瀝青路面抗滑性能檢測方法研究

張磊

摘要 抗滑性能是路面行駛質(zhì)量的主要檢測項目之一，路面抗滑性能的優(yōu)劣與行車舒適性、安全性密切相關(guān)。在我國現(xiàn)行路面性能檢測中，對于路面抗滑性能檢測方法有很多。文章在全面了解瀝青路面抗滑性能機理的基礎(chǔ)上，分析了抗滑性能的主要影響因素，并詳細闡述了常用的幾種檢測方法，最后結(jié)合具體工程案例，對構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、橫向力系數(shù)相關(guān)指標進行了分析與探討，以期進一步提高檢測結(jié)果的準確性，科學(xué)評估路面的真實抗滑狀況，制定有針對性的路面養(yǎng)護方案，保障道路行車安全。

關(guān)鍵詞 瀝青路面;抗滑性能;檢測方法;影響因素

中圖分類號 U416.217 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）07-0121-03

0 引言

伴隨我國交通運輸事業(yè)的迅猛發(fā)展，瀝青路面作為高等級公路的主要路面形式，由于其行車舒適、噪聲小、便于養(yǎng)護等優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。然而，在車輛荷載和自然環(huán)境的長期影響下，瀝青路面的路表磨損越來越嚴重，導(dǎo)致路面構(gòu)造深度不斷下降，抗滑性能備受影響，影響行車舒適性和安全性[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，大量數(shù)據(jù)表明路面抗滑性能下降是引發(fā)道路交通事故的主要原因之一。我國公路路面設(shè)計使用壽命在10～15年之間，在多重因素作用下，瀝青路面在通車2～3年便會出現(xiàn)不同程度的早期病害，進而影響路面使用性能。作為路面養(yǎng)護管理的重要指標，抗滑性能對于路況調(diào)查和路面質(zhì)量驗收至關(guān)重要[2]。因此，開展瀝青路面抗滑性能檢測方法研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 瀝青路面抗滑性能機理

路面摩擦力是指車輛輪胎和路表之間相對運動生成的阻力，主要由輪胎滾動及從路表滑過形成。根據(jù)固體摩擦理論分析，瀝青路面抗滑性能機理所包含的作用如下：

1.1 分子力作用

汽車行駛過程中，汽車輪胎和路面之間將會產(chǎn)生分子力，即范德華力。分子力的出現(xiàn)可以為路面提供摩擦力，胎面間接觸面積、輪胎和路面材料類型等因素都會影響分子力大小[3]。

1.2 胎面間黏著作用

汽車輪胎和路面接觸后，便會形成胎面間的黏著作用，據(jù)相關(guān)研究表明，黏附摩擦、滯后摩擦是構(gòu)成輪胎橡膠和路面摩擦力的主要成分，黏著力是界面剪切強度和接觸面積的函數(shù)。

1.3 胎面橡膠彈性變形

作為一種黏彈性材料，橡膠材料是輪胎的主要材料。當輪胎與地面接觸之后，由于路面宏觀構(gòu)造的影響，輪胎很容易出現(xiàn)體積變形。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，輪胎在壓縮狀態(tài)下，應(yīng)力分布使形變性能存儲于橡膠內(nèi)部，一旦輪胎處于松弛狀態(tài)，會產(chǎn)生一定能量損失，進而產(chǎn)生阻滯力，進而出現(xiàn)胎面橡膠彈性變形。

1.4 小尺寸微凸體的微切削作用

汽車輪胎和路面接觸后，由于其自身的微凸體，可能在局部位置出現(xiàn)應(yīng)力集中情況。相比橡膠輪胎所承受的斷裂強度，若集中應(yīng)力過大，可能會出現(xiàn)微切削作用。

2 瀝青路面抗滑性能影響因素

“車、路、環(huán)”是構(gòu)成道路交通系統(tǒng)的三大因素，三者間相互聯(lián)系、相互影響[4]。同樣，路面抗滑性能也受多種因素的影響，具體影響因素如下：

2.1 路面方面

路面構(gòu)造是影響路面抗滑性能的主要因素，比如微觀構(gòu)造、宏觀構(gòu)造等，按照現(xiàn)行規(guī)定，可以根據(jù)不同類別進行路面波長與振幅范圍的確定。

（1）微觀構(gòu)造，波長小于0.5 mm，振幅控制在0.1～0.5 mm。微觀構(gòu)造上看，屬于瀝青膠漿和骨料表面的微小構(gòu)造，主要受限于集料表面的性質(zhì)。

（2）宏觀構(gòu)造，波長控制在0.5～50 mm，振幅控制在0.5～20 mm。對宏觀構(gòu)造起決定作用的因素有粒徑、級配、集料形狀等。宏觀紋理有助于輪胎和路面之間排水。同時，與高速行駛下的路面摩擦和潮濕路面的抗滑性能存在密切聯(lián)系，當行車速度超過90 km/h的時候，宏觀構(gòu)造的影響程度將高達90%。

2.2 車輛方面

（1）車速影響。據(jù)研究表明，汽車行駛速度越快，路面摩擦系數(shù)越低，究其原因在于輪胎和路面接觸面積相關(guān)。車速提升，輪胎和路面的接觸面積將減小，兩者之間的摩擦力也會下降。特別是下雨濕滑路段，汽車駕駛速度提高，將進一步加大動水壓力，不容易快速排出路面間的水，在雨水的影響下，將明顯降低路面的抗滑性能。

（2）輪胎類型影響。輪胎花紋、胎紋密度也會影響路面的抗滑性能[5]。比如，子午線的胎紋密度相對較大，滾動形變小，采取的是橫向花紋，此類輪胎類型具有較好的縱向抗滑性能。此外，路面干燥程度也會產(chǎn)生一定影響。比如，路面較為干燥的情況下，胎紋密度較大，輪胎和路面的接觸面積多，從而增大路面抗滑性能。

（3）交通量影響。伴隨交通量的不斷增加，瀝青路面的表層瀝青膜磨損會越來越嚴重，集料表層紋理也會越來越淡，進而減小車輛和輪胎的接觸面積，降低路面摩擦力。

2.3 環(huán)境方面

在環(huán)境因素方面，溫度、水、路面污染都會影響路面的抗滑性能。第一，對于瀝青路面抗滑性能來講，溫度不同，影響大小不同。隨著溫度的增長，瀝青路面的抗滑性能會隨之下降。第二，雨水、雪等作用于路面，在汽車高速行駛過程中，車輛輪胎和路面之間的水很難快速排除，這種情況下，輪胎和路面之間的接觸面將大大減小，甚至會產(chǎn)生水漂現(xiàn)象，大幅降低路面摩擦力。第三，泥土、油污等路面常見污染物同樣會影響路面的抗滑性能。一旦存在路面污染問題，將減小胎面間的接觸面積，進而降低摩擦系數(shù)，污染問題越嚴重，則路面抗滑性能越差。

3 瀝青路面抗滑性能檢測主要方法

目前，在瀝青路面抗滑性能檢測當中，主要評價指標包括：構(gòu)造深度、橫向力系數(shù)與抗滑擺值。因此，根據(jù)檢測原理進行分析，常用的檢測方法如圖1所示。

3.1 橫向力系數(shù)檢測

汽車駕駛過程中，受很多因素的影響，比如路拱、橫坡等。制動之后，汽車車輪不同，制動力也略有不同，這種情況下，極易產(chǎn)生車輪橫向傾斜現(xiàn)象。為了全面、準確評價車輛的運行狀態(tài)，需要測量車輛橫向位移所生成的阻力，以便計算瀝青路面相對應(yīng)的摩擦系數(shù)，即路面橫向力系數(shù)。在瀝青路面橫向力系數(shù)測定當中，通常可利用橫向力系數(shù)測試專用車，通過這種檢測方法，有利于準確計算瀝青路面的縱向摩擦系數(shù)，同時，也能更精準地掌握路面的側(cè)向摩擦系數(shù)。

3.2 制動距離法檢測

制動距離法是指在汽車質(zhì)量已知的前提下，在濕滑路面上測定汽車的制動距離，隨后通過既定公式計算路面摩擦系數(shù)[6]。相比其他檢測法，制動距離法存在一定缺陷，比如操作過程中很難達到車輛完全制動，環(huán)境因素影響較大，適用性不足。

3.3 能量損失法檢測

基于能量守恒定律檢測瀝青路面抗滑性能的一種檢測法便是能量損失法。在能量損失法檢測當中，主要采取擺式摩擦系數(shù)測定儀作為測定設(shè)備，通過擺錘末端橡膠片產(chǎn)生的功，真實反映瀝青路面的抗滑性能。該檢測法便于操作，且具有良好的經(jīng)濟性。其缺點為人為干擾作用大，極易影響檢測結(jié)果的準確性。

3.4 間接測試法檢測

瀝青路面抗滑性能檢測中，可以通過檢測路面構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)的方式，間接獲取抗滑性能情況。常用檢測法有兩種：其一，鋪砂法。相比其他檢測法，鋪砂法操作簡單、迅速，但人為因素影響較為嚴重，若是鋪砂厚度不均勻，同樣會影響檢測結(jié)果的準確性。其二，激光構(gòu)造深度測定法。激光構(gòu)造深度測定法是指通過激光掃描的方式，先獲得瀝青路面真實影像，隨后通過構(gòu)造特點研究與評價分析，獲取瀝青路面抗滑能力大小。該檢測的特別之處在于檢測精準度高，且基本上不會影響道路交通。

4 案例分析

某山區(qū)公路為瀝青路面，路面設(shè)計寬度為24 m，檢測路段的起止樁號為K450+250～K650+450。項目所處地區(qū)年降雨量較大，加上地形地勢等因素的影響，汽車駕駛當中很容易出現(xiàn)交通事故。基于此，決定對瀝青路面抗滑性能進行測定，以保障行車安全。路面抗滑性能檢測時，采用的評價指標有三種，即構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)與橫向力系數(shù)，所得檢測結(jié)果如表1所示。

4.1 構(gòu)造深度檢測結(jié)果

按照現(xiàn)行公路路面現(xiàn)場測試相關(guān)標準要求，在瀝青路面構(gòu)造深度檢測當中，該工程采用了鋪砂法，以此了解瀝青路面抗滑性能[7]。鋪砂法的工藝流程如下：

第一，量砂時，選取干凈的細砂，先做曬干、過篩處理，隨后將一定量的砂置于容器內(nèi)，一般不得重復(fù)使用量砂，回收砂需做特殊處理，才能使用。

第二，隨機對檢測段選取測點，確定測點準確位置，同時將測點周圍的路面清理干凈。

第三，沿筒通過小鏟將砂注入圓筒，直至注滿，保證砂密實。待補足砂面后，通過鋼尺整平。

第四，在路面上倒砂，按照“內(nèi)-外”的順序利用底面粘有橡膠片的推平板進行攤鋪施工，盡可能將路表空隙內(nèi)填滿砂，并清理干凈表面的浮砂。

第五，利用鋼板尺測量所構(gòu)成圓的兩個垂直方向的直徑，計算平均值。

第六，根據(jù)上述操作流程，在同一位置平行測定3次以上，確定最終結(jié)果。

根據(jù)試驗檢測情況可見，該路段通車運營之后，瀝青路面構(gòu)造深度變化不大，呈現(xiàn)出較好的狀態(tài)，且相比規(guī)定要求，所獲取的構(gòu)造深度平均值在0.5 mm以上，可滿足瀝青路面抗滑性能要求。

4.2 抗滑擺值檢測結(jié)果

按照現(xiàn)行公路路面現(xiàn)場測試相關(guān)標準規(guī)定，在瀝青路面抗滑擺值檢測當中，該工程采用了擺式摩擦系數(shù)測定儀進行測定，操作流程如下：

第一，在檢測路段上選定測點，并確定相鄰測點間的距離。

第二，在測點位置放置檢測儀器，保證擺動方向和行車方向相同，隨后適當調(diào)整螺絲，確保水平泡在中間位置。

第三，固定公把手松開，轉(zhuǎn)動升降把手提高擺，并保證可以正常擺動，隨后將把手再旋緊。先向右擺動，開啟釋放開關(guān)，將卡環(huán)放進釋放開關(guān)槽，待處于水平釋放位置后，將釋放開關(guān)松開，這個時候，指針可向緊靠撥針片方向撥動。開啟釋放開關(guān)，向左擺動，指針向上運動，待擺至最高位之后，落下過程中可以通過左手接住擺桿，并將指針為“0”，若無法為“0”，需及時調(diào)整毛氈圈與螺母，并對上述操作進行重復(fù)進行，直到指針為“0”。

第四，清理路面雜物，擺自由下落，標定滑動長度。

第五，每個測點多次測定，最終讀取平均值。

根據(jù)試驗檢測結(jié)果可知，檢測路段的路面抗滑擺值都可以滿足規(guī)定需要，說明瀝青路面抗滑性能良好。

4.3 橫向力系數(shù)檢測結(jié)果

按照現(xiàn)行公路路面現(xiàn)場測試相關(guān)標準規(guī)定，在瀝青路面橫向力系數(shù)檢測當中，采用橫向力系數(shù)測定車進行檢測，檢測要點如下：

第一，現(xiàn)場測試前，需要充分了解現(xiàn)場的交通情況，在檢測路段安放警示標志，確保設(shè)備運行安全。

第二，測試車就位，開啟測試車，做好各項開關(guān)的操作。

第三，達到測試起點后，操作人員開啟各項開關(guān)，計算機便可實時采集數(shù)據(jù)，屏幕上可以真實顯示測試數(shù)據(jù)，比如速度、距離等，除此之外，還可以輸出SFC值與橫向力系數(shù)圖示圖形。

第四，直至測試終點，關(guān)閉開關(guān)，停止數(shù)據(jù)采集，提升測試輪。

第五，檢測后，獲取各項檢測數(shù)據(jù)。

根據(jù)試驗檢測可以看出，檢測路段通車運營多年后，瀝青路面仍具有較好的橫向力系數(shù)，進而說明瀝青路面的抗滑性能良好。

5 結(jié)束語

目前我國路網(wǎng)基本完善，路面行駛質(zhì)量成為路網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量評定的重要條件。在路面行駛質(zhì)量檢測項目中最關(guān)鍵的一項便是路面抗滑性能，路面抗滑性能的優(yōu)劣與汽車行駛的舒適性、安全性息息相關(guān)。該文在全面掌握瀝青路面抗滑性能機理的前提下，從“車、路、環(huán)”三方面詳細闡述了對瀝青路面抗滑性能的影響。并結(jié)合當前檢測現(xiàn)狀，分析了幾種常用的抗滑性能檢測方法，比如橫向力系數(shù)檢測法、制動距離法等，最后結(jié)合具體工程案例，從構(gòu)造深度、抗滑擺值及橫向力系數(shù)試驗檢測進行探討，由此得出，檢測路段通車運營多年之后，瀝青路面仍具有良好的抗滑性能，可滿足道路行車安全需求。

參考文獻

[1]王鵬. 對上海S32高速公路的路面性能檢測和綜合評價[J]. 上海公路， 2019（2）： 28-32.

[2]李鑫， 張定邦， 曹志國， 等. 湖北理工學(xué)院校內(nèi)道路抗滑性能檢測與評價[J]. 湖北理工學(xué)院學(xué)報， 2018（4）： 44-48.

[3]張子華. 瀝青路面抗滑性能檢測方法及其適用性[J]. 交通世界， 2018（5）： 25-26.

[4]劉佳. 高速公路隧道路面抗滑性能檢測分析[J]. 西部交通科技， 2016（9）： 79-82.

[5]傅永強. 高速公路隧道路面抗滑性能分析及改善方法比較[J]. 公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）， 2019（7）： 242-243.

[6]聶勇. 關(guān)于瀝青路面抗滑性能檢測技術(shù)的探討[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計， 2016（22）：1424.

[7]董祥， 張士萍， 丁小晴， 等. 瀝青混凝土路面的紋理構(gòu)造與抗滑性檢測方法[J]. 公路， 2011（11）： 14-20.