瀝青路面抗滑性能衰變特點及影響因素研究

王海龍，曲笑佳，趙 偉

（煙臺市牟平區(qū)地方公路建設養(yǎng)護中心，山東煙臺 264000）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的日漸發(fā)達，公路作為我國交通的基礎實施，需求量越來越大。公路種類繁多，其中瀝青路面因施工過程簡便快捷、養(yǎng)護方便、行駛噪聲振動低等突出優(yōu)勢被大眾所青睞，現(xiàn)國內(nèi)大部分高等級公路為瀝青路面。但隨著通車年限不斷增加，瀝青路面不斷磨損，其抗滑性能逐漸衰變，直接威脅著行車安全。針對瀝青路面抗滑性衰變易引起交通事故，部分公路未達到設計使用年限而因抗滑性不能滿足行車需要的現(xiàn)狀，本文對瀝青路面的抗滑性能衰變特點及其影響因素進行深入探討，以期增加路面的路面性能和使用壽命，提高車輛行駛的安全性，具有一定的經(jīng)濟和社會效益。

1 瀝青路面的抗滑機理分析

1.1 路面構(gòu)建特征

瀝青路面的抗滑性能取決于路面的摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度。構(gòu)造深度指的是一定面積的路表面凹凸不平的開口孔隙的平均深度，是路面粗糙度的重要指標，而摩擦系數(shù)是指路面的粗糙程度，根據(jù)對路面抗滑性能的影響將路面構(gòu)造深度分為微觀和宏觀構(gòu)造深度[1]，兩者共同承擔路面和輪胎間的附著力，微觀構(gòu)造還承擔輪胎與路面之間的摩擦系數(shù)和抗滑橫向力的系數(shù)。

微觀構(gòu)造[2]指的是瀝青路面和車胎接觸面的集料表層的微小凸起構(gòu)造，其垂直方向的波長在0.01~0.2mm，水平方向的波長在0~5mm，集料間的間距越小，微小凸體的劍鋒越尖銳，車胎與路面之間的附著力就越大，更能夠保證行車安全。瀝青路面微觀構(gòu)造的尖峰能夠刺穿潮濕路面的水膜，提高輪胎和路面的摩擦力，防止車輛側(cè)滑。尖峰值是用于評價潮濕瀝青路面抗滑性的重要指標，最佳的尖峰值一般在0.01~0.1mm。宏觀構(gòu)造[3]指瀝青路面的集料顆粒間的空隙程度及因此而產(chǎn)生的排水性能，垂直波長0.2~10mm，水平波長0.5~50mm可直觀的表面紋理，直接反映路面的粗糙程度。瀝青路面的宏觀構(gòu)造可減少道路表面積水，減少水霧形成，提高路面能見度，防止車輛側(cè)滑等等交通事故[4]。

工程實踐中，通過選擇磨光值和沖擊值高、磨耗值低的優(yōu)質(zhì)集料，高水平的施工工藝以及合理路面結(jié)構(gòu)設計來優(yōu)化瀝青路面的宏觀和微觀構(gòu)造深度，保證路面的抗滑性。

1.2 路面與輪胎的使用環(huán)境

瀝青路面的抗滑性能與路面和輪胎間的摩擦系數(shù)息息相關，路面與車輛輪胎的使用環(huán)境會影響摩擦系數(shù)。我們知道瀝青屬于感溫材料，溫度和瀝青路面的摩擦系數(shù)密切相關，高溫天氣，車輛反復作用于瀝青路面，致使瀝青路面與輪胎之間出現(xiàn)自由瀝青產(chǎn)生泛油病害，容易導致高速行駛的車輛打滑，嚴重威脅行車安全。此外高溫后導致瀝青變軟，輪胎荷載作用下會被軟化后的瀝青會填充路面集料的微觀構(gòu)造，微觀構(gòu)造減小，車輛輪胎與瀝青路面間附著力降低。

路面潮濕積水產(chǎn)生的“水潤滑作用”會降低車輛輪胎與瀝青路面的摩擦系數(shù)，容易使車輛行駛過程中發(fā)生側(cè)滑，誘發(fā)交通事故。而冬季路面積雪或結(jié)冰會導致路面紋理被破壞，輪胎與瀝青路面的有效接觸面積大幅度減少，抗滑系數(shù)遠遠低于干燥或潮濕地面，車輛制動或轉(zhuǎn)彎時容易發(fā)生車輛側(cè)翻、漂移、制動距離增加，嚴重影響行車安全。除此之外，路面的污染物如泥土、砂石、尤物等，也會減少路面和輪胎間的接觸面積，降低摩擦系數(shù)。因此工程實踐中為增強瀝青路面的抗滑性能，保障行車安全應增加瀝青路面構(gòu)造深度，盡可能改善路面的粗糙程度，增加路面的排水能力。

2 瀝青路面抗滑性能的衰變特點

瀝青路面具備一定的抗滑能力是保證安全行車的基礎，但隨著時間的推移，車輛荷載以及降水、積雪、溫度、污染物等環(huán)境因素、車輛本身或其他不可控因素的不斷作用下，路面的抗滑指標在一段時期后會大幅度衰變。瀝青路面抗滑性能的衰變過程一般歷時較長，綜合文獻資料[5-9]，歸納其衰變規(guī)律特點。

2.1 影響因素眾多

瀝青路面在鋪設完成后暴露于自然環(huán)境中，在車輛荷載、自然環(huán)境氣候等綜合因素的不斷作用下，抗滑性能不斷衰減，這是多種因素共同作用的復雜過程，主要因素為車輛自身因素、路面本體因素、氣候環(huán)境因素以及其他外界因素等。①路面本體因素包含瀝青路面的瀝青和礦料等原材料、瀝青混合料的級配、混合料的力學性能、體積特性及路面所處位置和線性等。②車輛本體因素包括車輛的類型、車胎的特性及行車的速度等，其中車胎的特性主要是由輪胎的類型、胎壓、輪胎紋路以及輪胎胎面的完整度等部分構(gòu)成。③氣候環(huán)境因素主要是指季節(jié)溫度變化和降雨影響。④其他外界因素主要是指積水、冰雪、塵土、油漬污染物等。

2.2 隨時間變化且歷時較長

瀝青路面的抗滑性能的衰變是隨著服役時間的延續(xù)而不斷變化的長期過程，這種衰變是動態(tài)的，發(fā)生在路面的整個服務周期，室內(nèi)模擬觀察實驗發(fā)現(xiàn)，在整個試驗周期內(nèi)，瀝青混合料的摩擦系數(shù)的變化趨勢是先增加后減小，最終均會趨于平穩(wěn)。這一變化趨勢主要是由于打磨的初期階段路表面瀝青膜的包裹作用，使得混合料的初期紋理構(gòu)造模糊，致使初期的摩擦系數(shù)較小；而隨著打磨的深入，表層的瀝青膜被去除，瀝青混合料的摩擦系數(shù)也會隨之增大；但隨著打磨作用的深入，設備對混合料不斷進行磨光和磨耗，使得其摩擦系數(shù)逐漸減小并最終趨向穩(wěn)定。

2.3 抗滑性能的評價標準普適性差

瀝青路面的抗滑能力大小的常見檢測方法主要有構(gòu)造深度檢測（激光法和鋪砂法）、橫向力系數(shù)檢測以及擺式儀檢測，各有優(yōu)點，普適性較差。其中擺式儀監(jiān)測法室內(nèi)外均可使用，調(diào)試方便，操作簡單，但是只能夠定點測量，且速度慢誤差大，又易受人為因素影響，重復性較差；構(gòu)造深度測試速度較快，測量結(jié)果的重復性好，但是易影響交通，室外持續(xù)供電困難，容易受到天氣的影響；而橫向力系數(shù)檢測法可連續(xù)檢測，準確度高又不影響交通，但所需設備價格昂貴，難以在室內(nèi)實現(xiàn)。

此外由于摩擦系數(shù)自身的條件限制性，使得不同測試環(huán)境所的結(jié)果差異性較大，這也導致各類評價標準的普適性差。檢測的摩擦系數(shù)與路面的干濕狀態(tài)和車速相關，不同指標檢測所需要滿足的要求不同就導致這各類參數(shù)相關性較差，難以有一種準確的方法將其進行統(tǒng)一。

2.4 室外現(xiàn)場調(diào)查法和室內(nèi)模擬實驗法的難以統(tǒng)一

瀝青路面抗滑性能衰變規(guī)律的探索研究有兩種方法，分別為室外現(xiàn)場調(diào)查法和室內(nèi)模擬實驗法。其中現(xiàn)場調(diào)查法是在實際行車環(huán)境下進行的，能夠反映路面在各種因素綜合作用下的實際衰變規(guī)律，缺點是耗資大，并且實際的氣候環(huán)境條件等因素不可控制，獲取完整數(shù)據(jù)耗時較久，一般可能需要2~5年。而室內(nèi)試驗法采用仿真原理，通過室內(nèi)試驗設備以點代面來模擬實際行車環(huán)境來進行抗滑性能衰變規(guī)律研究，相對現(xiàn)場調(diào)查耗資少，能夠較好的控制影響因素，檢測周期短等優(yōu)勢，但室內(nèi)并不能很好的模擬現(xiàn)實行車過程中的復雜的環(huán)境和行車因素，所采取的數(shù)據(jù)存在一定誤差。

3 瀝青路面抗滑性能衰變影響因素

瀝青路面抗滑性能是保障道路行車安全和道路服役性能的重要指標，直接影響交通安全，而路面抗滑性能的衰變是多個方面的因素綜合作用導致的結(jié)果，是不可避免的。探索影響路面抗滑性能衰變的因素，總結(jié)影響規(guī)律，有助于預測瀝青路面抗滑性能的衰減程度，延長瀝青路面的服務年限。

3.1 路面構(gòu)造深度

路面的宏觀與微觀構(gòu)造深度很大程度上影響瀝青路面的抗滑能力。路面的宏觀構(gòu)造主要影響車輛高速行駛過程中路面的抗滑能力，路面潮濕/積水時其抗滑性能隨車輛行駛速度提高而下降的幅度。宏觀構(gòu)造反應路面集料間的空隙率和排水能力，一般用構(gòu)造深度測試儀和人工鋪砂法進行測定。宏觀構(gòu)造越大，高速行駛時車胎與瀝青路面間的摩擦系數(shù)越大，抗滑性能越好。

瀝青路面的微觀構(gòu)造主要影響車輛在不同的行駛速度下路面的抗滑性能，主要是低速，同時也決定著潮濕狀況下瀝青路面與車輛輪胎間的摩擦系數(shù)。因為路面潮濕，輪胎與路表面間會形成一層水膜，微觀構(gòu)造能夠刺破水膜，使得車輛輪胎與路面直接接觸，保證雨天的行車安全。路面的微觀構(gòu)造一般用石料的磨光值（PSV）來評定，磨光值與路面的微觀構(gòu)造、抗滑性能成正比，石料磨光值越大，路面的微觀構(gòu)造越大，路面的抗滑性能越好。

3.2 瀝青的影響

瀝青路面的抗滑能力受到瀝青的用量和品質(zhì)影響。瀝青品質(zhì)取決于其含蠟量和粘度，鋪路時如采用的瀝青粘度過低會使瀝青和集料間的粘結(jié)力減小，車輛行駛過程中時路面溢出自由瀝青產(chǎn)生泛油害病，致使行駛車輛發(fā)生打滑，影響行車的安全。瀝青的含蠟量主要會改變?yōu)r青對溫度的敏感性，瀝青含蠟量過高，夏季高溫天氣瀝青路表面易泛油，冬季低溫天氣路面易開裂，在車輛長期軸載作用下路面的骨料發(fā)生松動并脫落，嚴重影響路面的抗滑性能。

瀝青摻量影響油膜厚度和構(gòu)造深度，瀝青用量過多會導致自由瀝青在夏季高溫天氣極不穩(wěn)定，骨料粘結(jié)力降低發(fā)生骨料滑移，車輛荷載作用下自由瀝青溢出路面，形成瀝青膜層，同時使得礦料顆粒間的流動性增大，路面的宏觀構(gòu)造深度與微觀構(gòu)造深度被破壞，降低其防滑性能，且易形成車轍。相反，瀝青摻入量過少，集料表面包裹的瀝青膜會變薄，礦料之間的粘結(jié)力減小，導致集料松散發(fā)生脫落等病害，降低瀝青路面抗滑性能。研究表明混合料中瀝青摻入量如果超過最佳摻入量的5%，就會影響路面的抗滑能力，因此施工時應按照國家規(guī)范要求，結(jié)合當?shù)貧夂驐l件，根據(jù)工程實際確定的最佳摻量，提高瀝青路面的抗滑性能。

3.3 集料的影響

集料在瀝青混合料中所占比例最大，集料的磨光值、磨耗值、沖擊值影響瀝青路面的抗滑性能。道路投入使用的初期，路面的抗滑能力符合規(guī)范性能良好，隨著車輛荷載及外界環(huán)境不斷作用下，石料被磨損，路面構(gòu)造深度變小，抗滑性能隨之降低。磨光值決定了路面微觀構(gòu)造，用于評估石料抵抗磨光的能力，磨耗值和沖擊值決定路面宏觀構(gòu)造和耐久性，用于綜合評價石料抵抗沖擊、摩擦及剪切能力的大小。因此為提高瀝青路面的服役期限，應選擇使用磨光值和沖擊值較大而磨耗值較小的礦料。

3.4 礦料級配的影響

礦料級配影響瀝青路面抗滑性能，合理的礦料級配可以增加路面集料的宏觀構(gòu)造深度，降低混合料間的空隙率，保證潮濕路面的排水性能。有研究發(fā)現(xiàn)礦料的質(zhì)量和級配決定了瀝青混凝土層的抗滑性能，合理的級配設計有利于瀝青混合料形成骨架密實結(jié)構(gòu)，提高瀝青路面使用的耐久性能，能夠一定程度上避免泛油、透水、車轍等路面病害的發(fā)生。因刺激在瀝青路面鋪設過程中，應根據(jù)當?shù)靥囟ǖ臍夂颦h(huán)境、交通量等選擇合理的礦料級配設計，嚴格配比集料和礦粉，確定瀝青最佳油石比，以保證瀝青路面的抗滑性能。

3.5 交通軸載的影響

車輛行駛過程中，車胎與瀝青路面間主要的作用力有4種，分別為范德華力、粘附力、胎面橡膠的彈性變形能力以及路面上小尺寸微凸體的微切削作用力。因此車胎在瀝青路面滾動剎車引起接觸面間不斷摩擦、磨損，致使路面表面紋理衰減，交通量越大，路面的磨耗和沖擊程度越嚴重，研究發(fā)現(xiàn)隨著交通累計量增大瀝青路面抗滑性能參數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小最終趨于穩(wěn)定的趨勢。

3.6 其他因素

除以上多數(shù)五種影響因素外，瀝青路面抗滑性能衰變的影響因素還包括車輛輪胎特性的影響（如輪胎結(jié)構(gòu)類型、胎面花紋、充氣壓力等），氣候、環(huán)境條件（氣候、季節(jié)、環(huán)境、溫度等），路面污染物（工業(yè)粉塵、路肩黏土、車輛泄漏的油污等），施工質(zhì)量因素（施工質(zhì)量不達標、施工流程不符合規(guī)范）等等，所以瀝青路面抗滑性能的衰變過程實際上是一個由多種因素共同決定和影響的復雜過程

4 結(jié)語

近年來，瀝青在公路建設施工中得到了廣泛應用，瀝青路面的抗滑性能和車輛行車安全息息相關，研究瀝青路面抗滑性能的影響因素和衰減規(guī)律是非常必要且重要的。掌握瀝青路面服役周期內(nèi)抗滑性能的衰變規(guī)律及影響因素，了解路面抗滑指標在使用不同使用階段的變化情況，對降低交通事故發(fā)生率，提高道路服役性能具有重要價值。