瀝青路面抗滑性能衰變規(guī)律室外監(jiān)測(cè)研究

張智慧，肖旺新，徐曉龍，劉 飛

（1.河南高速公路發(fā)展有限責(zé)任公司，河南 鄭州450000；2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京100088；

3.北京建筑大學(xué)，北京100044）

現(xiàn)代交通日益呈現(xiàn)高速度、大流量、重軸載的特點(diǎn)。在高頻率的車輛作用下，瀝青路面不斷受到壓密和磨耗，使得裸露集料不斷嵌入或?yàn)r青膠漿上泛、磨損以及表面磨光，從而導(dǎo)致路面抗滑性能的降低?？够瑱C(jī)理研究表明，路表宏觀、微觀構(gòu)造特征同抗滑水平密切相關(guān)，并最終影響路面行車的安全性。研究瀝青路面抗滑性能衰變的規(guī)律性與變異性，對(duì)指導(dǎo)瀝青面層抗滑恢復(fù)養(yǎng)護(hù)，保證行車安全性與舒適性有重要意義。

目前研究抗滑衰變規(guī)律的方法主要包括室內(nèi)模擬試驗(yàn)法和室外跟蹤監(jiān)測(cè)法。由于室內(nèi)模擬法試驗(yàn)周期短、易于控制研究方向，國(guó)內(nèi)大多數(shù)研究都采用此方法。但是室內(nèi)模擬法試驗(yàn)結(jié)論受研究者的認(rèn)識(shí)和試驗(yàn)條件影響較大，容易帶有一定的主觀性，并且不能反應(yīng)瀝青路面在實(shí)際條件下的抗滑衰減規(guī)律。而室外跟蹤監(jiān)測(cè)恰恰能夠直觀地反映這一點(diǎn)。

本文通過對(duì)鹽通高速公路排水路面（OGFC—13）和臨近的試驗(yàn)路段（SMA—13、AC—13C）抗滑性能指標(biāo)擺值、動(dòng)摩擦系數(shù)進(jìn)行連續(xù)5年的跟蹤檢測(cè)，獲得常見瀝青路面抗滑性能衰減的一般性規(guī)律。同時(shí)還采用動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)測(cè)定儀(DFT)進(jìn)行三種路表抗滑性能的對(duì)比研究，用動(dòng)摩擦系數(shù)值表示。動(dòng)摩擦系數(shù)受微觀紋理和宏觀紋理綜合作用的影響。

1 擺值跟蹤監(jiān)測(cè)

路面抗滑能力主要取決于路面的粗糙度，而路面粗糙度則由路表的微觀紋理及宏觀紋理構(gòu)成。微觀紋理體現(xiàn)了一定車速下摩擦的總體水平，在車輛低速行駛時(shí)對(duì)其抗滑能力起主要作用。微觀紋理常用擺式儀測(cè)定并用擺值表示。擺式摩擦系數(shù)測(cè)定儀所測(cè)得的瀝青路面抗滑值用于評(píng)定路面在潮濕狀態(tài)下的抗滑能力，同時(shí)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行溫度修正，即換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃時(shí)的擺值（見式（1））。

式中：FB20——換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃時(shí)的擺值，

BPN；

FBT——路面溫度T時(shí)測(cè)得的擺值，BPN；

T——測(cè)定的路表潮濕狀態(tài)下的溫度，℃；

ΔF——溫度修正值。

按不同路面類型分別計(jì)算其平均值及變異系數(shù)，結(jié)果如表1所示。

表1 各路面擺值均值及變異系數(shù)表 單位：BPN

由表1可以看出：（1）OGFC、SMA和AC路面的擺值總體趨勢(shì)為逐漸增加后減小且其最小值均大于42，達(dá)到我國(guó)瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范中瀝青路面抗滑性能優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；（2）三種路面的擺值大小很接近，表明擺值與瀝青路面結(jié)構(gòu)類型及空隙率的關(guān)系不明顯。

擺值—時(shí)間衰減變化如圖1所示。

圖1 擺值—時(shí)間衰減變化圖

擺值主要與瀝青混凝土集料表面特征和粗集料的磨光性有關(guān)。許多研究表明，混合料的擺值在行車作用的前期階段衰變較快，然后逐漸趨于穩(wěn)定。鹽通高速公路OGFC、SMA 和AC路面粗集料均采用玄武巖，其抗磨光性較好。擺值增加可能是隨行車次數(shù)的逐漸增加，路表瀝青膜逐漸被磨去，單位面積內(nèi)顆粒凸出增多造成的結(jié)果。

2 動(dòng)摩擦系數(shù)的跟蹤監(jiān)測(cè)

目前國(guó)內(nèi)測(cè)試路面摩擦系數(shù)的儀器主要有橫向力系數(shù)測(cè)試車（SCRIM）和擺式摩擦系數(shù)測(cè)試儀。橫向力系數(shù)測(cè)試車購買和維護(hù)費(fèi)用較高，因而其使用范圍受到限制；擺式摩擦系數(shù)測(cè)試儀有測(cè)試樣本小、只代表低速下的摩擦系數(shù)和測(cè)試結(jié)果受到人為因素影響較大的缺點(diǎn)。動(dòng)摩擦系數(shù)檢測(cè)方便，結(jié)果幾乎不受人為因素的影響且能代表實(shí)際公路路面的抗滑能力。

由于動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)受微觀紋理和宏觀紋理共同作用，故本文使用日本動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)測(cè)定儀，按照ASTM E1911—98 方法測(cè)試了三種路面行車道輪跡帶在25km/h、50km/h、75km/h 速度下的動(dòng)摩擦系數(shù)值，測(cè)試結(jié)果見表2。

由表2可以看出：

（1）動(dòng)摩擦系數(shù)值隨車速的增加而減少；

（2）三種路面的動(dòng)摩擦系數(shù)值隨時(shí)間減少，并有穩(wěn)定在某一值附近的趨勢(shì)；

（3）由表中標(biāo)準(zhǔn)差可以看出，各路面上測(cè)試點(diǎn)的動(dòng)摩擦系數(shù)值很接近。

SMA 骨架結(jié)構(gòu)中含有數(shù)量較多的瑪蹄脂，所以該路面的摩擦值與結(jié)合料少(AC)、空隙率大(OGFC)的結(jié)構(gòu)相比要小。隨著交通的開放，瀝青膜逐漸減薄從而露出集料，動(dòng)摩擦值將逐漸增大（由于本文測(cè)試時(shí)間的選擇看不出其逐漸增大的過程）。然后由于集料表面棱角逐漸被車輛磨光，故動(dòng)摩擦值會(huì)有所降低，并且將長(zhǎng)期穩(wěn)定在某一值附近。值得一提的是，OGFC 路面動(dòng)摩擦系數(shù)值先增加后減少除與瀝青膜有關(guān)外，路面逐步壓實(shí)致路表紋理逐漸消失也是其中原因之一。

表2 各路面動(dòng)摩擦系數(shù)平均值及標(biāo)準(zhǔn)差

3 抗滑衰變預(yù)測(cè)模型的建立

預(yù)測(cè)模型的建立是根據(jù)75 km/h 下歷次動(dòng)摩擦系數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)（見表3），進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到基于動(dòng)摩擦系數(shù)的三種不同路面的抗滑衰變規(guī)律。

表3 三種路面在75km/h車速下歷次動(dòng)摩擦系數(shù)檢測(cè)數(shù)據(jù)

值得注意的是，在對(duì)瀝青路面抗滑指標(biāo)的衰減規(guī)律進(jìn)行研究時(shí)應(yīng)主要研究抗滑指標(biāo)在經(jīng)過初步壓密以后的變化規(guī)律。因此，對(duì)瀝青路面抗滑指標(biāo)衰減規(guī)律進(jìn)行擬合不必過多地考慮加載初期衰減規(guī)律擬合函數(shù)相關(guān)性的好壞。所以，本研究采用的動(dòng)摩擦數(shù)據(jù)是從第24個(gè)月開始的。

該路段的動(dòng)摩擦系數(shù)預(yù)測(cè)模型如下：

OGFC路面：

SMA路面：

AC路面：

式中：DFTt——需要預(yù)測(cè)的路面動(dòng)摩擦系數(shù)值；DFTt-1——需預(yù)測(cè)路面動(dòng)摩擦系數(shù)前6個(gè)月

時(shí)的路面動(dòng)摩擦系數(shù)值。

動(dòng)摩擦系數(shù)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的比較見表4。

表4 動(dòng)摩擦系數(shù)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值比較

從表4 中可以看出，該公式的擬合精度較高，可較好地描述動(dòng)摩擦系數(shù)的動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律。

4 結(jié)論

（1）擺值的跟蹤檢測(cè)表明OGFC、SMA 和AC 路面的擺值總體趨勢(shì)為先逐漸增加后減小。且三種路面抗滑擺值大小相近，表明擺值與瀝青路面結(jié)構(gòu)類型及空隙率的關(guān)系不明顯。

（2）構(gòu)造深度跟蹤檢測(cè)表明MTD 不斷減小，且無論是超車道、行車道或重車道，均是OGFC構(gòu)造深度＞SMA 構(gòu)造深度＞AC 構(gòu)造深度，另外OGFC 和SMA 段的變異系數(shù)略大，表示施工的均勻性較AC低。

（3）通過對(duì)動(dòng)摩擦系數(shù)的跟蹤監(jiān)測(cè)，得到三種路面的抗滑衰變模型。且通過預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值的殘差計(jì)算表明該公式的擬合精度較高，可較好地描述動(dòng)摩擦系數(shù)的動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律。

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