干線公路瀝青路面抗滑表層的試驗(yàn)研究

摘 要：在分析了瀝青路面抗滑性能影響因素的基礎(chǔ)上，對(duì)不同類(lèi)型混合料的表面層進(jìn)行了抗滑性能的比較，并對(duì)不同的抗滑性能檢測(cè)方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。得出結(jié)論表明，SMA混合料表現(xiàn)出了最優(yōu)的抗滑性能。構(gòu)造深度和Griptester測(cè)試方法具有較好的相關(guān)性，可以作為抗滑性能的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，但擺式儀測(cè)試方法不適用于評(píng)價(jià)SMA等粗構(gòu)造的路面類(lèi)型。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；抗滑表層；試驗(yàn)研究

前言

瀝青路面的抗滑性能關(guān)系到行車(chē)的安全性，是路面最重要的使用性能之一，關(guān)系到道路使用者的人身安全問(wèn)題，因此應(yīng)予以充分關(guān)注。研究表明，影響行車(chē)安全的主要因素有人、車(chē)、道路、氣候、環(huán)境等，其中路面抗滑性能在保證行車(chē)安全中起著非常重要的作用，因此， 修建抗滑表層已經(jīng)成為目前減少高速公路交通事故的有效措施之一。

目前，江蘇省干線公路瀝青路面表面層多采用規(guī)范的AC型混合料，該種級(jí)配類(lèi)型為骨架懸浮密實(shí)型瀝青混凝土，表現(xiàn)為細(xì)集料相對(duì)較多，構(gòu)造深度較小，抗滑衰減很快，尤其是雨天行車(chē)時(shí)不能提供足夠的抗滑性能。因此，有必要根據(jù)目前干線公路抗滑性不足的情況，開(kāi)展對(duì)其他混合料類(lèi)型抗滑表層的試驗(yàn)研究。

1 瀝青路面抗滑性能影響因素分析

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、施工工藝和質(zhì)量、路面潮濕程度、溫度變化、自然環(huán)境、交通荷載及滑溜性污染等。因此，要使路面具有良好而持久的抗滑性能，應(yīng)從各個(gè)方面設(shè)法提高路面的微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造，并保證其具有較慢的衰減速度。影響路面抗滑性能因素主要包括：

1.1 瀝青路面表層結(jié)構(gòu)類(lèi)型

瀝青路面表層結(jié)構(gòu)類(lèi)型、級(jí)配和最大粒徑影響路面的宏觀構(gòu)造。公路交通事故中，雨天發(fā)生的事故所占比率很高，一般達(dá)到40% ～50%，這些都是因?yàn)橛晁诼繁砻娣e聚，形成水膜，使路面抗滑能力大幅度下降，事故率上升。而構(gòu)造深度較大的路面結(jié)構(gòu)，例如SMA、OGFC等，則可以迅速排除輪胎與路面之間的水，保證較好的抗滑性能。同時(shí)，粒徑較大、級(jí)配較粗的混合料也可以提供更大的構(gòu)造深度。

1.2 集料性質(zhì)

路面經(jīng)過(guò)一段時(shí)間交通和大氣的作用，路表被結(jié)合料包裹的集料表面就裸露出來(lái)，其中大部分是粗集料。良好抗滑性能的粗集料應(yīng)具備：粗糙的表面、尖銳的棱角及抗磨光性。磨光值高的石料，在輪胎長(zhǎng)期作用下，能長(zhǎng)時(shí)間保持其粗糙的微觀構(gòu)造，保持路面有較大的濕抗滑力。

（1）礦料品質(zhì)。抗滑表層所用石料的性質(zhì)特別是其耐磨性對(duì)路面抗滑性能有明顯的影響。《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2006） 對(duì)瀝青路面抗滑表層所采用的集料的磨光值、磨耗值和沖擊值都作出了規(guī)定。對(duì)磨光值的要求主要是從保證路面微觀結(jié)構(gòu)具有良好耐久性出發(fā)的，對(duì)磨耗值和沖擊值的要求在于保證路面宏觀構(gòu)造的耐久性。

（2）瀝青品質(zhì)和用量。瀝青的品質(zhì)和用量是影響瀝青路面抗滑性能的又一個(gè)主要因素。瀝青的稠度、油石比大小等決定著瀝青混合料的整體特性。一般瀝青稠度較大，瀝青用量偏多時(shí)，路面摩阻系數(shù)越小，抗滑性能降低。

（3）礦料級(jí)配。路面宏觀構(gòu)造水平主要取決于面層材料的級(jí)配。集料的級(jí)配類(lèi)型影響著集料的裸露程度、尺寸大小、相互間距，從而影響路面摩擦系數(shù)的大小。選用粗料偏多的礦料級(jí)配類(lèi)型已經(jīng)成為提高抗滑性的關(guān)鍵手段，粗集料的比例越高，構(gòu)造深度的增長(zhǎng)幅度越大，路面的抗滑性能越好。

1.3 施工工藝和質(zhì)量

瀝青混凝土的拌和、攤鋪、碾壓、成型等決定著路面構(gòu)造的形成。另外，由于設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量不好而導(dǎo)致的后期壓密、泛油等病害會(huì)使路面嚴(yán)重喪失構(gòu)造深度，抗滑性能大幅度衰減。另外研究表明，瀝青用量對(duì)抗滑性的影響相當(dāng)敏感，當(dāng)瀝青用量超過(guò)最佳用量0.5% 時(shí)就會(huì)導(dǎo)致抗滑系數(shù)的明顯降低，因此，在實(shí)際的施工工程中應(yīng)嚴(yán)格控制瀝青用量，并加強(qiáng)對(duì)混合料拌合均勻性的控制。

1.4 溫度變化

根據(jù)觀測(cè)試驗(yàn)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～7月。

1.5 交通荷載

交通荷載對(duì)路面抗滑性能的影響主要有三個(gè)方面：一是磨光作用，使微觀構(gòu)造衰減，糙面變光；二是磨耗作用，使宏觀構(gòu)造衰減，粗面變細(xì)；三是壓密作用，由于后期壓密，導(dǎo)致殘余空隙率減小，表面構(gòu)造深度減小，如果輪跡帶出現(xiàn)泛油，更會(huì)大幅度降低路面的抗滑性能。一般來(lái)說(shuō)新建路面的抗滑能力都能滿足要求，正是由于交通荷載的這種磨光、磨耗和壓密作用才使得路面抗滑性越來(lái)越差。

1.6 滑溜性污染

滑溜性污染指粘土等污染物被帶上路面致使路面抗滑性能大幅度降低而影響行車(chē)安全。污染源主要有：泥土（尤其是粘性土）、油料滴漏、橡膠粉末積聚和工業(yè)粉塵（如粉煤灰、煤粉等）。

除以上各種主要因素之外，自然環(huán)境（如霜凍、酸雨、老化、陽(yáng)光輻射等）也影響著路面抗滑性能。

2 抗滑瀝青路面試驗(yàn)路方案

2.1 試驗(yàn)路概況

由于不同的級(jí)配類(lèi)型對(duì)表面層抗滑性能有顯著的影響，鋪筑了不同級(jí)配類(lèi)型的抗滑表層試驗(yàn)路。用于在相同的交通荷載和環(huán)境條件下，比較不同抗滑表層的試驗(yàn)性能。試驗(yàn)路中所用的石料類(lèi)型均為江蘇省上面層常用的玄武巖。試驗(yàn)路方案見(jiàn)表2-1。

3 試驗(yàn)路觀測(cè)及數(shù)據(jù)分析

路面抗滑性能測(cè)定最初是根據(jù)物理摩擦力學(xué)的概念進(jìn)行研究的，涉及車(chē)輛輪胎與路面材料之間的摩擦力學(xué)作用和其它影響因素的分析。發(fā)達(dá)國(guó)家（如英國(guó)）在20世紀(jì)20年代末就開(kāi)始公路路面防滑的研究，經(jīng)過(guò)近70年的發(fā)展，目前世界各國(guó)已存在多種路面抗滑能力的測(cè)試設(shè)備。根據(jù)測(cè)試原理和測(cè)試方式，抗滑性能測(cè)試主要的方法有：制動(dòng)距離法、構(gòu)造深度測(cè)試法（手工鋪砂法、電動(dòng)鋪砂法、激光構(gòu)造深度儀法）、擺式儀法、摩擦系數(shù)測(cè)試（Griptester）、橫向力系數(shù)測(cè)試等。

試驗(yàn)路通車(chē)一年后，課題組分別采用了擺式儀、摩擦系數(shù)測(cè)試儀（Griptester）以及構(gòu)造深度法對(duì)試驗(yàn)路不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行了抗滑性能檢測(cè)，具體檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-1。其中，擺式儀和構(gòu)造深度為同時(shí)檢測(cè)，先進(jìn)行構(gòu)造深度試驗(yàn)，再進(jìn)行擺值的測(cè)定，以便于對(duì)比分析。

3.1表面層抗滑性能比較

為了判斷各種表面層抗滑性能，對(duì)行車(chē)道幾種抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，見(jiàn)圖3-1。圖3-1中為了便于分析，使三種試驗(yàn)結(jié)果屬于同一數(shù)量級(jí)，Griptester和擺式儀的試驗(yàn)結(jié)果分別采用10×GN值和0.1×BPN。Griptester（GN值）和擺式儀（BPN）不同車(chē)道測(cè)試結(jié)果比較見(jiàn)圖3-2和圖3-3。

從圖3-1可以看出，不同檢測(cè)方式對(duì)于抗滑性能的優(yōu)劣順序的評(píng)價(jià)是不同的。不同測(cè)試方法對(duì)各種面層抗滑性能優(yōu)劣性的評(píng)價(jià)見(jiàn)表3-2。

從左幅的優(yōu)劣性排序來(lái)看，Griptester和構(gòu)造深度的順序是完全一致的，其結(jié)果反映了各級(jí)配類(lèi)型對(duì)抗滑性能的影響，SMA混合料級(jí)配類(lèi)型表現(xiàn)出了較好的抗滑性能，即SMA>Sup13>AC13。從擺式儀的評(píng)價(jià)結(jié)論來(lái)看，其結(jié)果則與其余兩種方法差別較大。左幅比較路段AC13I的擺值最大，且優(yōu)于SMA，而SMA的擺值則與Sup13基本相當(dāng)。

從右幅的優(yōu)劣性排序來(lái)看，Griptester和構(gòu)造深度的順序并不是完全一致的，這主要是表觀狀況有所差異。SMA13的抗滑性能與左幅一樣，仍然有很明顯的優(yōu)勢(shì)，右幅的Griptester和構(gòu)造深度檢測(cè)結(jié)果也明顯的反映了這一點(diǎn)。對(duì)于擺式儀的檢測(cè)結(jié)果，與左幅一樣，右幅比較路段AC13的擺值最大，且優(yōu)于SMA，而SMA的擺值則與Sup13基本相當(dāng)。

圖3-2與圖3-3表明，行車(chē)道上無(wú)論是Griptester GN值檢測(cè)結(jié)果，還是擺值，與進(jìn)行的超車(chē)道和路肩側(cè)檢測(cè)相比，行車(chē)道的抗滑性能均出現(xiàn)了一定的衰減。說(shuō)明試驗(yàn)段經(jīng)過(guò)一年的運(yùn)營(yíng)，行車(chē)道的抗滑性能受到了行車(chē)荷載的影響。但Griptester GN值也反映出，SMA13混合料表現(xiàn)出了良好的抗滑性，其抗滑性能衰減最小。

3.2 抗滑性能檢測(cè)方法相關(guān)性分析

試驗(yàn)路表觀情況及構(gòu)造深度結(jié)果來(lái)看，SMA表面最為粗糙，構(gòu)造深度最大，AC13I表面比較光滑，構(gòu)造深度最小。但表3-1擺值的檢測(cè)結(jié)果表明，比較路段AC13的抗滑性優(yōu)于SMA13，優(yōu)于Sup13，和構(gòu)造深度卻得出了不同的結(jié)論。

由于不同檢測(cè)方式對(duì)于抗滑性能的優(yōu)劣順序的評(píng)價(jià)是不同的，對(duì)采用的三種檢測(cè)方式的相關(guān)性進(jìn)行了分析。具體見(jiàn)圖3-4、圖3-5與圖3-6。

根據(jù)試驗(yàn)段的檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，由圖可見(jiàn)，在使用相同的瀝青和集料的情況下，Griptester和構(gòu)造深度有一定的相關(guān)性，按二項(xiàng)式關(guān)系回歸，相關(guān)性系數(shù)R2=0.7293；而擺式儀的檢測(cè)結(jié)果與Griptester和構(gòu)造深度的相關(guān)性均較差。

分析認(rèn)為，主要原因在于三者的檢測(cè)原理不同，Griptester的檢測(cè)結(jié)果比構(gòu)造深度和擺式儀都更加全面的反映了路面的抗滑性能。Griptester和構(gòu)造深度有一定的相關(guān)性，但并不代表構(gòu)造深度能代替Griptester，可能的原因在于試驗(yàn)段各種表層均采用了相同的集料和瀝青（SMA除外）。

從擺式儀的檢測(cè)原理來(lái)講，擺值反映的主要是路面微觀構(gòu)造對(duì)抗滑的貢獻(xiàn)，與其他瀝青混合料相比，SMA雖然表面粗糙，構(gòu)造深度大，但瀝青用量較大，瀝青膜較厚，且接觸面相對(duì)較小，因此擺值較小。而Griptester綜合反映了微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造的影響，模擬了路面剎車(chē)的實(shí)際情況。根據(jù)Griptester的檢測(cè)結(jié)果，SMA具有較好的抗滑性能。因此可以得出結(jié)論，擺式儀并不適合于評(píng)價(jià)類(lèi)似于SMA這種粗構(gòu)造的瀝青路面的抗滑性能。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）級(jí)配類(lèi)型對(duì)于抗滑性能有較大的影響，通過(guò)試驗(yàn)路研究表明，SMA13和Sup13的抗滑性能均優(yōu)于規(guī)范的AC13，其中SMA13混合料表現(xiàn)出了最優(yōu)的抗滑性能。

我國(guó)的公路工作者在引進(jìn)SMA 的過(guò)程中做了大量的嘗試和試驗(yàn)，力圖開(kāi)發(fā)出一整套適合我國(guó)情況的SMA 技術(shù)。從1993年第一條采用SMA 的廣佛高速公路（ 采用了奧地利的PE 改性瀝青） 建成至今，我國(guó)已經(jīng)修建了大量的SMA 試驗(yàn)段和生產(chǎn)路段，但調(diào)查結(jié)果顯示，雖然新修SMA 路面各項(xiàng)性能良好，但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的行車(chē)碾壓，不同程度的都出現(xiàn)了泛油發(fā)亮、粗糙度降低及變形開(kāi)裂等現(xiàn)象，有的道路修建時(shí)間不長(zhǎng)，便不得不大面積修補(bǔ)甚至罩面。這與我國(guó)傳統(tǒng)工藝加工的集料規(guī)則性差，針片狀含量過(guò)高及施工中集料離析等情況有關(guān)； 歐洲的加工集料多為立方體，他們的規(guī)范也是建立在立方體集料的基礎(chǔ)之上的。該路面形式在我國(guó)有待于進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

（2）根據(jù)對(duì)試驗(yàn)路抗滑性能測(cè)試方法的研究，擺式儀測(cè)定的摩擦值不能很好的代表高速情況下的路面摩擦性能，建議采用構(gòu)造深度和Griptester作為抗滑性能的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。擺式儀的操作較簡(jiǎn)便，反映了路面微觀構(gòu)造對(duì)于路面抗滑性能的影響，可以作為瀝青路面抗滑性能的輔助性指標(biāo)，但不適用于評(píng)價(jià)SMA等粗構(gòu)造的路面類(lèi)型。

參考文獻(xiàn)

[1]江蘇交通科學(xué)研究院，江蘇省干線公路瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究[R].2006.

[2]JTJ 059-95，公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程[S].

[3]賈永新，高速公路瀝青路面抗滑性能影響因素分析[J]《北方交通》 2009年04期。

[4]沈鵑，瀝青路面抗滑表層研究綜述[J]河北交通科技2008年6月第五卷第二期。

作者簡(jiǎn)介

韓昊平（1985—）男，江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司。