瀝青路面抗滑性能影響因素研究

王曉艷

(南寧市公路發展中心，廣西 南寧 530001)

0 引言

隨著交通強國戰略的實施及區域間交流需求的日益增長，近5年我國平均年增公路里程達12.54萬km，截止至2021年累計公路里程達501.25萬km。伴隨公路總里程增長的是交通事故率的攀升，2020年我國因雨、雪等極端天氣導致路面抗滑性能降低，車輛轉向困難、制動距離加長，因此事故死亡人數與前一年相比上升13.3%[1]。隨著大眾對道路交通安全的重視，瀝青路面抗滑研究成為道路研究者的重要課題之一。本文從抗滑性能影響因素出發，剖析路面抗滑性能不足的原理，以期為提高道路安全性研究提供理論基礎。

行車荷載反復作用，導致其構造深度逐漸減小、表面集料被磨光，是瀝青路面抗滑性能下降的兩個主要原因，目前主流的抗滑性能檢測技術也是針對這兩個因素進行路面測試[2]。本文從瀝青混合料材料內因及瀝青路面使用環境兩個角度，在實驗室內通過對輪碾法成型車轍板試件進行抗滑值BPN和構造深度TD測試，研究瀝青路面在不同集料類型、級配、環境溫度及濕度條件下抗滑性能變化特征及規律。

1 瀝青路面抗滑性能評價方法與試驗方案

1.1 瀝青路面抗滑性能評價方法

本研究擬定的研究因素有集料類型、混合料級配、環境溫度及濕度，由于自然環境溫度、濕度、路面服役年限、結構類型等因素多樣化，在現場路面展開研究不易控制試驗因素與變量水平；而室內瀝青路面模擬試驗具有便捷性高、研究因素與變量水平可定量控制等優點。本研究依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中T0703-2011，采用輪碾法成型的車轍板試件模擬實際瀝青路面并對瀝青路面的抗滑性能進行評價。

1.2 瀝青路面抗滑性能檢測技術

瀝青路面抗滑指標主要為抗滑值BPN、構造深度TD兩項，現行《公路路基路面現場測試規程》(JTG 3450-2019)中對BPN要求采用擺式摩擦儀法測定，TD采用手動鋪砂法測定。為避免集料分布不均勻導致的測試誤差，對車轍板試件進行檢測試驗時，在試件中心位置用粉筆畫一個11 cm×6 cm的測試區域，對測試區域重復進行5次測量，取結果均值作為抗滑性能評價值，每種試驗因素制備4塊試件，編號為A、B、C、D，進行重復試驗。

2 瀝青路面集料類型、級配對抗滑性能的影響

2.1 集料類型

大量實測資料表明瀝青路面抗滑性能與路面摩擦系數存在直接聯系，而構成路面的集料自身的粗糙表面在路表構成細紋理，使輪胎與路面保持基礎摩擦接觸，從而保證瀝青路面在低速條件下的基本抗滑能力，本文試驗選用石灰巖、花崗巖、玄武巖三種集料[3]，采用AC-13型級配制備試樣。具體抗滑性能測試結果如表1、表2所示。

(1)玄武巖制備的試件抗滑性能較好。由表1可知，花崗巖、石灰巖、玄武巖抗滑值逐漸增加。這是因為玄武巖物理特性呈細粒結構，而細粒結構的巖石之間表面接觸較大，抵抗磨耗能力較強，可提高BPN值，從而提升路面抗滑性能，因此瀝青路面集料類型應首選玄武巖制備混合料。

(2)堅硬的集料對減小試件構造深度有利。既有研究表明花崗巖、石灰巖、玄武巖的母巖飽和單軸抗壓強度Rc均>50 MPa，其耐磨性(PSV)、堅固性較一般量砂大，三種集料類型試件TD值分別為0.62、0.63、0.62，三者差異不大，說明堅硬母巖得到的集料有利于提高瀝青路面抗滑性能。

表1 不同集料類型試件BPN測試結果表

表2 不同集料類型試件TD測試結果表

2.2 混合料級配

瀝青混合料抗滑性能除受集料表面細紋理影響外，按一定級配構成的集料在瀝青混合料表面形成凹凸不平的粗紋理對抗滑性能亦有較大影響，合理的集料類型、粗細占比能同時提供較大的摩擦系數和快速排水能力。為分析不同占比粗細集料形成的粗紋理等因素對瀝青混合料抗滑性能的影響，本文根據前文試驗結果選取玄武巖作為集料，配合比采用AC-13，調整集料占比制備瀝青混合料并進行BPN、TD測試，具體配合比及級配分布曲線如表3、圖1所示，配合比與BPN、TD的關系如圖2所示。

表3 三種混合料級配表

圖1 三種混合料級配分布曲線圖

圖2 三種配合比方案與BPN、TD的關系曲線圖

表4 不同粒徑集料占比試件的BPN測試結果表

表5 不同粒徑集料占比試件的TD測試結果表

(1)如圖2所示，粗集料占比最大的配合比3制備的試件BPN最大，抗滑性能較好，粗集料占比從配合比1到配合比3逐漸增加，對應試件BPN逐漸增大，主要原因為配合比3中粗集料相對較多，較多的粗集料構成的粗紋理面積較大，有利于增加橡膠塊在擺動過程中與試件表面的接觸時間和接觸面積，對應得到摩擦系數更大。

(2)由表4及表5可知，TD隨混合料中粗集料通過率增加而加深。這是因為不同粒徑集料表面接觸點相對較多，容易形成骨架嵌擠結構，因而混合料空隙增加，導致車轍板試件表面構造深度也就越大。因此合理增加混合料中粗集料的占比有利于提高瀝青表面粗紋理面積、骨料間隙，用其鋪筑的瀝青路面抗滑性能也就越好[5]。

3 瀝青路面環境對抗滑性能的影響

3.1 路面溫度

既有資料指出當路面溫度上升1 ℃則摩擦系數下降0.01，本文根據廣西區域氣候環境，選取溫度為5 ℃、10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃，研究溫度變化與瀝青路面抗滑值BPN的關系[4]。不同溫度下BPN測定結果如表6所示，BPN隨溫度變化曲線如圖3所示。

表6 不同溫度下試件抗滑值BPN測試結果表

圖3 抗滑值隨溫度變化曲線圖

由圖3可知，試件抗滑性能呈隨溫度升高而減小趨勢，但不同溫度區間下不同試件的BPN降速不一致：在0 ℃～10 ℃，試件C、D降低速率為0.0～0.2，而試件A、B為0.2～0.4；在10 ℃～40 ℃各試件降低速率均值為0.5，這是因為制備車轍板試件所用的材料在低溫下硬度較大，這是物理特性導致試件表面摩擦系數比常溫下大，而隨著溫度升高，這種物理特性發生改變，試件表面摩擦系數減小，試件抗滑值也隨之減小。因此瀝青路面在高溫時應注意養護，以減少交通事故。

3.2 路面濕度

本節從濕度對抗滑性能的影響進行研究。濕度范圍控制在10%～100%，采用擺式摩擦儀橡膠塊與車轍板試件進行反復摩擦，模擬現場瀝青路面濕度，在實驗室內溫度調節為標準溫度20 ℃，每隔10%濕度測定一次抗滑值，研究濕度變化與抗滑值關系。不同濕度下車轍試件抗滑值測定結果如表7所示，抗滑值隨濕度變化曲線如圖4所示。

表7 不同濕度下試件抗滑值BPN測試結果表

由圖4可知，車轍板試件的抗滑性能隨濕度增大而減小，且BPN降低速率在不同濕度區間存在明顯區別：濕度由10%提高到50%，BPN均值由48降低至46，降低速率僅為0.0～0.2，表明在該區間范圍內試件表面尚未形成水膜，橡膠塊與試件摩擦界面仍保持較完整接觸，試件仍具備較優抗滑能力；當濕度由50%提高到80%，BPN均值由46急劇降低至37，最大降低速率達到0.4，試件表面積水已形成連片水膜，降低了橡膠塊與試件摩擦界面實際接觸面積，造成試件抗滑能力急劇下降；當濕度超過80%，BPN均值由37降低至34，降低速率為0.0～0.2，表明試件表面水膜厚度增加仍會降低抗滑能力，因此瀝青路面排水設置應重點關注單位時間內的排水能力，盡快疏排表面積水以避免路面積水過多。

圖4 抗滑值隨濕度變化曲線圖

4 結語

為探究瀝青路面抗滑性能影響因素，通過改變集料類型，混合料級配及控制環境溫濕度模擬試驗條件展開研究，得出結論如下：

(1)玄武巖制備的瀝青混合料抗滑值高于石灰巖和花崗巖的抗滑值，使用玄武巖鋪筑瀝青路面其抗滑性能更好，可推薦瀝青路面上面層采用玄武巖集料。

(2)混合料中粗集料占比較大，其碾壓成型的車轍板試件抗滑值和構造深度也就越大，用其鋪筑的瀝青路面抗滑性能也就越好。

(3)車轍板試件的抗滑值隨著濕度升高而逐漸減小，瀝青路面抗滑性能也隨其減小，濕度在50%～80%時，抗滑值減小速率較快。