摘 要

本文主要利用AIMS（Aggregate Imaging Measurement System AIMS，集料图像测量系统）检测细集料（玄武岩，钢渣，石灰岩，粒径为0.6-1.18，1.18-2.36，2.36-4.75mm）的粒型及细观表面形貌特性，与改性乳化沥青拌合制备微表处路用结构。最后利用多种传统方法检测微表处的抗滑性能以及其耐久性，从而研究细集料形貌特性对于微表处抗滑性能的影响规律。

研究结果表明：形状对微表处抗滑性能的影响远大于棱角性对微表处抗滑性能的影响要。与抗滑性能结果相联系，差异高度和纹理深度与形状的相关性会更好。所以，即棱角性对微表处防滑性能的影响弱于形状对于微表处抗滑性能的影响。其原因可能是棱角性只是说明了细集料的边缘锐度，而细集料的边缘锐度与微表处的表面纹理相比太小，因此两者之间没有明显的关系。而细集料的形状对于微表处的构造深度影响很大，故形状与微表处的构造深度联系更紧密。

关键词：集料形貌特性；改性乳化沥青；微表处；抗滑性能；抗滑耐久性

ABSTRACT

As an important part of the transportation system, the road directly affects the country's economic development and the daily life of the people and the construction of national defense. Highway coverage has become one of the most important indicators for measuring the country's level of development. However, in recent years, the rapid increase in vehicle flow and the increase in driving speed have made the damage of asphalt pavement more serious. The skid resistance of asphalt pavement has been rapidly reduced, and a large number of diseases have occurred without reaching the design service life. Many traffic accidents after the opening of the expressway also reflect that the failure of the asphalt pavement's skid resistance index is one of the main causes of traffic safety accidents.

This paper mainly uses AIMS (Aggregate Image System AIMS, aggregate image measurement system) to detect the particle type and morphology of fine aggregates (basalt, steel slag, limestone, particle size 0.6-1 .18, 1.18-2 .36, 2.36-4 .75 mm). The pavement structure of micro-surfacing was prepared by mixing with modified emulsified asphalt. Finally, a variety of traditional methods are used to detect the skid resistance and durability of the micro-surfacing, so that the influence of the morphology of the fine aggregate on the skid resistance of the micrometer is studied.

The results show that the influence of shape on the skid resistance of the micro-surfacing is much greater than that of the angular property on the skid resistance of the micro-surfacing. In relation to the skid resistance; results, the correlation between the difference height and the texture depth and shape is better. Therefore, that is, the angular effect on the skid resistance; of the micro-surfacing is weaker than the shape effect on the skid resistance of the micro-surfacing. The reason may be that the angular nature only shows the edge sharpness of the fine aggregate, and the edge sharpness of the fine aggregate is too small compared to the surface texture at the micro-surfacing, so there is no obvious relationship between the two. The shape of the fine aggregate has a great influence on the construction depth at the micro-surfacing, so the shape is more closely related to the construction depth at the micro-surfacing.

Key words: Morphology of aggregate; micro-surfacing; skid resistance; modified; Slip-resistant durability

目录

第一章 绪论 1

1.1 问题的提出 1

1.2 国内外研究现状 3

1.3本文研究内容 5

第二章 改性乳化沥青 7

2.1改性乳化沥青制备方案的选择 7

2.2改性乳化沥青的制备步骤与配方 9

2.3 改性乳化沥青制备试剂的选择 15

第三章 微表处 16

3.1 微表处的制备 16

3.2 微表处的性能测试 17

第四章 集料的形貌特性与微表处抗滑性能的关系 20

第五章 结论 24

参考文献 25

致 谢 27

第一章 绪论

1.1 问题的提出

改革开放以来，良好的经济政策促使我国公路进入了快速发展的时期。公路是运输系统的一个重要组成部分，直接影响着国家经济发展及国民日常生活以及国防建设。公路的覆盖范围已成为衡量国家发展水平的重要标志之一。

沥青混凝土路面具有行车噪音小、舒适性高、平整度好、易修复的特点，被广泛应用于高等级公路建设中。我国90%以上高等级公路均采用沥青路面^[1-3]。到2017年末，我国已修建超过13万公里高速公路。然而近年来，车流量快速的增长和自然条件的综合影响，使沥青路面的损坏情况愈发严重，严重影响了行车安全性和舒适性^[4]，许多道路没有到设计使用年限就需要进行大规模的养护和翻修^[5]。要想延长路面使用寿命，良好的养护必不可少^[6]。公路建设在发展，管理养护也要跟上公路的发展。如何科学地进行养护以增加沥青路面的使用寿命，并使行车安全性得到保障，是必须面对的重要问题。而在高速发展的现代，交通运输又在安全方面不断提出更高要求。行车的安全性是首当其冲要考虑的，安全是重中之重。而抗滑性能是行车安全提高的必要思考因素。路面抗滑性能是指制动车辆轮胎时沿路表面滑移所产生的阻力，用抗滑系数作为指标，抗滑系数可用摆式仪的BPN来表示，要符合《公路沥青路面养护技术规范》。很多高速公路竣工后，抗滑性能快速降低，没有到设计使用年限即出现大量病害。高速公路发生的很多交通事故也与路面抗滑指标不合格有关。所以抗滑性能的研究是必要的。

近年来，对于沥青路面的抗滑性能我国展开了很多研究工作，取得了很多成果。但随着车流量快速的增长和驾驶速度的提高，行车安全性被不断地提出更高的要求。所以在如何提高沥青路面抗滑性能以及提高沥青路面抗滑耐久性能的这一方向上道路远且长。

我国数据显示，降雪降雨路面交通事故激增。冬季的吉林省交通事故频发,经调查发现，冰雪路面是造成这一事故的主要原因，相关交通事故超过三分之一。美国国家运输安全委员会(NTSB)的报告提出，湿滑的路面更容易发生交通事故，故下雨天有高达18.8%的交通事故率和13.5%的死亡事故率；英国的道路交通事故超过25%与车轮打滑有关。

在公路上覆盖一层抗滑微表处，对于提高路面抗滑性能是非常行之有效的一种手段。根据英国1985年的调查研究可得，路面的摩擦系数越大因为湿滑的而产生的交通事故发生率就会越少；加拿大的研究指出，路面加铺微表处后，因为湿滑引起的交通事故明显下降，可减少71%；同样我国“七五”科技的研究指出，在沥青路面上铺设微表处后，下雨天发生的交通事故可低至六成。由此可见，路面抗滑性能是影响道路交通安全的一个重要因素^[7]。

微表处是一种改性乳化沥青稀浆封层，它是由集料，填料，改性乳化沥青，水以及特定的添加剂按一定比例均匀铺在路面上形成的沥青罩面层，是一种道路罩面施工技术。微表处一般为四到七毫米的薄层，是具有较强耐磨性能的路面罩层，在解决一般裂缝和轻微车辙的问题里有着较好的效果。微表处不仅可以让沥青路面恢复原有平整度，而且可增加路面的防滑性能^[8-9]。

微表处技术70年代在欧洲出现，十年后美国开始研究，如今已经成为美国30多个州、加拿大及其它很多国家和地区高等级公路的主要养护手段之一^[10]。该技术进入我国以后，迅速在各省份的高速公路养护工程中得到了应用，成效显著。微表处具有铺设省时、工艺简单、节约资源和污染小等优点，特别适合通行车辆多、车载重、行车速度高、抗滑性能要求高的高速沥青公路^[11-12]。微表处不仅可以对道路进行预防性养护，更能改善路面的抗滑耐久性能以及抗滑性能，是一种经济环保且实用性能非常高的预防性养护技术。

通过简单的路表处理，即可极大地改善和提高路面的摩擦系数，从而提升行车安全性。然而，由于设计方法和材料性能的缺陷，抗滑薄层的抗滑性和耐久性非常不足，其使用寿命因此受到了很大的限制。

改性乳化沥青的应用在微表处抗滑性能这一问题上扮演着非常重要的角色，是一项关键的技术。它是微表处的粘结料，其质量的好坏直接决定着微表处的质量。改性乳化沥青是基质沥青在改性剂、乳化剂、稳定剂的作用下，通过一定设备和工艺条件制备的。乳化剂和改性剂的选择决定了制备的改性乳化沥青的优缺点，乳化剂占有更为重要的地位。为了使公路能更快地开放投入使用，在符合要求的条件下改性乳化沥青凝结的时间越短越好^[13]。

另一种对微表处有着很大的影响作用的是细集料的形貌特性。细集料占微表处混合料总质量的80%以上^[14]。由于集料形貌特性（棱角性，球形度等）在很大程度上决定了混合压实后颗粒的位置和颗粒间相互嵌挤锁结的状态^[15]，故其对微表处混合料的骨架组成及其抗滑性能起着关键作用^[16-17]。通过研究微表处用细集料的细观形貌特性从而分析总结出集料特性、集料种类对微表处抗滑性与耐久性的影响规律，对设计耐久性路面抗滑薄层是十分有必要的^[18-21]。

1.2 国内外研究现状

国内针外对微表处罩面的抗滑性能的研究虽取得了一定的成果，但是以集料形貌特征为研究对象来探究微表处的抗滑性与抗滑耐久性的相关研究相对较少^[22]。本研究通过对微表处所用的细集料的细观形貌特性进行研究，从而分析总结出集料特性、集料种类、集料粒径对微表处抗滑性和耐久性的影响规律，为设计抗滑耐久性路面、抗滑薄层提供新的参考。

最早开始研究沥青路面抗滑机理的国家是英国。20世纪20年代，英国道路交通研究所(TRRL)率先开始研究沥青路面的抗滑性能，研究内容是沥青路面在更加湿滑的情况下，是否会对交通事故率有影响。1949年，表面特性技术委员会成立，该委员会由国际道路会议中心建立。从多方面，多角度，多学科出发，综合的研究路面抗滑性能。1958年，该委员会在英国举行第一届国际防滑会议，测试了十二种测定路面摩擦系数的仪器性能。1977年，第二届国际防滑会议报告指出：在沥青路面抗滑性能这一问题的研究上，不能只想到路面摩擦系数，路面结构、行车速度、车载、通车流量等等多种因素都是可能会对沥青路面的抗滑性能产生影响的。1983年开办了十七届世界道路会议上，十八个国家就路面抗滑标准和相关要求发表了看法。此外20世纪20年代的欧美等发达国家，也已经展开了沥青路面抗滑性能的相关工作,而我国在80年代,良好的经济政策带动了沥青公路的大力铺设以后，才开始了对行车安全性的研究工作，抗滑性能问题才逐渐提上日程。然而我国一开始对于这一方面的研究,只着手于如何把路面铺的更好，并没有把铺设沥青路面的材料对于抗滑性能的影响重视起来^[23]。

路面抗滑性能的研究正在随着世界的发展在全球不断的普及。1975年，国内对于路面抗滑技术的研究才刚刚开始，落后于国外几十年，相关的实验仪器和研究数据等各方面的基础都十分薄弱。直到“七五”召开，国内才第一次全面的开始攻克沥青路面抗滑性能、提高行车安全性这一难题的，对高等级公路抗滑性能以及抗滑耐久性能进行了全方面的探索，为我国沥青路面抗滑技术的普及奠定了重要的基石。在此期间，为了研究沥青路面抗滑性能和集料的磨光性，摆式摩擦系数仪和石料磨光加速机被研发出来。“八五”更加深入的探索了沥青路面抗滑性能这一问题。在7个城市，5000多公里干路，1000多个事故多发路段进行了调查，以期找到沥青路面抗滑性能和事故发生率的联系，藉以在沥青路面抗滑性能这一领域中迈出一大步。与此同时在规范里加入了沥青路面抗滑标准。为了大力推广这一标准，“九五”对这一标准进行了全方面的研究，在规范里对每一点都详细的作了说明，不仅新增了很多内容，还改动了很多原有的规范标准，例如因为车流量，车载以及行车速度的增加，沥青路面抗滑标准也要随之改变，要更符合当今时代沥青路面对于抗滑性能的要求。这一次系统的整理了这一方面的内容，建立了一个相对完整的体系。

本文研究的是，细集料形貌特性与微表处抗滑性能之间存在的关系。细集料作为微表处的骨架，研究其形貌特性与微表处的抗滑性能之间的关系是非常重要的。而合理的特征参数是描述这种关系的先决条件，例如构造深度以及BPN。（BPN是一种用来表征路面摩擦系数的参数，可以用来分析沥青路面抗滑性能的好坏。）还要对集料形貌特性进行总结与分析。目前，国内外的研究人员已经在集料形貌特性对于沥青路面抗滑性能的影响这一研究领域取得了不小的成就。通过研究他们得到了4种相关的形态学特征参数，它们分别是：密度参数、高度参数、形状参数和分形维数。此外沥青路面的抗滑性能经常利用宏观纹理和构造深度来表征。铺砂法是一种最常见的用来试验沥青路面的抗滑性能的一种测试方法，所得数据为平均构造深度（MPD）。常用的测试方法还有摆值法，所得数据为BPN。如今国内外在沥青路面抗滑性能这一领域的研究已经渐渐不拘泥于这几个为人熟知的参数，越来越多的研究人员开始了探索更多的与沥青路面抗滑性能有关的还未被发现的特征参数。很多很多的研究工作者取得了不小的成就，越来越多的与抗滑性能之间有关系的参数浮出水面。

还有很多学者研究了沥青路面抗滑性能与路面图像形态学特征的联系：比如Slimane^[24]分析研究了抗滑性能和灰度值梯度标准差之间的关系；Khoudeir研究了抗滑动性能和灰色图像的灰度梯度平均值，峰值之间的平均曲率和标准偏差关系；Huang^[25]研究沥青路面表面受到磨光的程度；Kokkali^[26]对抗滑性能和沥青路面横断面曲线轮廓分形维数进行了研究^[27]。

相较于国内，国外很早就开始了对于改性乳化沥青的研究和运用，在这一方面有着强大的研究背景，占据了非常大的优势。早在20世纪70年代，德国就已经开展了研究改性乳化沥青的应用的工作，他们研究的是聚合物改性沥青稀浆封层技术，在基质沥青中掺入聚合物胶乳和乳化剂，制备出改性乳化沥青，再把改性乳化沥青摊铺到车辙上。20世纪80年代，针对沥青路面出现的各种问题，美国和澳大利亚也开始使用改性乳化沥青稀浆封层这一技术来进行道路的养护。迄今为止，最为国内外学者所熟知、应用最为普遍、范围最为普及的改性乳化沥青就是高分子聚合物改性乳化沥青。目前常用的一些高分子聚合物胶乳有：热塑性树脂类、热塑性弹性体类和橡胶类聚合物改性剂，被应用于各种情况应对不同状况的路面问题。因为SBS胶乳不易制得，故相对来说更容易获得的SBR胶乳被大量投入使用，用以制备改性乳化沥青。SBS胶乳的制备对工艺流程有着很高的要求，所以产量很少，不能大量生产，而改性乳化沥青尚处于研究阶段，需要大量的胶乳，所以SBS胶乳不能大范围被应用在改性乳化沥青的制备，更多的还是应用在实验室研究这一方向。但是由于SBS胶乳自身具有十分优异的改性性能，所以在改性乳化沥青的研究中还是非常受欢迎的^[28]。

Abedini M^[29]等在碎石封层中应用了几种不同的SBR胶乳，目的是为了研究改性乳化沥青的低温粘附性。结果显示，SBR胶乳和X－SBR胶乳的加入会减少乳化沥青残留物的针入度，增大针入度指数和软化点，当加入的是线性SBR胶乳，沥青蒸发残留物的延度和低温恢复性能增加，当加入X型SBR胶乳，沥青蒸发残留物的延度就会下降。此外还可以得到改性乳化沥青中SBR胶乳的含量越高，改性乳化沥青对集料的粘附性也会随之提升，低温时这一影响会更显著。Khadivar A^[30]等研究了SBR胶乳和NR胶乳对改性乳化沥青流变性能的影响。通过多次实验，研究了改性乳化沥青蒸发残留物在线性和非线性区域的流变性能。研究表明，在线性区域，残留物的刚性和弹性会随着聚合物胶乳的加入显著增加；在非线性区域，SBR改性乳化沥青蒸发残留物比NR改性乳化沥青蒸发残留物对应力更加敏感，NR胶乳可明显提高乳化沥青蒸发残留物的刚性，而对弹性影响甚微。两相对比，X－SBR胶乳对沥青集料低温粘附性能的影响要小于SBR胶乳和NR胶乳对改性乳化沥青流变性能的影响。

我国从20世纪90年代左右开始在稀浆封层领域采用改性乳化沥青，并且相继铺筑了很多试验路段。虽然我国对于改性乳化沥青的研究开始的很晚，远远赶不上国外对于改性乳化沥青的研究。尤其是在乳化剂与改性剂的研究上，更是有着大段的距离。但是经过了近些年的努力，国内在这一领域也取得了不小进展，只要继续研究下去，把这一方面重视起来，相信国内对改性乳化沥青的研究很快就会有突飞猛进的发展。