瀝青路面抗滑性能衰變規律室外監測研究

張智慧，肖旺新，徐曉龍，劉 飛

（1.河南高速公路發展有限責任公司，河南 鄭州450000；2.交通運輸部公路科學研究院，北京100088；

3.北京建筑大學，北京100044）

現代交通日益呈現高速度、大流量、重軸載的特點。在高頻率的車輛作用下，瀝青路面不斷受到壓密和磨耗，使得裸露集料不斷嵌入或瀝青膠漿上泛、磨損以及表面磨光，從而導致路面抗滑性能的降低。抗滑機理研究表明，路表宏觀、微觀構造特征同抗滑水平密切相關，并最終影響路面行車的安全性。研究瀝青路面抗滑性能衰變的規律性與變異性，對指導瀝青面層抗滑恢復養護，保證行車安全性與舒適性有重要意義。

目前研究抗滑衰變規律的方法主要包括室內模擬試驗法和室外跟蹤監測法。由于室內模擬法試驗周期短、易于控制研究方向，國內大多數研究都采用此方法。但是室內模擬法試驗結論受研究者的認識和試驗條件影響較大，容易帶有一定的主觀性，并且不能反應瀝青路面在實際條件下的抗滑衰減規律。而室外跟蹤監測恰恰能夠直觀地反映這一點。

本文通過對鹽通高速公路排水路面（OGFC—13）和臨近的試驗路段（SMA—13、AC—13C）抗滑性能指標擺值、動摩擦系數進行連續5年的跟蹤檢測，獲得常見瀝青路面抗滑性能衰減的一般性規律。同時還采用動態摩擦系數測定儀(DFT)進行三種路表抗滑性能的對比研究，用動摩擦系數值表示。動摩擦系數受微觀紋理和宏觀紋理綜合作用的影響。

1 擺值跟蹤監測

路面抗滑能力主要取決于路面的粗糙度，而路面粗糙度則由路表的微觀紋理及宏觀紋理構成。微觀紋理體現了一定車速下摩擦的總體水平，在車輛低速行駛時對其抗滑能力起主要作用。微觀紋理常用擺式儀測定并用擺值表示。擺式摩擦系數測定儀所測得的瀝青路面抗滑值用于評定路面在潮濕狀態下的抗滑能力，同時對測試結果進行溫度修正，即換算成標準溫度20℃時的擺值（見式（1））。

式中：FB20——換算成標準溫度20℃時的擺值，

BPN；

FBT——路面溫度T時測得的擺值，BPN；

T——測定的路表潮濕狀態下的溫度，℃；

ΔF——溫度修正值。

按不同路面類型分別計算其平均值及變異系數，結果如表1所示。

表1 各路面擺值均值及變異系數表 單位：BPN

由表1可以看出：（1）OGFC、SMA和AC路面的擺值總體趨勢為逐漸增加后減小且其最小值均大于42，達到我國瀝青路面養護技術規范中瀝青路面抗滑性能優級標準；（2）三種路面的擺值大小很接近，表明擺值與瀝青路面結構類型及空隙率的關系不明顯。

擺值—時間衰減變化如圖1所示。

圖1 擺值—時間衰減變化圖

擺值主要與瀝青混凝土集料表面特征和粗集料的磨光性有關。許多研究表明，混合料的擺值在行車作用的前期階段衰變較快，然后逐漸趨于穩定。鹽通高速公路OGFC、SMA 和AC路面粗集料均采用玄武巖，其抗磨光性較好。擺值增加可能是隨行車次數的逐漸增加，路表瀝青膜逐漸被磨去，單位面積內顆粒凸出增多造成的結果。

2 動摩擦系數的跟蹤監測

目前國內測試路面摩擦系數的儀器主要有橫向力系數測試車（SCRIM）和擺式摩擦系數測試儀。橫向力系數測試車購買和維護費用較高，因而其使用范圍受到限制；擺式摩擦系數測試儀有測試樣本小、只代表低速下的摩擦系數和測試結果受到人為因素影響較大的缺點。動摩擦系數檢測方便，結果幾乎不受人為因素的影響且能代表實際公路路面的抗滑能力。

由于動態摩擦系數受微觀紋理和宏觀紋理共同作用，故本文使用日本動態摩擦系數測定儀，按照ASTM E1911—98 方法測試了三種路面行車道輪跡帶在25km/h、50km/h、75km/h 速度下的動摩擦系數值，測試結果見表2。

由表2可以看出：

（1）動摩擦系數值隨車速的增加而減少；

（2）三種路面的動摩擦系數值隨時間減少，并有穩定在某一值附近的趨勢；

（3）由表中標準差可以看出，各路面上測試點的動摩擦系數值很接近。

SMA 骨架結構中含有數量較多的瑪蹄脂，所以該路面的摩擦值與結合料少(AC)、空隙率大(OGFC)的結構相比要小。隨著交通的開放，瀝青膜逐漸減薄從而露出集料，動摩擦值將逐漸增大（由于本文測試時間的選擇看不出其逐漸增大的過程）。然后由于集料表面棱角逐漸被車輛磨光，故動摩擦值會有所降低，并且將長期穩定在某一值附近。值得一提的是，OGFC 路面動摩擦系數值先增加后減少除與瀝青膜有關外，路面逐步壓實致路表紋理逐漸消失也是其中原因之一。

表2 各路面動摩擦系數平均值及標準差

3 抗滑衰變預測模型的建立

預測模型的建立是根據75 km/h 下歷次動摩擦系數檢測數據（見表3），進行數據分析，得到基于動摩擦系數的三種不同路面的抗滑衰變規律。

表3 三種路面在75km/h車速下歷次動摩擦系數檢測數據

值得注意的是，在對瀝青路面抗滑指標的衰減規律進行研究時應主要研究抗滑指標在經過初步壓密以后的變化規律。因此，對瀝青路面抗滑指標衰減規律進行擬合不必過多地考慮加載初期衰減規律擬合函數相關性的好壞。所以，本研究采用的動摩擦數據是從第24個月開始的。

該路段的動摩擦系數預測模型如下：

OGFC路面：

SMA路面：

AC路面：

式中：DFTt——需要預測的路面動摩擦系數值；DFTt-1——需預測路面動摩擦系數前6個月

時的路面動摩擦系數值。

動摩擦系數預測值與實測值的比較見表4。

表4 動摩擦系數預測值與實測值比較

從表4 中可以看出，該公式的擬合精度較高，可較好地描述動摩擦系數的動態發展規律。

4 結論

（1）擺值的跟蹤檢測表明OGFC、SMA 和AC 路面的擺值總體趨勢為先逐漸增加后減小。且三種路面抗滑擺值大小相近，表明擺值與瀝青路面結構類型及空隙率的關系不明顯。

（2）構造深度跟蹤檢測表明MTD 不斷減小，且無論是超車道、行車道或重車道，均是OGFC構造深度＞SMA 構造深度＞AC 構造深度，另外OGFC 和SMA 段的變異系數略大，表示施工的均勻性較AC低。

（3）通過對動摩擦系數的跟蹤監測，得到三種路面的抗滑衰變模型。且通過預測值和實測值的殘差計算表明該公式的擬合精度較高，可較好地描述動摩擦系數的動態發展規律。

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