露石混凝土路面表面特性研究.pdf

魏龙 ： 露石混凝土路面表面特性研究 1 7 DOI ： 1 0 1 3 9 0 5 j e n k i d w j , 2 0 1 6 0 3 0 0 7 露石混凝土路面表面特性研 究 魏龙 ( 兰州交通大学土木工程学院 ， 兰州7 3 0 0 7 0) 【 摘要】 为研究露石混凝土降噪及防眩光等表面功能特性， 用轮胎降落法检测了不 同类型路面的噪声大 小， 利用灰度提取算法计算了不同类型路面眩光值。研究结果表明： 露石混凝土比传统刻槽水泥混凝土路面噪声 水平降低了7 9 d B左右， 比沥青混凝土路面噪声水平降低 3 d B左右； 通过防眩光测试， 露石混凝土能较好的降低 路面反光， 可提高防眩光能力 9 。 【 关键词】 露石混凝土路面； 配合比设计 ； 降噪； 防眩光特性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 l 一 6 8 6 4 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 0 1 7 0 3 露石混凝土路面作为新型水泥混凝土路面， 不仅 拥有传统混凝土路面耐久性 、 稳定性和强度高等优 点， 且具有低噪声和防眩光等优点。国外对露石混凝 土路面研究较早取得良好 的效果， 并运用与实际， 我 国虽进行过理论性探讨， 但缺乏系统研究。 郝晓龙、 孙琳、 李志玲等通过国外资料和理论揭 示了露石混凝土路面的降噪防眩光等性能 - 2 3 ； 康宏 伟采用轮胎落下法进行 了露石混凝土路面的噪声测 试 ； 韩森、 李志玲、 刘柳等通过反光系数测定仪测定 了不同路面的反光系数 ， 表明露石混凝土路面板的反 光系数总体上小于普通水泥混凝土表面， 具有 良好的 防眩性 - s ； 韩森采用转鼓测试法室内测试了露石混 凝土路面的噪声 ， 但是这种方法 的转鼓本身也有振 动 ， 会 影响测试 结果 。 国内对露石混凝土路面的表面性能研究大多借 鉴国外数据资料和理论 ， 且研究大多集 中在抗滑性 能， 缺乏系统完备的试验数据分析。本研究将采用轮 胎下落法测试露石混凝土路面的降噪性能， 改进韩森 提出的数字图像原理 ， 利用灰度提取算法， 分析露 石混凝土路面的防眩光性能。 1 材料及方法 1 1 材料 的选择 露石混凝土路面作为一种新型特殊 的路 面其形 式 ， 可使粗集料在表面露出， 形成良好 的宏观结构及 微观结构。粗集料不仅要满足普通混凝土路面对其 的要求 ， 且 针对 露石 混凝 土 的特殊性 ， 对 粗集料 的力 学性质、 粒径的大小、 颗粒的表面特性、 几何特性等方 面有特 殊要求 。 文 中研究 露石混凝 土试验采用粒 径为 51 0 m m、 1 0 2 0 m m两档 粗骨料进行参 配， 设计最 大粒径为 2 0 m m的连续级配的露石混凝土路面， 其级配范围满 足规范规定。 由于露石混凝土路面的表面需要丰富的微观构 造 ， 细骨料过细将易在表面脱落， 本研究选用 中粗砂， 砂 的细度模数 宜控制 在 2 5 3 3 m m之 间 ， 同时控 制 2 5 5 m m的颗粒含量 ， 砂率不超过 3 5 。 外加剂。加入减水剂 ， 可显著提高露石混凝土的 强度， 改善和易性， 易振捣 ， 不仅有利于露石混凝土路 面的施工 ， 同时为后期露石混凝土路面的路用性能提 供保障 ， 对混凝土后期强度、 耐久性等有显著的提高， 露石混凝土路面宜选用减水率大、 坍落度损失小、 可 调控凝结时间的复合型减水剂。选定减水剂品种前 ， 必须与水泥进行适应性检验。本试验采用萘系高效 减水剂， 减水率可达 2 0 。水泥选用祁连山普通硅酸 盐水泥( P 0 4 2 5 ) 。 1 2配合比 国 内外对露石度 的优化 选择 已进行 了大 量试验 ， 研究资料表 明 ： 当露 石度在 4 4 5 5 e m 范 围内时 ， 路 面降噪性能处于最优状态， 且路面具有丰富的表面纹 理， 同时露石混凝土抗滑性能 良好 ， 因此 ， 文中所研究 的露石混凝土表面露石度取 44 4 5 c m ， 最后选定粗 骨料 粒径 为 1 3 m m。 本研究 最终选 定露石 混凝 土试验配合 比为 ： C： S： G： =3 7 5： 7 5 8： 1 1 3 7： 1 5 0 3 李海文 废旧轮胎橡胶粉改性沥青及其混合料路用性能研究 D 哈尔滨： 东北林业大学， 2 o 1 2 4 J T G E 2 0 2 0 1 1 ， 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 s 5 武立超 橡胶沥青在 S M A中的应用 D 重庆： 重庆交通大 学 ， 2 0 0 9 6 王旭东 ， 李美 江 ， 路 凯翼 橡 胶沥 青及 混凝 土应 用 成套 技 术 M 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 8 收稿日期 2 0 1 5 1 1 3 0 作者简介 刘博( 1 9 9 0 一) ， 男， 哈尔滨人， 硕士研究生， 研 究方向 ： 路面结构与道路工程 材料 。 l 8 低温建筑技术 2 0 1 6年第 3期 ( 总第 2 1 3期 ) 其中减水 剂 为萘 系高 效减 水 剂， 减 水率 可 达 2 0 ， 掺量为0 8 。 2 实验结果 与分析 2 1 噪声测试 文中实验采用轮胎落下法 ， 噪声测量仪器使用声 级计 ， 对露石混凝土板件进行声压水平测定， 见表 1 、 图 1 ， 同时对刻槽混凝土路面、 拉毛及沥青路面板件进 行测试 ， 通过与露石混凝土路面测试结果对 比， 验证 露石路面的降噪性能。 表 1 路面声压水平 d B ( A ) 从表 1 、 图 1 可以看出， 露石混凝土路面由于露出 粗糙集料表面， 形成丰富的路面表面纹理构造 ， 可以 显著降低轮胎与路面接触时产生的空气压缩噪声， 其 轮胎 路面声压范 围是 8 8 9 9 3 d B， 其声压水平维持 在9 1 0 d B左右， 比传统刻槽水泥混凝土路面噪声水 平降低了7 9 d B左右， 比沥青混凝土路面噪声水平降 低 3 d B左右， 降噪效果明显。 同时对路面 1 3 频谱进行分析 ， 结果如图2所示。 从图 2可以看出， 对水泥混凝土路面噪声频谱特性分 析时， 无论是露石混凝土还是刻槽水泥混凝土， 其 1 3 倍频程中心频率为连续谱 ， 并且噪声主体部分在 2 0 0 3 1 5 0 H z 之间。混凝土路面噪声频率整体增长趋势 大致相同， 随着频率的增加， 声压级会逐渐增大， 增大 到一定值时， 就会逐渐减小， 最大声压级对应的频率 一 般在 8 0 0 2 0 0 0 H z 之间。露石路面频谱曲线较为平 滑， 没有出现噪声尖峰， 而横向刻槽混凝土出现明显 的噪声尖峰， 露石混凝土路面噪声频率整体低于横向 刻槽混凝土路面。 1 0 o 9 6 笺9 2 鬟8 8 8 4 8 0 蚕 板 刻槽 拉毛 露石 沥青 路面类型 图1 路面平均噪声水平 一一 - - ，、 _- 一 r r、 i 一0 一 一 薅 毒 1 3 倍频程 中心频 I -I = +露石 一 横向刻槽一 2 3 一横 向刻槽一 2 8 图2 水泥混凝土路面1 3 倍频程频谱对 比 2 2 反光性能分析 文中在研究路面防眩光性能时， 采用图像灰度值 进行量化分析。光线经路面反射后的反射光线在感 光元件上形成的图像 ， 因不同路面反射光线的不 同， 形成 图像 的灰度值大小也不相同， 灰度值越高， 路面 反光能力越强 ， 路面防眩光能力也就越差； 灰度值越 低 ， 路面反光能力越弱 ， 其防眩光能力越好 ， 基于此， 可以评价路面的防眩光能力。 本研究通过 MA T L A B软件编程计算不同类型路 面反射光线的图像灰度值， 从而评定路面反光能力。 魏龙 ： 露石混凝土路面表面特性研究 1 9 文中选取六种不同类型路面进行测试 ， 包括多孑 L 混凝土路面、 露石混凝土路面、 拉毛及聚合物改性混 凝土路面、 沥青路面。采用高清相机， 拍摄路面表面 图像 ， 将色彩图像转化为灰度图像 ， 导人 M A T L A B计 算不同类型路面灰度均值和灰度方差 ， 见表 2 、 图3 。 从表 2 、 图3可知 ， 不同类型路面防眩光能力为： 沥青混凝土路面 聚合物改性混凝土路面 多孔 一 1 6 露石混凝土路面 多孔 一1 0拉毛混凝土路面。 沥青路面的灰度均值最小 ， 反光率最低 ， 对光的 分散能力也越强( 灰度值标准差最大) ， 有效的吸收和 分散光的照射， 具有很好的路面防眩光能力， 验证了 沥青路面的行车舒适性优于普通混凝土路面的观点 ， 即不易使司机产生视觉疲劳。 露石混凝土路面因除去表面砂浆， 使粗集料裸露 在外表而形成的水泥混凝土路面， 在路面表面构造特 征方面， 形成了传统的水泥混凝土路面不曾具有的丰 富的表面微观、 宏观构造， 较普通水泥混凝土路面( 拉 毛) 相比， 露石路面可提高防眩光能力 9 。 表 2 路面反光测试 结果P i x e l l 6 O 遥 l 2 0 8 0 4 0 0 沥青P C C多孔一 l 6露石 多孔一 l O拉 毛 路面类型 一均值 一标准差 图3 路面灰度值对 比 3结 语 ( 1 ) 通过理论分析 ， 结合室内试验， 确定露石混 凝土配合 比为 C 0 ： W0 ： S 0 ： G 。=3 6 0 k g m ： 1 5 5 k g m ： 6 4 9 k g m ： 1 2 6 1 k g m ， 减水剂掺量为 0 8 。 ( 2 ) 对露石混凝土板件采用轮胎落下法进行噪 声测试， 表明露石混凝土路面较刻槽水泥混凝土路面 声压水平降低了7 9 d B左右 ， 比沥青混凝土路面声压 水平降低 3 d B ， 具有显著地降噪效果， 露石路面频谱曲 线较为平滑， 没有出现噪声尖峰， 噪声频率整体低于 横向刻槽混凝土路面。 - ( 3 ) 通过防眩光测试， 利用灰度值提取算法 ， 测 试结果表明露石混凝土路面表面纹理对光的散射能 力明显优于其他路面， 具有 良好的光分散特性， 可显 著降低混凝土路面反光能力。 参考文献 1 郝晓龙 ， 孙琳 露石水泥混凝土表面特性分析 J 科技资讯， 2 0 0 9 ， ( 2 5 ) ： 7 1 7 2 2 李 志玲 露 石水 泥混凝土路面研 究 D 西安： 长 安大 学 ， 2 0 0 1 3 康宏伟 露石水泥混凝土路面表面特性研究 J 中国建材科 技 ， 2 0 1 3 ， ( 5) ： 3 53 6 4 韩森 ， 李志玲， 张东省 露石水泥混凝土路面性能 J 长安大 学学报 (自然科学版 ) ， 2 0 0 4， 2 4( 4 )： 69 5 刘柳 露石水泥混凝土路面表面性能研究 D 重庆： 重庆交 通大学 ， 2 0 0 8 6 韩森 露石水泥混凝土路面研究 D 西安： 长安大学， 2 0 0 6 7 韩森， 王旭 基于数字图像技术的露石水泥混凝土路面露石分 布 J 长安大学学报( 自然科学版) ， 2 0 1 0 ， 3 0 ( 6 ) ： l 一 5 收稿日期 2 0 1 5 1 2 1 6 作者简介 魏龙( 1 9 8 8一 ) ， 男， 江西南昌人， 硕士研究生 ， 研究方向： 道路与铁道工程。