高速公路瀝青路面抗滑表層的研究

葛麗靜

(石家莊鼎盛交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司)

1 瀝青路面抗滑性能的研究

1.1 路面抗滑機(jī)理

(1)機(jī)械摩擦粘著理論

粘著摩理論認(rèn)為，摩擦界面是塑性的、摩擦力是由摩擦面間的粘著和“犁溝”共同作用的結(jié)果。當(dāng)一對(duì)摩擦面承受負(fù)載時(shí)，兩個(gè)表面僅在顯微凸起端部發(fā)生接觸。由于實(shí)際接觸面積很小，所以接觸端部的壓力很大，足以使端部發(fā)生塑性變形，進(jìn)而接觸面積不斷增加，直到實(shí)際接觸面積足以承載為止。由于接觸區(qū)的粘著，要使粘著區(qū)被剪斷，就需要一定的剪力，再由于摩擦面的表面的不光滑或硬的摩擦面對(duì)軟的摩擦面產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一種“犁溝”作用。

(2)粘著摩理論在路面上的運(yùn)用

①路面摩阻的產(chǎn)生

路面摩阻在車輛和路面組成的一對(duì)摩擦面間產(chǎn)生的，由于車輪剛度較低，塑性變形一般較大，所以采用粘著摩擦理論解釋路面與車輪間的摩阻現(xiàn)象合適的，但不同于一般的機(jī)械摩擦，機(jī)械摩擦接觸面是單一的材料，路面的材料組成較復(fù)雜。摩擦力取決于車輪與石料的“犁溝”力、石料和粘結(jié)料的表面剪切強(qiáng)度。所以抗滑路面設(shè)計(jì)中選擇材料時(shí)一般應(yīng)選擇具有棱、耐磨的石料以及較耐磨的粘結(jié)料。路面摩阻中的作用占有很在的比重，因而優(yōu)質(zhì)的路面應(yīng)該是平整而粗糙。

②路面滑溜的產(chǎn)生

路面產(chǎn)生滑溜就路面本身來(lái)說(shuō)，不外二種情況。路面被摩光和水的不利作用。由于車輛長(zhǎng)期行駛于路面，路逐漸被磨光，磨平，使原來(lái)的路面與車輪的接觸。當(dāng)石料被磨光時(shí)，實(shí)際接觸表面積變小，同時(shí)由于此時(shí)路面光滑，石料與車輪的“犁溝”力消失，而“犁溝”作用在路面摩擦中占有很大的比重，所以在此情況下摩阻力明顯減少，當(dāng)其小到一定程度，就會(huì)出現(xiàn)滑溜現(xiàn)象。

路面產(chǎn)生滑溜的另一原因是由降雨、冰漿霜降或其它原因引起的路面潮濕，在路表面覆蓋一層薄膜水。從而車輪與路面的接觸形式發(fā)生一定變化。

1.2 瀝青路面的紋理構(gòu)造

根據(jù)粘著摩擦理論，為提高瀝青面層的抗滑性能，即提高路面表層的摩擦系數(shù)需要從瀝青路面的宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造著手。既要保證路面竣工通車時(shí)有良好的微觀和宏觀粗糙度，又要使其保持盡量長(zhǎng)的使用時(shí)間。

(1)瀝青混合料的表面紋理構(gòu)造

瀝青路面表面的紋理構(gòu)造分為微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造。微觀構(gòu)造是指路面集料表面水平方向0 ～0.5 mm 、垂直方向0 ～0.2 mm 微小構(gòu)造。微觀構(gòu)造的尖峰值對(duì)于在潮濕條件下穿透表面的水膜膽必要的，以便輪胎與路面保持緊密的接觸。

從抗滑的要求出發(fā)，最佳的尖峰高度理論上為0.01 ～0.1 mm。微觀粗糙的密度或間距影響路面阻力，粗糙密度越大，所以較大的形狀系數(shù)表示尖峰較尖銳，且間距較小，這樣保證輪胎與潮濕路面很好的附著。路面的微觀構(gòu)造不僅影響低速行車的抗滑性，同樣影響高速行車的抗滑性。提高路面微觀構(gòu)造的途徑是選擇優(yōu)質(zhì)的集料。

路面的宏觀構(gòu)造表征路面集料顆粒之間的空隙和排水能力，其水平方向?yàn)?.5 ～50 mm，垂直方向?yàn)?.2 ～10 mm。宏觀構(gòu)造主要影響路面高速行車時(shí)的抗滑能力，同時(shí)對(duì)于保證路面標(biāo)線的潮濕狀態(tài)下的能見(jiàn)度、減少水飄、噴霧和濺水都有重要作用，因此路面排水能力是衡量表面宏觀構(gòu)造的重要指標(biāo)。

隨著車速的提高，瀝青路面的摩阻系數(shù)降低。在低速行駛時(shí)，細(xì)紋理表面的摩阻系數(shù)較高，但高速行車時(shí)則粗紋理的表面摩阻系數(shù)較低。這是由于低速行駛時(shí)，細(xì)紋理表面的構(gòu)造深度來(lái)得及排除表面水，故仍能保持與輪胎有較好的接觸，因而有很好的抗滑性能。由此可見(jiàn)，高速行駛時(shí)，由于路面摩擦阻力降低常常是導(dǎo)致交通事故的主要原因。

1.3 瀝青路面抗滑能力的主要原因及影響

(1)集料

路面在車輪荷載的作用下，被瀝青裹覆的粗集料表面會(huì)裸露出來(lái)。而集料的耐磨光，抗摩耗，良好的紋理，良好的形狀和尺寸等對(duì)路面抗滑有著非常重要的作用磨光是路面外露的集料顆粒在行車輪胎的摩擦作用下逐漸變光滑的現(xiàn)象。主要原因是在車輪重復(fù)作用下，所采用的集料不耐磨而造成。性能良好的抗滑石料能較長(zhǎng)時(shí)間保持棱角而不被磨損。既可以提供較大的摩阻系數(shù)，又可以減緩摩阻系數(shù)的衰減，從而達(dá)到長(zhǎng)期保扶持路面抗滑性的目的。

(2)路面泛油現(xiàn)象

泛油指瀝青面層中自由瀝青受熱膨脹，由于瀝青混凝土空隙無(wú)法容納，瀝青向上遷移到表面的現(xiàn)象，瀝青用量過(guò)多、設(shè)計(jì)空隙率過(guò)小、瀝青混合料離析使細(xì)料過(guò)于集中及瀝青高溫穩(wěn)定性差是導(dǎo)致泛油的重要原因。泛油發(fā)生在天氣炎熱季節(jié)，而天氣寒冷季節(jié)又不存在可逆過(guò)程，影響路面構(gòu)造深度和抗滑性能。

2 原材料性質(zhì)及要求

抗滑磨耗層的抗滑能力取決于集料和混合料兩者的特性。集料對(duì)抗滑磨耗層有著非常重要的影響?？够贤ǔＰ枰韵绿卣?耐耐磨光、抗磨耗、良好紋理、形狀和尺寸要求。

(1)集料的性能

集料的的磨光和磨耗是影響抗滑磨耗層抗滑能力的重要因素。好的抗滑磨耗層集料不僅有較好的抗磨光和磨耗特性，而且至少應(yīng)有兩種以上不同硬度的礦物成分，這樣磨耗層程度有差異集料表面將不斷露出新的抗滑表面。

集料的形狀對(duì)路面的抗滑性能也同樣有著很大的影響，這是我們大家以前沒(méi)有重視的一個(gè)問(wèn)題。帶有棱角的粗集料，在使用過(guò)程中只要保持其棱角，路面就有較好的抗滑能力。當(dāng)然，集料顆粒的形狀問(wèn)題還會(huì)影響路面的高溫穩(wěn)定性等指標(biāo)。

(2)集料的選擇

一般硬質(zhì)巖石多數(shù)屬于火成巖，也就是巖漿巖?？够ズ膶蛹系倪x擇除要考慮其抗滑性能以外還要考慮與瀝青粘附性問(wèn)題。對(duì)于火成巖類，按照其巖性對(duì)瀝青抗滑磨耗層的影響一般分為酸性、中性、堿性巖石和瀝青的粘結(jié)性最好，而酸性巖石最差。一般認(rèn)為，二氧化硅含量大于66%的為酸性，如崗巖、花崗斑巖、流紋巖等;二氧化硅含量為52%，66%的為中性巖石，如安山巖、正長(zhǎng)巖等;二氧化硅含量小于52%的為堿性，顏色淺、石質(zhì)輕的為酸性巖石“。需要指出，二氧化硅含量不是游離的石英含量，而是從化學(xué)組成上的二氧化硅含量。

硬質(zhì)巖集料作為抗滑磨耗層的重要組成部分，應(yīng)當(dāng)本著就地取材的原則，以減少工程造價(jià)。目前我省及附附近省區(qū)能夠見(jiàn)到的用于抗滑磨耗層的硬質(zhì)巖石主要有以下幾大類型:玄武巖、輝綠巖、安山巖、閃長(zhǎng)巖。到目前為止，我省已建高速公路的抗滑磨耗層幾乎全部使用玄武巖和安山巖。玄武巖主要產(chǎn)自張家口及山東濟(jì)南東北部，花崗巖主要分布在山東仄安和東部沿海各地。安山巖主要分布在我省的鹿泉市荷蓮峪。

3 結(jié) 論

研究緊緊圍繞著高速公路瀝青路面抗滑表層這一主題，根據(jù)我國(guó)高速公路瀝青抗滑表層出現(xiàn)的問(wèn)題，抓住國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域內(nèi)的最新信息及研究動(dòng)向，將國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)積極應(yīng)用到工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)和推廣。經(jīng)過(guò)對(duì)抗滑表層材料的調(diào)查和對(duì)影響抗滑表層的原因進(jìn)行了分析，可以得出以下結(jié)論。

(1)路面表面具有良好的微觀結(jié)構(gòu)(源于集料本身)、宏觀結(jié)構(gòu)(源于集料級(jí)配、顆粒形狀及棱角)，大大改善了路面抗滑性能，并提高了車輛行駛的安全性和舒適性。

(2)我國(guó)，瀝青路面抗滑性能在通車后迅速下降主要有兩方面原因，第一是瀝青標(biāo)號(hào)過(guò)大，針入度偏大，瀝青用量可能過(guò)多，路面漸漸泛油，構(gòu)造深度下降，直到變成光滑的路面。第二是粗集料不耐磨，迅速磨光。

(3)瀝青路面抗滑表層主要用于高等級(jí)公路表面層，使路面具有良好的抗滑性能，減少交通事故的發(fā)生，以實(shí)現(xiàn)車輛快速、安全、舒適地運(yùn)行。