CN101915710A

CN101915710A - 路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法及其测试设备

Info

Publication number: CN101915710A
Application number: CN 201010232274
Authority: CN
Inventors: 磨炼同; 方星; 吴少鹏; 束冬林
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: CN101915710B

Abstract

一种路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法，它包括如下步骤：1)将待测试的防滑加铺材料加铺于路面面板表面制成试件；2)将试件置于轮胎下方；3)调节轮胎施加在试件表面上的摩擦力和轮压、以及轮胎与试件之间的相对行程距离和行进速度；4)使轮胎与试件之间相对往复运动；收集从试件表面脱落下的集料颗粒，并记录轮胎与试件之间相对往复运动不同次数下，脱落下的集料颗粒的质量。用于上述测试方法的测试设备，包括用于安放试件的可移动的试验平台、置于试件上的轮胎、轮压加载机构、摩擦力加载机构以及驱动机构；轮压加载机构与轮胎的转轴连接；摩擦力加载机构与轮胎的胎面配合；驱动机构的动力输出端与试验平台连接。

Description

路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法及其测试设备

技术领域

本发明涉及路面表面防滑加铺材料的抗松散掉粒性能的评价，具体地指一种路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法及其测试设备。

背景技术

沥青混凝土或者水泥混凝土路面在经过长期使用后，其表面抗滑性能会急剧下降，容易导致严重的交通事故，因而难以满足路面行车安全的要求。路面表面的抗滑性能可由其摩擦系数来衡量，该参数一般可通过摆式摩擦系数测定仪测量。由于抗滑性能属于路面表面使用功能的损坏，对路面结构的承载能力影响不大，因此在实际的路面养护工程中，针对路面表面抗滑性能的衰减，大都是进行薄层罩面或微表处理，即加铺一层厚度小于30mm的防滑功能层，以恢复其抗滑功能、延长路面使用寿命，而无需对路面结构进行大深度处理。加铺防滑功能层的处理方式简单易行，节约成本，具有广阔的应用前景。

前述涉及的薄层罩面技术或微表处理技术，具体的说一般是采用热沥青、乳化沥青、树脂类材料等为粘结剂，与具有一定级配组成或者单一粒径的抗磨集料经过一定的施工工艺，共同形成表面防滑功能层。表面防滑功能层的特点是层厚很薄、表面非常粗糙。防滑功能层铺设后，将直接经受行车的荷载作用以及光、氧、水等多重外力作用。在实际使用中，所加铺的防滑功能层的主要破损形式是其抗磨集料在反复的行车荷载作用下发生松散掉粒，从而逐步失去其应有的防滑功能。

目前，国内已有一些针对路面磨耗的试验方法与设备，主要集中在集料加速磨耗磨光试验，如《公路工程集料试验规程》T0321-2005中的集料加速磨光试验，然而其目的是测量摩擦系数从而选择具有高耐磨性能的集料用于路面施工。国内一些单位自行研发的路面加速磨耗试验装置主要针对的正是正常的路面，如沥青混凝土或者水泥混凝土路面，主要检测路面表面由于集料表面磨光而导致的摩擦系数下降。这是由于在正常的路面结构中，沥青混凝土和水泥混凝土发生松散掉粒的几率很小，而集料表面磨耗和磨光则是问题关键所在。因而目前已有的试验方法都认为：延缓路面磨耗和磨光问题主要通过选用高耐磨集料加以解决。又比如：长安大学和同济大学研发的路面加速磨耗装置主要通过摆式摩擦系数测定仪测定试样表面上轮胎作用位置处的沥青混合料的摩擦系数来实现对路面的耐磨性测试。但是，所用的摆式摩擦系数评价方法并不适用于防滑加铺材料的松散掉粒分析。因为对于防滑功能层，由于其是在现有的路面上加铺而成的，且该防滑功能层的厚度很薄，与原有路面很难形成一个共同体，所以在反复的行车荷载作用下，容易发生防滑功能层的集料松散掉粒，甚至由于防滑功能层与下层结构粘结不足而导致层间脱落。此时，集料的磨耗已经不是主要的问题所在。

实际中也存在有关沥青混合料的松散掉粒性能的试验，比如在《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000中，针对乳化沥青稀浆封层混合料制定了湿轮磨耗试验来检测松散掉粒性能。该试验方法是将稀浆混合料试件放在水中，用标准磨耗头磨5分钟，测定试件的磨耗损失。然而，其试验目的是确定合理的沥青用量，而非针对防滑加铺材料的松散掉粒性能评价，其结果也只对稀浆混合料的设计起指导作用，并不能反应稀浆混合料在作为路面表面防滑加铺材料使用时的抗松散掉粒能力。国外也有针对多孔沥青混合料的松散掉粒试验，所用的试验装置是在乳化沥青稀浆封层混合料湿轮磨耗试验的基础上进行改进，用橡胶轮替换标准磨耗头循环往复碾压试件表面，以测定试件的磨耗损失。其目的是通过一定加载次数下的最大容许磨耗损失值来确定多孔沥青混合料的最低沥青用量，以避免由于沥青用量过少而引发的早期路面表面松散掉粒。

上述分析表明，国内已有路面加速磨耗试验装置，其与摆式摩擦系数测定仪相结合可实现路面磨耗或磨光性能检测，但其试验手段和方法具有很大的局限性，不能用于合理地表征防滑加铺材料的抗松散掉粒性能。国内外虽有关于混合料的松散掉粒的试验，但均是为了定性的确定其中的粘接剂的最低用量。因此急需开发出与防滑功能层材料相匹配的室内模拟测试方法及其测试设备，以综合评价路面表面防滑加铺材料的抗松散掉粒性能。

发明内容

本发明的目的就是提供一种路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法及其测试设备，可用于测定防滑加铺材料中集料的剥落率。

为实现上述目的，本发明提供的一种路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法包括如下步骤：

1)将待测试的防滑加铺材料加铺于路面面板表面制成试件；

2)将试件置于轮胎下方；

3)调节轮胎施加在试件表面上的摩擦力和轮压、以及轮胎与试件之间的相对行程距离和行进速度；

4)使轮胎与试件之间相对往复运动；收集从试件表面脱落下的集料颗粒，并记录轮胎与试件之间相对往复运动不同次数下，脱落下的集料颗粒的质量。

所述步骤1)中，路面面板可以为水泥混凝土、沥青混凝土或者钢制面板。

所述步骤3)中，轮胎施加在试件表面上每平方毫米的摩擦力为0.3N～1.0N。该压力较实际中，车辆轮胎与路面之间的摩擦力要大，以便尽快获得集料的松散掉粒试验结果。

所述步骤3)中，轮胎施加在试件表面上的轮压为0.7MPa～2.0MPa，与实际中的轮压相当。

所述步骤3)中，轮胎与试件之间的相对行程距离为30cm～100cm，以满足不同规格的试件的测试需求。

所述步骤3)中，轮胎与试件之间的相对行进速度为0.5km/h～2.0km/h。该速度较实际行车速度慢，一方面是为了避免摩擦生热，另一方面是增大摩擦的效果，以加快试验进程。

上述测试方法还可包括在轮胎与试件之间相对往复运动不同次数下，对试件表明进行拍照的步骤。

本发明提供的一种用于上述测试方法的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备，包括用于安放试件的可移动的试验平台、置于试件上的轮胎、轮压加载机构、摩擦力加载机构以及驱动机构；所述轮压加载机构与轮胎的转轴连接，用于向轮胎施加垂直压力；所述摩擦力加载机构与轮胎的胎面配合，用于向轮胎施加纵向压力；所述驱动机构的动力输出端与试验平台连接。

所述轮压加载机构包括轮压加载杠杆，所述轮压加载杠杆的一端部由轮压加载杠杆活动轴与支架铰接，支架固定于地面，轮压加载杠杆的另一端部上设有轮压可调配重，轮压加载杠杆的中部与所述轮胎的转轴连接。

所述摩擦力加载机构包括摩擦力加载杠杆，所述摩擦力加载杠杆的一端部由摩擦力加载杠杆活动轴与支座铰接，支座固定于轮压加载杠杆上，摩擦力加载杠杆的另一端部上设有摩擦力可调配重，摩擦力加载杠杆的中部通过橡胶摩擦片与所述轮胎的胎面配合。

所述试验平台的底部设有滑轮，所述滑轮与设置于地面上的导轨配合，使试验平台沿导轨的方向移动。

所述导轨的截面呈“【”形，所述滑轮置于导轨的凹槽内。

所述驱动机构由依次连接的电机、变速箱和曲柄连杆构成，所述曲柄连杆的动力输出端与试验平台连接。

所述曲柄连杆的曲柄上还设有用于调整试验平台的行程距离的多个连接孔。

与传统的加速磨耗磨光试验测试集料的摩擦系数相比，本发明的测试方法通过对加铺有防滑材料面层的路面面板制成的试件进行仿真模拟加载，获取了集料的脱落量数据，能够计算出集料的剥落率，从而更准确的反映各种防滑加铺材料成品的的真实服役性能。所设计的测试设备通过双杠杆结构对试件进行摩擦力和轮压加载，并通过曲柄连杆上的连接孔调节试件行程距离、通过变速箱的传动比设定选择不同行进速度，能够针对各种试件、设定不同的参数实现防滑加铺材料的松散掉粒测试，以获得集料的剥落率结果。

附图说明

图1是本发明的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备的结构示意图；

图2是应用本发明方法测试一种防滑面层材料、对不同测试时间的试样表面进行拍照的对比图；

图中：1-摩擦力加载杠杆活动轴，2-摩擦力加载杠杆，3-橡胶摩擦片，4-轮胎，5-摩擦力可调配重，6-轮压加载杠杆活动轴，7-轮压加载杠杆，8-轮压可调配重，9-试件，10-曲柄连杆(其中：10.1-连接孔)，11-导轨，12-滑轮，13-电机，14-变速箱，15-试验平台。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1所示，本发明的用于路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备包括用于安放试件的可移动试验平台15、置于试件9上的轮胎4、轮压加载机构、摩擦力加载机构以及驱动机构。其中：

试验平台15的底部设有滑轮12，滑轮12可与设置于地面上呈“【”形的导轨11配合，使试验平台15沿导轨11的方向往复移动。导轨11呈“【”形，可有效防止滑轮12从导轨11中脱出；

轮压加载机构包括轮压加载杠杆7，轮压加载杠杆7的一端部由轮压加载杠杆活动轴6与支架铰接，支架固定于地面，轮压加载杠杆7的另一端部上设有轮压可调配重8，轮压加载杠杆7的中部与轮胎4的转轴连接，用于向轮胎4施加垂直压力；

摩擦力加载机构包括摩擦力加载杠杆2，摩擦力加载杠杆2的一端部由摩擦力加载杠杆活动轴1与支座铰接，支座固定于轮压加载杠杆7上，摩擦力加载杠杆2的另一端部上设有摩擦力可调配重5，摩擦力加载杠杆2的中部通过橡胶摩擦片3与轮胎4的胎面配合，用于向轮胎4施加纵向压力；

驱动机构由依次连接的电机13、变速箱14和曲柄连杆10构成，且曲柄连杆10的动力输出端与试验平台15连接。在曲柄连杆10的曲柄上还设有用于调整试验平台15的行程距离的多个连接孔10.1。

使用上述设备实现路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法，可按如下步骤进行：

1)将待测试的防滑加铺材料加铺于水泥混凝土、沥青混凝土或者钢制的路面面板表面制成试件9；

2)将试件9放置于试验平台15上并置于轮胎4下方；

3)通过设置摩擦力可调配重5和轮压可调配重8、选择连接孔10.1、调整变速箱14的传动比，分别调节轮胎4施加在试件9表面上每平方毫米的摩擦力在0.3N～1.0N、轮压在0.7MPa～2.0MPa，以及轮胎4与试件9之间的相对行程距离在30cm～100cm、行进速度在0.5km/h～2.0km/h；

4)使轮胎4与试件9之间相对往复运动；收集从试件9表面脱落下的集料颗粒，并记录轮胎4与试件9之间相对往复运动不同次数下，脱落下的集料颗粒的质量。与此同时，还可对试件表明进行拍照，如图2所示，随着测试时间的增大，集料的脱落量增大，路面表面的粗糙程度逐渐减小。

测试完毕后，即可通过集料脱落质量的计算和/或图像处理技术，计算得到集料的剥落率结果。

例如：可定义

质量剥落率＝收集到的剥落集料的总质量/(集料单位面积铺洒量×轮胎实际有效行走面积)×100％；

面积剥落率＝试件表面集料剥落的总面积/轮胎实际有效行走面积×100％。

上述两种剥落率定义均能够分别表征集料的剥落率。当然，前者可能会因为某一局部区域集料剥落深度大而造成结果偏大，后者可能因图像处理上的一些不确定因素而使结果出现偏差，因此，综合考虑二者更佳，可以再定义

平均剥落率＝(质量剥落率+面积剥落率)/2。集料的剥落率越大，其抗松散掉粒性能越差。

以下是针对几个不同种类和规格的防滑加铺材料、应用本发明方法及设备进行测试的实施例：

实施例1(环氧树脂防滑加铺材料)：

试验试件9的尺寸为长300mm×宽300mm×厚50mm，该试件9以40mm厚的水泥混凝土为底层路面面板，在其表面加铺一层总厚度约为10mm的防滑面层材料制成。防滑加铺材料面层分两层铺筑：第一层环氧胶黏剂的用量为1.0L/m²，玄武岩细集料的用量为5.4kg/m²；第二层环氧胶黏剂的用量为2.0L/m²，玄武岩细集料的用量为7.6kg/m²。

参照图1所示的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备示意图，将试件9放置于试验平台15上，调节摩擦力加载杆杠2上的摩擦力可调配重5的重量与位置，设定橡胶摩擦片3与轮胎4每平方毫米的摩擦力为0.45N。调节轮压加载杆杠7上的轮压可调配重8的重量与位置，设定轮胎4与试件9表面之间的压强为0.9MPa。选定曲柄连杆10中曲柄上的连接孔10.1，使轮胎4的行程距离为30cm。调整变速箱14的传动比，使轮胎4移动速度为0.75km/h。起动电机13，曲柄连杆10循环加载，试件9随试验平台15通过滑轮12在凹型导轨11内的滚动往复移动。轮胎4与试件9表面相互作用，产生的压力和摩擦力使试件9表面的集料发生松散掉粒。收集不同加载作用次数下脱落的集料并称重，同时中断试验，将轮压加载杆杠7抬起，取下试件9，对试件9表面进行拍照，记录不同加载作用次数下试件表面集料的脱落质量及面积。

该实施例的测试结果如表一所示。

实施例2(环氧沥青防滑加铺材料)：

试验试件9的尺寸为长1000mm×宽300mm×厚37mm，该试件9以12mm厚的钢板为底层路面面板，在其表面加铺一层总厚度约为25mm的防滑面层材料制成。防滑加铺材料面层由环氧沥青与小于9.5mm的玄武岩集料制备成细环氧沥青混合料。其中，环氧沥青的用量为6.3％。

参照图1所示的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备示意图，将试件9放置于试验平台15上，调节摩擦力加载杆杠2上的摩擦力可调配重5的重量与位置，设定橡胶摩擦片3与轮胎4每平方毫米的摩擦力为1.0N。调节轮压加载杆杠7上的轮压可调配重8的重量与位置，设定轮胎4与试件9表面之间的压强为2.0MPa。选定曲柄连杆10中曲柄上的连接孔10.1，使轮胎4的行程距离为100cm。调整变速箱14的传动比，使轮胎4移动速度为2.0km/h。起动电机13，曲柄连杆10循环加载，试件9随试验平台15通过滑轮12在凹型导轨11内的滚动往复移动。轮胎4与试件9表面相互作用，产生的压力和摩擦力使试件9表面的集料发生松散掉粒。收集不同加载作用次数下脱落的集料并称重，同时中断试验，将轮压加载杆杠7抬起，取下试件9，对试件9表面进行拍照，记录不同加载作用次数下试件表面集料的脱落质量及面积。

该实施例的测试结果如表二所示。

实施例3(热沥青防滑加铺材料)：

试验试件9的尺寸为长500mm×宽300mm×厚65mm，该试件9以50mm厚的水泥混凝土为底层路面面板，在其表面加铺一层总厚度约为15mm的防滑面层材料制成。防滑加铺材料面层由热沥青与小于9.5mm的玄武岩集料制备而成，该面层分两层铺筑：第一层热沥青的喷洒量为0.6L/m²，玄武岩细集料的用量为2.0kg/m²；第二层环氧胶黏剂的用量为0.4L/m²，玄武岩细集料的用量为1.6kg/m²。

参照图1所示的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备示意图，将试件9放置于试验平台15上，调节摩擦力加载杆杠2上的摩擦力可调配重5的重量与位置，设定橡胶摩擦片3与轮胎4每平方毫米的摩擦力为0.4N。调节轮压加载杆杠7上的轮压可调配重8的重量与位置，设定轮胎4与试件9表面之间的压强为1.0MPa。选定曲柄连杆10中曲柄上的连接孔10.1，使轮胎4的行程距离为50cm。调整变速箱14的传动比，使轮胎4移动速度为0.7km/h。起动电机13，曲柄连杆10循环加载，试件9随试验平台15通过滑轮12在凹型导轨11内的滚动往复移动。轮胎4与试件9表面相互作用，产生的压力和摩擦力使试件9表面的集料发生松散掉粒。收集不同加载作用次数下脱落的集料并称重，同时中断试验，将轮压加载杆杠7抬起，取下试件9，对试件9表面进行拍照，记录不同加载作用次数下试件表面集料的脱落质量及面积。

该实施例的测试结果如表三所示。

实施例4(乳化沥青防滑加铺材料)：

试验试件9的尺寸为长500mm×宽300mm×厚50mm，该试件9以50mm厚的水泥混凝土为底层路面面板，在其表面加铺一层总厚度约为10mm的防滑面层材料制成。防滑加铺材料面层为乳化沥青与小于9.5mm的玄武岩集料制备而成的微表处材料，所用配合比为矿料∶沥青乳液∶水＝100∶13.5∶13.1。

参照图1所示的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备示意图，将试件9放置于试验平台15上，调节摩擦力加载杆杠2上的摩擦力可调配重5的重量与位置，设定橡胶摩擦片3与轮胎4每平方毫米的摩擦力为0.3N。调节轮压加载杆杠7上的轮压可调配重8的重量与位置，设定轮胎4与试件9表面之间的压强为0.7MPa。选定曲柄连杆10中曲柄上的连接孔10.1，使轮胎4的行程距离为50cm。调整变速箱14的传动比，使轮胎4移动速度为0.5km/h。起动电机13，曲柄连杆10循环加载，试件9随试验平台15通过滑轮12在凹型导轨11内的滚动往复移动。轮胎4与试件9表面相互作用，产生的压力和摩擦力使试件9表面的集料发生松散掉粒。收集不同加载作用次数下脱落的集料并称重，同时中断试验，将轮压加载杆杠7抬起，取下试件9，对试件9表面进行拍照，记录不同加载作用次数下试件表面集料的脱落质量及面积。

该实施例的测试结果如表四所示。

表一环氧树脂防滑加铺材料面层集料剥落率与加载次数的关系

表二环氧沥青防滑加铺材料面层集料剥落率与加载次数的关系

表三热沥青防滑加铺材料面层集料剥落率与加载次数的关系

表四乳化沥青防滑加铺材料面层集料剥落率与加载次数的关系

试验测试结果可用于计算不同集料的剥落率，进而能够对路面表面防滑加铺材料的松散掉粒性能及其使用寿命等服役性能进行综合评价等。

Claims

1.一种路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法，其特征在于：它包括如下步骤：

1)将待测试的防滑加铺材料加铺于路面面板表面制成试件；

2)将试件置于轮胎下方；

2.根据权利要求1所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法，其特征在于：所述步骤1)中，路面面板为水泥混凝土、沥青混凝土或者钢制面板。

3.根据权利要求1所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法，其特征在于：所述步骤3)中，轮胎施加在试件表面上每平方毫米的摩擦力为0.3N～1.0N。

4.根据权利要求1所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法，其特征在于：所述步骤3)中，轮胎施加在试件表面上的轮压为0.7MPa～2.0MPa。

5.根据权利要求1所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法，其特征在于：所述步骤3)中，轮胎与试件之间的相对行程距离为30cm～100cm。

6.根据权利要求1所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法，其特征在于：所述步骤3)中，轮胎与试件之间的相对行进速度为0.5km/h～2.0km/h。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试方法，其特征在于：它还包括在轮胎与试件之间相对往复运动不同次数下，对试件表明进行拍照的步骤。

8.一种用于权利要求1所述测试方法的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备，其特征在于：它包括用于安放试件(9)的可移动的试验平台(15)、置于试件(9)上的轮胎(4)、轮压加载机构、摩擦力加载机构以及驱动机构；所述轮压加载机构与轮胎(4)的转轴连接，用于向轮胎(4)施加垂直压力；所述摩擦力加载机构与轮胎(4)的胎面配合，用于向轮胎(4)施加纵向压力；所述驱动机构的动力输出端与试验平台(15)连接。

9.根据权利要求8所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备，其特征在于：所述轮压加载机构包括轮压加载杠杆(7)，所述轮压加载杠杆(7)的一端部由轮压加载杠杆活动轴(6)与支架铰接，支架固定于地面，轮压加载杠杆(7)的另一端部上设有轮压可调配重(8)，轮压加载杠杆(7)的中部与所述轮胎(4)的转轴连接。

10.根据权利要求9所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备，其特征在于：所述摩擦力加载机构包括摩擦力加载杠杆(2)，所述摩擦力加载杠杆(2)的一端部由摩擦力加载杠杆活动轴(1)与支座铰接，支座固定于轮压加载杠杆(7)上，摩擦力加载杠杆(2)的另一端部上设有摩擦力可调配重(5)，摩擦力加载杠杆(2)的中部通过橡胶摩擦片(3)与所述轮胎(4)的胎面配合。

11.根据权利要求8所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备，其特征在于：所述试验平台(15)的底部设有滑轮(12)，所述滑轮(12)与设置于地面上的导轨(11)配合，使试验平台(15)沿导轨(11)的方向移动。

12.根据权利要求11所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备，其特征在于：所述导轨(11)的截面呈“【”形，所述滑轮(12)置于导轨(11)的凹槽内。

13.根据权利要求8所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备，其特征在于：所述驱动机构由依次连接的电机(13)、变速箱(14)和曲柄连杆(10)构成，所述曲柄连杆(10)的动力输出端与试验平台(15)连接。

14.根据权利要求13所述的路面表面防滑加铺材料松散掉粒模拟测试设备，其特征在于：所述曲柄连杆(10)的曲柄上设有用于调整试验平台(15)的行程距离的多个连接孔(10.1)。