不同降雪量下 icy 道路摩擦系数的测定

本视频旨在展示使用摆式摩擦系数仪测定 icy 路面摩擦系数的过程。路面结冰可显著降低摩擦系数，从而危及驾驶安全。

我们希望在室内建立一套完整且科学的实验流程，以测定结冰路面的摩擦系数。实验中采用摆式摩擦系数测试仪，将沥青板与水层同时冻结，以模拟道路结冰情况。同时，在沥青板上模拟不同降雪等级，并设置不同厚度的冰层，使实验结果更加直观。

设备的准备。首先，使用摆式摩擦系数仪时，在实验过程中应确保BPT在其表面使用寿命内，且表面清洁无损。其组成部分包括底座、调平螺旋、调平气泡、指针、摆臂、提升螺旋、紧固螺旋、聚集器和刻度盘。

然后准备沥青板，确保用于实验的沥青混合料试样尺寸为30厘米×30厘米×5厘米。右图显示了用模具包裹的沥青板。接下来是冷冻设备，确保该设备在实验中能够自由调节温度，范围为零下20摄氏度至0摄氏度。

实验中使用的其他设备包括三脚架、量筒、橡胶片、路面温度计、滑动长度尺和刷子。实验所用橡胶片的尺寸为6.35毫米×25.4毫米×76.2毫米，且应符合下表中给出的质量要求。实验过程中，应确保橡胶片无以下缺陷：第一，存在油污；第二，橡胶片宽度方向边缘磨损大于3.2毫米。

第三，橡胶板在长度方向上的磨损超过1.6毫米。在使用新橡胶板之前，需确保在干燥表面上对其测量10次，然后方可用于正式测试。降雪量的计算与分析依据表格中给出的降雪等级分类，该分类考虑了极端情况，以24小时内的降雪量作为本研究的条件。

此外，为确保实验的便捷性，采用各降雪等级划分的上限值进行相应的计算与分析。计算后，不同等级的降雪在对应样本水量下的测试结果如表中所示。本实验未考虑极端暴风雪的影响，并将从极轻降雪到强暴风雪的不同等级依次编号为1至6。

设备校准 将摆式仪放置在合适的位置。合适的位置是指地面平整且无坑洼，旋转摆式仪底座上的调平螺旋，使调平气泡保持在中央位置。松开紧固螺旋，旋转升降螺旋，使摆锤升起并能自由摆动。

然后拧紧固定螺旋。将摆臂置于摆动台右侧的悬臂上，保持摆臂处于脚尖抬起的位置，同时将指针向右旋转至与摆臂齐平。按下释放按钮，使摆臂自由摆动，随后摆锤将通过最低点。

到达最高点时，用手握住。此时指针应指向零。如果指针未指示零点，则松开并重新拧紧固定螺母，使指针指向零点。

将沥青板直接放置在摆锤下方，同时松开紧固螺旋，使橡胶片的底边接触沥青板表面。准备好滑动长度标尺，并将其靠近橡胶片。抬起提手，使滑动长度标尺的左侧刻度线与橡胶片的底边对齐。

提起手柄，再次将摆锤向右移动，使橡胶片的最低边缘仅接触沥青板表面。继续观察，滑动长度的刻度线应与橡胶片边缘对齐。若对齐，则滑动长度符合136毫米的要求。

否则，请继续以下操作。转动升降螺旋以调节摆锤的高度，使滑动长度满足要求。需要使用Vital tan。

旋转底座上的调平螺旋。在调节过程中，气泡水平仪中的气泡需始终保持居中。摩擦系数测定。

选取七块沥青板。用刷子清洁其表面，并在室温下自然干燥。依次对沥青板进行编号，将沥青板放入模具中，同时加水层进行耦合并冷冻。

将七个样品置于温度受控的零下10摄氏度环境中冷冻24小时。冷冻完成后，依次取出样品，移除模具，并将其放置在已调平并归零的BPT中心上，使用路面温度计测量样品表面温度并记录，然后进行滑行长度校准。为确保滑行距离为126毫米，按下摆臂释放开关，当滑块臂穿过最低点并摆动至最高点时用手握住，读取并记录数值，随后将摆臂和指针分别恢复至零位和水平位置。

每次测试新样品时，都应重新校准滑动长度。重复步骤10次。按顺序测量7个样品。

每个样品有10个测量结果，最小值与最大值之间的差值应小于3。数据分析时，将记录的数据填入表格，计算平均测量结果以获得平均值，并将测得的温度值代入等效公式中。为获得温度补偿后的值，需从表中的平均BPN值减去补偿后的BPN值，从而得到最终的温度补偿BPN值；将最终的BPN值填入表四，并绘制柱状图以获得更直观的结果。

代表性结果：在比较第七个样品与其他六个组时，可以观察到路面摩擦系数显著降低。根据第一个样品，极轻微的降雪作用对路面摩擦系数没有造成严重影响。对于第二、第三和第四个样品，表面摩擦系数呈现出逐渐下降的趋势，第五和第六个样品的摩擦系数进一步降低。

平均最终BPM值相同。这可能表明冰层的路面摩擦系数趋于稳定，因此无需再测量更厚的冰层。柱状图能更好地反映摩擦系数的较大差异。

样本一代表结冰后附着在路面表面的极轻度积雪，导致路面摩擦系数降低，其BPM值相比干燥样本下降了约43%。样本二、三和四分别对应轻度、中度和重度积雪。其中，中度积雪的BPM值仅为轻度积雪的一半，因为对应轻度积雪的冰层厚度大约是最小值的两倍。

样品表面的微观结构仍然会影响摩擦系数值，且BPN值较大。大雪、暴雪和强暴雪样品的BPN值相同，这可能是因为冰层厚度已达到最小值11。橡胶片无法再通过压实使冰层发生形变。

结论：采用摆式摩擦系数测定仪测定了七块沥青板的摩擦系数，并对最终结果进行了温度修正。可以看出，路面结冰对摩擦系数的影响确实显著，即使轻微降雪形成的局部冰面也会使路面摩擦系数降低约40%。最终结果可为道路设计和冬季路面养护提供参考依据。