水泥混凝土路面抗滑機理及測試技術研究

吳林學 曾昊星

摘 要：路面抗滑能力是保證公路行車安全及養(yǎng)護維修的一項重要指標，對水泥混凝土路面抗滑機理的研究非常必要。加強對水泥路面抗滑性能的檢測，有助于對路面使用狀況的了解，改善當前路面抗滑性能測試技術的缺陷。為此，本文在全面了解水泥混凝土路面抗滑機理的基礎上，闡述了抗滑測試的要點。

關鍵詞：水泥混凝土路面;抗滑機理;測試要點

1 水泥混凝土路面抗滑機理

水泥混凝土路面抗滑作用主要在于汽車輪胎和路面間的抗滑效果，因此，本文從輪胎和路面之間的作用與關系進行抗滑機理的闡述，具體如下：

1.1 輪胎與路面間的分子力作用

當兩個物體表面相距很近時，它們之間的分子引力作用變大，這種分子引力就構成了輪胎與路面間摩擦力的一部分?？梢钥闯觯肿幽Σ亮χ饕Q于輪胎和路面間實際接觸面積的大小，同時受路面狀態(tài)，如路表污染程度、灰塵、濕度及水膜等影響較大。

1.2 輪胎與路面間的粘著作用

輪胎與路面間也會發(fā)生粘著作用，由此所產生的摩擦力稱為粘著摩擦力。對輪胎在路面上進行磨損試驗后，可在輪胎表面找到粘著在其上的路面磨粒。同樣，在路面上也可發(fā)現粘著的橡膠磨粒。另外，輪胎與路面間發(fā)生的靜電吸引也是輪胎與路面之間發(fā)生粘著的很好證明。粘著摩擦力為輪胎橡膠與路面各個粗糙凸起之間抗剪阻力水平分量之和。路面上的摩擦力主要以粘著摩擦力為主，并且隨著接觸面積增大，輪胎與路面之間的附著力也增大。

1.3 胎面橡膠的彈性變形

與金屬材料不同，橡膠是一種彈性非常好的材料。在路面較大微凸體及胎面花紋等作用下，胎面橡膠會反復產生較大的彈性變形，而彈性變形會產生變形力與彈性變形恢復力，由于存在彈性滯后等影響，彈性變形恢復力總是小于彈性變形力，其中能量損失所產生的阻力也構成了摩擦力的一部分，稱為粘滯摩擦力。

1.4 路面上小尺寸微凸體的微切削作用

在載荷作用下，路面上較小尺寸的微凸體會在胎面的局部產生較大的應力集中。當胎面上所產生的局部應力超過了其斷裂強度時，在切向力的作用下，路面上尺寸較小的微凸體就會對胎面形成微切削作用。這種微切削過程中產生的阻力就是輪胎與路面間摩擦力的一部分，由微切削作用產生的摩擦力除了與輪胎及路面的材料性能有關外，主要取決于路面上較小尺寸微凸體的大小、分布情況及鋒利性等。

2 水泥混凝土路面抗滑測試要點

2.1 水泥混凝土路面抗滑構造工藝

為提高水泥混凝土路面的抗滑性能，道路工作者采用不同的表面飾紋方法改善路面與輪胎之間的摩擦性能。目前我國水泥混凝土路面的表面紋理制作工藝主要有以下幾種。

2.1.1 制毛法

制毛法主要包括刷毛法、拉毛法等，主要用來保證路面的細觀構造。

刷毛法：一般采用人工方式，在水泥混凝土路面初凝前用刷子或掃帚進行，橫向或縱向均可，形成的紋理深度一般在1.5～3.0mm。在具備機械施工條件下可采用機械刷毛。刷毛法具有施工簡單、方便，成本費用低等優(yōu)點，該方法形成的紋理深度較淺，耐磨耗性能較差，一般多用于交通量少的低等級水泥路面或鄉(xiāng)村公路。

拉毛法包括粗麻布拉毛和人工草皮拉毛兩種，縱向和橫向均可。國外有關研究表明，拉毛紋理可滿足低速行車時所需的抗滑性能，但車速較高時，其抗滑性能衰減明顯;另外，拉毛法成本費用較低。因此，拉毛法常作為水泥混凝土路面初步飾紋方式，使路面獲得較好的微觀紋理。

2.1.2 制槽法

制槽法主要用來實現水泥路面的宏觀構造，包括壓槽法、拉槽法和刻槽法。其中壓槽和拉槽都是在新澆筑水泥混凝土初凝前，通過一定的附加外力完成。而刻槽法是在水泥混凝土達到一定的強度（約40%）時，采用刻槽機械刻制而成。

幾種制槽方法中，壓槽法在形成溝槽的同時，容易將拉毛等形成的細觀構造抹平。拉槽法施工工藝簡單、費用較低，但拉槽施工過程中，齒耙會在水泥路面上劃起一些小的砂漿塊，影響平整度;此外，拉槽法形成的溝槽邊緣不整齊，槽型難以控制，往往有損傷的倒臺形，耐磨性較差;溝槽的深度也很難控制，致使構造深度不均勻。相對以上兩種方法，刻槽法具有明顯優(yōu)勢?？滩鄯ㄐ纬傻募y理清晰，耐磨性好，不影響路面平整度;外形美觀，刻槽邊緣整齊，可有效排除路面水分，對路面抗滑性能作用明顯。

2.2 抗滑性能檢測測試方法

2.2.1 水泥混凝土試件制作

水泥混凝土路面的微觀構造主要取決于表層水泥砂漿，所以制作水泥試件的原材料只采用水泥及河砂。按照水泥路面抗彎拉強度4.5MPa設計，水泥與河砂的比例為1：1.87，水灰比為0.45，采用車轍板試模成型。

2.2.2 抗滑構造的制作

制作的水泥混凝土試件表面構造模擬真實水泥混凝土路面的路表構造形式，修筑好的試件表面進行拉毛及刻槽處理，采用木抹抹平?？滩坌问讲捎密浛滩?，在試件成型60min內完成，表面有泌水產生時，應在泌水結束后，表面沒有自由水光澤時進行軟刻槽，刷毛試件的處理方法同刻槽試件。采用橫向刻槽，刻槽的深度為3?5mm，槽寬3?5mm，采用等間距刻槽，槽間距為15?30mm。修筑完成后，采用覆蓋保濕養(yǎng)生方法養(yǎng)生14d。

本次試驗需進行重復性試驗、速度試驗。儀器啟動后，由低速開始測試，待數顯儀顯示的轉速值穩(wěn)定后開始記錄數據。在測試之前，要預先在試件上面鋪撒一定的水量，在下次測試時必須等待前一次測試時灑過水的路面晾干（即沒有明顯的水跡）后才可以進行。

第一，重復性試驗。新型抗滑儀測試結果的穩(wěn)定性是其技術性能中最基礎的一個方面，也就是說，在相同抗滑構造形式的路面進行多次測試應該保證其測試結果具有較小的變異性。為此，設計了重復性試驗來檢驗其測試結果的穩(wěn)定性。

第二，速度試驗。影響路面摩擦系數測試結果的主要因素是測試速度、路表構造及路表面的潮濕狀況等。

3 結束語

綜上所述，水泥混凝土路面經整平、抹光、壓實后，再經過拉毛、撒布石屑、壓槽、裸露及刻槽等工藝進行表面處理，粗糙度大大提高，抗滑性能明顯增強。但是在抗滑方面取得明顯效果的同時，也破壞了水泥混凝土路面表面致密的結構層，從而使路面的耐磨性大大降低。因此，在提高混凝土路面抗滑性能的同時，而不降低路面的耐磨性的問題，仍將是以后混凝土路面施工亟待解決的重要課題。

參考文獻：

[1]郝雪麗，孫朝云，沙愛民，等.水泥混凝土路面刻槽磨損程度三維檢測方法[J].儀器儀表學報，2015，36（08）：1767-1773.