基于表面三维宏微观纹理特征的沥青路面抗滑性能及其衰变行为

为突破目前沥青路面表面宏微观纹理描述指标过于粗略对相关研究的制约，从沥青路面表面纹理测试方法入手，解决三维宏微观纹理的高精度数字化问题，进而开展沥青路面表面三维宏微观纹理特征的识别和定量描述方法研究，结合沥青路面抗滑性能的需要，构建一套既能细致刻画沥青路面表面三维宏微观纹理特征，又具有良好区分度的定量指标体系。在此基础上，广泛开展沥青路面表面三维宏微观纹理和不同速度下抗滑性能的测试，分析三维宏观和微观纹理特征、速度对抗滑性能的综合影响，建立沥青路面表面宏微观纹理特征与抗滑性能间的关系模型；结合对典型沥青路面表面宏微观纹理和抗滑性能的跟踪测试，研究交通荷载作用下沥青路面表面宏微观纹理的衰变规律，探讨由此导致的沥青路面抗滑性能衰变行为，并进行定量描述。依托项目成果，将能定量描述能够提供持久高抗滑性能的沥青路面表面宏微观纹理特征，对改进抗滑沥青混合料设计方法，进而改善沥青路面抗滑性能有重要意义。

项目获资助以来，稳步推进，按计划完成了相应的研究工作。在北京工业大学“211”工程重点建设学科经费的支持下，项目负责人负责建设了“路面表面及集料颗粒3D图像采集系统和分析平台”。依托这一平台，开展了沥青路面表面宏微观纹理三维测试方法的研究。进而在北京市怀柔区国道G101、国道G111、县道X011等3条公路上，选定了多个路段作为项目跟踪测试路段，先后共布设了39个跟踪测试点，包含沥青混凝土（AC）、沥青玛蹄脂碎石（SMA）、橡胶沥青混凝土（RAC）、超薄沥青磨耗层（UTWC）和微表处（MS）等5种路面类型，分别于2010年11月、2011年4月、8月、11月以及2012年4月、8月和11月开展了7次现场测试。试验包含路面宏观和微观三维纹理的采集、动态摩擦系数测试仪（DFT）试验、摆式摩擦系数测试仪试验、铺砂法路面宏观构造试验，为项目研究提供了详实的数据基础。项目主要研究成果如下：. 1）依托手持式高精度三维激光扫描仪以及三维图形处理软件，提出了路面表面宏微观纹理三维扫描测试及数据处理方法，该方法能够适应公路现场测试要求，具有良好的稳定性及可重复性。. 2）在现场试验获取的路面表面三维宏微观纹理的基础上，构建了定量描述纹理特征的指标体系，包括统计特征指标、几何特征指标、分形与多重分形指标、支撑面积曲线特征指标、空间相关特征指标以及纹理深度指标等。这一指标体系可从不同角度定量描述路面表面宏微观纹理的三维特征。. 3）依托动态摩擦系数测试仪的测试成果，构建了参考制动距离指标，该指标隐含了速度对抗滑性能的影响，可以更为全面的评价路面抗滑性能。参考制动距离具有清晰的物理意义，可以更直观的反映路面抗滑性能对交通安全的影响。. 4）依托两年多来的7次现场测试数据，利用回归分析的方法，建立了沥青路面表面三维纹理特征与抗滑性能的关系模型，参考制动距离指标的应用，使模型涵盖了速度的影响。. 5）通过考察沥青路面表面纹理指标与抗滑性能指标的协同衰变，探讨了路面表面纹理磨损与抗滑性能衰变的关系。. 对照项目研究成果，预定研究目标基本实现，但受研究时间和能力所限，研究工作仍有较大的改进空间，今后项目组将继续开展相关研究工作，以期逐步改进和完善。