影響瀝青路面抗滑性能的因素分析

易 舜

(湖南省交通科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410015)

為保證車輛的安全行駛，不僅要保證路面的平整度，更重要的是要保證路面具有足夠抗滑性能。隨著我國(guó)公路里程的增加與技術(shù)的進(jìn)步，已基本采用自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備來(lái)對(duì)路面進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)。但是抗滑性能的檢測(cè)結(jié)果受瀝青路面狀況影響較大，難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。因此找出其主要的影響因素，對(duì)檢測(cè)、設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量的控制有積極的意義。

1 路表構(gòu)造對(duì)摩擦系數(shù)的影響

路表構(gòu)造分為微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造，輪胎與地面的摩擦系數(shù)與橫向力抗滑系數(shù)主要由微觀結(jié)構(gòu)提供，輪胎與地面的附著力主要是由這兩種構(gòu)造提供，同時(shí)宏觀結(jié)構(gòu)還為路表水的快速排干提供通道，使得水從輪胎與路面接觸的部位迅速排出。宏觀結(jié)構(gòu)采用構(gòu)造深度表征，若構(gòu)造深度大于0.5 mm 則認(rèn)為粗構(gòu)造處于粗糙狀態(tài)，微觀構(gòu)造則用橫向力系數(shù)來(lái)表征，若橫向力系數(shù)大于50 則認(rèn)為細(xì)構(gòu)造粗糙。

通過(guò)對(duì)不同路段的瀝青路面構(gòu)造深度和橫向力系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，得到相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，按照宏觀與微觀構(gòu)造分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。再利用摩擦系數(shù)車在不同的車速下、相應(yīng)的部位測(cè)得摩擦系數(shù)，回歸結(jié)果如圖1(其中A 型表示宏觀、微觀構(gòu)造都粗糙;B 型表示宏觀構(gòu)造平滑、微觀構(gòu)造粗糙;C 型表示宏觀構(gòu)造粗糙、微觀構(gòu)造平滑;D 表示宏觀、微觀構(gòu)造都平滑)。

從圖1可以看出，在不同的路面構(gòu)造狀態(tài)下得到的摩擦系數(shù)不同:顯然曲線A 與曲線B、曲線C與曲線D 差異比較明顯，曲線A 與曲線B、曲線C與曲線D 的主要差異條件是路面宏觀結(jié)構(gòu)的不同。從曲線的排列來(lái)看，對(duì)摩擦系數(shù)影響較大的因素是微觀結(jié)構(gòu)，這也驗(yàn)證了為什么規(guī)范要求瀝青路面、特別是高速公路的瀝青路面表面層需要強(qiáng)調(diào)采用抗滑性能好(磨光值不小于42)、強(qiáng)度高的硬質(zhì)集料。

圖1 不同路面構(gòu)造下的摩擦系數(shù)

2 路面潔凈程度對(duì)摩擦系數(shù)的影響

不管是高速公路還是其他等級(jí)公路，在路面使用過(guò)程中不少車輛攜帶或者漏撒砂土，使得路面表面構(gòu)造受到一定的影響。為此，利用擺式儀在25 ℃時(shí)測(cè)試路表砂粒量對(duì)摩擦系數(shù)的影響，將干燥的砂按照一定的量均勻撒布測(cè)試點(diǎn)，灑水潤(rùn)濕后直接進(jìn)行測(cè)試摩擦系數(shù)，其結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出:路面的砂含量對(duì)路面摩擦系數(shù)影響較大，對(duì)不同路面結(jié)構(gòu)的影響稍有差異，但變化規(guī)律基本都是一致。當(dāng)砂含量較少，未能完全填充瀝青混合料表面空隙時(shí)，摩擦系數(shù)降低較大;隨著砂含量的增加，路表開(kāi)口空隙逐步被填滿，到存在多余的砂時(shí)能夠提高路表的摩擦系數(shù);但超過(guò)一定量后，其摩擦系數(shù)下降，這主要是過(guò)多的砂粒在路表形成一個(gè)相對(duì)不穩(wěn)定的夾層。因此不管從抗滑角度還是從保證路面耐久使用，都要避免砂土覆蓋路面。

圖2 路面潔凈程度對(duì)摩擦系數(shù)影響

3 測(cè)試時(shí)路面溫度對(duì)摩擦系數(shù)的影響

按照規(guī)范要求將AC－16、SMA－16 以及OGFC－13 試件成型后，放入不同溫度控制箱中，利用擺式摩擦儀測(cè)試試件在－20～40 ℃之間溫度變化時(shí)的摩擦系數(shù)值。不同類型的瀝青混合料在不同溫度條件下的擺值，然后通過(guò)回歸曲線轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的路面摩擦系數(shù)得到圖3。

圖3 不同溫度下瀝青路面的摩擦系數(shù)

從圖3可以看出:3 種不同類型的瀝青路面在不同溫度下的摩擦系數(shù)的變化規(guī)律基本一致，基本上可以分為3 個(gè)階段:

1)當(dāng)溫度較低時(shí)，在－20～－5 ℃，該階段的摩擦系數(shù)隨著溫度升高而降低。當(dāng)溫度過(guò)低，混合料試件表面與空氣中水分形成薄霜，擺式儀的橡膠與試件接觸時(shí)，由于試件溫度過(guò)低使得在橡膠溫度急速降低，使其脆性增加，其摩擦力更大，從而得到的擺值較大。當(dāng)溫度升高，試件與擺式儀溫差降低，擺值也逐漸降低。

2)溫度在－5～25 ℃時(shí)，這時(shí)候溫度升高其摩擦系數(shù)也增大，并在25 ℃左右出現(xiàn)了峰值。

3)溫度大于25 ℃時(shí)，隨著溫度的升高其摩擦系數(shù)降低，降低數(shù)值不是很顯著。其主要原因是由于在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中瀝青在高溫條件下有軟化的趨勢(shì)，從而使得擺式儀橡膠與瀝青混合料的摩擦力下降。

4 路表水膜厚度對(duì)摩擦系數(shù)的影響

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，下雨天氣的交通事故量比平時(shí)多52%。這不僅與行車視距有關(guān)，更重要的原因是由于雨天瀝青路面排水不及時(shí)，使得路表水膜較厚，影響了路面抗滑性能。通過(guò)不同路面類型下水膜厚度進(jìn)行模擬試驗(yàn):首先將試件保水后取出，根據(jù)水膜厚度與試件大小換算出需要水的量，再通過(guò)滴定管均勻地滴入試件之中，最后得到了水膜厚度對(duì)摩擦系數(shù)的影響如圖4。

圖4 不同水膜厚度對(duì)瀝青路面的摩擦系數(shù)影響

從圖4可以看出:不同的路面隨著水膜的厚度增加其摩擦系數(shù)下降。AC－16 和SMA 路面的水膜厚度在0.05 mm 時(shí)，其摩擦系數(shù)下降顯著。而OGFC 則在摩擦系數(shù)0～0.1 mm 這個(gè)過(guò)程下降比較明顯。當(dāng)水膜厚度超過(guò)一定值，雖然其摩擦系數(shù)下降，但是逐步趨于緩和。在相同的水膜厚度條件下，OGFC 的路面的抗滑性能要優(yōu)于其它兩種類型的瀝青混合料。

當(dāng)路面處于干燥狀態(tài)，由于受水的影響，形成很薄的水層，該水層對(duì)路表的空隙進(jìn)行填充，此時(shí)在輪胎和路面之間有一定的潤(rùn)滑效果，同時(shí)還存在一定的空隙，輪胎不能形成很大的壓應(yīng)力將水排開(kāi)。所以在該過(guò)程中摩擦系數(shù)降低較快。但是隨著水膜的增厚，這種影響隨之也降低。而OGFC 由其排水能力較好，所以該水膜小于0.1 mm 時(shí)有一定的影響摩擦系數(shù)降低，但是明顯要高于其他類型的瀝青混合料。

5 瀝青路面冰凍對(duì)摩擦系數(shù)的影響

通過(guò)對(duì) AC－16、SMA－16、OGFC－13 表面噴水冰凍，研究無(wú)冰、冰全部覆蓋和部分冰覆蓋(試件50%左右棱角突出，沒(méi)有覆蓋冰層)的摩擦系數(shù)，然后在－10 ℃條件下測(cè)定其BPN，通過(guò)回歸關(guān)系得到不同路面相應(yīng)的摩擦系數(shù)。其試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 不同冰凍條件下路面的摩擦系數(shù)

從表1可以看出隨著冰凍的厚度增大，其摩擦系數(shù)降低，但是OGFC 在冰凍條件下的抗滑性能相對(duì)不理想。同時(shí)與正常條件下比較，其抗滑性能下降基本上都超過(guò)50%。這是對(duì)路面安全性能的致命危害。

6 結(jié)論

通過(guò)以上的研究分析可知:瀝青路面工作狀況對(duì)抗滑性影響較大。其中影響最大的是冰凍條件下的抗滑性急速衰減;其次是路表潔凈程度。由于路表空隙填充了砂土，使得摩擦系數(shù)也降低了50%以上;再次影響較大的是水膜以及溫度，路面的粗構(gòu)造也有一定的影響。同時(shí)各個(gè)影響因素并不是相互獨(dú)立的，而是相互關(guān)聯(lián)的。

［1］申愛(ài)琴，蔣慶華.瀝青混合料低溫抗裂性能評(píng)價(jià)及影響因素［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，24(5):1 －6.

［2］初秀民，李 永，嚴(yán)新平，等.基于微觀形貌特征的瀝青路面抗滑性能評(píng)價(jià)研究進(jìn)展［J］.交通與計(jì)算機(jī)，2007，25(2):61 －65.

［3］趙戰(zhàn)利.基于分形方法的瀝青路面抗滑技術(shù)研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，2005.

［4］ERGUN，MIYINAMS，IYINAMAF.Prediction of road surface friction coefficient using only macro-and microtexture measurements ［J］.Journal of Transportation Engineering，2005，131(4):311 －319.

［5］鄭木蓮，陳拴發(fā)，王選倉(cāng).縱向摩擦系數(shù)在路面抗滑性能評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，25(4):9 －12.

［6］沈訓(xùn)龍，徐明波，胡訓(xùn)仁.MU-Meter MK6 路面摩擦系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用研究［J］.公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2009(10):37 －41.