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有关在交通荷载下的路面抛光的研究

摘要：这项研究包括一项实验测试和模拟在交通荷载下的路面抛光现象的模型，在实验中，一个叫做“韦勒舒尔茨”的机械用来对路面样品进行抛光和摩擦的测试工作。这项实验在室内完成并且重现路面在荷载作用下的摩擦变量。另一方面，这个模型显示了计算出韦“勒舒尔茨”抛光对质地结构影响的可能性。这个模型使用了一种将相关参数的计算值以及已用集料的一些特性混合起来的方法。这里的集料的特性可以用来抵抗湿度以及被另一种不同于韦勒舒尔茨全球通用的机械所测试出来，由于一些猜想这个模型依然在改善。但这个方法提供了一些激动人心的结果将这个能力用来预测在交通抛光影响下路面微观质地的进化历程。

CE数据库主题词：路面，抗滑，高速公路，路

其他关键词：抛光，路表面，抗滑，接触器，韦勒舒尔茨，MDE

引言：

抗滑对于一个好的道路安全是必要的，这依赖于路面和轮胎外带之间摩擦力。影响摩擦力水平主要路面的参数之一是路的质地，这质地结构依靠于粒子分配区域的大小，沥青和集料的 比例，集料的形状和棱角，在配合比设计中的集料表面条件。但是这个质地结构不断的改变因为交通荷载的影响同时也通过抛光影响着集料微观质地结构。

这个石料磨光值实验广泛用于估计在磨光作用下的集料抵抗力，这个实验要用到两个机器：加速磨光器，便携式抗滑力测试仪。14个样品被夹在psv机器的“路轮”周围，然后被装好的橡胶轮胎分两个阶段抛光：第一阶段是玉米砂粒，第二阶段是面粉砂粒。在抛光后，样品的抛光程度再用srt进行测量。结果表示为psvs，即每个集料的四个试件的平均值。尽管这种psv测试很受欢迎，但它不能适应于野外的核心样本（直接在道路上采集的样本），因为它具有弯曲的形状。在这次测试中使用过的标本。另一方面，它无法预测在抛光过程中摩擦的变化，因为摩擦测量是在抛光过程的最后才完成的。

在法国，对于交通繁忙的道路，最好使用psv超过50甚至56的集料。然而，农业星门资源无法满足这些高PSV在全国任何地方。在这一背景下，lcpc（中院）进行了研究，旨在确定哪些参数影响道路抛光，以及如何使用当地骨料来建造应受到交通拥挤的服装课程。全球目标是通过限制与运输低可得性和分布不佳的优质集料有关的成本和污染来满足日益增长的需求特殊质量的集料运输，可用性低，分布不均。

本文所作的研究涉及这一目标的一部分。因此，考虑到psv测试对于实现目标的局限性，第一步是为道路上真正的抛光动作开发另一个更具代表性的测试，第二步是对抛光过程进行建模，以确定影响抛光过程的主要参数。有了这个模型和确定的参数，就有可能对刹车阻力的演化作出预测。

本文的第一部分将讨论安装实验室的测试，第二部分将讨论模型。最后一部分将专门讨论结果和讨论。

实验测试：

抛光和摩擦测试机

为了模拟抛光过程和对试样进行摩擦测量，我们使用了一种所谓的“韦纳-舒尔茨机器”（ws机）。抛光动作由三个圆锥橡胶进行，并安装在旋转圆盘上（图3）。锥与道路样本之间的表面接触压力为0.4N/mm²，滑移率在0.5%至1%之间。注意接触压力相当于客车和货车之间的中间膨胀压力。将水和磨料颗粒混在一起，加速抛光过程。

在试件上的摩擦测量是使用ws“摩擦测量”头，它配备了三个橡胶垫。头部在非接触位置加速，直到速度达到100公里/小时。在这个速度下，电机被关闭，垫片下降，直到与试样接触。垫片滑动在试样上，直到其动能完全被试样表面与试样表面的摩擦所消耗。这个动作是在潮湿的条件下通过将水投射在滑动垫前面来完成的。本文采用了速度为60km/h时的摩擦。这种速度接近于暂态测量速度，是纯粹出于一致的原因选择的。关于这台机器的详细说明可在胡赛克（2004年）找到。

实验室测试的相关性

2004年以来在法国进行的各种测试表明，ws机模拟的抛光与交通抛光是现实的（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效应引起的道路摩擦的变化。每一三角形代表在一样本上测量的摩擦水平，该样本是在道路交通车道（现场核心样本）经过一定阶段的累积流量后，直接采集并带回实验室（这些样本用图中的一组样本b表示）。（见第4段）。在这些试样上的所有摩擦措施都是在实验室中使用ws机的摩擦测量来完成的。由一组空圆圈组成的曲线显示了在公路通车前在公路的硬肩上测量到的试样摩擦的演变情况（本标本由图4中的a标本代表）。ws机的抛光效果。每个圆表示在同一试样上完成的给定抛光阶段测量的摩擦水平。

一个抛光阶段对应于累积的抛光通行数量。在交通车道上，所有的摩擦测量都是使用ws机的摩擦测量功能进行的。

无论在受交通影响的样品组b上还是在经过ws抛光的样品上，测量到的摩擦在开始时都增加了。初始阶段摩擦的增加，部分原因是由于初始沥青薄膜对总尖的侵蚀，从而使总微纹理的AP-梨越来越活跃。在所有被勘测的试验道路上都可以观察到沥青的腐蚀现象，这些现象或多或少取决于沥青的类型、交通水平和道路周围环境。

在样品b上观察到一些波动。这可以用外部季节变化的影响来解释。在样品a上没有观察到这些波动，因为它是在提取后才被带进实验室的，对它的所有抛光试验都是在里面进行的。

当考虑累积流量和ws-抛光通过次数之间的比例尺度时，在ws-抛光试样（样本a）和被贩运试样（样本b）上的非确定摩擦大约在同一水平，并且具有相同的演化形状。先前分析的主要结果是，ws机可能相关的simu-后期的交通抛光，是否，如前面指出的，考虑了ws机的车龄与抛光通过次数的关系。

抛光建模

正文：

有没有可能在没有ws机的情况下，通过抛光来建立纹理演化的预测模型？尽管许多努力都致力于发展抛光试验，但还没有建立基于道路抛光物理的模型来预测道路纹理在交通影响下的演变。然而，这种模型存在于其他印度河----试验行业，比如半导体行业，其中最广泛使用的模型是基于普雷斯顿定律（Preston 1927）。根据这些专门用于晶圆平面化的模型(博宁等人，1999年；Chekina等人，1998年；考夫曼和汤普森，1991年；库克，1990年)，抛光垫板的弹性变形决定了接触压力的分布，从而在最终的晶圆表面剖面中发挥了重要作用。因此，材料的去除不仅对接触压力有影响，而且对其它许多参数也有影响，包括相对速度、温度、材料等。然而，这些模型并没有考虑影响加速和减速路段抛光参数的切线效应。然而，对这些切线效应的考虑使得这个问题在建模的观点上更加困难。在这项工作中，只考虑具有主要正常效果的直段。

磨损规律

就路面而言，如果假设在表面某点上的无穷小物质移除（DZ）以相对速度（v）服从正常载荷的作用与无穷小接触持续时间（DT）成正比，一般的和缠结的接触应力（P和Q），待抛光的骨料的灵敏度（a）和球果（b）的抛光能力，我们可以提出以下磨损定律：

dz = f(p,q,A,B,V)Vdt (1)

假设P和Q之间的线性关系，用ldn取代vdt（其中dn和L分别表示在这个无穷小的数抛光前的ws-抛光通过次数和抛光锥所覆盖的距离）导致了以下关系：

(2)

假设f是一种类似的形式，如下所示：

f = K(A,B,S, ... ,V)p (3)

代替Eqs。(2)和(3)在eq中。(1)，磨损定律变成:

(

在整个试验过程中，所有与操作条件有关的WS机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)表示在a组的固定操作条件下工作的ws机的磨损系数。在测试中唯一要改变的参数是它的抗磨损能力所代表的聚合性质。假设“耐磨性”和其他参数可以分离，则该系统就会发生磨损。

WC(A) = atimes; ACRW (6)

在上述关系中，acrw表示集料的耐磨性，a表示测试的所有其他常数参数，包括ws机字符特性、操作条件和接触条件。最后，磨损定律变成了:

(7)

其中zR表示每个抛光周期的材料去除量（一个周期对应于抛光头的一圈）；n表示抛光周期数，Z(X,Y,N)表示位于(X,Y)在n个抛光周期之后；而P(X,Y,N)是在n个周期时(X,Y)的接触压力。

集料耐磨性:

在相同的抛光条件下，岩石由于其矿物成分的不同，会产生不同的行为。Tourenq和Fourmaintraux（1971），dupont和Tourenq（1993），后来，定义了两个参数（硬度和硬度的阿弗年龄对比），以显示成分对团块抗抛光性的影响。两种现象是由多矿物岩石的抛光造成的：一般磨损（取决于岩石的平均硬度）和不同的磨损（取决于岩石硬度的差异对比）。在单质岩石的情况下，抛光只是一般的磨损。

Nitta等人（1990年）进一步提出了一个数学公式，将总抛光系数V、硬度的平均对比度x1与硬度的变化系数x2联系起来:

v = 39,58 0.278X1 minus; 1.329X2 (8)

这个公式对于确定集料的耐磨性很有用，但它需要集料的地质特征。另一方面还有其他更易于理解的机械测试，可以直接描述总的耐磨性（mahmoud和eyad，2007年）。广泛使用的试验是微微波试验，它导致了一个称为微微波系数（mde）的系数。这一测试是根据法国标准进行的，法国标准参考为nfp 18-572。它包括测量在水存在下旋转滚筒中磨料与磨料之间的摩擦所产生的磨损。mde是从每个试样中得到的两个百分比的平均值，它越高，对抛光的总合就越敏感。考虑到耐磨性的累积性与其mde成正比，磨损定律变为:

zR(x, y,N,A) = thorn;times; MDE(A) times; p(x, y,N) (9)

其中beta;=常数包括所有常数参数，mde(a)对应于考虑的合计数类型的mde(图6)。

压力分布计算:

根据前述等式，在任何循环中材料去除zr 的计算需要知道在该抛光循环中压力如何在抛光表面上分布。通过将接触锥体和路面视为半无限体来计算压力分布。虽然这种假设实际上并不正确，但由于道路粗糙度较小，可能导致局部接触区域接近于集料大小，与有限元模型相比，它可以缩短计算时间。Oz轴与O和O处的两个表面的公共法线重合。

X-Y平面与两个曲面相切。表示H（x，y）作为加载前表面之间的初始间隙

（10）

R表示抛光锥的平均半径。e（x，y）是由表面光度仪测量的样品表面的形貌（见下一节）。假设标本表面是刚性的，接触面o（x，y）之间的局部间隙加载后可以写成：

o(x, y) = u(x, y) h(x, y) (11)

其中u=抛光锥的正常弹性位移。接触面上的边界条件用不等式表示，接触面是未知的。因此，定义一个包含真实接触面的潜在接触面rc，后者受到以下边界条件的影响：

在T_c (12)

第一个条件是非穿透条件，第二个条件意味着法向应力仅是压缩性的。第三个表达的事实是，这些数量中的一个是必需的，取决于是否存在接触。每个物体必须满足应力平衡，并承受其表面某些部分规定的附加经典边界条件，位移和/或力。对于弹性体，如果假设接触体是半无限半空间，则可以使用负荷和位移之间的Boussinesq关系（Johnson 1985） (13)

(14)

其中v和E分别是抛光锥上的泊松比和橡胶的杨氏模量，W =正常加载。这些关系验证了应力平衡，弹性行为和小应变假设。

现在，问题是确定满足边界条件的压力分布。由于该数量以及rc未知，因此该过程是迭代的。在参考文献中，可以找到用于计算的数值方法（图7）。

通用算法:

在第N次抛光循环中计算新的表面纹理是通过如下组合磨损定律和计算的压力分布来完成的（图8）。在每个（x，y）处，通过将去除材料减去旧高度获得第N个抛光周期的新表面高度，如下所示：

(15)

在实践中，每个计算周期对应于一系列1,000个WS循环，其中材料去除应该是恒定的。

结果与讨论:

物料：

用于测试的所用试样是圆盘，通过手动将聚集体尽可能紧密地放置在单层中获得，其最平坦的面位于底部

圆形模具，然后用树脂填充模具。关于其MDE的各种聚合类型用于模型的验证（表1）。在所有计算中，模型中使用的变量在下表中给出（表2）。

纹理测量

抛光过程暂时停止在90,000和180,000次循环，以使用激光扫描轮廓仪记录样品的纹理。抛光过程肯定会在180,000次循环时停止。测量区域位于抛光环内（图9）。地形由15个平行的轮廓组成，长76毫米，间距0.5毫米，

资料编号：[3838]