淺談隧道瀝青路面鋪裝抗滑性能影響因素及對(duì)策分析

嵇廣宇，樊 煜，徐 然，李雪晨，方睿彧，楊超然，王潤民

（1.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京210098；2.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京210098）

1 前言

根據(jù)中國交通運(yùn)輸部公開的《2018年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，全國公路隧道有17 738處，長1 723.61萬m，增加1 509處，長195.10萬m，其中特長隧道有1 058處，長470.66萬m，長隧道有4 315處，長742.18萬m。同時(shí)隧道行車安全也成為了一個(gè)重要的交通安全問題。隧道內(nèi)比較潮濕，地下水豐富。由于隧道內(nèi)氣流小，空氣易污染，無陽光，特別容易發(fā)生交通事故。除此之外在隧道內(nèi)發(fā)生交通事故后處理難度也很大，對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失。數(shù)據(jù)顯示，高速公路隧道交通事故發(fā)生率是普通路段的1.34～8倍，而81%的事故與路面抗滑能力不足有關(guān)，尤其在雨天，路面表面存在水膜，抗滑能力大大降低，導(dǎo)致車輪與路面摩擦力不足，進(jìn)而引發(fā)交通事故。因此有必要進(jìn)一步研究隧道路面鋪裝抗滑衰減原因。

2 瀝青路面抗滑性能影響因素分析

路面的抗滑性能即車輛輪胎受到制動(dòng)時(shí)在路表面上出現(xiàn)打滑所承受的路面對(duì)它的摩擦阻力，可采用抗滑系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[1]。抗滑性能可以用橫向力系數(shù)、動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度來表示，測試方法對(duì)應(yīng)為橫向力系數(shù)、動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)DFT儀、鋪砂法或激光法。考慮路面抗滑能力不僅要考慮路面材料、路面使用時(shí)長、溫度、濕度等環(huán)境因素，還要考慮路面車輛輪胎與路面接觸的情況。路面抗滑性能是路面、車輛、周圍環(huán)境等因素的綜合作用結(jié)果。本文主要討論隧道特殊環(huán)境下，路面抗滑性能的影響因素與應(yīng)對(duì)措施。

2.1 瀝青與礦料級(jí)配的影響因素分析

瀝青混凝土由具有一定級(jí)配的粗集料、細(xì)集料、填充料與瀝青材料，以一定比例組成，是一種黏彈性有機(jī)復(fù)合材料。應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制瀝青混合料中的瀝青含量，特別是應(yīng)選用含蠟量低的瀝青，以免行車時(shí)出現(xiàn)滑溜現(xiàn)象。

合理的礦料級(jí)配可使集料顆粒間具有良好的咬合力和內(nèi)摩阻力。保證瀝青路面具有強(qiáng)度的同時(shí)，在荷載作用下可保持原有的空隙率。瀝青路面構(gòu)造深度與空隙率呈良好的正相關(guān)關(guān)系，從而保證瀝青路面原有的宏觀構(gòu)造深度。較好的宏觀構(gòu)造可以提高車輛高速行駛或者路面潮濕時(shí)的瀝青路面抗滑性能，確保瀝青路面的抗滑性能不隨車輛荷載的不斷作用而下降。為了使瀝青路面形成較大的宏觀構(gòu)造深度，設(shè)計(jì)人員往往選用半開級(jí)配或者開級(jí)配的瀝青混合料，但這類混合料的空隙率較大，耐久性較差。

2.2 集料種類、規(guī)格的影響因素分析

宏觀構(gòu)造指路的表面的集料顆粒間構(gòu)造紋理，而微觀構(gòu)造指粗集料表層的微觀層面的紋理。瀝青路面抗滑層即擁有優(yōu)良的宏觀構(gòu)造，還擁有良好的微觀構(gòu)造，是瀝青路面良好抗滑性能的基礎(chǔ)。用于瀝青路面表層的粗集料應(yīng)選用表面粗糙、堅(jiān)硬、耐磨、抗沖擊性好、磨光值大的碎石或破碎礫石集料。車速較低時(shí)，微觀構(gòu)造對(duì)瀝青路面抗滑性能影響較大，而路面宏觀構(gòu)造深度主要與集料規(guī)格有關(guān)，車輛高速行駛或路面潮濕時(shí)，瀝青路面抗滑性能受到影響較大。增加瀝青混合料中的粗集料含量有助于提高瀝青路面的宏觀構(gòu)造深度[2]。

2.3 油膜影響因素分析

一般情況下，道路路面的抗滑性能與路表宏觀及微觀構(gòu)造密切相關(guān)，然而，根據(jù)近幾年的隧道鋪裝使用情況統(tǒng)計(jì)，在隧道投入使用后兩三年內(nèi)，隧道瀝青路面鋪裝抗滑系數(shù)大幅下降，南京有數(shù)條過江隧道也出現(xiàn)了這樣的情況，而檢測結(jié)果表明，其鋪裝的宏觀、微觀構(gòu)造均未出現(xiàn)明顯衰減。該現(xiàn)象可能的原因是：隧道內(nèi)空氣流動(dòng)性小，尾氣、油煙在潮濕條件下易覆蓋在路面表面形成油膩性膜層。另外，隧道內(nèi)相對(duì)封閉，易污染，隧道內(nèi)的油煙、輪胎橡膠粉等會(huì)覆蓋路面表面形成油膩性膜層，降低輪胎和路面之間的附著作用，此外由于油膩性膜層的存在，輪胎滑動(dòng)摩擦增大，因此輪胎與路面間摩擦系數(shù)小于清潔路面、濕潤路面和有灰塵覆蓋的路面，嚴(yán)重降低路面抗滑性能，進(jìn)而危害交通安全。

2.4 溫度、濕度影響因素分析

溫度變化影響著瀝青路面的抗滑性能。在隧道這樣的特殊環(huán)境中，若是通風(fēng)條件沒做好，溫度過高后路表部分瀝青軟化，可能出現(xiàn)泛油現(xiàn)象。并且若是受到車輛荷載作用，粗集料表面微觀構(gòu)造可能被一部分瀝青所填充，使瀝青路面抗滑性能下降。濕度增加導(dǎo)致抗滑性能降低以及水滑的產(chǎn)生導(dǎo)致了交通事故明顯增多。同樣發(fā)現(xiàn)降雨潮濕天氣路面的抗滑性能明顯下降，最惡劣情況下發(fā)生水漂現(xiàn)象導(dǎo)致交通事故。側(cè)滑是造成潮濕路面發(fā)生交通事故的重要原因。

3 隧道瀝青路面抗滑性能衰減應(yīng)對(duì)措施

為保證路面結(jié)構(gòu)具有足夠的抗滑性能，可分別從瀝青混合料配制與養(yǎng)護(hù)、凈化尾氣、配制油膜清洗劑等方面展開預(yù)防措施。

3.1 瀝青混合料配制與養(yǎng)護(hù)

瀝青路面抗滑性與所用礦料的表面構(gòu)造深度、顆粒形狀與尺寸、抗磨光性有著密切的關(guān)系。隧道瀝青路面表層的粗集料應(yīng)當(dāng)選用表面粗糙、堅(jiān)硬、耐磨、抗沖擊性好、磨光值大的碎石或破碎礫石集料?；旌狭系淖畲蠊Q粒徑應(yīng)該控制在26.5 mm左右，孔隙率也不應(yīng)大于19%，不小于14%[3]。滿足這些條件后，基層的水分可以比較流暢地排出，能夠保障道路基層地干燥性。選擇瀝青標(biāo)號(hào)時(shí)，可以依據(jù)不同的氣候條件、降雨情況選擇。還有一層保證抗滑性能的因素是瀝青的油石比。在施工和設(shè)計(jì)階段，嚴(yán)格控制瀝青的油石比，要求確保用量可以在路面覆蓋完集料的全部表面，粘合而不溢出，在表面處能形成光滑表面。施工時(shí)，礦質(zhì)的骨料可以使用棱角性好的、更加堅(jiān)硬的材料，這樣做可以提高路面的耐磨性。車輛制動(dòng)過程中，路面與輪胎可以產(chǎn)生更大的摩擦力。除此之外，若級(jí)配采用開級(jí)配，合理控制細(xì)集料用量，可以提升表面的構(gòu)造，提高路面在潮濕時(shí)的抗滑性能，提高行車安全性。

另外，在路面鋪裝時(shí)，可以加入少量的碎石，提高路面的粗糙度。碾壓完瀝青后，可以通過可嵌入石屑，在瀝青表面形成一層防滑封面層，提高路面防滑性能。養(yǎng)護(hù)對(duì)于路面的防滑性能同樣重要，在路面的損傷較小時(shí)就應(yīng)該采取養(yǎng)護(hù)措施，如微表處、霧封層等技術(shù)。

3.2 光催化法凈化機(jī)動(dòng)車尾氣

針對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣，光催化法是目前應(yīng)用最為廣泛的從路面角度研究的機(jī)動(dòng)車尾氣凈化技術(shù)。將光催化材料添加到瀝青混合料中鋪筑路面，TiO2光催化材料在光照等因素的作用下，能夠催化降解路面工作環(huán)境中的包括CO、NOx以及HC在內(nèi)的絕大部分的機(jī)動(dòng)車尾氣有害氣體，并將這些有害氣體氧化為碳酸鹽或者硝酸鹽，之后再通過雨水沖刷或人工沖洗等措施可以達(dá)到凈化氣體環(huán)境、清潔瀝青路面的效果。但是，在路面中添加光催化材料的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致瀝青路面路表宏觀構(gòu)造深度降低，在一定程度上會(huì)影響瀝青路面的抗滑性能。因此，在隧道中使用光催化路面還需要進(jìn)一步的研究。

3.3 配制油膜清洗劑

根據(jù)油膜對(duì)隧道瀝青路面抗滑性能的影響時(shí)，提出了研制高效隧道路面油膜清洗劑，其主要配方組成為易生物降解的廉價(jià)表面活性劑和植物性助溶劑，因此不會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生破壞，對(duì)人體皮膚基本無刺激性，具有低溫穩(wěn)定性、環(huán)境友好性。清洗劑配方成分為AES、LAS、APG、AEO、桔子油、三乙醇胺、檸檬酸三鈉，首先采用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)清洗劑配方進(jìn)行優(yōu)化。將配方組分作為正交表的因素，通過變換組分組成進(jìn)行復(fù)配，棄去其中分層的樣品，得到透明、穩(wěn)定均一的樣品進(jìn)一步篩選，確定最佳實(shí)驗(yàn)配方組成。

4 結(jié)論

隧道內(nèi)瀝青路面抗滑性能不僅與瀝青混合料性質(zhì)有關(guān)，同時(shí)瀝青路面的工作環(huán)境加劇了瀝青路面抗滑性能的衰減情況。隧道瀝青路面應(yīng)當(dāng)合理配制瀝青混合料并做好養(yǎng)護(hù)。要注意隧道內(nèi)的通風(fēng)情況，減小濕度尾氣等因素對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響，并配制油膜清洗劑對(duì)隧道內(nèi)瀝青路面進(jìn)行清洗，提高隧道內(nèi)瀝青路面的抗滑性能，從而保障行車安全。