（道路与铁道工程专业论文）微表处路面轮胎噪音发生机理及改进措施研究.pdf

9 7 贮存稳定性，s l 1 d 1 2 0 粘聚力试验( n m ) 3 0 m i n 芝1 2 6 0 r a i n 2 2 0 ( 至少为初级成型) 负荷车轮粘附砂量“g m 也)9 5 0 湿轮磨耗损失( g m 也) 浸水1 d 0 4 也 屯 o o 0 2 0 3 0 8 09 0 1 2 0 j 5 01 8 0 p o l i s h i n g 偏er a i n 口l ds t e e ls l a g 厶s a n d s t o n ea s a n d s t o n eb l i r n e s t o n e 图2 2 掺入不同集料的微表处混合料的抗磨耗性能比较图【2 6 】 f i g 2 - 2t h ee v a l u a t i o nr e s u l t so fs k i dp r o p e r t i e st e s t e dw i t hf o u rd i f f e r e n ta g g r e g a t e sf o r m i c r o s u r f a c i n g 2 5 2 微表处技术发展的思考 尽管微表处技术在欧美和澳大利亚己得到普及，并且证明是一项先进、成熟 的技术。但微表处技术在我国高速公路沥青路面的推广应用必须要结合我国国情， 北京工业大学工学硕士学位论文 才能使其健康、快速发展。 微表处技术在我国高速公路沥青路面的推广应用侧重以下几个方面： 。1 ) 防止地表水渗入高速公路沥青路面是预防性养护阶段的主要任务之一。 2 ) 防止车辙发展是高速公路沥青路面预防性养护阶段的又一个主要任务。 3 ) 恢复路面服务功能是微表处技术在高速公路沥青路面维修养护中的另一 个最主要的用途。 国内外的实践证明，微表处技术只有应用在高速公路路面预防性养护阶段才 能达到降低道路养护成本，提高道路经济效益的目的。即只有准确分析和制定我 国高速公路的预防性养护阶段和养护方案，才能使微表处技术发挥其应有的作 用。 今后一段时问，高速公路的维修养护工作将成为公路部门的重点工作之一，而 沥青路面的维修养护工作是公路养护工作的重中之重。面对这样一个巨大的养护 市场，我们应该以严谨、务实的态度，科学地认识和应用微表处技术，使这项技术在 我国高速公路沥青路面养护工程中发挥巨大作用，产生良好的社会和经济效益。 2 6 本文实验方案设计 在对我国微表处路面的使用状况进行大量调研，充分掌握国内外研究现状的 基础上，本文以研究微表处路面“轮胎路面交通噪声”为基准点，以微表处路面 为研究对象，以路面性能各因素对轮胎路面交通噪声的影响为角度，尝试运用 图像处理技术、各种路面性能检测技术、声学性能测试技术以及统计回归分析相 关内容，从微表处路面的材料组成、配合比设计及路面表面性能( 表面孔隙、抗 滑性能、构造深度等) 的诸多方面，展开微表处路面噪音机理的深入研究，以求 确立微表处路面的轮胎路面噪声高于普通沥青路面的轮胎路面噪声的主要原因 以及确定其主要影响因素。 2 6 1 实验设计思路及要点 鉴于实验的成本较高，操作起来要耗费很大的人力、物力合财力，本文考虑 了一种实验优化的思路。实验优化就是在最优化思想的指导下，通过广义实验进 行最优设计的一种优化方法。它从不同的优良性出发，合理设计实验方案，有效 控制实验干扰，科学处理实验数据，全面进行优化分析，直接实现优化目标。 优化实验是一种直接优化法，有以下显著特点： 第2 章微表处技术在预防性养护中的应用 ! 曼曼曼! ! ! ! 曼! 曼! 曼曼曼曼! 曼! ! 曼! 曼! 曼! ! 曼! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 曼! ! ! ! 曼曼! ! ! ! ! ! ! 鼍! ! 詈曼鼍量曼曼! 曼! 曼! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 鼍1 1 设计实验方案时，不仅使实验具有一定的优良性，也使试验点大大减少， 但少量实验实施的试验点确能获得试验区域内丰富的试验信息，得出全面的结 论， 2 实施实验方案时，能有效的控制实验干扰，提高实验精度； 3 处理实验结果时，通过简便的计算及分析，可以直接获得整个实验优化范 围内较多的优化结果。 2 6 2 实验方案 l 实验目的 测试不同类型沥青路面( 包括微表处) 的表面特征，包括构造深度、路面表面 孔隙等；测试不同类型沥青路面( 包括微表处) 的吸声性能。 - 2 适用范围 本文实验在实验室内和室外实际工程道路上进行。 3 试件的制作及控制条件 ( 1 ) 试件个数 共1 6 组，6 4 件，包括4 种类型马歇尔试件( 密级配沥青混合料a c 、密级配 沥青碎石混合料a t b 、开级配沥青混合料o g f c 、沥青玛蹄脂碎石混合料s m a ) ，1 种微表处混合料成型试件。 ( 2 ) 实验材料 采用9 0 # 重交沥青和s b r 改性乳化沥青，最佳沥青用量；集料包括1 0 - 2 0 m m 、5 1 0 m m 、3 - 5 m m 、机制砂、天然砂及矿粉等，级配控制点为4 7 5 m m 。和0 0 7 5 r a m 。各种集料的通过率见表2 - 6 所示。 ( 3 ) 试件的制作过程 按照各种矿料在混合料中所占的配合比例，本文各种混合料的级配如图 2 3 的( a ) ( e ) 所示，称出一组4 个试件所需的材料，置于拌锅或拌和机重。对称 量好的各集料充分拌合后，把混合料加热温度至2 0 0 。c 以上，再加入所需要的沥 青，迅速拌合直至集料被沥青所充分包覆。 称取拌好的混合料( 以四分法取一份) 约1 2 0 0 9 ，通过铁漏斗注入垫有一张 滤纸的热试模中，并用热刀沿周边插捣1 5 次，中间1 0 次。 将装好的混合料的试摸放在击实台上，再把装有击实锤的导向棒插入击实 北京工业大学t 学硕- ：学位论文 座内，然后将击实锤从4 5 7 c m 的高度自由落下( 规定5 0 或7 5 次) 。混合料的击 实温度不得低于1 1 0 。c 试件击实一面后，将试摸倒置，再以同样的次数击完另 一面。 表2 _ 6 各种尺寸集料通过率 t a b l e2 - 6t h ea g g r e g a t ep a s sr a t ef o rv a r i o u ss i z o 筛孔尺寸 通过率 r a m 10 一- , 2 0 m m5 1 0 m m 3 5 m m机制砂天然砂矿粉 2 6 5l o o o1 0 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 o1 0 0 o 1 9 9 8 5 1 0 0 o1 0 0 0 1 0 0 o1 0 0 0 1 0 0 0 1 69 1 51 0 0 o1 0 0 01 0 0 o1 0 0 01 0 0 0 1 3 26 8 61 0 0 01 0 0 o1 0 0 01 0 0 01 0 0 0 9 52 4 8 9 9 6 9 9 8l o o 09 9 21 0 0 o 4 7 51 。42 8 69 7 49 9 89 6 71 0 0 0 2 3 6o o4 68 77 3 69 4 71 0 0 o 1 1 8 0 oo 05 45 1 5 9 3 31 0 0 o 0 60 0o o4 43 8 29 1 41 0 0 o 0 3o 0o 00 02 5 37 2 69 9 6 0 1 5 o oo oo 0 1 9 33 1 29 7 0 0 0 7 50 oo o0 01 3 56 28 4 0 o 0 7 5o oo 0o oo 00 。o0 0 卸去套摸和底板，将装有试件的试摸放置在脱模器中取出试件。 2 6 3 测量垂直吸声系数实验 将试件放入驻波管，测试不同音频下的吸声系数。驻波管法测量垂直入射吸 声系数的基本原理是音频信号发生器带动扬声器，在驻波管内辐射平面声波，当 平面声波在管中前进并受到管的断面反射时，会产生一反射的平面波，其方向与 入射声波相反，二者相互叠加后形成驻波，即在管内声场重存在固定的波腹和波 节，波腹处的声压为极大值，波节处的声压为极小值，测出驻波的声压极大值和 极小值就可以计算出垂直入射吸声系数犯6 1 。 1 适用范围 本实验室中进行。 2 试验方法 ： ( 1 ) 试件分组 2 r 一 1 2 0 1 0 0 盆8 0 越 求6 0 l 皿 j 曩 囊4 0 2 0 o 0 g f c - 1 3 混合料级配曲线 j + 级配上限 + 级配一f 限 涮 一级配中值 + 合成级配 l k 1 l 迨三= 逸蔓 1 2 0 1 0 0 巴8 0 甜 枣6 0 l 嫠4 0 2 0 o 1 2 0 1 0 0 邑8 0 褥 鑫6 0 嫠4 0 2 0 o ，q 、9q q ，q 9 q p 妒 筛孔尺寸( _ _ ) ( a ) o g f c - 1 3 0 g f c - 1 6 混合料级配曲线 移 q 嗲9q ，q ，q 9 q 妒 筛孔尺寸( 且) 。 ( b ) o g f c - 1 6 i s - 2 混合料级配曲线 咄般颤商蕊 卜级配上限 + 级配下限 。 。 级配中值 十合成级配 警心 心 l j 釜? l 、弋， q ，夕9 、9q pq ，q 气g 妒 筛孔尺寸( m m ) ( c ) m s - 2 2 9 北京工业大学工学硕士学位论文 1 2 0 1 0 0 邑8 0 静 隶6 0 舡 嫠4 0 2 0 o s i a - 1 3 混合料级配曲线 接上页 1 2 0 1 0 0 邑8 0 褂 求6 0 虹 嫠4 0 2 0 o q 9 夕穸、9q pq ，q 9 吣q 夕 筛孔尺寸( m m ) 一 ( d ) s m a 一1 3 s m a - 1 6 混合料级配曲线 舟s + 级配上限 + 级配下限 n 级配中值 十合成级配 弋 0 n 誓爿b 一 一 一- 一e p = 攥、 。，。，。n 舻，9 q ，夕守、9q pq ，q 妒 筛孔尺寸( m m ) ( e ) s m a 一1 6 图2 3 沥青混合料的级配曲线 f i g 2 - 3 t h e g r a d i n gc u r v eo fa s p h a l tm i x t u r e 按不同类型路面共分为a c ( a c - 1 3 c 、a c 一1 6 c 、a c 一2 0 e ) 、s m a ( s m a 一1 3 、 s m a 一1 6 ) 、a t b 、o g f c ( o g f c 一1 3 、o g f c - 1 6 ) 及a c + m s ( a c - 1 3 + m s 2 、 a c 1 6 + m s 2 、o g f c 1 3 + m s 2 、s m a 1 3 + m s 2 ) 四组，每组又按粒径大小分为相应 组别。 ( 2 ) 试件编号 试件的编号按1 、2 、3 的顺序写在正面，按粒径分类名称写在试件侧面。 3 0 ， 各试验结果将在本文相应的章节中加以研究分析。 2 6 4 路面性能检测实验 1 实验目的 测试不同路面类型的表面构造深度及路面纹理曲线。 2 适用范围 室外实际工程道路上进行。 3 实验方法 本文采用的道路检测方法为“激光法” 4 实验仪器 采用的检测设备为激光断面深度检测仪，如图2 4 所示。该设备利用激光探 头将探测头到被测路面的垂直距离或长度信号转换成电信号输出到可编程控制 器，再利用可编程控制器计算出路面的构造深度。 图2 4 激光断面深度检测仪 f i g 2 _ 4t h el a s e rp r o f i l o m e t e r 5 路段选择 在路段选取上，本文主要对密级配沥青路面( a c 路面) 、沥青玛蹄脂碎石混合 料路面( s m a 路面) 、微表处养护路面( m i c r o s u r f a c i n g 路面，简称m s 路面) 三种路 北京工业大学工学硕士学位论文 面类型的构造深度进行检测。在具体检测过程中主要对北京市密云区的2 0 多条道 路进行检测，如表2 7 所示。本文所选择的路段均为近两三年内进行过大中修或 新建的一级、二级、三级公路的沥青路面。道路具有中等运营交通量；车道宽在 3 5 3 7 5 m 之间，以3 7 5 m 为宜；路肩单侧宽0 7 5 m ；两侧边坡无过险的陡坡，小 于2 ；平纵横视距良好；选择顺直路段：最大纵坡为5 ，平曲线半径大于6 0 0 m 【2 5 j 。 以最内侧车道为主要对象。 表2 7 路面构造深度检测的路段选择 t a b l e2 - 7t h es e l e c t e dr o a ds e c t i o nf o rt h ep a v e m e n tt e x t u r ed e p t ht e s t 道路名称开始桩号 密古路 k 2 4 + 9 5 0 k 6 + 5 0 0 密关路 k 2 1 + 9 5 0 k 2 1 + 3 0 0 密西路 k 5 + 2 0 0 a c - 1 3k 7 + 1 0 0 k 3 + 6 6 0 密兴路 k 1 2 + 9 0 0 k 3 + 3 0 0 沙太路 k 1 3 + 9 0 0 松曹路 k 2 + 7 0 0 k 7 7 + 4 5 0 k 7 8 + 2 5 0 s m a 国道1 0 1 k 7 9 + 5 0 0 k 8 0 + 1 0 0 密兴路 k 1 6 + 1 2 0 k 3 3 + 1 0 0 微表处 k 3 4 + 7 0 0 京沈线 k 3 6 + 1 0 0 k 3 0 + 7 0 0 6 检测实施步骤 将根据新标准规定和实验对数据采集的要求，每1 0 0 0 m 至2 0 0 0 m 为一测试 路段。每条路段测两遍，详细记录实验顺序。将车速控制在5 0 k m h 左右，尽量 保持匀速。 7 环境及其它 ： 天气晴朗，实验时间为上午9 ：0 0 1 1 ：0 0 。实验前向实验人员介绍此次实验的 第2 章微表处技术在预防性养护中的应用 目的和进程，准确调试设备。 检测结果见本文第4 章节内容。 北京t 业大学工学硕上学位论文 3 4 第3 章基于数字图像技术的路面特征测试方法探讨 路面开口孔隙是路面表面特征之一，它反映的是路面粗糙程度的一个重要指 标，且与构造深度有一定的相关性，能够反映构造深度的特征。路面表面特征受 路面类型、使用材料、施工工艺、使用状况等多种因素的影响，同时对路面抗滑 性能、轮胎路面噪声特性等产生重要影响。到目前为止，国内外学者提出的对 路面开口孔隙的测试方法包括阳光下拍取照片的方法、使用复写方式拍照的方法 以及采用激光扫描设备测试路面特征的方法。但这些方法有的比较复杂，有的不 能准确反映路面表面特征，因此没有得到大规模的推广应用【2 7 】【2 8 1 。 本章在参考和分析国内外相关研究工作的基础上，提出了铺砂拍照方法，并 利用专业图像处理软件进行图像分析，为准确描述不同类型沥青路面的路面特征 提供了一种新的方法。利用铺砂拍照法测得不同类型沥青路面的表面孔隙面积率 等指标，分析不同类型沥青路面的表面孑l 隙特征，建立路面表面孔隙与路面构造 深度之间的关系，也为分析路面吸声性能提供一个考虑的方向和因素，并为以后 的实验研究打下基础。 3 1 手工铺砂法与铺砂拍照法 3 1 1 手工铺砂法 目前工程上最为基本最为常用的路面构造深度测试方法为英国道路研究 所设计的手工铺砂法【3 0 】【3 1 1 。手工铺砂法是将已知体积的标准砂摊铺在路面上，用 推平板尽量将砂推平成一圆形，量取砂所覆盖的面积。砂的体积与所覆盖平均面 积的比值，即为构造深度。它适用于测定沥青路面及水泥混凝土路面的表面构造 深度，用以评定路面表面的宏观粗糙度、路面表面的排水性能及抗滑性能。其方 法与步骤为： 1 ) 准备工作 取洁净的细砂晾干、过筛，取0 1 5 , - - , 0 3 m m 的砂置适当的容器中备用。 用随机取样的方法选点，决定测点所在的位置。 2 ) 试验步骤 用扫帚或毛刷将测点及其所在附近路面清扫干净； 北京工业大学工学硕十学位论文 用小铲装砂沿筒向圆筒中注满砂，手提圆筒向上方，在硬质路面上轻轻叩 打3 次，使砂密实，补足砂面用钢尺一次刮平； 将砂倒在路面上，用摊平板由里向外做摊铺运动，使砂填入凹凸不平的路 面的孔隙中，尽可能摊成圆形。上述工作直至砂的面积不再变化为止。 用钢板尺量取砂所摊铺成的圆的两个垂直方向的直径，取平均值； 计算路面表面的构造深度。 3 1 2 铺砂拍照法原理与步骤 本文提出的铺砂拍照法的铺砂原理与上述手工铺砂法相同，再利用石英砂和 沥青混凝土的色差将路面表面的开口孔隙提取出来。实验是将一定体积的标准石 英砂摊铺在所要测试道路表面的测点上，直至摊平并在表面不留余砂为止。然后 利用高像素的数码相机拍取路面铺砂表面的高质量照片，然后进行图像处理，获 取路面表面特征参数。具体步骤为： 1 ) 准备工作 与手工铺砂法相同，准备足够数量干燥洁净的匀质石英标准砂，粒径 o 15 - 0 3 m m 。 选取测试地点。根据实验需要选取轮迹带或其它地点作为测试点。 用扫帚或毛刷子将测点及其附近路面清扫干净，面积不小于3 0 c m 3 0 c m 。 2 ) 试验步骤 用小铲装砂沿筒向圆筒中注满砂，手提圆筒上方，在硬质路面上轻轻地叩 打3 次，使砂密实，补足砂面用钢尺一次刮平。不可直接用量砂简装砂，以免影 响量砂密度的均匀性。 将砂倒在路面表面的测点上，用推平板由里向外重复做摊铺运动，稍稍用 力将砂细心地尽可能地向外摊开，使砂填入凹凸不平的路表面的孔隙中。上述工 作直至路面表面没有浮动余砂为止。 用高像素数码相机拍取照片。建议每种路面类型选取三个测点，每个测点 从不同方位共拍取三张照片。应注意实验必须在天气晴朗、光线充足的时段进行， 照片从测点正上方5 0 c m 左右处拍取，并保证拍摄人员和设备的阴影不留在拍照 范围内。 利用专业图像处理软件c o s m o s 3 2 对所拍取的图像进行处理和分析，获 第3 苹基于数字图像技术的路面特征测试方法探讨 得关于路面表面特征的参数。 3 1 3 铺砂拍照法与手工铺砂法的比较 本文提出的铺砂拍照法与规范规定的手工铺砂法，其基本原理基本相同，即 利用摊平板将标准石英砂均匀的摊平，使路面表面的开口孔隙充满标准石英砂。 与普通的手工铺砂实验相比，本文的方法具有以下特点： ( 1 ) 本文利用标准石英砂与沥青混凝土的色差，利用拍照并进行图像处理的 方法提取路面表面的特征。因此，本文的方法对环境条件有一定的要求，对石英 砂的纯度和质量有较高的要求。 ( 2 ) 本文提出的方法对石英砂摊铺的形状和大小无特殊要求，对摊铺的均匀 性、是否有浮砂等，应进行更严格的判断。 ( 3 ) 铺砂拍照法利用图像处理技术及图像处理软件将获得图像进行处理和分 析，这是手工铺砂法所涉及不到的方面。 ( 4 ) 铺砂拍照法与手工铺砂法本质的区别在于所获取的结果不同，铺砂拍照 法主要获取路面表面孔隙的特征，而手工铺砂法是测量路面表面粗糙度( 构造深 度指标) 的方法。 3 2 获取图像和图像处理分析 2 0 0 4 年北京工业大学交通研究中心道路工程实验室从日本引进了m a r u i m i c 8 4 0 0 1 型混凝土孔隙组织测定仪以及c o s m o s 3 2 图像处理软件，该设备是 处理、测定和分析直径在9 微米 - 2 2 0 0 微米范围内的单个图像和群组图像特征 的专用设备。本文对铺砂拍照法所获取的图像，利用该套设备进行图像的处理和 分析，可得到测试范围内图形个数、图形面积、图形形状等特征数据。图形面积 可以是单个图形的面积，也可以得到全部图形面积分布规律率以及面积总和。图 形形状则用圆形度表示，即接近于圆形的程度，圆的圆形度为1 ，圆形度越小， 则其形状越不规则【2 引。 3 2 1 获取图像 按3 1 2 所述方法，对不同类型路面测定进行铺砂拍照，获取该测点的图像 资料。每种路面选取3 个测点，每个测点拍去3 幅图像。拍取的原始图像如图 3 1 所示。 3 2 2 图像处理 应用m a r u im i c 8 4 0 0 1 型混凝土孔隙组织测定仪以及c o s m o s 3 2 图像处 理软件对获取得图像进行处理。其主要原理如下：经过铺砂法拍照，已将路面开 口孔隙的信息转换成了2 4 位真彩色b m p 格式的图像信息，再将其转换为有o 2 5 5 个灰阶的灰度图。选取合适的阈值，将灰阶大于此值的像素分割出来，从而将 表面孔隙图形从背景中提取出来。对提取的图像进行消噪、穴埋，然后对处理好 的图像进行测定和分析口9 】。【矧。 图3 1 铺砂拍照法拍取的原始图像 f i g 3 1t h eo r i g i n a lp i c t u r e st a k e db ys p r e a d i n gs a n da n dt a k i n gp i c t u r em e t h o d 具体的实验步骤为： ( 1 ) 将获取的b m p 格式的图像转化为j p g 格式的图像，载入c o s m o s 软件中 作浓度变换处理。即改变所选择区域图像的浓度信息，突出对比度，图像将会容 易识别。 ( 2 ) 图像二值化处理 对图像进行二值化处理，随着图像灰度阈值的调整，孔隙部位的图像逐渐清 晰地提取出来。图像二值化处理如图3 2 所示。 ( 3 ) 图像预处理及参数量测 图像预处理即对提取的图像进行处理。首先对图像进行消除噪音，即消除任 意大小的的粒子。本试验5 0 像素数以下的孔隙皆被消除，如图3 3 所示。然后根 据所研究的内容，选择测量的项目，设定合适的参数，对图3 3 图像中的白色部 分进行量测。 对经过处理的图像，利用c o s m o s 3 2 图像处理软件进行图形的测量和分析， 第3 章基于数字图像技术的路面特征测试方法探讨 ! ! ! 可以得到测量面积内单个图形的面积、圆形度等参数，还可以得到图形的分布规 律、总的图形面积、图形面积占测量面积的比例等参数。 方 式 选 择 为 值 化 拖动滚动条选择适当的值 图3 2 图像二值化处理窗口 f i g 3 2t h e w i n d o wo fp i c t u r eb i n a r i z a t i o n ( a ) 消噪前 此处 显示 阈值 ( b ) 消噪后 图3 3 消噪前后的图像情况 f i g 3 3t h ep i c t u r e sb e f o r ea n da f t e rb i n a r i z a t i o n 3 3 铺砂拍照法的可重复性 在铺砂拍照法中，每种路面类型取三个拍摄点，每拍摄点取三张图片。为证 明该方法具有可重复性特点，本文将选取一种路面类型某路段的三张样本图像作 为研究对象来说明。图3 4 为沙太路桩号为k 3 + 3 0 0 处的三张样本图像。应用 c o s m o s 3 2 处理后，0 7 6 5 号图片的开口孔隙的面积率为3 2 7 4 3 4 ，0 7 6 6 号图片 的开口孔隙的面积率为3 0 0 6 4 1 ，0 7 6 7 号图片的开口孔隙的面积率为2 8 5 5 2 5 。 北京1 二业大学工学硕士学位论文 三张图片开口孔隙的面积率偏差很小，仅为2 6 8 和1 5 l ，因此，铺砂拍照法 所测得数据具有可比性以及该方法具有可重复性的特点。 图3 - 4 沙太路k 3 + 3 0 0 处的三张样本图像 路 面 昭 式 图 片 代 0 7 6 5 号 0 7 6 6 号0 7 6 7 号 号 回 积3 2 7 4 3 4 3 0 0 6 4 1 2 8 5 5 2 5 。 蛊 3 4 实验研究结果及分析 3 4 1 不同类型路面表面特征参数 为证明本文方法的可行性，选择了不同类型、不同使用年限的路面，采取铺 砂拍照法采取原始图像，利用m a r u im i c 8 4 0 0 1 型混凝土孔隙组织测定仪以 及c o s m o s 3 2 图像处理软件对采取的图像进行处理、测量和分析。在获取路面 图像的同时，本文测定了路面的构造深度，具体实施过程见本文2 6 4 节内容。 路面情况和测试结果见表3 1 所示。 3 4 2 不同路面类型的表面孑l 隙面积率 具有近似使用年限的不同类型路面的孔隙面积率如图3 5 所示。可以看出， s m a 路面表面孔隙面积率最大，约3 9 以上，a c 1 6 路面表面孔隙面积率次之， 约2 8 左右，而微表处路面表面孔隙面积率最小，约2 0 左右。因此，面积率 参数可以很好的区分不同的路面类型。 第3 章基于数字图像技术的路面特征测试方法探讨 3 4 3 不同使用年限的路面孑l 隙面积率 研究表明，随着使用年限的增加，路面的抗滑特性也随之下降，与此同时， 道路表面粗构造也相应降低p 5 】- 【3 6 1 。a c 一1 6 路面不同使用年限的路面开口孔隙如 图3 - 6 所示，可以看出，路面孔隙面积率随着使用年限增加同样呈下降趋势。 表3 1 不同路面类型、不同使用期的路面表面孔隙特征值测定结果 t a b l e3 1t h ev a l u eo fp a v e m e n ts u r f a c ep o r eo fd i f f e r e n tt y p e sa n du s i n gt i m eo f p a v e m e n t 平均面积圆形 平均构造路面表面开 路面类型 道路名称图片代号深度口孔隙体积 率( ) 度 ( r a m ) ( c m 3 m 2 ) 大修后2 微表处 密兴路0 7 4 9 0 7 6 42 1 2 40 0 3 0 5o 8 61 8 2 6 年使用期 路面 京沈高大修后2 速公路年使用期 0 8 2 3 0 8 411 9 8 40 0 2 3 60 7 l1 4 1 3 s m a g 1 0 1 大修后2 路面年使用期 0 7 9 4 0 7 9 9 3 9 1 00 0 0 5 2 0 8 7 3 4 0 0 新建路面 0 7 6 5 0 7 6 73 0 4 50 0 1 0 5o 8 82 6 9 3 沙太路 大修后2 年使用期 0 7 6 8 0 7 7 0 2 8 2 00 0 1 6 3o 8 72 4 5 2 新建路面 0 8 0 9 0 81 13 3 1 50 0 1 1 50 7 3 2 4 1 5 西统路大修后2 年使用期 0 8 0 6 0 8 0 82 2 9 50 0 0 8 70 7 21 6 5 2 a c 1 6 大修后2 0 8 1 5 0 8 1 92 8 8 40 0 0 9 9o 9 32 6 8 3 路面年使用期 密关路 大修后4 0 8 1 2 0 8 1 41 7 2 30 0 1 6 5o 8 91 5 3 5 年使用期 大修后3 年使用期 7 7 32 2 3 00 0 2 5 8o 9 l2 0 2 3 松曹路 大修后6 年使用期 0 7 7 1 - 0 7 7 21 8 2 40 0 4 7 30 8 4 0 01 5 3 0 注：图片代号是各个样本图片的代号，其用途为便于区分各种不同路面不同路段的样本图片。 新建路面开口孔隙的面积率大于使用后的路面的开口孔隙的面积率。本文测 试的结果中，沙太路新建路面为3 0 4 5 ，大修后2 年使用期的为2 8 1 9 。西统 路新建路面为3 3 1 5 ，大修后2 年使用期的为2 2 9 5 。使用年数越久，其路面 开口孔隙的面积率越小。例如，密关路大修后2 年使用期的为2 8 8 3 ，大修后4 年使用期的为1 7 2 3 。以上分析表明，依据本文的方法所获得实验数据是有效 的，因此铺砂拍照法切实可行。 北京工业大学t 学硕二 学位论文 3 4 4 路面开口孔隙的累计百分比 对于每幅路面表面图像，均可以统计测试范围p 勺：l 隙图形的个数，并分析图 形的面积分布规律。图3 7 为三种不同类型路面的表面孔隙面积累计曲线图。从 图中可以得到以下路面表面孔隙特征： ( 1 ) 路面开口孔隙面积主要分布在【o 0 3 ，o 1 5 】平方厘米之间，分布率高达 7 0 。 图3 5 不同路面类型的开口孔隙面积率 f i g 3 5t h e a r e ar a t i oo fs u r f a c ep o r ed i f f e r e n tt y p e so fp a v e m e n t 3 0掣o “ ”，撩l j 。，r ? 强一“毪。j 霉影o ；戮驴吁?8 黪冀i 蟹骖辨o 。t章o 7 ：7 镌 藿z s p 、j 。 潜2 。 k +一 、。 重1 5 管t o 碾 5 ： ，；，。：， 甄，：i 一，m + ：，p 1 4 ：l 。， ? 啄杀。? ! o m 二i 。一。赫一a 一簪t 二黔 。 ! u 新建路面使用2 年后使用3 年后使用4 年后使用6 年后 使用年限 图3 - 6 路面开口孔隙随着使用年限的变化情况 f i g 3 6t h ec h a n g i n gc o n d i t i o no fp a v e m e n tu n c o r k e dp o r ea su s i n gy e a r s ( 2 ) 当孔隙面积超过0 1 5 平方厘米时，三种路面类型的开口孔隙差别变化不 大，基本趋于稳定。 ( 3 ) 在【o 0 3 ，o 1 5 】平方厘米区间，s m a 路面表面开口孔隙的累计百分比要 明显高于 a c 1 6 和微表处路面的表面开口孔隙，而a c 1 6 和微表处路面的表面开口孔隙 的累计百分比并没有多大区别。 图3 7 路面表面开口孔隙面积累积分布曲线 f i g 3 7t h ec u m u l a t ee u l n ef o ra r e ao fp a v e m e n tu n c o r k e dp o r e 图3 7 只能从曲线形状表明不同路面的表面孔隙特征，根据图3 7 曲线，分 别计算面积率累计百分率分别为5 0 和7 5 时的孔隙面积，结果见图3 8 所示。 可以看出，不同的路面类型，面积率累计百分率分别为5 0 和7 5 时对应的孔 隙面积大小不同，特别是面积率累计百分率分别为7 5 时，其孑l 隙面积具有较大 的差异，可以以面积率累计百分率分别为7 5 时的孔隙面积作为路面表面特征参 数值之一。 3 4 5 路面表面开口孔隙体积及其与噪声关系分析 l 路面表面开口孔隙体积 将路面表面的开口孔隙面积与路面构造深度之积定义为路面表面开口孔隙 体积，不同路面类型和不同使用年限的路面表面开口孔隙体积见图3 - 9 所示。可 以看出，对于具有相同使用年限的路面，s l v l a 路面表面开口孔隙体积最大，a c 1 6 路面次之，微表处路面的表面开口孔隙体积最小。而对于同一种路面a c 1 6 ，随 着使用年限的增加，路面表面开口孔隙体积逐渐减小，而且变化明显。上述变化， 北京_ 丁业大学工学硕士学位论文 与路面随着使用时间的增加路面逐渐变得光滑、平整的规律是一致的。因此，路 面表面开口孔隙体积可以作为路面特征参数之一。 p 宣 u 、- 一 娶 幢 篮 剥 喧 揣 旧 密 0 2 5 0 o o 5 0 0 0 5 0 0 0 0 0 s 姒a c - 1 6 微表处路面 路面类型 图3 8 不同路面类型路面表面孔隙面积 f i g 。3 8t h e a r e ao fr o a ds u r f a c ep o r ew i t hd i f f e r e n tr o a dt y p e s 微表处s 1 4 a a c 1 602 3 46 图3 - 9 不同路面类型和不同使用年限的路面表面开口孔隙体积 f i g 3 9t h e v o l u m ev a l u eo f r o a ds u r f a c ep o r ew i t hd i f f e r e n tt y p e sa n du s i n gt i m e 2 路面表面开口孔隙体积对轮胎路面噪声的影响分析 路面开口孔隙是路面表面特征之一，是纹理构造凹陷形成的孑l 隙”，它反映 的是路面粗糙程度的一个重要指标，它对路面抗滑性能和平整度特征、路面噪声 特性等产生重要影响。路面表面孔隙对轮胎路面噪声的影响主要由于表面孔隙 对噪声的吸收作用。这是因为路面表面开口孔隙是路面的“门户”。当声波入射到 ： 路面表面时，同样通过这个“门户”进入到路面内部，发生多次折射和反射。表面 4 3 2 l n遐。v聪堆篮科口寒旧僻陋瀣 _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ 。 第3 章基于数字图像技术的路面特征测试方法探讨 曼曼曼曼! ! 曼曼! 曼! 曼! 曼! ! 曼! ! 曼曼曼曼曼曼! 鼍! 曼曼寡曼! ! ! 曼曼曼曼曼曼曼! ! 蔓曼曼! ! ! 曼曼鼍! 曼曼曼曼! 曼曼鼍! 曼! ! ! 曼曼! 曼! 曼曼曼曼曼蔓 孔隙体积越大，声波进入内部孔隙的机会越多，发生折射的次数越多，从而被反 射到空气中的声波能量越少。分析图3 9 的结果，微表处路面的表面开口孔隙体 积低于普通沥青路面( a c 路面) 的表面开口孔隙体积，因此普通沥青路面( a c 路 面) 对噪声的吸收效果要优于微表处路面。 3 4 6 圆形度 圆形度是表征图形的几何形状规则程度，即与圆形的相近、相似程度的指标。 圆形度越大，表明图形越接近于圆形，圆形度越小，表明图形的几何形状越没有 一定的规则可循。从表3 4 1 中可以看出，三种路面开口孔隙的圆形度都远小于 l ，即路面开口孔隙的几何形状并不规则，且不同路面的开口孔隙圆形度差别不 大。因此，圆形度不适合作为表征路面表面特征的参数。 3 5 本章结论 通过本章的实验研究分析，得到的结论总结如下： 1 ) 本文提出的路面表面特征测试方法具有简便、快速、准确的特点，具有较 好的重复性，可以准确区别不同路面类型、不同使用年限的路面表面特征。该方 法具有可行性。 2 ) 路面开口孔隙面积主要分布在 o 0 3 ，0 1 5 平方厘米之间，分布率高达 7 0 。 3 ) 在常用路面类型中，s m a 的表面开口孔隙体积最大，而微表处路面的表 面开口孔隙体积最小。 微表处路面的表面开1 3 孔隙体积低于普通沥青路面( a c 路面) 的表面开1 3 孔 隙体积，当声波入射到微表处路面表面时，通过表面开口孔隙入射到微表处路面 内部，发生多次折射和反射，声波多次折射和反射后所损失的能量要低于普通沥 青路面( a c 路面) ，反射到空气中的声波能量相对高于普通沥青路面( a c 路面) 。 因此普通沥青路面( a c 路面 ) 对噪声的吸收效果要优于微表处路面。 4 ) 路面表面孔隙面积率、路面表面孔隙面积特征值、路面表面开口孔隙体 积能够较好的表征不同类型路面、不同使用年限路面的表面特征，可以用作主要 的路面表面特征参数。圆形度、路面构造深度可以作为路面表面特征辅助参数。 以上数据同时表明，微表处路面表面特征与其他类型路面的表面特征有不 同，主要表现在路面构造深度、路面表面孔隙( 表面孔隙面积率、路面表面孔隙 北京丁业大学下学硕士学位论文 面积特征值、路面表面开口孔隙体积) 等参数指标上，这也为本文第5 章的研究 提供思路，着重从路面构造深度、路面表面孔隙等指标对微表处路面及其他路面 的吸声性能进行研究。 本章利用专业图像处理设备和软件探讨了路面表面特征的测试方法，实验表 明该方法具有可行性。但在图像拍摄标准和方法、图像的处理方法等方面还有待 进一步研究，同时需要选择更多类型的路面进行测试，使该方法更加规范和具有 可操作性，以便得到广泛的推广和应用。 第4 章基于数理统计的路面构造深度的检测分析 i 曼曼曼曼! 曼! 曼! ! 曼曼! ! 曼曼! 曼曼! ! 曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼! ! ! 曼皇! 曼! 曼曼曼量曼曼! ! ! ! ! ! 曼! 曼! 蔓! ! ! ! 皇! 曼曼曼曼! ! 曼曼曼曼! ! ! ! 皇! 曼曼曼鼍曼 第4 章基于数理统计的路面构造深度的检测分析 我国公路沥青路面设计规范( j t gd 5 0 - - - 2 0 0 6 ) 规定，路面表面层抗滑性能 以横向力系数s f c 和路面宏观构造深度t d 为主要指标。其中，宏观构造深度反 映的是一定面积的路表面凹凸不平的开口孔隙的平均深度，即路面表面的粗糙程 度，宏观构造深度越大，表明路面越粗糙，且与路表抗滑性能、排水、噪声等都有 一定关系。在降雨量较大的地区，如果沥青路表面没有足够的构造深度来蓄水和 排水，很容易在路表面形成水膜而发生交通事故。 一般在三个阶段需要测量路表面构造深度：表面层沥青混合料设计阶段， 从根源上讲，表面构造深度由混合料的级配所决定。如果沥青混合料配合比设计 所选择的级配不能形成足够的表面构造深度，施工后的路面也不可能达到要求的 构造深度，因此必须在配合比设计阶段对构造深度进行检验，这对于沥青混合料 抗滑表层和沥青玛蹄脂碎石( s m a ) 混合料设计尤为重要；路面竣工验收阶段； 养护维修阶段，确定是否需要改善表面功能p 7 】- 【3 8 1 。 4 1 构造深度检测实验方案介绍 目前，交通行业技术标准规定的路表面构造深度测量方法有“手工铺砂法”和 “激光法”两种。手工铺砂法操作简单，设备价格便宜，但费时费力，测量结果人为因 素影响比较大，精度不高。激光法需专门设备，且价格昂贵，操作比较复杂。本文采 用的检测方法为“激光法”，采用的检测设备为激光断面深度检测仪。该设备利用 激光探头将探测头到被测路面的垂直距离或长度信号转换成电信号输出到可编 程控制器，再利用可编程控制器计算出路面的构造深度。 在路段选取上，本文主要对密级配沥青路面( a c 路面) 、沥青玛蹄脂碎石混合 料路面( s m a 路面) 、微表处养护路面( m i c r o s u r f a c i n g 路面，简称m s 路面) 三种路 面类型的构造深度进行检测。这三种路面类型路面材料不同，级配不同，交通量 相当。具体实施过程参考本文第2 章2 6 4 内容。 4 2 实验分析思路及结果 利用统计学知识和相应的软件将测得的构造深度数据进行分析，主要从以下 四个方面着手： ( 1 ) 引入非参数检验分析方法，证明不同类型沥青路面的构造深度具有显著 性差异； 北京工业大学工学硕_ 1 二学位论文 ( 2 ) 利用曲线拟合分析方法，得出路面纹理曲线，并分析该纹理曲线的振幅 和曲线波长； ( 3 ) 分析路面平均断面深度( m p d ) 值，补充说明路面纹理特点； ( 4 ) 沥青路面纹理曲线与噪声的关系。 利用统计学知识和相应的软件将测得的各路面类型纹理曲线各参数值如表 4 1 所示。 4 2 1 非参数检验分析部分 本文利用非参数检验分析方法，证明不同类型沥青路面的构造深度具有显著 性差异。 非参数检验过程主要包括卡方检验( c h i s q u a r et e s t ) 、二项分布检验( b i n o m i a l t e s t ) 、两个独立样本检验( 2i n d e p e n d e n ts a m p l e st e s 0 、k 个独立样本检验( k i n d e p e n d e n ts a m p l e st e s 0 、两个相关样本检验( 2r e l a t e ds a m p l e st e s t ) 、k 个相关 样本检验( kr e l a t e ds a m p l e st e s 0 。本文选取k 个独立样本检验( ki n d e p e n d e n t s a m p l e st e s 0 方法，简称k t 检验，即通过分析多个独立样本数据，推断它们的 分布是否存在显著性差异，且适用于总体不服从正态分布且分布不明的情况，这 正是本文选择k - t 检验的两个理由。 在本文的研究中，a c 路面、s m a 路面、m s 路面的构造深度样本是总体不 服从正态分布且总体分布不明，因此适用于k - t 检验。本文s p s s 统计软件来完 成k t 检验部分，在s p s s 统计软件的输出结果部分，通过比较有用结果( 即s i g 的值) 来判断k 个样本有无显著性差异，具体分析方法为： ( 1 ) 若s 培 0 0 5 ，则认为k 个样本具有显著性差异； ( 2 ) 若s i g 之0 0 5 ，则认为k 个样本不具有显著性差异。 利用s p s s 统计软件输出的部分结果如图4 2 所示。本文共比较各样本1 2 组数据，输出结果有：0 0 1 2 ，0 0 1 2 ，0 0 1 3 ，0 0 0 6 ，0 0 0 1 ，0 0 0 0 ( 无效，舍弃) ， 2 1 6 8 x 1 0 彤，0 0 0 0 9 ，0 0 0 1 ，0 0 0 2 ，0 0 0 0 5 7 ，0 0 0 2 。