构造深度是指规定区域内路表面开口空隙的深度,又称宏观纹理深度。根据测试区域和计算模型的不同,简称主要有TD、SMTD、MPD等,以mm计。路表面细构造是指集料表面的粗糙度,它随车轮的反复磨耗作用而逐渐被磨光。通常采用石料的磨光值(PSV)表征路表面抗磨光的性能。细构造在低速(30~50 km/h)时对路表抗滑性能起决定作用。而高速时对路表抗滑性能起主要作用的是粗构造,即路表外露集料间形成的构造,其功能是使车轮下的路表水迅速排除,以避免形成水膜。粗构造由构造深度(TD)表征,是反映抗滑性能的主要指标之一。
手工铺砂法测试路面构造深度方法
(一)手工铺砂法
路面表面的构造深度(TD)以前称纹理深度,是路面粗糙度的重要指标,它与路表抗滑性能、排水、噪声等都有一定关系。铺砂法是将细砂铺在路面上,计算嵌入凹凸不平的表面空隙中砂的体积与覆盖面积之比,从而求得构造深度。这是目前工程上最为基本也是最为常用的方法。
本法适用于测试沥青路面及无刻槽水泥混凝土路面表面的构造深度,用以评定路面表面的抗滑性能。
1.仪具与材料技术要求
(1)手工铺砂仪:由量砂筒、推平板组成,具体技术要求如下:
① 量砂筒:形状尺寸如图 4.6.1。一端是封闭的,容积(25±0.15)mL,可通过称量砂筒中水的质量以确定其容积 V,并调整其高度,使其容积符合规定。附专用的刮尺,用于将筒口量砂刮平。
② 推平板:形状尺寸如图 4.6.2。推平板应为木制或铝制,直径 50 mm,底面粘一层厚1.5 mm 的橡胶片,上面有一圆柱形把手。
图 4.6.1 量砂筒(单位:mm)
图 4.6.2 推平板(单位:mm)
(2)量砂:足够数量的干燥洁净的匀质砂,粒径 0.15~0.3 mm。
(3)量尺:钢板尺或专用的构造深度尺。
(4)其他:装砂容器(小铲)、扫帚或毛刷、挡风板等。
2.方法与步骤
(1)准备工作。
① 量砂准备:取洁净的细砂,晾干过筛,取 0.15~0.3 mm 的砂置适当的容器中备用。试验时,量砂只能一次性使用,不宜重复使用。
② 选取测点所在横断面的位置,同时测点应选择在车道的轮迹带上,距路面边缘不应小于 1 m。
(2)试验步骤。
① 用扫帚或毛刷将测点附近的路面清扫干净,面积不小于 30 cm×30 cm。
② 小铲向圆筒中缓缓注入准备好的量砂至高出量筒成尖顶状,手提圆筒上部,用钢尺轻轻叩打圆筒中部 3 次,并用刮尺边沿筒口一次刮平。
注:不可直接用量砂筒装砂,以免影响量砂密度的均匀性。
③ 将砂倒在路面上,用推平板由里向外重复做摊铺运动,稍稍用力将砂向均匀摊开,使砂填入路表面的空隙中,尽可能将砂摊铺成圆形,并不得在表面上留有浮动余砂。注意摊铺时不可用力过大或向外推挤。
④ 用钢板尺测量所构成圆的两个垂直方向的直径,取其平均值,准确至1 mm。也可用专用尺直接测量构造深度。
⑤ 按以上方法,同一处平行测定不少于3次,3个测点均位于轮迹带上,测点间距3~5 m。对同一处测试应该由同一个试验员进行定。该处的测定位置以中间测点的位置来表示。
3.计 算
(1)构造深度TD测试结果按下式计算:
式中 V——砂的体积,25 cm3;
D——推平砂的平均直径,mm。
(2)每一测试位置均取3次路面构造深度的测试结果的平均值作为试验结果,准确至0.01 mm。当平均值小于0.2 mm时,试验结果以小于 0.2 mm表示。
(3)计算每一个测试路段路面构造深度的平均值、标准差、变异系数。
一般来说,影响手工铺砂法测试结果误差较大的原因有很多,例如装砂和叩击方法无量化标准,不少人直接用量筒到装砂的筒中装砂,叩击量筒力度大小不一,均致使量筒中的砂紧密程度不一样,影响砂量。此外,摊铺过程因掌握力度不同,摊铺结果亦因人而异。为了克服手工铺砂法掌握不统一、测量不准的缺点,可采用电动铺砂法和激光法。
(二)电动铺砂法
电动铺砂仪测试路面构造深度方法
电动铺砂法与手工铺砂法虽然基本原理类似,但测试方法有所差别,手工法是通过将固定体积量砂填入凹凸不平的空隙计算其平均深度作为构造深度的,而电动法是将固定体积量砂在路面上的摊铺长度与在玻璃板上的摊铺长度进行比较后,得到构造深度的,所以两种方法测试的构造深度存在差值,使用时应进行换算。
本方法适用于测试沥青路面及无刻槽水泥混凝土路面表面构造深度,用以评定路面表面抗滑性能。
1.仪具与材料技术要求
(1)电动铺砂仪:利用可充电的直流电源将量砂通过砂漏铺设成宽度 5 cm,厚度均匀一致的器具,如图4.6.3所示。
图 4.6.3 电动铺砂仪
(2)量砂:足够数量的干燥洁净的匀质砂,粒径0.15~0.3 mm。
(3)标准量筒:容积 50 mL。
(4)玻璃板:面积大于铺砂器,板厚不小于 5 mm。
2.方法与步骤
(1)准备工作:
① 量砂准备:取洁净的细砂,晾干过筛,取 0.15~0.3 mm 的砂置适用的容器中备用。量砂只能在路面上使用一次,不宜重复使用。
② 选取路段测点横断面位置,同时测点应选在车道的轮迹带位置,且距路面边缘不得小于 1 m。
(2)电动铺砂器的标定:
① 将铺砂器平放在玻璃板上,将砂漏移至铺砂器端部。
② 将灌砂漏斗口和量筒口大致齐平。通过漏斗向量筒中缓缓注入准备好的量砂至高出量筒呈尖顶状,用直尺沿筒口一次刮平,其容积为 50 mL。(www.xing528.com)
③ 将漏斗口与铺砂器砂漏上口大致齐平。将砂通过漏斗均匀地倒入砂漏,倒入过程中,漏斗前后移动,使砂的表面大致齐平,但不得用其他工具刮动砂。
④ 启动开关,使砂漏向另一端缓缓移动,量砂沿砂漏底部铺成如图 4.6.4 所示的宽50 mm的带状,待砂全部漏完后停止。
⑤ 按图 4.6.4,依下式由 L1及 L2的平均值决定量砂的摊铺长度 L0,精确至1 mm:
式中 L0——玻璃板上50 mL量砂摊铺的长度,mm;
图4.6.4 决定L0及 L 的方法
L0—玻璃板上 50 mL 量砂摊铺的长度(mm);L—路面上 50 mL 量砂摊铺的长度(mm)。
L1、L2——按图4.6.4的方法量取的摊铺长度,mm。
⑥ 重复标定3次,取平均值决定L0,准确至1mm。标定应在每次测试前进行,用同一种量砂,由同一测试人员进行。
(3)测试步骤:
① 将测试地点用毛刷刷净,面积大于铺砂仪。
② 将铺砂仪沿道路纵向平稳地放在路面上,将沙漏移至端部。
③ 按上述电动铺砂仪标定(2)~(5)相同的步骤,在测试地点摊铺50 mL量砂,按图4.6.4的方法量取摊铺长度L1及L2,依下式计算L,准确至1 mm。
式中 L——路面上50mL量砂摊铺的长度,mm;
④ 按以上方法,同一处平行测定不少于3次,3个测点均位于轮迹带上,测点间距3~5 m。该处的测定位置以中间的测点位置表示。
3.计 算
(1)按下式计算铺砂仪在玻璃板上摊铺的量砂厚度t0。
式中 t0——量砂在玻璃板上摊铺的标定厚度,mm;
V——量砂体积,50 mL;
B——铺砂仪铺砂宽度,50 mm。
(2)按下式计算路面的构造深度TD:
(3)每一处均取 3 次路面构造深度的测试结果的平均值作为试验结果,准确至 0.1 mm。
(4)计算每一个测试路段构造深度的平均值、标准差、变异系数。
(三)车载式激光构造深度仪法
车载式激光构造深度仪是近年来逐渐普及使用的一种测试设备,其测试准确性和工作效率均较高。激光构造深度仪利用激光测距的原理测量地面材料颗粒表面以及材料颗粒之间的深度变化的情况,输出的测试结果是沿测线断面一定间距长度内的平均深度数据,因此与铺砂法的一定面积内的平均深度数据有所差别。
本方法适用于各类车载式激光构造深度仪在新、改建路面工程质量验收和无严重破损病害及没有积水、积雪、泥浆等正常行车条件下连续采集路面构造深度,但不适用于带有沟槽构造的水泥路面。
1.仪具与材料技术要求
测试系统由承载车、距离传感器、激光传感器和主控制单元组成,配备的专用软件应自动控制进行数据采集、传输、记录和数据处理。其主要技术要求如下:
(1)最大测试速度:≥50 km/h。
(2)采样间隔:≤5 mm。
(3)传感器垂直测距示值误差:≤0.1 mm。
(4)距离标定误差:<0.1%。
2.方法与步骤
(1)准备工作。
① 设备安装到承载车上以后应进行相关性标定试验。
② 对测试系统各传感器进行自标定。
③ 现场安装距离测量装置时,应确保机械紧固装置安装牢固。
④ 打开测试系统电源,启动控制程序,检查各部分的工作状态,并预热测试系统。
(2)测试步骤。
① 承载车停在测试起点前 50~100 m 处,启动测试系统程序,按照测试路段的现场技术要求设置完毕所需的测试状态。
② 驾驶员应按照规定的测试速度范围驾驶承载车,避免急加速和急减速,急弯路段应放慢车速,沿正常行车轨迹驶入测试路段。
③ 进入测试路段后,测试人员启动控制单元的采集和记录程序,在测试过程中必须及时准确地将测试路段的起终点和其他需要特殊标记的位置输入测试数据记录中。
④ 当承载车驶出测试路段后,测试人员停止数据采集和记录,并恢复仪器各部分至初始状态。
⑤ 检查测试数据文件应完整,内容应正常,否则需要重新测试。
⑥ 关闭测试系统电源,结束测试。
3.激光构造深度仪测值与铺砂法构造深度值相关关系对比试验
(1)选择构造深度分别在 0~0.3 mm、0.3~0.55 mm、0.55~0.8 mm、0.8~1.2 mm 范围的 4 段长度均为 100 m 的试验路段。试验前将路面清扫干净,并在起终点做上标记。
(2)在每个试验路段上沿一侧行车轮迹用铺砂法测试至少 10 点的构造深度值,并计算平均值。
(3)驾驶承载车以 30~50 km/h 速度驶过试验路段,并且保证激光构造深度仪的激光传感器探头沿铺砂法所测构造深度的行车轮迹运行,计算试验路段的构造深度平均值。
(4)建立两种方法的相关性关系式,要求相关系数 R 不小于 0.97。
路面抗滑性检测(摆式仪法)
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