瀝青路面抗滑性能檢測技術分析

李二娜

(葛洲壩集團試驗檢測有限公司,宜昌 443002)

中國自改革開放以來，經濟取得了快速發展，公路建設里程數不斷增長。截至2021年底，我國公路里程已達到528.07萬公里，高速公路達到16.91萬公里，穩居世界第一。公路里程的增長對我國經濟發展和人民日常生活品質的改善起到了重要作用。但另一方面，我國交通事故量也在不斷上升，給人民生命安全帶來巨大威脅的同時，也造成不可估量的財產損失。研究人員分析大量交通事故后發現，不少交通事故是路面因素造成的，其中路面抗滑性能是對行車安全影響最為顯著的因素[1]。據不完全統計，在我國與路面抗滑相關的交通事故比例高達81%[2]。研究表明路面抗滑性能的提升可以有效降低交通事故發生的概率[3]。因此開展路面抗滑相關的研究對于保障道路安全至關重要。

路面在建設完成的初期都有著良好的抗滑性能，但隨著路面服役時間的延長，其抗滑性能會出現不同程度的下降。雖然抗滑性能是道路運營部門和相關交管部門關注的重點，但對于目前常見的一些路面抗滑性能檢測方法[4-6]，在測試設備、操作方法、適用場景等方面存在很大區別，因此非常有必要對路面抗滑性能檢測方法進行總結，整理分析不同路面抗滑檢測技術的特點，促進從業人員根據道路實際情況采用合適的路面抗滑性能檢測方法。

綜上，為促進不同抗滑檢測技術的合理應用，保障路面抗滑性能和行車安全，開展了幾個方面的工作：總結了影響路面抗滑性能的主要因素；在此基礎上，對比分析了不同抗滑性能檢測技術的差異；同時指出了未來路面抗滑性能檢測技術的發展趨勢。

1 路面抗滑性能影響因素

車輛事故多發生在制動過程中，這主要是因為車輛制動距離過長造成的，因此輪胎和路面間的摩擦特征對路面抗滑性能產生直接的影響。輪胎與路面之間的摩擦力包括兩部分：黏附力Fa和阻滯力Fh，如圖1所示。摩擦力與路面、輪胎以及環境等多方面因素相關，具體如路面的紋理構造、路面材料、路面的潔凈程度、溫度、濕度以及行車速度等。路面紋理構造對路面抗滑性能的影響非常顯著，主要表現在兩個方面：黏附力Fa與路面微觀紋理息息相關，豐富的微觀紋理有助于提高黏附力；阻滯力Fh則主要與路面的宏觀構造相關，輪胎與路面接觸過程中，輪胎會變形產生應變能損耗，而阻滯力就與輪胎壓縮-松弛過程中的能量損耗相關。除路面紋理構造外，前面已經提到還有很多其他因素影響路面的抗滑性能，例如，潮濕路面的抗滑性能差，車輛制動距離大；行車速度過快也會使車輛制動距離變大。因此，影響路面抗滑性能的因素較多，單一檢測手段往往難以精準判斷路面的抗滑能力，基于這一需求，逐漸發展出了多種路面抗滑性能檢測技術，目前以兩類檢測技術為主：路面紋理測試技術和路面摩擦指標測試技術。

2 路面紋理測試技術

根據構造尺寸劃分，可將路面紋理分為微觀紋理、宏觀紋理、粗大構造和路面不平度等幾個方面，其中微觀和宏觀紋理是抗滑性能研究的重點。微觀紋理對應波長1 μm～0.5 mm、高度1 μm～0.5 mm的構造，即集料表面極其微小的構造。宏觀紋理對應波長為0.5～50 mm，高度0.5～20 mm的構造，宏觀紋理與路面空隙、集料形狀、集料粒徑等密切相關。路面微觀紋理的測量難度較大，一方面無明確的測量規定，另一方面受采樣率和傳感器分辨率的限制。因此常見的紋理測試方法主要集中在宏觀紋理的測量上，如最為常用的鋪沙法。宏觀紋理雖容易測量，但是傳統的鋪沙法也存在準確性差、效率和可靠性低的問題。但隨著激光測量、圖像處理、測距技術等的發展，路面紋理測量方法得到了很大補充，主要的新型路面紋理測試方法如表1所示。

表1 路面紋理檢測技術

激光掃描技術已廣泛應用于路面紋理測量，且隨著研究的深入，形成了成熟的路面紋理評估方案。當激光技術與GPS系統相結合時，能夠快速掃描路面的紋理，檢測路面抗滑性能。現階段雷達傳感器測量也已經廣泛應用于現場，并可以直接分析出路面的摩擦特性。接觸測試有著極高的精度，但成本也較高，且測量范圍有限，因此多用于實驗室研究。非接觸測試技術現階段還在不斷提升精度過程中。近景攝影測量技術可以快捷的獲取路面紋理，圖像可以用普通相機拍攝，但必須結合使用專業軟件對圖像進行分析和三維建模，基于三維模型分析路面抗滑性能。

綜上可知，雖然各種測試方法或多或少都存在一些缺陷，但新型紋理檢測技術使得自動測量路面紋理成為可能，為獲得大量路面紋理數據提供了技術支撐，在全線路網抗滑性能檢測中有著巨大優勢。但是路面紋理與路面抗滑性能對應關系難以量化的問題也日益突出，如何基于獲取的紋理特征有效地確定路面的抗滑性能一直是個難題。因此規范中并未引入激光掃描等紋理檢測技術分析路面抗滑性能。同時，除了前述的一些缺點外，紋理測試方法在技術層面也存在一些問題。如采用光學儀器測量路面紋理時，采集結果會存在數據尖峰問題；另外，瀝青路面存在凹陷，這將會產生漏點問題，導致數據不完整。因此還需要進一步改進檢測設備和豐富設備類型。

3 路面摩擦指標測試技術

路面紋理檢測技術是一種間接分析路面抗滑性能的方法，主要關注路面的微觀紋理和宏觀紋理。間接測量有著方便快捷的優勢，但無法取代直接測量。直接測量是通過測量路面摩擦指標來評價路面的抗滑性能。例如，輪胎與路面之間的摩擦系數大小，被測試車輛的制動距離長短等都可直接反映路面的抗滑性能。目前主要通過測試摩擦系數這類指標來直接反映路面的抗滑性能，而摩擦系數又根據具體的測試方法而不同，常見的幾種主要測試方法如表2所示。

表2 路面摩擦指標測試技術

具體來看，目前使用最廣泛的是英國擺式摩擦系數測試儀，它具有成本低、操作簡單、便于攜帶等優點，但該測試儀器的不足之處也很明顯，擺錘與路面的接觸與實際輪胎與路面的接觸有明顯差異，測試數據波動性大，特別是在對粗糙路面進行測試時，試驗結果不能反映路面的實際摩擦行為。因此，許多研究機構一直致力于改進檢測方法，動態摩擦系數測試儀就是在不斷改進過程中研發的路面摩擦指標測試新設備。動態摩擦系數測試儀相比擺式摩擦系數測試儀適應范圍更廣，可以在各種速度下測試車輛與路面的摩擦指標，尤其是高速下的路面摩擦特性，大大方便了對輪胎與路面間摩擦數據的采集。橫向力摩擦系數和縱向力摩擦系數測試是常見的現場抗滑性能檢測手段。測試橫向力摩擦系數時，輪胎采用光面輪胎，測試輪胎荷載為(1 960±10)N，測試角度為車輛前進方向20°。車輛行進時，測試輪上將會產生橫向滑動摩擦力，橫向滑動摩擦力與作用在試驗輪上的荷載之比，稱之為橫向力系數SFC。縱向力摩擦系數測試時，承受豎向荷載的測試輪與路面緊密接觸，并以恒定速度且平行于車輛方向前進，產生縱向滾動摩擦力，縱向摩擦力和豎向荷載的比值就是縱向摩擦系數BFC。SFC和BFC都可用于評價路面抗滑性能。可見，相比于路面紋理測試方法，路面摩擦指標測試方法可操作性更強，結果更加直觀。

4 瀝青路面抗滑性能檢測技術發展趨勢

從技術需求來看，當前針對路面抗滑性能開展的研究主要是圍繞路面和輪胎兩個方面進行，如路面紋理測試和輪胎—路面摩擦指標測試。但環境因素對路面抗滑性能也產生直接的影響，如溫度、濕度和行車速度等。因環境因素比較復雜，且往往沒有顯著的規律，在開展路面抗滑性能研究時，對環境因素造成的影響考慮較少。這就使得難以揭示出路面在實際服役環境下的抗滑性能變化特征，因而未來在研究路面抗滑性能時應更多關注路面、輪胎、環境三方面的相互作用。此外，如何科學、有效地確定路面紋理與路面抗滑性能間的對應關系也是未來需要重點解決的技術問題之一。

從現場應用需求來看，主要是檢測設備還需要改進。一方面，提高設備采集數據的精度，如當前采用光學儀器采集路面紋理數據時，存在數據尖峰和漏點等問題，致使數據結果不能反映出測試路面的真實紋理特征；另一方面，擺式摩擦系數儀和動態摩擦系數儀等小型設備已經越來越難以滿足快速、大規模測試的需求。我國的道路交通在過去的幾十年里雖然取得了飛速發展，但離建成四通八達的交通網絡還有很長的距離，道路新建和養護任務依然繁重，因此對路面性能檢測也提出了快速、大規模化的需求。開發大型檢測車是未來路面抗滑檢測設備的發展方向之一，在不影響交通的情況下開展全線路網抗滑檢測，提高測試效率的同時，可實現對路面的大規模檢測。

5 結 語

為促進路面抗滑檢測技術的合理應用和發展，該研究首先從輪胎與路面的接觸方面分析了影響路面抗滑性能的主要因素，進而對常見的路面紋理測試方法和路面摩擦指標測試方法進行了對比分析，同時基于檢測技術和現場應用層面的需求，指出了路面抗滑性能檢測技術未來的發展趨勢。

a.路面紋理測試和路面摩擦指標測試是目前在研究和現場應用中采用較多的路面抗滑性能檢測方法。相比于路面紋理測試方法，路面摩擦指標測試方法則可操作性更強，測試結果更加直觀。

b.未來應加強研究環境因素對路面抗滑性能的影響，并嘗試確定路面紋理與路面抗滑性能間的對應關系；同時改進現場測試設備，一方面使現場測試結果更精準，另一方面使設備能滿足大型化測試的需求。