沥青路面三维纹理分形维数及其抗滑性能

研究沥青路面抗滑性能与三维纹理分形维数的关系。成型4种SMA沥青混凝土车辙板,采用数字图像处理技术重构车辙板表面三维纹理模型,实测车辙板表面构造深度检验重构的三维纹理模型的有效性,通过差分盒维数法计算三维纹理模型的分形维数,研究分形维数与抗滑性能的关系。研究结果表明:重构的三维纹理模型在纹理构造特征上以较高精度恢复原沥青路面的表面形貌,计算的分形维数与实测的摆值、构造深度具有良好的相关性,可以较好地表征沥青路面的抗滑性能;构造深度随着分形维数的增加而减小,摆值随着分形维数的增加先减小后增加。     

表面纹理对水泥吸波路面微波除冰性能的影响

为了增强水泥混凝土路面除冰效率,本文制备了吸波及疏水涂层,并在此基础上,构建了8种不同表面纹理,用于探究表面纹理、吸波材料对微波升温性能的影响。首先,以石墨为微波吸收剂,掺加纳米SiO2制备了兼具疏水和吸波性能的水泥基涂层;通过机器学习改进铺砂法获得不同纹理的平均构造深度(mean texture depth ,MTD);为了评估MTD对微波升温效率、均匀性的影响,采用课题组自行研发的微波除冰车进行微波升温试验;同时,测试了普通及涂层混凝土表面的接触角,进行了冰-混凝土冰粘附性剪切试验,用于评价本文所制备涂层的除冰效果。最后,为了保证本研究设计涂层的抗滑性能,还进行了表面抗滑摆值测试。结果表明: 不同程度纹理和吸波涂层两者耦合作用增强水泥路面的吸波升温效率,但纹理对升温均匀性有负面影响;当MTD从0.41 mm(未处理表面)提高至2.11mm时,吸波涂层试件的吸波升温效率提高1.42倍。同时,涂层也显著增强了试件表面的接触角,接触角从25.5°提升至104°,进而冰粘附强度降低。当设计厚度为1.5 mm时,在满足抗滑性的同时涂层仍具有较好的吸波性能。     

基于大数据统计分析探讨影响沥青路面抗滑性能的因素

依托甘肃省高速公路路面技术状况数据库,结合笔者多年从事高速公路路面检测经验,总结分析影响沥青路面抗滑性能的主要因素,进而为控制和加强沥青路面抗滑性能提出了建议.沥青路面抗滑性能是车辆橡胶轮与路面表面接触后对车轮摩擦能力大小的表征,目前的规范中高速公路路面主要用构造深度、横向力系数作为规范表征指标.笔者长期从事甘肃省高速公路路面技术状况检测,掌握大量路面构造深度和横向力系数检测数据,所在单位依托大量路面检测数据成立了省级重点实验室.笔者基于大量数据信息,对路面抗滑性能进行了逐年统计分析、追踪观察,进而总结出了沥青路面抗滑性能的主要影响因素、不同阶段不同因素影响作用的变化及衰减特性,进而为提高路面抗滑性能提出建议.     

路表纹理包络轮廓计算及其对抗滑性能的影响

为了分析轮胎与路表的接触特性及其对路面抗滑性能的影响,采用路面纹理测量车(road surface tester)获取路表纹理二维轮廓离散数据,运用印痕法模型,利用MATLAB软件计算路表纹理包络轮廓,进一步计算了包络轮廓对应的平均断面深度(mean profile depth,MPD)、宏观纹理表面构造水平指数L_(Ma)(macro texture indices calculated with texture level)、粗大纹理表面构造水平指数L_(Me)(mega texture indices calculated with texture level)等纹理指标,并与初始轮廓纹理指标进行对比;最后计算包络轮廓、初始轮廓纹理参数MPD、L_(Ma)与路面摩擦因数(longitudinal frictional coefficient,LFC)的相关性系数,分析了路表纹理包络轮廓对路面抗滑性能的影响。研究结果表明:包络轮廓纹理参数与初始轮廓纹理参数相关性良好(判定系数R~20.85);包络轮廓MPD值较初始轮廓MPD值有明显下降,且初始轮廓MPD值越大,包络轮廓MPD值下降幅度也越大;包络轮廓表面构造水平指数较初始轮廓表面构造水平指数下降,L_(Ma)的下降幅度比L_(Me)的下降幅度高10%左右;印痕法参数S取值对包络轮廓纹理参数有较大影响,S值越小,其对应的包络轮廓纹理参数值较初始轮廓纹理参数值下降的幅度越大;此外,包络轮廓纹理参数与摩擦因数的判定系数较初始轮廓纹理参数与摩擦因数的判定系数有较大提升,其中MPD与摩擦因数的判定系数提高了约35%,L_(Ma)与摩擦因数的判定系数提高了约23%;印痕法参数S值越小,包络纹理参数与摩擦因数的判定系数越高。该结果可为研究胎-路接触特性对路用性能的影响提供参考。     

提升路面抗滑性能预测效能的包络轮廓计算方法

为提升路面抗滑性能预测效能，对胎-路接触包络轮廓计算法Indentor法中的控制参数S进行修正.用光面橡胶片替代橡胶胎面，用三维扫描结合3D打印复制出具有路面形貌特性的44个试件，用多功能试验机和自主设计的夹具提供荷载；根据嵌入深度指标接近性原则，在不同接触条件下，以留色法测试结果标定控制参数S,探讨标定前后S对路面纹理-抗滑性能的影响.结果表明：橡胶硬度为HSA55,荷载为0.18、0.35、0.53、0.71 MPa时，S分别取20、30、45、55 mm²可使Indentor法与留色法所得嵌入深度接近；而橡胶硬度为HSA68,荷载为0.53 MPa时，S取25 mm²可使2种方法结果相当.以留色法标定Indentor法中参数S后，应用包络轮廓可显著提升路面纹理与抗滑性能间的关联.     

基于区域三维纹理特征的路面抗滑性能评估

为实现路面抗滑性能非接触式测量,提出应用新型区域三维纹理特征来表征沥青路面形貌构造并评估路面抗滑性能.使用便携式高分辨率三维激光扫描仪采集不同类型沥青路面纹理数据,同时使用动态摩擦系数测试仪采集其路面抗滑性能数据,并分别使用70和15 km/h时的动态摩擦系数值代表高速与低速状态下的路面抗滑性能.通过相关性分析和多元线性回归,发现路面抗滑性能与多个区域三维纹理特征参数的共同作用有关.建立前馈神经网络预测模型,使用多个区域三维纹理特征参数预测高速与低速状态下的路面抗滑性能.结果表明,区域三维纹理特征参数对动态摩擦系数测试仪在70 km/h时测得的路面抗滑性能预测能力为77%,对15 km/h时测得的路面抗滑性能预测能力为69%,证实了区域三维纹理特征参数与路面抗滑性能之间存在非线性联系.     

彩色防滑路面材料组成对其路用性能的影响

为确定材料组成对彩色防滑路面材料性能的影响,综合考虑防滑粒料粒径、级配及胶黏剂用量,制备了3种彩色防滑路面材料。通过高温车辙试验、表面构造深度和抗滑摆值试验,对比分析了3种彩色防滑路面材料的高温性能和抗滑性能;利用湿轮磨耗仪、四轮磨耗仪进行了不同条件下的磨耗试验及加速加载试验,系统研究了3种彩色防滑路面材料的耐久性能,进而确定了彩色防滑路面的最佳材料组成。研究结果表明:3种彩色防滑路面材料均具有良好的路用性能,当4.75～2.36 mm集料用量为100%、胶黏剂撒布量为2.5 kg/m~2时,彩色防滑路面材料的动稳定度最高,为8 077次/mm,抗滑摆值最大,为82,表明该彩色防滑路面材料的高温、抗滑性能最优;3种彩色防滑路面材料均具有良好的耐久性能,当4.75～2.36 mm集料用量为100%、胶黏剂撒布量为2.5 kg/m~2时,彩色防滑路面材料1 h浸水条件下的磨耗值为70 g/m~2,高温条件下的磨耗值为64.7 g/m~2,紫外老化条件下的磨耗值为105.88 g/m~2,10%HCL溶液腐蚀条件下的磨耗值为64.7 g/m~2;在加速加载5万次磨耗后,该彩色防滑路面材料磨耗质量损失为43.3 g,磨耗值及质量损失均小于其他材料组成,且满足相关规范要求,表明该种材料组成的彩色防滑路面材料的耐久性能最优。     

手推式摩擦因数测试车的应用研究

为了分析手推式摩擦因数车在路面抗滑性评价中的应用,介绍了手推式摩擦因数测试车的工作原理、构造和测试方法。选取典型表面饰纹方式处理的高等级水泥路面作为试验段,对手推式摩擦因数测试车以及摆式仪、铺砂法、连续式摩擦因数测试车(SAFEGATE)、横向式摩擦因数测试车(SCRIM)进行测试,利用相应的测值回归出手推式摩擦因数测试车测值与不同测试设备测值之间的相关性公式,并进行了对比分析。结果表明:手推式摩擦因数测试车测值与摆值、构造深度的相关性与路面饰纹类型有关,对拉毛及露石2种类型有较好的相关性,与刻槽类型则相关性较差;对试验路选取的饰纹类型,手推式摩擦因数测试车测值与纵向摩擦因数、横向摩擦因数均有良好的相关性;手推式摩擦因数测试车与横向式摩擦因数测试车评价路面抗滑力等级的测试结果基本一致,说明手推式摩擦因数测试车评价路面的抗滑力是可行的。     

山区高桥隧比隧道段路面抗滑性能分析

为分析影响山区高速公路高桥隧比路段的路面抗滑性能影响因素与特性,从路面摩擦产生机理、路面抗滑性能影响因素和路面抗滑性能降低后对交通安全产生的影响等方面进行分析;根据对高速高桥隧比路段的隧道段路面技术状况进行调查与测量,分别从路面抗滑性能连续变化趋势、不同类型隧道抗滑性能特性和隧道路段路面抗滑性能特性方面做趋势图;对比了短、中、长与特长隧道路面抗滑性能的变化趋势稳定程度。结果表明:路面磨耗、路面污染和路面潮湿三个因素是使高桥隧比路段路面抗滑性能下降的主要因素。隧道群路段较普通路段路面抗滑性能较差,隧道群中不同隧道的路面抗滑性能差异较大,隧道与隧道连接段可能存在路面抗滑性能突变的现象,不利于行车安全。     

路面构造对环氧覆层路用性能的影响规律研究

制备具有不同表面构造深度的车辙板试件和不同刻槽处理的水泥板,并铺筑环氧覆层,通过复合板的室内拉拔试验以及加速加载磨耗试验,研究原表面构造状况对环氧覆层的路用性能的影响规律,建立环氧覆层黏结强度和磨耗值与路面构造深度的关系模型,确定了从环氧覆层黏结性能和抗磨耗性能角度出发的最佳路面构造范围.     

机场沥青道面表面性能评价及雾封层使用效果

为了对机场沥青道面表面性能进行评价,并研究雾封层技术实际使用效果,以西双版纳机场联络道为例,首先通过密度及渗水试验研究其表面泛白机理,然后对施工雷诺锋雾封层材料前后的抗滑摆值、构造深度和渗水系数进行检测分析,并对其表干性能进行评价。研究结果表明,道面结构渗水造成集料中碱性物质溶解析出是造成泛白现象的主要原因;原道面抗滑性能良好,但大部分区域已出现渗水现象,尤其离析带上最为明显;距中心标线3m处的轮迹带抗滑摆值和构造深度均较低,进行道面抗滑性能评价时应重点关注;雷诺锋雾封层材料具有良好的表干性能,且能有效改善道面抗渗性能,对抗滑影响则较小。     

湿度-尾气共同作用对沥青混合料抗滑性能的影响

基于尾气排放在隧道沥青路面表面形成油膜进而导致路面抗滑性能快速衰减的工程背景,探究了湿度-尾气共同作用下沥青混合料抗滑性能的衰减规律及尾气油膜的形成机理。采用恒温恒湿养护箱及自制尾气处理系统对三种沥青混合料车辙板试件进行了不同湿度-尾气组合作用的模拟,并测试试件摆值用于表征试件的抗滑性能。除此之外,对有水（无水）尾气-沥青界面进行了分子动力学模拟,用以探究尾气油膜形成的微观机理。结果表明,在相对干燥和完全潮湿条件下,随着尾气处理时间的增长三种沥青混合料试件摆值呈现线性下降趋势,完全潮湿条件下尾气处理1h后OGFC混合料抗滑性能衰减幅度较其余两种混合料低近30%,OGFC混合料具有优异的抗滑性,并且在湿度-尾气共同作用下还具有良好的抗滑耐久性。尾气油膜导致的沥青混合料抗滑性能衰减难以自然消散且具有累积效应,是导致沥青混合料抗滑性能快速衰减的主要原因。尾气油膜主要形成在尾气排放后冷却的过程中,水分子主要存在于尾气分子附近0～5?范围内填充尾气分子间空隙,其自身较强的极性能够吸引尾气分子并有助于尾气在沥青分子表面的吸附。     

非接触式路面构造深度量值溯源技术

为了实现非接触式构造深度量值溯源,提升路面构造深度测量结果准确性及路面抗滑性能评价可靠性,采用高精度激光测距传感器作为主标准器,利用相对运动原理,从理论分析了用静态测量代替动态测量的科学合理性,克服了构造深度测量对象无法复制的难题。并在此基础上,从分析硬件组成和论述关键技术问题两方面,提出了一套由构造深度标准盘、高精度激光传感器和位移驱动及速度匹配装置3个核心部件组成的硬件装置,并通过实测数据评价了其不确定度。分析结果表明:应用提出的方法,复现量值的不确定度为0.3%,对激光构造深度仪进行了检验后,检测试验道路构造的深度为0.93mm,与应用铺砂法的测量结果一致。提出的方法为提高路面抗滑性能的可靠性评价提供了有效途径。     

多孔水泥混凝土路面的分形特征与构造参数

提出了多孔水泥混凝土路面断面轮廓线是分形曲线,其分数维充分反映了路面宏观、微观构造和分布密度信息.应用分形插值法拟合路面断面轮廓线,通过分数维在路面构造参数与抗滑、降噪性能之间的桥梁作用,分析了多孔水泥混凝土表面构造参数对路面抗滑及降噪效果的影响.为优化多孔混凝土表面构造,设计和制备路用多孔混凝土,铺筑抗滑、低噪音的多孔水泥混凝土路面奠定基础.     

基于图像配准与融合的胎/路接触应力测试方法

提高路面抗滑性能是解决道路交通安全问题的关键,而轮胎与路面粗糙构造的接触行为本质上是接触力学问题。为获得轮胎与粗糙路面的完整接触应力信息,文中采用柔性薄膜压力胶片传感技术,并借助医学图像处理技术,提出一种基于图像配准与融合的胎/路接触应力测试方法,并进行了配准与融合效果评价、适应性分析。结果表明:基于轮胎与路面的接触印痕的双目标特征,采用进化算法可以解决多规格胶片图像配准收敛与最优解问题;文中提出的动态参考图像配准(DRIR)算法具有较高的配准精度和运算效率,在不同沥青路面均具备良好的适应性,路面的接触应力集中分布指标相对误差可控制在5%以内。文中测试方法操作简单、测量精度高、数据三维直观,为轮胎接地特性与路面抗滑性能研究提供了一种新的技术手段。     

沥青混凝土表面抗滑与渗水性能的试验研究

通过大量室内试验研究了矿料级配、沥青用量、粗集料磨耗值等因素对沥青混凝土表面抗滑及渗水性能的影响。进行了不同级配、不同沥青用量、不同粗集料的沥青混凝土的表面构造深度、摆值和渗水系数的室内试验。分析了沥青混凝土的表面抗滑与渗水性能的影响因素,并找出了抗滑性能与渗水性的关系,提出了沥青混合料设计的基本要求。研究表明,选择质地坚硬、磨耗值小的粗集料配置的沥青混合料,可以提高沥青混合料的表面抗滑性能;综合考虑沥青混合料的耐久性和表面抗滑性能,选择合理的沥青用量。     

基于接触力学的路面构造粗糙度评价

为了给路面抗滑构造设计与优化提供指导,使得设计的隧道水泥混凝土路面具有更好的抗滑性能,针对目前路面抗滑性能评价指标的不足,基于轮胎与路面接触作用机理,从接触力学的角度提出一种轮胎有效接触界面的构造粗糙度评价方法。通过对四种不同路面的胎/路接触应力分布特性进行比较,对接触应力分布非均匀性和应力集中效应进行分析,并提出了相应的评价指标。结果表明:结合室内试验与现场路面压力胶片测试,不同路面上的轮胎接触应力分布为典型的非均匀分布状态,且具有一定的随机分布特性,可以从接触力学的角度反映路面构造分布形态。应力峰值可以表征单点构造峰顶接触应力最大值,直接反映了路面构造与轮胎的包络变形程度,而Weibull模量可以从接触界面上进行整体的应力分布均匀性评价,属于间接性面域评价指标,二者的结合能够更加全面地进行路面的构造粗糙度评价。     

基于工业CT技术的沥青路表纹理特性研究

沥青路面表面纹理特性,包含宏观纹理和微观纹理两方面因素。提出纹理参数PL index用于表征其几何特性。通过工业CT技术扫描路面芯样,获取芯样侧视剖面图,使用数字图像处理技术提取表面轮廓并计算PL index。研究PL index的统计分布以及分析其与路面抗滑指标的相关性。结论表明,以PL index为参数表征表面纹理是合理有效的,其与路面抗滑指标有较好的相关性。     

浅谈沥青混凝土路面离析及其试验评价

本文主要参考相关的研究资料,针对沥青路面离析的评价方法进行研究,重点对路面无损检测手段进行研究,希望通过对激光纹理构造深度仪对沥青路面表面的粗糙程度进行检测分析,来评价路面表面离析;采用无核密度仪对沥青路面内部密实程度的检测分析,来评价路面内部的离析状况,以指导施工。     

SMA沥青路面抗滑性能设计与优化

针对SMA路面初期抗滑相对不足的问题,本文着眼于石料的选择和配合比设计阶段,分别选择辉绿岩、闪长岩以及花岗岩作为原材料,采用马歇尔级配设计方法和CAVF法作为试验方法制备试验试件,通过常规试验铺沙法、摆式仪法、轮廓测量仪法及压力胶片法对搓揉0h、2h、8h的试件进行抗滑性能评价分析。研究表明：铺沙法、轮廓测量仪法和压力胶片法具有良好的一致性,前两者相关性更好;石料的压碎值、磨耗值和针片状会对路面的抗滑性能造成较大影响;采用CAVF级配设计方法能够更好地保证SMA混合料的抗滑性能;在采用CAVF法的基础上适当的减少5-10mm规格料用量并增加9.5mm分级筛余,能够较大的提高混合料的抗滑性能。