露石水泥混凝土路面抗滑衰减规律研究.pdf

第 4 0卷 ， 第 4 期 2 0 1 5年 8月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 4 0，No 4 Au g ， 2 0 1 5 露石水泥混凝 土路面抗 滑衰减规律研究 杨喜英 ，刘伟 ，祝海折 ( 山西省交通科学研究 院，山西 太原0 3 0 0 0 6 ) 摘要 露石水泥混凝 土路 面具有较好 的抗滑性及 抗滑耐久性 ， 通过 室 内抗 滑磨耗试 验对露 石水泥混 凝土 路面的抗滑耐久性进行研究 ， 介绍试验方法 、 试 件制作以及试验结果 ， 并对构造深度衰减规律进行讨论 。 关键词 露石水泥混凝土路面 ； 混 凝土耐磨 性试验机 ； 构造深度 ； 抗 滑衰 减规律 中图分类号 U 4 1 6 2 1 6 文献标识码 】A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 2 2 5 0 4 S t u d y o n S l i d i n g De c a y La ws o f Ex p o s e - a g g r e g a t e Ce m e n t Co n c r e t e Pa v e m e n t YANG Xi y i n g，LI U W e i ，ZHU H a i z he ( S h a n x i T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， T a i y u a n ， S h a n x i 0 3 0 0 0 6 ，C h i n a ) Ab s t r a c t E x p o s e d a g g r e g a t e c e m e n t c o n c r e t e p a v e me n t h a s g o o d s k i d r e s i s t a n c e a n d a n t i - s l i d i n g p e r f o r ma n c e， t h e p a p e r s t u d i e d t h e a n t i - s l i di n g p e r f o r ma n c e o f e x po s e - a g g r e g a t e c e me n t c o n c r e t e p a v e me n t t hr o u g h l a b o r a t o r y t e s t De s c r i be s t h e t e s t me t h o d， s p e c i me n p r o d u c t i o n a n d t e s t r e s ul t s， a n d d i s c us s t h e s t r uc t u r e d e p t h a t t e n u a t i o n l a w Ke y w o r d s e x p o s e a g g r e g a t e c e me n t c o n c r e t e p a v e m e n t ； c o n c r e t e a b r a s i o n t e s t e r ； t e x t u r e d e p t h ； t h e s l i d i n g d e c a y l a ws 0 引言 众所周知 ， 水泥混凝土路面抗滑性能差 ， 传统的 混凝土抗滑技术像拉毛、 刻槽 等在行车荷载的长期 作 用 下 ， 抗 滑 性 能 急 剧 降低 ， 多雨 季 节 车 辆 很 容 易产生打滑失控引发交通事故 ， 造成 巨大的经济损 失 与人 员 伤 亡 。露 石 水 泥 混 凝 土路 面 具 有 较 好 的抗 滑性及 抗 滑耐 久 性 ， 本 文通 过 试 验 对 露 石 水 泥 混 凝 土路 面 的抗 滑耐 久性 进行 研究 。 露 石水 泥混 凝土 路 面是在 面层水 泥混 凝土 铺筑 完后 ， 待表层水膜消失喷洒露石剂并覆盖塑料薄膜 养 生 ， 露石 剂对 混凝 土 表 面 的水 泥 砂 浆 进 行 化 学 处 理 ( 通 常为 在混 凝土表 面喷 洒一 定 浓 度 的缓 凝 剂 ) ， 延缓表层一定厚度的混凝土凝结 ， 但不影响主体混 凝 土 的正 常凝结 硬 化 ， 当主 体 混凝 土达 到 一 定 强 度 后 ， 刷 洗表 面进 行 除 浆 ， 露 出均 匀 分 布 的 粗集 料 ， 这 样 所 形成 的水 泥混凝 土路 面就 是露 石水 泥混凝 土 路 面 。 早在 1 9 8 0年 ， 比利 时的道路 承包商 R O B U C O 申请 了露石水泥混凝土路 面处理技术专利， 并将这 一 技术运用于道路的铺筑 ， 取得了显著的抗滑、 降噪 效果 。之 后该项 技术 的研 究及 应用 在欧 洲 、 美 国 、 澳 大利亚等国家迅速 的展开。 目前 ， 该项技术已经在 比利 时 、 奥 地利 、 德 国 、 荷 兰 等许 多 欧洲 国家 得 到广 泛 的应用 。我 国起 步 较 晚 ， 上世 纪末 在 黑 龙 江 哈绥 线 尚志至 亚布历 的水 泥路 面施 工 中对露 石水泥 混凝 土作 了尝试 性铺 筑 。2 0 0 0年 开 始 ， 长 安 大学 与 铜川 公路 管理 局合作 进 行 露 石水 泥混 凝 土 路 面 的研 究 。 2 0 0 4年在 我 国在 隧 道 铺 筑 了第 一 条 高 抗 滑 低 噪声 露石混凝土路面， 在车速为 8 0 k m h时 ， 其降噪幅度 可 达到 4 d B( A) 。2 0 0 6年 重 庆 交 通 大学 与 唐 山 市 交通局合作， 在河北省遵宝线铺 筑了 1 4 0 m长的露 石 混凝土 路面 ， 并提 出用 数 字 图 像 技术 分 析 计 算 露 石水 泥混 凝土路 面 的表 面构 造深 度 。 在长期 的行车荷载和环境 因素作用下 ， 路面的 使 用性能 会 随 着 时 问 的增 加 而 逐 渐 呈 现 出 衰 减 现 象 ， 当路面使用性能衰减到一定程度时 ， 路面就不能 保 障车辆 的行 车安 全 ， 因此 需 要 及 时对 路 面 进 行 维 【 收稿 日期 1 2 0 1 4 0 5 0 4 作 者简 介】杨喜英( 1 9 7 9 一) ， 女， 山西忻州人 ， 硕士 ， _T程师 ， 从 事道路 T程检测T作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 6 公_ 路工程 4 0卷 修或采取恢 复措施 以提高其使用品质 。这就需 要公路管理部门对路面使用周期做出准确的预测 ， 预测的依据则是准确的把握路面性能衰减规律。室 内抗滑磨耗试验可通过室内研究弄清水泥混凝土路 面的磨损过程， 分析其抗滑性能的变化规律 ， 以此来 对实际路面的抗滑性能衰减过程做出准确的预测。 1 抗滑衰减规律研 究方法 国内外研究路面抗滑衰减规律的室内试验方法 较多 ， 目前 具有 代 表 性 的 是 车 辙 试 验 、 大 型直 道 试 验 、 道瑞 磨耗试 验 、 加 速磨 耗试验 与小 型加速 加载磨 耗试验 ， 其中最 为接 近实际路面抗滑衰减情况 的为大型直道试验 ， 但是不经济需耗费较大的人力 物力， 本文通过采用 T MS 一 0 4型水泥混凝土耐磨性 试验 机 ( 见 图 1 ) 研究 露石水 泥混 凝土路 面 的抗 滑 衰 减情 况 。 T MS 一 0 4型混 凝 士 耐磨 性 试 验 机 ( 下文 简 称 耐 磨试验机) 是根据 水泥胶砂耐磨性试验 ( J C T 9 6 1 2 0 0 5 ) 的原理 设计 制 造 而成 。 主要 应 用 于混 凝 土 的耐磨试 验 ， 其 可进 行 1 5 0 l l l m 立方 体试块 和 q 1 5 0 1 5 0圆柱 形试块 的耐磨 性能 试验 。 图 1 T MS 一 0 4型水泥混凝土耐磨性试验机 F i g u r e 1 TMS一0 4 c o n c r e t e we a r r e s i s t a n c e t e s t ma c hi n e 2混凝土原材料及配合比 露 石 水 泥 混 凝 土 原 材 料 组 成 与 普 通 混凝 土 相 同 ， 均 由水 泥 、 水 、 砂 、 碎石 及 外加 剂 组 成 。 区别 在 于 露石 混凝 土对某 些材 料特性 提 出了特殊 要求 。 水泥 的选择 ： 考虑 到现在 路用 性能 的要求 ， 应优 先选用道路硅酸盐水泥， 它具有较好的耐磨性 ， 磨耗 量较普通硅酸盐水泥可降低 2 0 一 4 0 。 砂的选择 ： 宜选择质地坚硬、 耐久、 洁净 的中粗 砂， 有害杂质含量应满足 公路水 泥混凝土路 面设 计规 范 的要 求 。 碎石选择 ： 露石水泥混凝土路面凭借裸露的碎 石 形成 了发 达的宏 观 构 造 而 提 高路 面 的抗 滑 性 能 。 因此碎石 应选择 洁净 、 坚 固、 耐久 、 级配 良好 、 力 学强 度较高 、 无扁平针片状颗粒、 表面粗糙的石料 ， 以保 证路 面性 能持久 稳定 。 外加剂( 特效缓凝剂) 选择： 它是实现露石的主 要材 料 ； 在 混凝 土摊铺 完成之 后 ， 在 其表 面喷洒 缓凝 剂使表面一定厚度的砂浆减缓凝结 ， 但不影响主体 混凝土的凝结硬化。本文选用重庆达华砼外加剂科 技发展有限公司生产 的粉状特效缓凝剂， 使用 时人 工将缓凝剂与水 以 1： 2的比例溶合 ， 然后进行喷 洒 。 根 据试 验最终选 用 的配合 比为 ： 水 泥 ： 水 ： 砂 ： 碎 石 =1： 0 4 4： 2： 3 8 9 。 3试验结果分析 本 次研 究对 花 岗岩露 石 混凝 土 、 石 灰岩 露 石 混 凝土、 刻槽混凝土和沥青混凝土的抗滑衰减规律进 行 了研究 。具 体试验 结果如 下 。 试 验对两种砂率、 两种级配、 两种粗集料以及两 种混合料进行了研究 ， 然后对混凝土试件表面进行 不同磨耗圈数的试验 ， 而后进行构造深度试验 ， 试验 结果见 表 1 。 表 1 试 件表面构 造深度衰减规律试验结果 Ta bl e 1 At t e n ua t i o n t e s t r e s ul t s o f s p e c i me n s u r f a C C t e x t u r e de pt h mm 花岗岩 b ( 细砂 ) 刻槽 水泥混凝土 沥青混 凝土 依 据表 1绘制 为如 图 2一图 7的 曲线 。 从 图 2一图 4 、 表 1中可 得 出 ： 开始 阶 段 沥青 混 凝土与露石水泥混凝土的构造深度均表现为曲线斜 率较大 ， 处 于迅速 衰减 阶段 ， 随着磨 耗圈数 的增 大 曲 线斜率 渐渐 变缓 ， 在经过磨 耗一 定 圈数后 ， 曲线 斜率 值趋于稳 定 ， 构 造 深 度基 本 稳 定 。刻 槽 混凝 土 曲线 表 现为线 性关 系 ， 随着 圈数 的增 大构 造 深 度逐 渐 变 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 杨喜英 ， 等 ： 露石水泥混凝 土路 面抗滑衰减规律研究 2 2 7 量 昌 、 嫩 划 冠 圈数 ( a ) 石 灰岩 a 试件 圈数 ( b) 石灰岩 b 试件 图 2 石灰岩 a和 b试 件构 造深度衰减规 律图 Fi g u r e 2 At t e n ua t i o n o f s t r u c t u r a l de p t h c h a r t o f l i me s t o n e a a n d b s p e c i me n 圈数 ( a )花岗岩a 试件 圈数 ( b ) 花岗岩 b 试件 图 3花 岗岩 a和 b试 件 构 造 深 度 衰 减 规 律 圈 Fi g u r e 3 At t e n u a t i o n o f s t ruc t ur a l d e pt h ch a r t o f g r a n i t e a a n d b s p e c i men 圈数 ( a )亥 I 糟混凝 土试件 圈数 ( b )沥青混 凝土试 件 图 4 刻槽和沥青混凝土试件构造深度衰减规律 图 Fi g u r e 4 At t e n ua t i o n o f s t r u c t u r a l d ep t h c h a r t o f g r o o v e a n d a s p h a l t c o n c r e t e J 、 。 图 2呈 现 了在不 同集料 级配下 石 灰岩露 石 水泥 混 凝土 构造 深度 的 变 化趋 势 ， 在 磨 耗 6 0圈之 前 ， 石 灰岩 a的构造深度衰减速度比石灰岩 b的衰减速度 快 ， 这 是 由于石 灰岩 a的集料 最大 粒径 大 、 初 始 构造 深度大 ， 粗集料裸露点数少、 外露高度大 ， 致使粗集 料 与试 验机 花轮 磨头接 触 面积小 、 压 强大 ， 所 以导致 粗 集料 顶 端 很 容 易 即 被 磨 平 ， 构 造 深 度 衰 减 较 快 。 而石灰岩 b集料最大粒径小、 初始构造深度小 ， 粗集 料裸露点数多、 外露相对较均匀 ， 与试验机花轮磨头 接触面积大， 因此构造深度衰减速度会缓很多。当 磨耗超过 1 0 0圈 ， 两种混凝土构造深度变化趋势 、 数 值大小基本吻合 ， 说 明集料级配主要影响露石混凝 土 的起 始抗 滑性 能 。 图 2 ( a ) 、 图 3 ( a ) 可得 出花岗岩露石水泥混凝 土的抗滑性能要 比石灰岩露石水泥混凝土的抗滑性 能好的多。在磨耗超过 2 1 0圈之后花岗岩露石水泥 混凝土构造深度值保持在 0 5 F il m 以上， 满足水泥 混凝土路面的抗滑要求 ， 而石灰岩露石水泥混凝土 构造深度值降低到 0 3 m i l l以下 ， 此 值达不到规范 要求的抗滑要求。因此在铺筑露石水泥混凝土路面 时 ， 在条 件允 许 的情 况 下应 尽 可 能 选择 耐磨 性 好 的 集 料 。 图 3显示 了不 同细 集料对 露石水 泥混 凝 土抗 滑 性 能 的影 响 。可 以发 现砂 的 粗 细 对 构 造 深 度 变 化具有显著的影响。当选用粗砂为细集料时， 构造 深度 下 降缓慢 、 斜 率也较 缓 ， 且 试验 最后 阶段 混凝 土 表面仍能保持较大的构造深度； 当细集料选用重庆 特细砂时， 构造深度变化幅度增大 ， 试验最后阶段构 造深度稳定值较小且不满足路面正常使用的抗滑要 求。这是由于粗砂在露石混凝土表面构成了丰富的 宏观构造 ， 又因为粗砂本身具有较高的耐磨性 ， 它对 辅助粗集料抗磨起到了重要作用。 刻槽露石水泥混凝土构造深度较小 ， 抗滑衰减 规律呈现为线性关系。这是由于刻槽在路面表面所 占的比例较少 ， 单位面积内刻槽的容砂体积有限 ， 以 至 于构造 深度 值较 小 ； 在 试 验过程 中 ， 刻槽 所 占的面 积 比例相对稳定 ， 直至刻槽被磨平 ， 因而构造深度变 化较小 ， 抗滑曲线呈现 出较好的线性关系。初始阶 段曲线斜率稍微有点变缓 ， 这是因为表面水泥浮浆 耐磨 性 差导致 的 ， 随 着水 泥浮 浆 的磨 耗 曲线 斜 率 慢 慢 变缓 而趋 于稳 定 。 图4 ( b ) 中沥青混合料粗集料采用花岗岩 ， 集料 级配类型为 S M A一1 6 ， 是一种抗滑性能优 良的路面 材 料 。图 中曲线 呈 现 出 了 S MA一1 6的 抗 滑 衰 减 过 程 ， 可以发现当磨耗至 2 1 0圈时， 其仍然具有较高的 构造深 度 ， 完全 满足 沥青路 面抗 滑要求 。 由此可 见 ， 无论在数值还是变化趋势上 ， 沥青混凝 土均显示 出 了与花 岗岩 露石 水 泥混 凝 土 一 致 的抗 滑 衰 减 规 律 。 因此只 要选择 好适 宜 的原材 料 、 良好级 配 ， 露 石混 凝 土就具有优 良抗滑能力 ， 并能持久保持。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 8 公路工 程 4 0卷 4 构造深度衰减规律研 究 本文采用混凝土耐磨性试验机得 出了磨耗圈数 与构 造深度 之 间的关 系 ， 为 了能 与路 面 实 际情 况 联 系起来 ， 需得 出交通量与构造深度之间的关系。为 此本文进行了分析拟合 ， 通过 m a t l a b软件拟合试验 数据得 出了室内沥青混凝土构造深度与磨耗圈数的 关系。通过借鉴 以往研究成果 得到了 S MA一1 6当 量轴次与构造深度之间的关系见表 2 ， 拟合曲线 见 图 5 。 表 2 路面构造深度与当量轴次关 系表 Ta b l e 2 Th e r e l a t i o n t a b l e b et wwe n s t r u c t u r e de p t h a nd e q u i v a l e n t a x l e 当量轴次 构造深度 当量轴次 构造深度 万次 mm 万次 mm O 1 1 4 6 2 6 0 7 5 6 5 0 8 8 7 3 9 0 7 3 l 6 5 O 8 3 7 9 3 0 71 2 6 3 0 7 7 9 5 2 0 71 2 9 7 0 7 6 1 0 8 6 0 7 3 8 1 0 7 6 l l 3 8 0 7 5 6 4 0 7 5 l 2 7 9 0 6 9 图 S路 面 构 造 深 度 与 当量 轴 次 关 系 曲 线 Fi g ur e 5 Th e r e l a t i o n c u r v e b e t wwe n s t r u c t u r e d e pt h a n d e qu i v a l en t a x l e 对 比室 内沥青 混 凝 土构 造 深度 衰减 规 律 图 ( 见 图 4 ( b ) ) 和路 面构造深度与 当量轴次关系 曲线图 ( 见 图 5 ) 发 现 ： 构 造 深 度在 0 7 1 0 9 5 mm之 间 呈 现 出相 似 的趋 势 ； 在 构 造 深 度 值 0 7 1 mm 之后 ， 路 面抗滑实际衰减趋 于稳定 ， 而室内试验结果为构造 深度值仍呈现出较 大的下降趋 势。因此 ， 选择实际 路 面构造 深 度 值 为 0 7 6 、 0 7 7 、 0 8 3 、 0 8 8 n l m进 行插值计算， 拟合得 出室内磨耗 圈数与当量轴次的 关系。通过计算得 出了单位磨耗 圈数可换算为 5 8 7 7 1 次 当量轴 次 ， 即室 内磨 耗 一 圈 相 当 于 路 面标 准 荷 载作用 5 8 7 7 1次 。 根据分析结果进行计算可知当路面标准荷载作 用 7 0 0万 次 ， 石 灰 岩露 石 水 泥混 凝 土 已经 不能 满 足 路 面抗滑要 求 。 当标 准荷 载 作 用 1 2 0 0万 次 ， 石 灰 岩露石水 泥混凝 土 表 面被 磨 平 ， 而 沥青 混 凝 土 与花 岗岩露石混凝土仍然具有较大的构造深度， 能够满 足路面抗滑要求。因此 ， 就抗滑方面来讲 ， 只要选择 好合适的材料露石水泥混凝土路面完全可以用于高 等级路面结构 ， 并可保持长久的路面抗滑性能 ， 是一 种 具有很 大应用 前景 的路面形 式 。 5 结 论 露石水泥混凝土路面的抗滑耐久性能受砂的粗 细程度和粗集料种类影响， 研究表明， 花岗岩露石水 泥混凝 土抗 滑耐久 性 能最 优 ， 石 灰 岩 露 石水 泥 混凝 土抗滑耐久性能较差 ； 在磨耗 2 1 0圈后沥青混凝土 仍 然保 持较大 的构 造深 度 ， 花 岗岩 露石 水 泥 混凝 土 呈 现 出与其类 似的抗 滑性能 。细 集料选 用粗砂 能大 大增 强露 石水泥 混凝土 路面 的抗 滑耐久性 。 通过查阅资料、 分析研究得到了室内磨耗圈数 与路面实际标准荷载的关系 ， 并通过计算得出当路 面标 准 荷 载作用 7 0 0万 次 ， 石灰 岩 露 石水 泥 混凝 土 已经不能满足路面抗滑要求 ； 当标准荷载作用 1 2 0 0 万次 ， 石灰岩露石水泥混凝土表面被磨平 ， 而沥青混 凝土与花岗岩露石 混凝土仍然具有较 大的构造深 度， 能够满足路 面抗滑要求 。因此可以看出露石水 泥混凝 土路 面是 一 种 具 有 很 大 应 用 前 景 的 路 面 形 式 。 参考文献 1 刘建平 混凝 土毛面处 理新 _T艺 J 山西 交通科 技 ， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 6 1 6 2 2 曹志远 ， 郭忠印， 张起森 ， 等 高速公路 重大交通 事故时 空影 响范 围研究 J 公路工程 ， 2 0 1 l ， 3 6 ( 6 ) ： 5 55 7 3 韩森 露石水 泥混凝土路面研究 D】 西安 ： 长安大学 ， 2 0 0 6 4 杨永奇 超 薄抗滑 表层在 济青 高速公路 路 面养护 中的应用 J 公路 下程 ， 2 0 1 2 ， 3 7 ( 6 ) ： 1 6 61 6 8 5 刘红兵 沥青路面抗滑性能影响 因素试验研究 J 湖南交通 科技 ， 2 0 1 3 ， 3 9( 3 ) ： 5 1 5 4 6 吴旷怀 ， 郭祖辛 沥青路面表层 沥青混合 料抗滑 性能室 内试 验及评价 J 哈尔滨建筑大学学报 ， 1 9 9 5 ， 2 8 ( 2 ) ： 4 5 4 9 7 秦曼 ， 梁乃兴， 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