高速公路瀝青路面抗滑性能檢測方法分析

廣東省交通運(yùn)輸建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心 / 許木照

引言

隨著城市居民收入水平的提升，我國私家車占有量在近幾年迎來了飛速增長態(tài)勢，帶來民生質(zhì)量改善的同時(shí)，也給我國交通體系建設(shè)造成了一定壓力。就高速公路瀝青路面來看，不僅要路面整潔、光滑、無裂痕，還必須具備相當(dāng)?shù)姆阑阅芎涂蛊谛阅?，才能滿足大流量、高頻次的路表載荷沖擊，保障出行者的生命財(cái)產(chǎn)安全。

一、高速公路瀝青路面抗滑性能概述

車輛行駛過程中輪胎和路面之間會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦阻力，抗滑性能就是用于描述這一阻力大小的參數(shù)，在既定速度和路面濕度條件下，可以間接反映車輛緊急制動(dòng)后所滑出的距離，對于路面安全情況有重要的衡量評價(jià)作用。從項(xiàng)目管理角度看，抗滑性能還能客觀反映路面耐用情況，權(quán)威試驗(yàn)表明，當(dāng)該數(shù)值低于安全水準(zhǔn)時(shí)，路面服務(wù)功能將迎來滑坡式下降。摩擦力系數(shù)能夠較為直觀地反映路面抗滑性能，但需要注意的是，該數(shù)值大小不僅取決于道路情況，還與車輛和天氣狀況有關(guān)。車輛輪胎花紋及尺寸都會(huì)對摩擦系數(shù)產(chǎn)生影響，實(shí)際操作時(shí)可以通過增大直徑、縮小寬度來提升摩擦系數(shù)，同時(shí)車輛剎車情況與行車速度也會(huì)影響摩擦力系數(shù)。從季節(jié)天氣角度來看，降雨過多時(shí)，會(huì)使路面出現(xiàn)水膜結(jié)構(gòu)，水膜達(dá)到一定厚度后會(huì)使路面抗滑作用減弱，增加行車安全風(fēng)險(xiǎn)，因此抗滑防護(hù)時(shí)要注意從多角度配合考量。就道路本身來講，路面抗滑性能首先會(huì)受到道路設(shè)計(jì)參數(shù)的影響，包含平、豎曲線設(shè)置、橫坡度設(shè)置等；其次還會(huì)受到微觀構(gòu)造的制約，當(dāng)公路集料表面構(gòu)造波長在0.5mm以下，波幅在0.2mm以下時(shí)，抗滑性能可以得到顯著提升；最后是宏觀構(gòu)造的影響，這一概念主要描述各種集料摻和后形成的粗紋理狀態(tài)，當(dāng)該構(gòu)造波長維持在0.5至50mm之間，波幅維持在0.1至20mm區(qū)間內(nèi)時(shí)，路面排水性能會(huì)得到提升，抗滑性能隨之增加。

二、高速公路瀝青路面抗滑性能檢測方法

（一）橫向力系數(shù)測試法

橫向力系數(shù)測試法是以摩擦力系數(shù)原理為基礎(chǔ)的測試方法，由于高速公路路拱等構(gòu)造的制約，正常行駛的車輛制動(dòng)時(shí)前后車輪受到的制動(dòng)力并不相同，很容易使車輛受到橫向力沖擊，出現(xiàn)橫向傾斜的現(xiàn)象，這也是側(cè)向溜滑事故在我國頻發(fā)的原因之一。因此，為了生動(dòng)模擬高速行駛狀態(tài)下路面抗滑性能對車輛的影響，國際道路會(huì)議組長采用SCRIM進(jìn)行抗滑測試。該車輛上裝備有測定輪，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)與正常行駛方向呈20度夾角，當(dāng)車輛以50km/h的速度前進(jìn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直橫向力，將之與輪荷載作比，即可得到橫向力系數(shù)SFC。同時(shí)，該車輛中還配置有水箱和噴灑裝置，可以對輪前方向30cm寬的距離內(nèi)進(jìn)行灑水作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)水膜厚度的控制，不僅可以最大限度降低測試對交通造成的不利影響，還可以模擬不同降雨環(huán)境中的抗滑情況。橫向力系數(shù)測試法靈活性較高，可以在任意路段布置測點(diǎn)，使用時(shí)注意測定輪的設(shè)置要盡量保持在車道中心線0.6至1.4m以內(nèi)的區(qū)域，車輛應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)速度行駛，對測量過程要進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)里程樁號、分析數(shù)據(jù)等出現(xiàn)異常，要及時(shí)進(jìn)行暫停和修正。注意對隧道、橋梁、特殊路面等進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)分，做好整合和記錄，為后續(xù)分析使用奠定基礎(chǔ)。

（二）間接測試法

間接測試法是通過測定路面構(gòu)造深度與摩擦系數(shù)來評估抗滑性能的一類測試技術(shù)，常見的主要有鋪砂法和激光構(gòu)造儀測試法。前者最早來源于英國道路研究所，原理比較簡單，操作起來方便快捷，首先需要準(zhǔn)備一定體積的標(biāo)準(zhǔn)砂，將之均勻攤鋪在待測路段上，再應(yīng)用帶有橡膠片的推平板進(jìn)行推平作業(yè)，操作完成后會(huì)形成大面積的攤鋪圓，將砂的體積與該圓面積作比，就可以得到路面構(gòu)造深度數(shù)值。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)受人為操作影響較大，重現(xiàn)性也得不到保障，遇到潮濕天氣還會(huì)延誤檢測進(jìn)度，因此在我國并沒有得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。不過，近年來有國家用玻璃球代替砂實(shí)施鋪設(shè)操作，可以在一定程度上規(guī)避上述弊端，提升重現(xiàn)性和準(zhǔn)確度。激光構(gòu)造儀測試法則利用了激光穿透性好、能量密度大的特點(diǎn)，借助專業(yè)儀器對瀝青路面進(jìn)行掃描，并得到路面宏觀構(gòu)造影響，以此為依據(jù)評價(jià)瀝青路面抗滑性能。當(dāng)前英國TRRL研制的小型激光設(shè)備應(yīng)用較多，測定速度極快，結(jié)果滿足重現(xiàn)需求，適用于多種環(huán)境條件下的測試場景，得到了我國交通運(yùn)輸部工程規(guī)范的肯定。

（三）能量損失法

能量損失法又叫擺式儀法，是建立在能量損失定律上的一種測試方式，儀器擺錘下端裝設(shè)有橡膠片，擺錘從高處落下時(shí)，勢能會(huì)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并在過程中克服摩擦力做功，此時(shí)根據(jù)擺錘位置損失與做功大小就可以推算出摩擦系數(shù)，并得到路面抗滑值Fb。該數(shù)值的大小與集料磨光值PSV息息相關(guān)，同時(shí)也與橡膠和瀝青路面之間的接觸面積有關(guān)，在集料相同的情況下，構(gòu)造深度較大路面測得的擺值反而會(huì)偏小，在操作時(shí)要做好誤差分析。擺式儀操作簡單，測試成本較為低廉，但測試過程對路面溫度要求較高，只有在20攝氏度以上的環(huán)境才能保障測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，當(dāng)周圍溫度無法達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還必須進(jìn)行數(shù)值修正，因此對測定人員專業(yè)性要求較高。同時(shí)，由于覆蓋范圍較小，使用擺式儀時(shí)一般會(huì)采用分段點(diǎn)測的方案，工作效率較受制約，因此在通車路面上適用性并不高，多見于瀝青路面的竣工驗(yàn)收環(huán)節(jié)。

（四）制動(dòng)距離法

制動(dòng)距離法是一種模擬現(xiàn)實(shí)行車環(huán)境的測試方式，應(yīng)用是需要先精準(zhǔn)測量汽車質(zhì)量，然后駕駛試驗(yàn)車輛在濕潤路面上進(jìn)行制動(dòng)操作，并將多次試驗(yàn)中的制動(dòng)距離進(jìn)行整合、分析和計(jì)算，最終得出瀝青路面摩擦系數(shù)。制動(dòng)距離法在高速條件下精準(zhǔn)度較高，但由于真實(shí)環(huán)境下很難保證車輛完全制動(dòng)，高速環(huán)境危險(xiǎn)系數(shù)也較高，因此并不適用于大多數(shù)瀝青路面的抗滑性能檢測，沒有得到大面積的應(yīng)用和推廣。

三、高速公路瀝青路面抗滑標(biāo)準(zhǔn)分析

抗滑標(biāo)準(zhǔn)是檢測評價(jià)的重要指標(biāo)依據(jù)，國外針對路面抗滑性能的標(biāo)準(zhǔn)制定最早可以追溯至20世紀(jì)初，我國相關(guān)研究起步則相對較晚，但也在逐步探索中取得了不少規(guī)范成果。《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 032—94）中，重點(diǎn)關(guān)注了磨光值參數(shù)，要求該項(xiàng)數(shù)值必須大于42BPN。磨光值概念來源于英國TRRL，主要用于描述集料表面構(gòu)造在車輪持續(xù)磨損下發(fā)生磨光的程度，試驗(yàn)采用了45mm寬的圓弧模具，將粗集料粘附在表面后形成單個(gè)試件，2個(gè)試件為標(biāo)準(zhǔn)集料制作，其余12個(gè)試件則為不同規(guī)格的對照組，將所有試件拼裝在直徑為400mm的鋼輪上后，正式開始試驗(yàn)。試驗(yàn)過程主要是采用勻速持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，以及外壓力施加的方式，使集料發(fā)生磨光，再借助擺式測儀進(jìn)行擺值測定，最終用普通試件與標(biāo)準(zhǔn)試件之間擺值比例的52倍作為磨光值參數(shù)，簡寫為PSV，可以用于衡量石料抵抗磨光作用的標(biāo)準(zhǔn)。由于影響瀝青路面摩擦力系數(shù)的因素較多，我國在2004年還對前述技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，對不同雨量氣候區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的磨光值規(guī)范，其中年降雨量大于1000mm的地區(qū)磨光值標(biāo)準(zhǔn)最高，為42BPN以上，干旱區(qū)則相對較低，大于等于36BPN即可。除磨光值外，構(gòu)造深度、橫向力系數(shù)等也是衡量瀝青公路抗滑性能的重要指標(biāo)，國家在《公路柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 014—86）中對高速公路構(gòu)造深度的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為0.6至0.8mm，環(huán)境不良路段甚至達(dá)到了1.0至1.2mm。之后的設(shè)計(jì)規(guī)范文件又進(jìn)一步對各項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行規(guī)范，現(xiàn)行竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中，對橫向力系數(shù)的最低值設(shè)定為54，擺值最小值設(shè)定為45BPN，構(gòu)造深度則最終采用0.55mm的標(biāo)準(zhǔn)，為路面抗滑性能的提升制造了良好的政策環(huán)境。

四、提高瀝青路面抗滑性能的措施途徑

在交通壓力倍增的新常態(tài)環(huán)境下，我國干線公路每天都承受著巨大的載荷沖擊和磨損，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，有近一半的干線路面已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的抗滑性能下降，擺值甚至可以降低至40BPN，還有70%左右的路面構(gòu)造深度低于0.3，與竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)之間出現(xiàn)了較大偏差，行駛環(huán)境安全系數(shù)較低。因此，想要提升交通運(yùn)輸體系完善程度，優(yōu)化交通環(huán)境質(zhì)量，就必須探索和應(yīng)用適宜的抗滑技術(shù)，并盡量延長抗滑設(shè)計(jì)的使用壽命，基于此，本文提出了以下幾點(diǎn)對策建議：

（一）采用抗滑材料

瀝青路面抗滑性能與集料構(gòu)造息息相關(guān)，施工時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量選用微觀粗糙的石料，方便其穿透水膜與輪胎接觸，增大潮濕天氣下輪胎與路面之間的摩阻力，減少溜滑事故的發(fā)生。同時(shí)，瀝青路面在使用中還會(huì)受到持續(xù)的載荷作用和車輛磨損，因此還應(yīng)綜合考慮骨料的耐磨度、粗糙度等數(shù)值，安山巖、花崗巖都是不錯(cuò)的選擇。瀝青材料的選擇則要結(jié)合性能參數(shù)以及運(yùn)行環(huán)境來完成，寒冷地區(qū)多采用AH120、AH90，溫度較高的區(qū)域則多采用AH50、AH70等。

（二）加強(qiáng)施工過程控制

除原材料外，瀝青路面抗滑性能受施工技術(shù)的影響也是非常大的，施工中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制路面平整度，做好壓實(shí)和現(xiàn)場檢測工作，提升行駛舒適度的同時(shí)，也能保證摩擦系數(shù)始終維持在穩(wěn)定狀態(tài)，減少交通事故的發(fā)生機(jī)率。其次，由于性質(zhì)制約，瀝青在遇到堿性石料時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出較好的黏性，但酸性材料在抗滑性能上卻有著更為出色的表現(xiàn)，施工時(shí)可以通過添加活性劑進(jìn)行調(diào)和。瀝青路面施工完成后要做好養(yǎng)護(hù)管理工作，初次投產(chǎn)前應(yīng)當(dāng)留出充足的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，投產(chǎn)后也應(yīng)當(dāng)及時(shí)清理雜物，修補(bǔ)裂紋，可以采用乳化瀝青稀漿層的方式進(jìn)行處理，保障路面完整性。

五、結(jié)語

綜上所述，高速公路瀝青路面抗滑性能會(huì)受到氣候、車輛以及道路本身質(zhì)量等因素的影響，建設(shè)施工單位應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)質(zhì)量管控，根據(jù)不同運(yùn)行條件對橫向力系數(shù)測試法、能量損失法、制動(dòng)距離法等進(jìn)行合理選用，將磨光值、構(gòu)造深度等參數(shù)控制在合理誤差范圍內(nèi)，并采用抗滑性能較高的石料，科學(xué)設(shè)置混合料配比，全面提升高速公路抗滑性能，保障居民出行安全。