基于界面接触特性的多尺度沥青路面抗滑性能研究

It is urgent and hard for the asphalt pavement industry to ensure the skid resistance, but the key to skid problem is contact characteristics of tires and rough surface. In the past, most of the researchers usually assumed pavement to be smooth interface contact effect of a certain friction coefficient, leading to that the result does not match with the actual situation. The study will deep research on the characteristics of multi-scale interface contact, which will be focused on the surface texture of aggregate particles in meso-scale，the spatial distribution morphology of coarse particles in macro-scale, and the occlusal degree between coarse particles and tires in macro-scale,and so on.the researchers will R&D the three-dimensional laser texture analyzer in high-precision (10 μm)，estimate the surface texture features of aggregate particles, evaluate the gradation composition characteristics of asphalt mixture and the morphology and spatial distribution of coarse aggregate, using the industrial CT scanning technology in high-precision . The study will use the diaphragm gridding pressure sensor in high accuracy to explore the law of tire contact area and contact pressure distribution acting in the asphalt pavement, design the skid evaluation test of tires and asphalt pavement in different contact states, explore the skid effect and the law and the evaluation index system under the contact characteristics. This research can change the situation in the stage of skid materials design, pavement maintenance and preventive maintenance design depend on experience, it can be given a more scientific and reasonable asphalt pavement design method, which can greatly reduce the waste of resources and traffic accidents.

提高沥青路面抗滑性能已成为保证交通安全的关键技术，轮胎与粗糙表面接触特性是提高路面抗滑能力的关键。以往研究将路面假设为摩擦系数一定的平滑界面，其接触状况与实际情况明显不符。本研究将深入研究细观尺度下集料表面纹理和宏观尺度下粗颗粒空间分布形态及其与轮胎啮合程度的多尺度界面接触特征。研发高精度（10μm）三维激光纹理测试方法，评价集料表面纹理特征，采用高精度工业CT扫描技术评价混合料级配组成及粗骨料形态与空间分布特性。采用高精度薄膜压力传感器探索轮胎与沥青路面间不同荷载和抗滑状态下的接触面积、接地压力分布规律，并设计轮胎与沥青路面不同接触状态下的抗滑试验，探索上述接触特征下的抗滑效果、规律及评价指标体系。本研究可显著改善抗滑材料设计和路面功能养护设计等依赖经验的落后现状，实现科学设计沥青路面抗滑性能，从而降低资源与造价浪费，提高路面安全性能。

为适应我国高等级公路快速发展及其安全出行等技术与社会需求，传统的轮胎与路面简单的摩擦接触模型已不适应，基于沥青路面多尺度界面结构，开展抗滑性能研究十分必要与迫切。基于此，本研究基于压力胶片测试技术，开展了轮胎与路面之间接触压力及分布特性的研究，并利用高精度激光扫描测量技术，从微细观尺度评价了集料颗粒棱角性和破碎面细观纹理结构；基于高精度工业CT技术，评价了沥青混合料微细观结构；基于路面轮廓仪及其扫描技术，从宏观尺度评价了沥青路面抗滑轮廓构造；利用压力胶片评价技术以及路面轮廓扫描技术及其试验结果，建立抗滑性能及其衰减特性的评价指标体系。.获得了如下主要研究成果：.首先，利用压力胶片测试技术，基本掌握了我国小货车轴载及其轮压（0.6-0.7Mpa）作用下，不同沥青路面的接触压力客观分布规律，建立了抗滑接触面积、接触应力场分布与集中程度等抗滑性能宏观评价指标体系。.其次，建立了沥青路面多尺度接触界面结构的评价技术，包括：采用激光微观构造检测仪评价骨料棱角与细观纹理、沥青胶浆（沥青与机制砂混合物）结构等微细观接触结构；利用工业CT技术评价抗滑层路表主骨料空间分布等细观接触结构；采用路面轮廓仪评价沥青路面抗滑轮廓构造等宏观接触结构。.最后，基于轮胎及其与不同路面的接触行为与路面抗滑性能之间的关联性研究，分别建立以分形维数为主的评价粗骨料和沥青胶浆抗滑性能的微细观尺度评价指标、以轮廓峰顶夹角为主要指标的沥青路面抗滑性能宏观尺度评价指标体系。并利用室内模拟轮胎荷载作用的搓揉试验技术，针对抗滑层沥青混合料材料设计阶段，建立以抗滑构造敏感区衰减率为指标的抗滑构造耐久性预测指标体系。