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交通荷载作用下路面抛光研究
Malal Kane1; Minh Tan Do2; 和Jean Michel Piau3
摘要：本研究提出了一个实验室测试和一个模拟道路表面抛光现象的交通模型。 在实验室测试中，使用称为“Wehner-Schulze”的机器，其在道路样本上执行抛光和摩擦测量。 测试在实验室内完成，并尝试重现道路摩擦受到交通时的变化。 另一方面，所提出的模型显示了计算Wehner-Schulz抛光效果的可能性。 该模型本身使用一种方法来混合接触参数的计算和使用的聚集体的一些特征。 这里使用的集料特性是抗磨损能力，并且通过不同于Wehner-Schulz机器的另一种世界通用的设备来测量。 由于某些假设，该模型仍有待改进，但这种方法对预测由于交通抛光效应导致的道路微结构演变的能力提供了令人鼓舞的结果。
DOI：10.1061 /（ASCE）0733-947X（2010）136：1（45）
CE数据库主题标题：路面; 防滑性 高速公路和道路。
作者关键词：抛光; 路面; 防滑性 接触力学; 魏纳 - 舒尔策; MDE。
介绍
良好的道路安全需要防滑。 它直接取决于路面和轮胎胎面之间的摩擦力。 影响这种摩擦水平的主要路面参数之一是道路纹理。 这种结构取决于使用的粒度分布，沥青和骨料的配比，骨料的形状和角度，以及混合料设计中骨料的表面状况（Fwa et al.003）。 但是，由于通过抛光影响集合微结构的交通影响，这种纹理不断变化。
广泛用于评估待抛光聚集体抗性的测试是“抛光石材价值”（PSV）（Woodward等，2004）。 该测试使用两台机器进行：加速抛光机（PSV机 - 图1）和便携式防滑测试机（SRT-图2）。 十四个样本夹在PSV机器的“轮子”周围，并经过两个阶段的加载橡胶轮胎抛光：首先是玉米金刚砂，然后是金刚砂粉。 在抛光过程之后，通过SRT测量样品的抛光程度。 结果表示为PSV，即每个聚集体的四个测试样本的平均值。 尽管它很受欢迎，但是这种PSV测试不能适用于野外采样样品（直接在道路上采集的样品），因为其弯曲的形状
法国Bouguenais cedex 44341中心des Ponts etChausseacute;es（LCPC）实验室。
电子邮件：malal.kane@lcpc.fr
Laboratoire Central des Ponts etChausseacute;es（LCPC），44341 Bou-
法国guenais cedex。 电子邮件：minh.tan-do@lcpc.fr
法国Bouguenais cedex 44341中心des Ponts etChausseacute;es（LCPC）实验室。 电子邮件：jean.michel.piau@lcpc.fr
注意 该手稿于2008年1月16日提交; 于2009年8月24日获得批准; 于2009年12月15日在线发布。讨论期开放至2010年6月1日; 必须为单个文件提交单独的讨论。 本文是交通工程杂志的一部分， 136，No.1，2010年1月1日。copy;ASCE，ISSN 0733-947X / 2010 / 1-45-51 / $ 25.00。
在这个测试中使用了标本。 另一方面，它不能预测在抛光过程中摩擦如何变化，因为摩擦测量仅在抛光过程结束时完成。
在法国，对于交通繁忙的道路，建议使用PSV超过50甚至56的聚合物。然而，聚合资源无法满足该国任何地方的这些高PSV。 在这种情况下，LCPC（Laboratoire Central des Ponts etChausseacute;es）开展了一项研究，目的是确定影响道路抛光的参数以及如何使用当地总量来建造应该受到大量交通的穿着路线。 全球目标是通过限制成本和与之相关的污染来满足日益增长的需求
图1.抛光机用于测定PSV
图2.便携式防滑测试仪
运输具有低可用性和分布不均的特殊质量的聚集体。
本文中介绍的研究涉及这一目标的一部分。 因此，为了达到目标的PSV测试的局限性，第一步是为道路上真正的抛光行为开发另一个更具代表性的测试，第二步将是抛光过程的建模，以识别主要影响参数。 有了这个模型和确定的参数，就有可能预测滑移阻力的演变。
本文的第一部分将涉及设置实验室测试，而第二部分将涉及该模型。 最后一部分将致力于结果和讨论。
实验室测试
室内实验
抛光摩擦测量机
为了模拟抛光过程并对样品进行摩擦测量，使用所谓的“Wehner-Schulze-machine”（WS机器）。 抛光动作由三个锥形橡胶完成并安装在转盘上（图3）。 锥体和道路标本之间的明显的接触压力是0.4N/mm2，滑动率在0.5％和1％之间。 注意，接触压力相当于乘用车和卡车之间的中间充气压力。 通过投射水和研磨颗粒的混合物来加速抛光过程。
图3. Wehner-Schulze
A
WS-抛光
B B B
交通抛光
交通计数
车道
坚硬的肩膀
图4.采集标本的道路
通过使用配备有三个橡胶垫的WS“摩擦测量”头来完成样品的摩擦测量。 头部加速到非接触位置，直
到速度达到100公里/小时。 在这个速度下，马达关闭，垫片掉落，直到与试样接触。 垫片在试样上
滑动，直到其动能完全被其表面和试样表面之间的摩擦消耗掉。 这个动作是在潮湿条件下通过在滑动
垫前面喷水来完成的。 在这项研究中使用在60km / h垫速度下的摩擦力。 该速度接近SCRIM测量速度，
纯粹是出于传统原因。Huschek（2004）中详细介绍了该机器。
室内实验的相关性
自2004年以来在法国进行的不同测试表明，WS机器模拟的抛光与交通抛光相比是现实的（Do et al。2007）（图4）。 图5显示了WS抛光和交通抛光的效果。 由全三角形组成的曲线显示了由于交通影响导致的道路摩擦的变化。 每个三角形代表一个样本的测量摩擦水平，该样本在特定阶段的累积交通量之后直接在道路车道（现场采样的样本）上测量并被带回实验室内部（这些样本由图中的一组样本B表示4）。 通过使用WS机器的摩擦测量，在实验室对这些样品的所有摩擦措施进行。 由一组空圆圈组成的曲线显示了由于抛光而导致在道路的坚硬的肩膀上通过之前（在图4中由样本A表示的）标本上测得的摩擦力的演变WS机器的作用。 每个圆代表在相同样品上进行的给定WS抛光阶段测量的摩擦水平。 一个抛光阶段对应于抛光过程的累计
道路数据Wehner / Schulze
模拟
交通（卡车累计数量）
图5.摩擦演变：圆圈表示WS抛光的效果，而三角形表示交通的影响
数量。 由于在车道上采样，所以在这里所有的摩擦测量都采用WS机器的摩擦测量功能以相同的方式完成。
在一组试样B受到交通和试样A WS抛光的情况下，测量的摩擦在开始时增加。 起始阶段摩擦力的增加可能部分地促使聚集体尖端上的初始沥青膜腐蚀，从而使聚集体微观结构出现并变得越来越活跃。 沥青的这种侵蚀现象在所有被调查的实验道路上都可以观察到，并且可以根据沥青类型，交通水平和道路环境进行调整。
经过这段时间的增加后，样本A和样本B的样本集，摩擦降低。 这是由于随着抛光的累积作用越来越多地发生聚集体微观纹理的变圆。
在样本B上观察到一些波动。这可以通过外部季节变化的影响来解释。 试样A没有观察到这些波动，因为它在提取后立即进入实验室内部，并且所有的抛光测试都在内部完成。
考虑累计流量和WS抛光通道数量之间的比例尺时，WS抛光样品（样品A）和被贩运样品（样品B）上的测量摩擦大致在同一水平上并具有相同的演变形状。 早些时候分析的主要结果是，WS机器可以与模拟交通抛光相关，正如前面指出的那样，是否考虑了道路使用年限和WS机器抛光通道数量之间的比例关系。
抛光模型
上下文
是否有可能通过抛光而不使用WS机器来开发纹理演化的预测模型？ 鉴于许多努力致力于抛光测试的发展，目前还没有建立基于道路抛光物理学的模型来预测受到交通影响的道路纹理的演变。 但是，其他工业部门存在这样的模型，其中最广泛使用的半导体工业是基于普雷斯顿定律（Preston 1927）。 根据专门用于晶圆平面化的这些模型（Boning等人1999; Chekina等人1998; Kaufmann和Thompson 1991; Cook 1990），抛光垫的弹性变形决定了接触压力的分布并因此发挥重要作用在最终的晶圆表面轮廓中。 因此，材料去除取决于接触压力，但也取决于许多其他参数，包括相对速度，温度，材料等。然而，这些模型没有考虑作为加速和减速的影响抛光参数的一部分的切向努力路段。 然而，考虑到这些切向效应，从建模的角度来看问题更加困难。 在这项工作中，只考虑具有主要正常效应的直线部分。
磨损规律
在道路路面的情况下，如果假定表面上的点的无限小材料去除（dz）相对速度（V）的法向载荷的作用与微小接触持续时间（dt），法向和切向接触应力（p和q），要抛光的聚集体的灵敏度（A）和抛光能力（B），我们可以提出以下磨损法则：
z=f(p,q,A,B,V)Vdt (1)
假定p和q之间的线性关系，并用ldN代替Vdt（其中dN和l分别表示无限小数量的WS抛光过程和抛光锥在此无限小数抛光过程中所覆盖的距离）导致了以下关系：
(2)
假设f的乘法形式如下：
f = K（A，B，S，...，V）p (3)
通过替换等式 （2）和（3） （1），磨损法则成为
在整个测试过程中，WS-machine涉及操作条件的所有参数都被认为是固定的。 因此，这允许编写以下内容：
K（A，B，S，...，V）l = WC（A） (5)
其中WC（A）代表WS机器在固定操作条件下对于集合A集合工作时的磨损系数。在测试期间将要改变的唯一参数是这里表示的集合性质，其由抗磨损能力。 如果假定“耐磨能力”和其他参数可以分离，则系统磨损系数WC（A）变为
WC（A）= ACRW (6)
在上述关系中，ACRW代表聚集体耐磨性的能力，alpha;代表测试的所有其他常数参数，包括WS机器特性，操作条件和接触条件。 最后，磨损法则变成了
z == ACRW X p（x，y，N） (7)
R
其中zR表示每个抛光周期的材料移除（一个周期对应于抛光头的一次旋转）; N对应于抛光周期的数目，z（x，y，N）表示在N个抛光周期之后位于（x，y）的总移除材料; 并且p（x，y，N）是第N个循环处（x，y）处的接触压力。
耐磨性总量
在相同的抛光条件下，由于矿物成分的不同，岩石之间可能会有不同的行为。 Tourenq和Fourmaintraux（1971），Dupont和Tourenq（1993）后来定义了两个参数（硬度和硬度的平均对比度），以显示组成对聚集体对抛光的抵抗力的影响。 抛光聚矿物岩石导致两种现象：一般磨损取决于岩石的平均硬度和差异磨损，其取决于岩石硬度的差异对比度。 在monomineral岩石的情况下，抛光只是一般磨损。Nitta等人（1990）
图6. Micro-Deval机器
进一步提出了一个数学公式，它建立了总抛光系数，硬度平均对比度X1和硬度变异系数X2
= 39.58 0.278X1 minus; 1.329X2 (8)
这个公式对确定总体耐磨性很有用，但它需要聚合体的地质特征。 另一方面，其他更容易获
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