不同空隙率條件下瀝青路面抗滑性能對(duì)比

吐爾遜江·熱扎克

（新疆筑路機(jī)械廠公路工程處，新疆 烏魯木齊830021）

0 引言

路用性能是衡量瀝青混凝土路面質(zhì)量的基礎(chǔ)指標(biāo)之一，其好壞決定了路面所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。普通瀝青路面不僅需具有良好的低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性等性能指標(biāo)，抗滑性是否滿足要求也是瀝青路面的一個(gè)重要技術(shù)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。資料表明，瀝青路面的抗滑性不足是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要因素之一。作為路面行車安全的基本保障，瀝青路面抗滑性的好壞成為公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵問題之一。

路面的抗滑性從微觀角度分析表現(xiàn)為汽車輪胎與路面之間摩擦力，宏觀上表征為汽車制動(dòng)時(shí)滑行車距及防側(cè)滑能力。影響車輛在路面行駛時(shí)抗滑能力的因素比較復(fù)雜，總結(jié)起來包括以下三個(gè)方面：

（1）瀝青路面上行駛的車輛因素，主要有車輛的速度、重量、車輪的類型及磨損等；

（2）瀝青路面因素，包括結(jié)構(gòu)、級(jí)配，路面的施工質(zhì)量等；

（3）氣候環(huán)境因素，包括降雨所帶來的濕度、夏季的溫度等。

本文以瀝青路面因素為出發(fā)點(diǎn)，即基于其他兩方面因素恒定的條件下，考慮瀝青混合料的力學(xué)性能對(duì)瀝青路面抗滑性的影響。目前，瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常不能較好地統(tǒng)籌瀝青路面的不透水性與抗滑性，其中瀝青混合料孔隙率大小的控制是其主要影響因素，因此本文選用SAC—16 和AC—16I 兩種級(jí)配類型的瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)瀝青混合料的空隙率對(duì)其抗滑性的影響。

1 原材料及試驗(yàn)級(jí)配

1.1 集料

瀝青混合料中的礦料包括粗集料、細(xì)集料及礦粉。集料為不同粒徑的花崗巖碎石，礦粉為石灰石粉[1-2]。按照《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2005）對(duì)不同粒徑集料的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)表明各項(xiàng)指標(biāo)均符合其技術(shù)要求，見表1。

表1 礦料技術(shù)指標(biāo)

1.2 瀝青

本試驗(yàn)中所用瀝青為日本進(jìn)口瀝青AH—80#道路基質(zhì)石油瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）對(duì)瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)表明均符合其技術(shù)要求，見表2。

表2 基質(zhì)石油瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.3 混合料級(jí)配組成設(shè)計(jì)

本文采用SAC—16、AC—16I 級(jí)配混合料合成級(jí)配如表3、表4所示。

表3 SAC—16合成級(jí)配

表4 AC—16I合成級(jí)配

2 路面抗滑性能評(píng)價(jià)方法、指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)瀝青路面抗滑性能的方法有很多種，如被鎖車輪掛車法、機(jī)動(dòng)車法、偏移模式法等，評(píng)價(jià)指標(biāo)也是多種多樣的[3-4]。我國(guó)公路科學(xué)研究者立足于實(shí)際國(guó)情，對(duì)國(guó)外的方法進(jìn)行了借鑒與改進(jìn)，提出了本土化的瀝青路面抗滑性評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，在試驗(yàn)中采用路面摩擦系數(shù)與路面宏觀構(gòu)造深度兩項(xiàng)指標(biāo)作為路面抗滑性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于高等級(jí)公路而言，其竣工驗(yàn)收時(shí)技術(shù)指標(biāo)見表5。

表5 高等級(jí)公路竣工驗(yàn)收時(shí)技術(shù)指標(biāo)

2.1 路面摩擦系數(shù)

路面摩擦系數(shù)是高速行駛的車輛與路面之間的抗滑性能的總體指標(biāo)。為獲取良好的評(píng)價(jià)路面摩擦系數(shù)，國(guó)際上通用的測(cè)試方法是測(cè)定其橫向系數(shù)SFC。

汽車在路面上開始制動(dòng)時(shí)，不僅產(chǎn)生縱向力，也會(huì)產(chǎn)生橫向力，橫向力導(dǎo)致的側(cè)向滑溜是目前交通事故的主要表現(xiàn)形式，橫向力系數(shù)實(shí)質(zhì)上是路面摩擦系數(shù)的表征。因此，按照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG E60—2008）的規(guī)定，可用標(biāo)準(zhǔn)的摩擦系數(shù)測(cè)定車測(cè)定橫向力系數(shù)SFC及擺值來評(píng)估路面的抗滑性。

2.2 路面宏觀構(gòu)造深度

路面的潮濕度也影響著瀝青路面的抗滑性，瀝青路面的宏觀構(gòu)造深度又影響著路面的排水性，因此路面構(gòu)造深度也是表征其抗滑性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

目前路面宏觀構(gòu)造深度的主要測(cè)試方法包括電動(dòng)鋪沙法、手工鋪砂法及路激光構(gòu)造深度儀法等。需特別注意，實(shí)際工程測(cè)定時(shí)，宏觀構(gòu)造深度的測(cè)定應(yīng)在工程竣工的首個(gè)夏季完成。

3 抗滑性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果與分析

車轍試件表面抗滑性能指標(biāo)試驗(yàn)是在SAC—16、AC—16I級(jí)配中值下、在馬歇爾試驗(yàn)最佳油石比基礎(chǔ)上，按空隙率3%，4%，5%，7%，9%分別在輪碾機(jī)上制作車轍試件，并測(cè)定其表面構(gòu)造深度及摩擦系數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如表6、表7所示。

表6 SAC—16 車轍試件表面抗滑指標(biāo)結(jié)果

表7 AC—16 車轍試件表面抗滑指標(biāo)結(jié)果

由表6、表7可得出如下結(jié)論。

（1）隨著車轍試件空隙率的遞增，SAC—16、AC—16I 試件的壓實(shí)度出現(xiàn)不同程度下降。對(duì)于SAC—16試件而言，其9%空隙率下的壓實(shí)度比3%空隙率下的衰減了3.8%。對(duì)于AC—16I 試件而言，其9%空隙率下的壓實(shí)度比3%空隙率下的衰減了4.3%。壓實(shí)度是表征瀝青路面密實(shí)程度的相對(duì)指標(biāo)，其實(shí)質(zhì)為路面瀝青混合料現(xiàn)場(chǎng)毛體積密度與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)條件下試件毛體積密度的比值。空隙率的增大，必然會(huì)影響瀝青路面的壓實(shí)程度。不同類型的集料，在同樣壓實(shí)功作用下，其空隙率肯定也有所不同。級(jí)配SAC—16 的瀝青混合料其粗集料含量大于AC—16I型的瀝青混合料，粗集料之間的摩阻力更大，在壓實(shí)時(shí)壓實(shí)難度較大，因此，在同等條件下，SAC—16型混合料比AC-16I 型瀝青混合料的空隙率大。為滿足壓實(shí)度的要求，在對(duì)SAC—16 型混合料進(jìn)行壓實(shí)時(shí)，壓實(shí)度的要求就更大。

（2）對(duì)SAC—16 試件而言，當(dāng)其空隙率由3%增加至9%時(shí)，其表面構(gòu)造深度增加了近1.16 倍。對(duì)AC—6I試件而言，當(dāng)其空隙率由4%增加至10%時(shí)，其表面構(gòu)造深度增加了近1.21 倍。空隙率的增加提高了瀝青混合料的表面構(gòu)造深度，且在相同條件下，SAC—16型混合料的表面構(gòu)造深度大于AC—16I型的瀝青混合料。壓實(shí)度的降低瀝青混合料的構(gòu)造深度會(huì)相應(yīng)提高，但在瀝青路面的長(zhǎng)期使用中，壓實(shí)度不足將會(huì)影響路面的耐久性，因此應(yīng)考慮初始?jí)簩?shí)度對(duì)瀝青路面使用時(shí)抗滑性能的衰減作用。

（3）SAC—16試件與AC—16I試件的摩擦系數(shù)大致相同，且隨著空隙率的增加，其基本沒有變化。這說明在室內(nèi)試驗(yàn)條件下，摩擦系數(shù)主要與瀝青混合料的構(gòu)造深度有關(guān)，其與集料的級(jí)配類型及瀝青混合料的空隙率關(guān)系不大。在道路通車運(yùn)行時(shí)，瀝青混合料的集料在反復(fù)荷載作用下，自身的表面特征及物理性能將影響著瀝青混合料的摩擦系數(shù)。

4 結(jié)論

（1）在相同的條件下，瀝青混合料粗集料含量越大，進(jìn)行壓實(shí)時(shí)需要越大的壓實(shí)功。

（2）瀝青混合料的表面構(gòu)造深度與瀝青混凝土級(jí)配、瀝青混凝土現(xiàn)場(chǎng)空隙率有關(guān)。隨著空隙率的增加，瀝青混合料的表面構(gòu)造深度增大，且SAC—16型混合料的表面構(gòu)造深度大于AC—16I型的瀝青混合料。

（3）瀝青混凝土表面層摩擦系數(shù)與瀝青混凝土的級(jí)配及空隙率的關(guān)系不大，主要與瀝青混凝土集料表面特征以及粗集料磨光性有關(guān)。

[1] JTJ 014—1997，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTJ 036—1998，公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 趙戰(zhàn)利，張爭(zhēng)奇，胡長(zhǎng)順，等.集料級(jí)配對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，25（1）：6-9.

[4] 黃寶濤，田偉平，李家春，等.瀝青路面抗滑性能定量評(píng)價(jià)的分形方法[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2008，21（4）：12-17.