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1、路面抗滑性能测试方法及评价指标 邱怀中 1 ,周 勤 2 ,肖 斌 3 ,纪俊杰 1 (1. 湖北省汉十高速公路管理处,武汉430051 ;2.湖北楚天高速公路股份有限公司,武汉430051 ; 3.武黄高速公路经营有限公司,武汉430074) 摘 要:路面抗滑能力是影响路面使用品质的主要指标之一,而目前常用摩擦系数(摆式摩擦仪)和构造深度(手 动铺砂法)去评价路面的抗滑性能,这些测试方法受人为因素影响大,不能确切地反应路面的抗滑性能。该文介绍了 路面抗滑性能的测试方法及评价指标,建议采用机械化方法测试抗滑性能以减小人为因素的影响,同时建议我国尽 早将使用国际摩阻系数作为抗滑指标,便于与国际接
2、轨。 关键词:抗滑性能; 测试方法; 评价指标; 国际摩阻系数 Testing Methods and Evaluation Index of Pavement Skid2resistance QIU Huai2zhong 1 ,ZHOU Qin 2 ,XIAO Bin 3 ,JI Jun2jie 1 (1. Hubei Hanshi Expressway Management Office ,Wuhan 430051 ,China;2. Hubei Chutian Expressway Co ,Ltd , Wuhan 430051 ,China;3. Wuhuang Expressway M
3、anagement Co ,Ltd ,Wuhan 430074 ,China) Abstract:Pavement skid2resistance is one of chief index affecting service qualityof pavement , while our usually use friction coef2 ficient (the British Pendulum Test) and structure depth (handle Sand Patch) to estimate skid2resistance of pavement , but man2ma
4、de factor has too great effect to reflect exactly skid2resistance. This thesis introduces testing methods and evaluation index of skid2resis2 tance , suggesting using mechanization methods to test skid2resistance for decreasing affect of man2made factor , meanwhile our country early use Internationa
5、l Friction Index as skid2resistance index , thereby meeting with the world. Key words:Skid2resistance;Testing methods;Evaluation index;International Friction Index 近年来,随着经济的快速发展,我国的公路建设 特别是高等级公路建设蓬勃发展,车辆行使速度也 越来越快。这对路面的抗滑性能提出了更高的要求 以及保证行车的安全性。另一方面,机场道面的抗 滑性能与飞机的安全起落也密切相关。因此,如何 准确、 快速地对路面的抗滑性能进行测试和评价
6、是 目前尚需解决的重要课题。 抗滑力是指轮胎受制动时沿路表面滑移所产生 的摩阻力,通常用轮胎与路表面间的摩阻系数f来 定义路面的抗滑性能: f= F P (1) 式中:F为摩阻力;P为垂直于路表面的作用荷载。 摩阻系数随制动时车轮的抱死程度(以滑移率 表示)和滑移条件而变化,也与路表面的干湿状况有 关。不同的测试方法和条件,可得到不同的摩阻系 数值。该文介绍了目前常用的抗滑性能测试方法及 国际上通用的评价指标。 1 抗滑性能测试方法 1. 1 锁轮拖车法 装有标准试验轮胎的拖车,以标准速度(通常为 64. 4 kmh或60 km h) 行驶在洒水潮湿的路面表面, 量测测试轮被完全锁定(100
7、%滑移率)或者以某一 固定滑移率(如86 %)滑移时所需的牵引力FT,除 以轮上的有效荷载P,便可得到摩阻系数,称为制动 19 建材世界 2009年 第30卷 第1期 力系数BFC,也可称为抗滑指数SN: BFC=SN= F P (2) 1. 2 偏转轮拖车法 拖车上的测试轮与行驶方向偏转一定角度 (7. 5 20 ) , 测定该轮滑移时所受到的侧向力FS, 除以轮上的有效荷载P,便可以得到摩阻系数,称之 为侧向力系数SFC: SFC= Fs P (3) 1. 3 摆式仪法 摆锤底面装有由轮胎面组成的滑块,当摆锤从 一定高度自由下摆,滑块同路表面接触。由于两者 间的摩擦而损耗部分能量,使钟摆只
8、能回摆到一定 高度。表面摩擦阻力越大,回摆高度越小(即摆值越 大)。测试指标即为摩擦摆值,其特点为定点测量, 原理简单不仅可以用于室内,而且可用于野外测试 沥青路面及水泥路面的抗滑值。但这种测试方法受 人为因素影响大,检测速度慢,只适用于一般公路不 具备摩擦系数测定车时的抗滑性能检测。 1. 4 平均构造深度 采用平均构造深度作为路面表面的宏观构造抗 滑能力的评定指标。通常采用砂容量法进行测定, 即将已知容量的标准砂摊填在干净且干燥的路表面 空隙内,量测其覆盖的面积,由此计算得到平均构造 深度(MTD)。常用的测试方法有手工铺砂法和电动 铺砂法。砂容量法应用广泛,但存在不能在潮湿表 面上进行、
9、 测定速度慢以及重现性差等缺点。 路表面构造深度也可采用非接触式的传感器测 定路表面不规则断面的起伏高程,例如,动态激光断 面仪 (ISO DIS 1347321) ,在车身底面悬挂红外线激 光测距装置,以2 mm间距扫描路面表面断面,车辆 以36 kmh的速度行驶,进行连续测定,整理测定记 录所得到的平均断面深度(MPD) ,与砂容量法的测 定结果相差 0. 2 mm。此外,还有英国运输和道路 研究所(TRRL)以激光传感器为基础的小型构造深 度测定仪,也可以一定的速度连续测量表面的凹凸 值,计算得到平均断面深度。这类测试方法的特点 是测试速度快,适用于测定沥青路面干燥表面的构 造深度,用于
10、评价路面抗滑及排水能力,但不适用于 较多坑槽、 显著不平整或裂缝过多的路段。 1. 5 制动距离法 以一定速度在潮湿路面上行使的4轮小客车或 轻货车,当4个车轮被制动时,测试出从车辆减速滑 移到停止的距离,运用动力学原理,算出摩擦系数。 特点是测试速度快,但必须中断交通。 2 抗滑性能的评价指标 表征路(道)面抗滑性能的指标主要有摩擦系数 和路表构造,其中路表构造又分为细构造、 粗构造。 目前,世界各国已经开发研制了多种摩擦系数和构 造深度检测设备,许多学者对这些设备的性能做了 相关研究。但是,由于世界各国所采用的检测设备 各不相同,在我国常用的有摆式仪、SCRIM及铺砂 法。这导致了路面抗滑
11、性能评价指标及标准不统一 的问题,主要表现为:一方面,不同的检测设备具有 不同的测试结果和评价指标;另一方面,不同的国家 根据本国道路使用情况的实际制定了自己的抗滑标 准(如表1列出了各国对水泥混凝土路面构造深度 要求值)。因此,各国道路工作者在进行相互交流时 就存在很大的困难,给开展路(道)抗滑性能测试与 评价等方面的研究造成了许多障碍。 表1 水泥混凝土路面构造深度要求值 国家构造深度MTD/ (mm)备注 中国0.51.2 高速一级公路、 特殊路段取高值 英国0.651.35横向拉毛 法国1.0横向拉毛 德国0.50.8高速时(V 80 km h) 取高限 西班牙0.71.0最小MTD为
12、0.5 mm 荷兰0.7 捷克0.8 注:路表构造深度采用铺砂法测定。 为了使采用不同方法和仪器测定的结果可以相 互比较,国家道路会议常设委员会(PIARC)于1992 年组织了有16个国家、47种量测系统参加的第一 次国际共同试验,对比利时和西班牙的54个路段 (其中约14的测试路段为水泥混凝土路面)进行了 大规模的路表面摩阻系数 (34 项参数)和构造深度 (33 项参数)测试,在此基础上提出了采用国际摩阻 系数IFI(International Friction Index)的建议。 参加共同试验的摩阻测试仪包括锁轮拖车、 固 定滑移率拖车和偏转轮拖车3大种类。路表面构造 深度采用构造断
13、面的平均深度MPD、 构造断面的均 方差RMS和排流时间3种方法进行了测试。 国际摩阻指数(IFI)以60 kmh为标准测试速 度,由代表构造深度和摩阻系数测定结果的2个数 字Vp和F60组成。不同仪器和方法的测定结果可 29 建材世界 2009年 第30卷 第1期 按下列步骤换算得到IFI值。 1) 速度数(Vp) 摩阻系数随测试速度的变化 主要取决于路表的宏观构造,速度数VP与路表构 造测定值之间的关系可按下述线性回归式建立 Vp=a+bTx(4) 式中:Tx为路表面构造参数,其值由粗构造量测系 统得到,如采用激光断面仪,Tx则为所测得的平均 断面深度MPD ,如采用玻璃珠容量法,则Tx为
14、所测 得的平均构造深度MTD;a和b为回归系数,也可理 解为路表面构造深度测定装置和方法的标定参数, 参加共同测试的各个系统的系数值都已标定得出。 2) 标准速度时的摩阻系数F60 各测试系统在 不同滑移速度S时的摩阻系数FRS测试结果,可利 用由粗构造深度测定得到的速度数Vp,通过下式换 算得标准滑移速度(60 km h) 时的摩阻系数FR60: FR60=FRSexp( S- 60 Vp )(5) 式中:S为两侧时的滑移速度,与量测系统的行驶速 度v有关。锁轮拖车测试时,S=v;固定滑移率 (sb)拖车测试时,S=vsb;偏转轮拖车测试时,S= vsinQ(Q为偏转角)。 标准速度时的摩阻
15、系数F60,便可按下述线性 回归公式建立: F60=A+BFR60+CTx 或者,以式(4)和(5)代入上式,可得 F60=A+BFRsexp (S- 60) (+bTx) +CTx(6) 式中:A、B和C为特定试验系统的标定参数。对于 许多试验系统,C值很小,可以假设为零,而略去上 式中的末项。参加共同试验的各个测试系统的A、 B值都已标定得出。 国际摩阻系数IFI便由上述速度Vp和摩阻系 数F60两项数字表示。PIARC建议上述的IFI计算模 式应尽快纳入各国规范,以提高路面抗滑能力测试 和评价的国际通用性和可比性。但其也有一定局限 性,因未参加第一次共同试验的国家,目前还难以确 定各测试
16、系统的标定参数,也就无法采用IFI。 3 结 语 为保障行车安全,路面应具有一定的抗滑能力。 然而,路表抗滑能力并不是造成交通事故的唯一影 响因素。这需要各国根据对交通事故率的调查分 析,以及事故同路面实测抗滑能力之间建立的对应 关系,对抗滑能力的要求制定不同的政策和标准。 目前国内关于抗滑设计标准方面的研究比较滞后, 这应引起道路工作者的足够重视。 另外,建议我国尽早使用IFI作为抗滑指标,便 于与国际接轨,这样既有利于借鉴和使用其他国家 先进技术和科研成果,又有利于开展路面抗滑性能 方面的各项工作。 参考文献 1 姚祖康.水泥混凝土路面设计M.合肥:安徽科学技 术出版社,1999. 2 徐培华,陈忠达.路基路面试验检测技术M.北京:人 民交通出版社,2002. 3 刘建华,周峰.国际摩阻指数IFI应用技术探讨J .中 外公路,2003(6) . 4 袁江林,詹剑波.路面抗滑性能的探讨J .交通科技, 2003(6) . 收稿日期:2008210217. 作者简介:邱怀中(19692 ) , 男,工程师. 39 建材世界 2009年 第30卷 第1期