SMA沥青面层构造深度与摆值的关联性研究

2023.02.23

孙华

摘要：沥青面层的构造深度被普遍认为是影响摆值的重要因素，但二者是否存在一定的函数关系，目前国内还没有研究结果。本研究以福建省南平市的沥青路面为研究对象，利用摆式摩擦系数测定仪和构造深度测定仪对研究的各路段表面进行摆值和对应点的构造深度进行测量。通过对通车时间、摩擦系数和构造深度3个要素的关联性分析，旨在研究各要素之间是否存在着关联性。通过最后的研究分析，通车时间与摆值不存在函数关系。通车时间与构造深度在道路通车前期20个月内有一定关系，后期空隙率达4%左右时则不存在函数关系。构造深度与摆值存在函数关系，当构造深度为0.85 mm左右时，摆值最大，道路摩擦系数最大，道路行驶安全性能最佳。

关键词：沥青混凝土；构造深度；摆值；关联性

中图分类号：S773；TU528 文献标识码：B 文章编号：1006-8023（2018）05-0096-05

Abstract： The structural depth of asphalt surface is generally considered to be an important factor affecting the pendulum value， but whether there is a certain functional relationship between them has not yet been studied in China. In this study， the asphalt pavement in Nanping city of Fujian Province was studied， and the pendulum friction coefficient meter and structural depth meter were used to measure the pendulum value and the corresponding structural depth of each road section. By analyzing the relevance of the three elements of opening time， pendulum value， and structural depth， Designed to study whether there is a correlation between the various elements. Through the final research and analysis， there is no functional relationship between the opening time and the pendulum value. The opening time and structural depth had a certain relationship within 20 months of the opening of the road， and there was no functional relationship when the gap rate reached about 4 % in the later period. The structural depth has a functional relationship with the pendulum value.When the construction depth is about 0.85mm， the maximum swing value， the road friction coefficient is the largest， and the road driving safety performance is the best.

Keywords： Asphalt concrete； structural depth； pendulum value； relevance

0 引言

瀝青路面表面摩擦系数反映了路面的抗滑性能，摩擦系数越小，抗滑能力就越差，道路行驶安全性能就越差[1]，摩擦系数通常是采用摆式摩擦系数仪在现场测量得出，仪器刻度盘上指针的读数简称为摆值。通常认为，路面宏观构造和微观构造直接影响着路面抗滑性能，而路面构造深度是表征路面宏观构造的重要指标[2]。宏观构造是指沥青混凝土路面表层深度大于0.5 mm的构造，既是路面表面的凹凸，也称为表面构造深度[4]。微观构造多指的是表面石料的纹理[5]。本研究对福建省南平市的7条沥青路面进行试验，研究路面摆值是否由表面构造深度决定的，为相关的工程设计单位在沥青路面的粗、细集料配合比的选择上提供参考。

1 试验对象

本研究对象为福建南平市区内七条不同时间修建的沥青路面，各路段完工通车时间见表1。沥青路面面层混合料采用的类型均为SMA-13型，厚度为4 cm，其中沥青采用改性沥青SBS（I-D），粗集料采用两种碎石，1#碎石为4.75～9.5 mm，2#碎石为9.5～13.2 mm，细集料采用0～4.75 mm的石屑，填料用矿粉，外加剂采用木质纤维素。各种原材料依据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》；JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》；JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》进行检测，均符合国家规定。

在生产和施工中，沥青混合料在拌和厂采用拌合机械拌制。生产配合比设计的矿料级配与目标配合比设计曲线基本靠拢，生产配合比的最佳油石比与目标配合比的最佳油石比的差值控制在±0.2%。沥青混合料在生产和摊铺过程中严格按照规范施工，路面摆值和表面构造不受原材料和施工工艺不符的影响。

2 试验方法

本试验路面构造深度采用T0991-95铺砂法测量，将已知体积的标准砂均匀摊铺在测试路面选定的测点上，用试验标准推平板将砂均摊成圆形，砂的体积与所摊铺圆平均面积之比即为路面的构造深度。采用PS-1型手动路面构造深度测定仪，料筒容积为25 ml，推平板直径为50 mm，量筒体积为25±0.15 mm，摊铺板下面贴一块2～4 mm橡胶板，细砂粒径0.15～0.3 mm。该方法由英国道路研究所设计，特点是操作方便，但不宜在潮湿天气时测试[2-3]。

摆值测定采用摆式摩擦系数仪，测定仪为BM-Ⅲ型，摆动的力矩为615 000 g·mm，其中摆重量为1 500±30 g，摆重心矩为410±5 mm，橡胶片对路面的正向静压力为2 263 g。按标准测量方法测定每个选定点的路面摆值，摆值测定点与路面构造深度测点距离不超过1 m，确保测出来的两个参数是反映同一点位。

试验选择在南平市区的7条不同时间段修建的沥青路面上，对测试路段按随机取样选点，每隔100 m左右一个检测点。测点按规范要求选在行车道的右侧轮迹带上，距路面边缘不小于1 m。

3 数据分析

3.1 路面表面构造深度测量数据

按以上的测量规范操作，得出南平市朱熹路等7条沥青路面的构造深度值，每条路选择5个代表性测点，得出每条道路的构造深度平均值。见表3。

3.2 路面摆值测量数据

按国家规范，每条道路选择代表性的5个点位，测量每个点位的摆值，并按规范进行温度修订，得出每条道路的修订后的代表性摆值，见表4。

3.3 关联性分析

3.3.1 交通量与摆值的关联性

因市区各道路的行车总量与该道路的开通时间的长短成正比的关系，以通车时间的概念替代车流量与各路段的摆值进行对比分析，结果发现其存在的关联性并不清晰，如图1所示，车流量的多少与道路的摆值是否存在着一定的关系还有待进一步研究。有研究表明，在室内进行车辙试验累计标准轴载165万次以内，沥青混凝土表面层构造深度衰减速度很快，主要原因是沥青混凝土尚处于压密阶段，沥青混凝土表面构造深度的稳定程度与路面空隙率的稳定程度是一致的，165万次以上则衰减速度趋缓。沥青路面在其服务年限15 a内的大部分时间内，摆值都不能处于优良状态。随着道路使用时间的推移，摆值呈现出的衰减规律与表面构造深度衰减规律是相似[6-7]。

3.3.2 交通量与构造深度的关联性

同样将通车时间的长短替代交通量的大小，将通车时间与该路段的构造深度建立直角坐标系，以时间T为X轴，以构造深度MTD为Y轴，如图2所示。

从图2可以看出，通车时间的长短与道路表面的构造深度存在一定的关联性，随着时间的增长，由于路面所受的轴载次数不断增加，路面构造深度会逐步变小，但趋势慢慢变缓，直到平稳[8-11]。表明SMA-13型沥青面层初期由于空隙率较大，路面会出现较大的构造深度，但随着时间的推移空隙率逐步变小，构造表面构造深度也同期变小到某一固定值。

3.3.3 构造深度与摆值的关联性

将现场试验采集的数据通过标准换算后建立直角坐标系，以构造深度（MTD）为X轴，摆值（BPN）为Y轴，各道路的BPN-MTD关系如图3所示。

用多项式回归分析各展点趋势，得出多项式公式为：y = -152.92x2 + 254.18x - 28.29，构造深度X与摆值Y之间存在以上的函数关系。从函数关系图上看，当沥青路面的构造深度在0.85 mm左右时，路面摩擦系数最大，道路防滑的性能最佳。当构造深度由于行车过频、路面失料等原因导致超过0.85 mm以上时，其摆值却逐步降低，这就意味着路面已经产生了破坏，路面的抗滑性能在逐步变小。

4 结论

（1）数据分析表明：沥青路面的摆值与道路运营时间的长短关联性不大，在道路运营的初期，空隙率会随着压实度的增加而不断衰减，当空隙率降低到4%左右时趋于稳定[12]，关系图说明摆值与道路运营时间并不存在明显的关系。

（2）沥青道路表面构造深度由于建设初期的空隙率较大，通常在8%左右，随着运营时间的推移，空隙率由于外部荷载的作用会逐步变小，表面构造深度也同时降低。从分析图上看，前期20个月左右，运营时间与构造深度存在一定的关联性，20-30个月后，构造深度基本保持不变。

（3）沥青道路表面构造深度X与摆值Y存在着函数关系，为y = -152.92x2 + 254.18x - 28.29。当沥青路面表面构造深度在0.85 mm左右时，路面摩擦系数最大，道路防滑的性能最佳。当构造深度超过0.85 mm以上时，摆值逐步降低，道路摩擦系数变小，道路抗滑性能亦逐步变小。

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