value became basically stable and the polished values of the main three types of aggregates were decreased in exponential scale with polished value in order of: basalt crushed rock >crushed limestone >broken pebble. In-house simulating test was conducted with selected grading of AC-13C, by use of MMLS3 acceleration loading meter and under fixed testing condition. After 2million times of wheel loading were performed ,the swing value almost came to stabilization with its size relationship as:basalt gravel asphalt mixture >crushed pebble asphalt pavement >crushed limestone asphalt pavement. Software SPSS was used to data analysis and the results show that the asphalt surface slip resistance attenuation is in a logarithmic form and anti-sliding performance attenuation of three types of asphalt pavement with gravels is similar to polish value attenuation of the aggregates, which indicated that anti-wearing and polishing performance of aggregate is the main influence on anti-skiding performance of asphalt pavement and crushed basalt can more suitably serve as the surface of asphalt pavement.

road engineering; aggregate; polish values; pavement skid resistance

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.05.13

2015-04-17；

2015-08-11

张维仁(1963—)，男，内蒙古锡林浩特人，副高级工程师，主要从事道路施工管理方面的工作。E-mail:331700387@qq.com。

王永平(1988—)，男，内蒙古集宁人，硕士研究生，主要从事道路建材方面的研究。E-mail:472533033@qq.com。

U414

A

1674-0696(2016)05-058-07