小議瀝青路面抗滑性能

摘要:本文論述了有關瀝青路面的抗滑機理、影響抗滑性能因素、及抗滑性能評價模型等。為路面抗滑性能的研究提供一個參考。

關鍵詞:抗滑 微觀構造 宏觀構造 模型

瀝青路面抗滑表層是指在路面層狀體系中直接承受行車荷載作用并具有防滑功能的面層，它的厚度一般不超過5 cm ，其主要目的是使行車更為舒適與安全，并保護路面結構不受水的侵蝕損壞及車載的疲勞磨損破壞.為實現(xiàn)瀝青路面抗滑表層的基本功能，對瀝青路面抗滑層必須提出的要求是:良好的抗滑能力。

1、瀝青路面的抗滑機理

瀝青路面的抗滑力主要取決于路面表層的微觀構造和宏觀構造，主要指標為構造深度和摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)主要指集料表面的粗糙程度，它隨車輪的反復磨耗作用而逐漸磨光，與石料磨光值(PSV)有很大關系，在汽車速度不大(30 km/h~50 km/h)時，對路面抗滑能力起決定作用;構造深度是由路面集料間隙構成的，其功能是使車輪下的路表水迅速排除，以免形成水膜，在汽車高速行駛時決定路面的抗滑能力。

2、影響瀝青路面抗滑性能的因素

路面抗滑性能受多種因素的影響，其中主要有瀝青特性、混合料組成、施工工藝、路面潮濕程度、溫度變化及交通荷載等。

2.1混合料組成

路表面的紋理構造是由混合料構成的，因而混合料的組成必然影響路面的抗滑性能。其中，最主要的是集料的表面性能和結合料的性能及其分布。

2.2施工工藝

瀝青混凝土的拌和、攤鋪、碾壓、成型等決著路面構造的形成，因此施工工藝對路面抗滑性能影響較大。

2.3路面潮濕程度

公路交通事故中，雨天發(fā)生的事故所占比率很高，一般達到40~50%。這些都是因為雨天水分在路表面積聚，形成水膜，使路面抗滑能力大幅度下降，事故率上升。車輪在有水膜的路面上行駛時，輪胎將輪胎與水膜接觸區(qū)的水從輪胎前、左、右三個方向擠出，車速越高、路面越光則路面排水條件越差，輪胎與水膜接觸區(qū)的水來不及排出，輪胎與路面石料不能充分接觸，導致摩擦系數(shù)越低。良好的粗紋理構造，具有理想的排水能力，使路面的抗滑能力提高。

2.4溫度變化

根據(jù)觀測試驗資料表明，路面根據(jù)季節(jié)變化，抗滑性能有著一定的規(guī)律，即摩擦系數(shù)冬高夏低，春秋居中，摩擦系數(shù)的最低值出現(xiàn)在6月份。路面溫度據(jù)有關試驗資料表明，路面的溫度對摩擦系數(shù)也有一定的影響。在干燥的路面上，溫度低時，溫度每增加1℃時，摩擦系數(shù)約降低0.01，這種傾向隨溫度上升而減少。在40℃左右，溫度變化幾乎沒有影響。而對潮濕路面溫度上升50℃左右，溫度變化才沒有影響。

3、 路面抗滑性能評價模型

目前主要的評價模型有下面幾種

2.1Penn State模型

F(S)=F0×exp[1-S/S0]

其中，F(xiàn)(S)為車輪在滑移速度S時的摩擦系數(shù);S為測試輪與路面的相對速度，它隨測試方式而異; F0， S0均為針對不同測試設備的路面特征參數(shù)，它們與路面構造有關， F0為滑移速度為0時的摩擦系數(shù)，它是路面細構造的函數(shù)， S0為速度數(shù)，是依賴于路面粗構造的函數(shù)，km/h。

2.3PIARC模型

PIARC模型計算過程如下:

1)根據(jù)路面構造參數(shù)求速度數(shù)Sp。

Sp=a+b·Tx

其中，Tx為路表面構造參數(shù);a，b均為回歸系數(shù)，亦可理解為路表構造深度測定裝置或方法的標定參數(shù)，參加PIARC對比和協(xié)調試驗的各個測試系統(tǒng)的系數(shù)都已標定得出。

2)將FRS轉化為標準速度60 km/h時的摩擦系數(shù)FR60。

FR60=FRS·exp[(S-60)/Sp]

其中，滑移速度S取值方法與Penn State模型相同。

3)將FR60轉化為標準速度下的摩阻數(shù)F60。

對于光滑輪胎:F60=A+B·FR60

對于花紋輪胎:F60=A+B·FR60+C·Tx

其中，A，B，C的值均在PIARC對比和協(xié)調試驗報告中已經給出。綜合以上各式可以得到:

F60=A+B·FRS·exp[(S-60)/(a+b·Tx)]+C·Tx

2.4 國際摩阻系數(shù)IFI的表達。國際摩阻系數(shù)IFI包括兩個參數(shù):速度數(shù)Sp和標準速度的摩阻數(shù)F60，其表達式為:IFI(F60，Sp)。根據(jù)這兩個參數(shù)可以計算任何速度下的摩擦系數(shù)值

F(S)=F60×exp[(S-60)/Sp]

4、路面抗滑性能的評價及方法

4.1微觀構造的測定

對微觀構造的直接測量，由于方法復雜，實用性不強因而多用于研究目的。測量方法主要有兩種:一是立體照像法，二是電子顯微鏡掃描法。立體照像法用6個參數(shù)來描述構造的性狀和大小，試驗和分析方法比較復雜，很費時間，而且對人員素質要求較高。具體試驗方法可參見美國標準ASTM E 5590

用電子顯微鏡掃描測定時，放大5000倍的顯微鏡下微觀構造最為清晰。有關研究表明，用電鏡掃描所測定的微觀構造與用擺式儀所測定的磨光水平有著良好的相關關系。

4.2擺式儀法

用擺式儀法測定摩擦擺值，其測定原理為擺式儀的擺錘底面裝有一橡膠滑塊，當擺從一定高度自由下擺時，滑塊面同試驗表接觸，由于兩者間和摩擦而損耗部分能量，使擺錘只能回擺到一定高度。表面阻力越大，回擺高度越小。

我國對瀝青路面抗滑力的研究表明，路面抗滑值(SR V)與石料磨光值(PSV)之間存在如

下關系: SRV=1. 02 PSV一1 (n=76， r=0.93)，這就是說，完全有可能通過對石料磨光值的測定推算出路面的摩擦力。

4.3鋪砂法

一定面積的路面凹凸不平的開口空隙的平均深度，即宏觀構造深度TD，以mm計。它是路面粗糙度的重要指標，主要取決于礦料級配。路表構造深度有三種測試方法，手動鋪砂法、電動鋪砂法及激光構造深度儀法。

4.3.1手動鋪砂法

將一定量的標準砂鋪在路面上，計算嵌入凹凸不平的表面空隙中的砂的體積與覆蓋面積之比求得。是目前最為基本和常用方法，但該方法人為影響的誤差較大。

4.3.2電動鋪砂法

同手動鋪砂法原理相同，但彌補了手工鋪砂法人為影響，測量不準確的缺陷，不是將全部砂都作為鎮(zhèn)入凹凸不平的空隙中了，而是與玻璃板上攤鋪后比較求得的。

4.4摩擦系數(shù)測定車測定路面橫向力系數(shù):采用標準的摩擦系數(shù)測定車測定，在測定輪與行車方向成一定角度，且以一定速度行駛時，輪胎與潮濕路面之間的摩擦阻力接觸面積的比值，簡稱SFC。該指標為一綜合性指標，它反映較高速度下的路面抗滑值。橫向力系數(shù)在表示車輛在路面上制動時，路面抗滑力同時，還表征車輛在路面上發(fā)生側滑的抗力。

5 、提高瀝青路面抗滑性能的技術要點

(1)在材料的選擇方面，為提高瀝青混合料的抗滑性能，盡量選擇適宜當?shù)氐臑r青以及符合要求的集料。瀝青盡量選用較硬優(yōu)質瀝青材料，同時嚴格控制其用量，混合料的骨料選用耐磨硬質的粒料，礦料級配中粗集料含量相對較多的級配類型。

(2)在結構設計方面，應該選擇良好的抗滑表層結構。盡量選擇排水性好結構，如OGFC、SMA，加速路面表面排水，提高輪胎與路面之間的抗滑能力。根據(jù)需要也可采用改性瀝青混凝土或者透水性瀝青抗滑層。改性瀝青因提高瀝青的流變性能、改善與集料的黏附性、延長了耐久性等優(yōu)點，目前在高等級公路路面中廣泛應用。在磨耗層，改性瀝青表現(xiàn)出能加深紋理構造深度;而且必要時，還可以增加結合料用量而不冒泛油之險。因此改性瀝青混凝土對保持路面抗滑能力具有明顯的長處;采用透水瀝青抗滑層透水瀝青抗滑層又稱排水瀝青或多孔隙磨

阻層(壓實后的殘余空隙率可達到21%~29%瀝青用量4%)，鋪成透水面層，加速路面表面排水，提高輪胎與路面之間的抗滑能力。是當前國際上一種綜合解決抗滑問題、視覺特性問題、噪音問題及其它表面特性問題的有效途徑。

參考文獻

[1]姚思國，劉清泉.高等級公路瀝青路面抗滑表層的研究((75-24-Ol-Ol分報告V).交通部公路科學研究所，1990 10

[2]管迪華，張艾謙，吳衛(wèi)東.用模態(tài)方法分析輪胎印跡內摩擦力及不同表面垂直特性田.清華大學學報(自然科學報)，1999，29(39):98一101.

[3] 劉清泉.路面表面特性研究方向探討[J].公路交通科技，1994(2):1-5.