非洲某公路路面抗滑性能分析

王磊

（中國土木工程集團有限公司，北京 100038）

1 引言

近些年來，隨著城市化進程的加速，交通工程建設的不斷推進，公路的總里程數(shù)迅速增加，其覆蓋范圍得到了巨大的改善，我國也承建了大量國外的建筑、公路等工程，使得我國的基建水平獲得了世界的認可。但與此同時，交通事故頻發(fā)，各類道路交通事故所造成的人民生命財產(chǎn)損失已經(jīng)成為目前亟須解決的一大重要問題[1]。一般引起道路交通事故的主要原因包括3個方面，即交通參與者、車輛性能以及道路狀況。道路狀況導致的交通安全事故的主要原因一方面在于道路設計不合理，另一方面是道路的表面狀況差，如路面平整度出現(xiàn)問題，路面抗滑性能出現(xiàn)問題等[2，3]。

本文為研究不同材料和結(jié)構(gòu)下的瀝青路面抗滑性能的衰減規(guī)律以及影響因素，基于非洲某實際工程項目，調(diào)查瀝青路面常用的相關參數(shù)，基于加速加載磨耗試驗，分析不同集料類型、公稱最大粒徑、級配、不同瀝青類型、瀝青用量等條件下瀝青路面抗滑性能的變化情況，為瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律以及抗滑性能恢復技術(shù)的研究提供借鑒。

2 試驗方案設計

2.1 原材料

試驗的原材料為瀝青、集料、礦粉及木質(zhì)素。瀝青采用普通SBS改性瀝青和中海90#普通基質(zhì)瀝青；集料分為粗集料和細集料兩種，主要由閃長巖、花崗巖、玄武巖及石灰?guī)r組成；礦粉采用石灰?guī)r礦粉。

2.2 瀝青板件成型

本文選用50 cm×50 cm×5 cm作為瀝青路面試件尺寸，通過手推式小型振動壓路機壓實成型。

試件制備的主要流程為：

1）拌和。為保證拌和的均勻性，每塊試樣分3次進行拌和，拌和后進行保溫處理。

2）攤鋪。在試模內(nèi)攤鋪報紙同時均勻涂抹煤油，便于成型后試件脫模，將拌和好的瀝青混合料緩慢導入試模中，插搗密實并刮平表面。

3）碾壓成型。通過手推式小型振動壓路機壓實成型，控制溫度在155℃，壓實過程中在瀝青表面鋪設一定厚度的木板，使試件整體受力均勻，保證試件的均勻性。

4）脫模。碾壓后放置24 h，待其溫度降至室溫，試件成型后，在平整的地面上進行脫模。

2.3 試驗方案設計

本文在進行試驗設計時，主要考慮瀝青和集料的影響，未考慮其他環(huán)境因素的影響。瀝青因素則主要考慮瀝青類型和瀝青用量的影響，集料因素則主要考慮集料類型、最大公稱粒徑和級配的影響。試驗設計方案見表1。

表1 試驗設計方案

2.4 磨耗終止次數(shù)

路面板在磨耗初期斷面平均構(gòu)造深度衰減較快，在磨耗中期斷面平均構(gòu)造深度的衰減逐漸變小，當磨耗次數(shù)超過20 000次時，斷面平均構(gòu)造深度的衰減區(qū)域穩(wěn)定。參考楊振[4]的研究，單從斷面平均構(gòu)造深度這一個指標不能完全確定試驗要求的磨耗終止次數(shù)，還需要引入路面摩擦系數(shù)，通過路面摩擦系數(shù)隨磨耗次數(shù)的衰減趨勢進行磨耗終止次數(shù)的確定。結(jié)果表明，采用的加速加載磨耗設備MAAM的磨耗效果非常顯著，最終確定磨耗終止次數(shù)為24 000次。

3 路面抗滑性能演變規(guī)律研究

3.1 集料因素的影響

3.1.1 集料類型

道路的組成材料是影響其結(jié)構(gòu)力學性能的主要因素之一，因此，從集料的巖石組成的角度探究不同瀝青路面抗滑性能衰減規(guī)律是十分必要的，本節(jié)以摩擦系數(shù)為抗滑指標，在試件每磨耗2 000次時采集一次抗滑數(shù)據(jù)，將得到結(jié)果繪制成曲線圖，如圖1所示。

由圖1可知，不同集料類型的試件均呈現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，即抗滑性能隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸衰減，抗滑性能衰減的速率隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸減小，最后穩(wěn)定在某個小范圍內(nèi)。對于不同集料類型的瀝青路面板件，其抗滑性能的耐久性為：玄武巖>花崗巖>閃長巖>石灰?guī)r。其原因可能是巖石自身的物理化學性質(zhì)以及巖石與瀝青之間相互作用的差異導致出現(xiàn)抗滑性能耐久性的不同。

圖1 不同集料類型路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律

3.1.2 公稱最大粒徑

對于混合料的配合比設計，集料的公稱最大粒徑是其重要參數(shù)之一，也是影響路面抗滑性能的重要因素之一。本節(jié)利用閃長巖成型的AC10、AC13、AC16三種級配的瀝青路面試件進行試驗，得到結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同公稱最大粒徑下路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律

由圖2可知，不同公稱最大粒徑時，抗滑性能均隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸衰減，抗滑性能衰減的速率隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸減小，最后穩(wěn)定在某個小范圍內(nèi)。隨著磨耗次數(shù)的增加，公稱最大粒徑為10 mm的試件首先不能達到抗滑要求，結(jié)果顯示，對于不同公稱最大粒徑的試件，其抗滑性能的耐久性為：16 mm>13 mm>10 mm，即公稱最大粒徑較大時，路面抗滑性能耐久性越好。

3.1.3 級配

集料的級配設計是混合料的配合比設計最重要的環(huán)節(jié)之一，級配也是影響路面抗滑性能的重要因素。本節(jié)利用AC16、OGFC16和SMA16三種級配的瀝青路面試件進行試驗，得到結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同級配下路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律

由圖3可知，不同級配下抗滑性能均隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸衰減，抗滑性能衰減的速率隨著磨耗次數(shù)的增加逐漸減小，最后穩(wěn)定在某個小范圍內(nèi)。結(jié)果顯示，對于不同級配的瀝青路面板件，其抗滑性能的耐久性為：SMA16>OGFC16>AC16。對于SMA16的級配類型來說，其具有“三多一少”的顯著特征，與OGFC16和AC16兩種級配相比具有更加豐富的紋理特征，具有更加優(yōu)秀的抗滑性能耐久性。

3.2 瀝青因素的影響

本節(jié)采用擺式儀和手推式摩擦系數(shù)測試車，通過擺值這一指標，從瀝青類型和瀝青用量兩個角度討論瀝青對路面抗滑因素的影響。

3.2.1 瀝青類型

采用閃長巖成型的級配為AC13，瀝青分別為90#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的試件進行試驗，試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同瀝青類型下路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律

SBS改性瀝青是通過某些工藝改變?yōu)r青的結(jié)構(gòu)，從而增強瀝青與集料之間的黏附作用，提高混合料的耐磨性。由圖4可知，在整個磨耗過程中，SBS改性瀝青路面的抗滑性能均好于90#基質(zhì)瀝青路面，兩種路面在磨耗過程中抗滑性能的變化趨勢基本一致，在磨耗后期，兩種路面的抗滑性能基本一致，此時瀝青類型對路面抗滑性能的影響并不明顯，瀝青類型對路面抗滑性能的影響主要出現(xiàn)在磨耗初期和磨耗中期。

3.2.2 瀝青用量

采用級配為AC13，瀝青為90#基質(zhì)瀝青，在確定其最佳油石比（OAC）后，對上下浮動0.3%的瀝青用量的試件進行試驗，試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同瀝青用量下路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律

由圖5可知，在整個磨耗過程中，最佳油石比對應的瀝青用量的路面的抗滑性能好于另外兩種情況，3種路面在磨耗過程中抗滑性能的變化趨勢基本一致，在磨耗初期，OAC+0.3%對應的試件的擺值出現(xiàn)短暫升高，然后迅速下降，原因為過大的油石比在車輛輪胎的作用下，路面的瀝青膜出現(xiàn)疲勞脫落的現(xiàn)象，集料在瀝青的潤滑作用下也發(fā)生了遷移變形，導致路面的抗滑性能下降。

4 結(jié)論

本文主要研究不同材料和結(jié)構(gòu)下的瀝青路面抗滑性能的衰減規(guī)律以及影響因素，基于非洲某實際工程項目，通過加速加載磨耗試驗，分析不同集料類型、公稱最大粒徑、級配、不同瀝青類型、瀝青用量等條件下瀝青路面抗滑性能的變化情況，得到以下結(jié)論：

1）在各種試驗條件下，試件抗滑性能均隨磨耗次數(shù)增加逐漸衰減，抗滑性能衰減速率隨磨耗次數(shù)增加逐漸減小，最后穩(wěn)定在某個小范圍內(nèi)。

2）考慮集料因素的影響下，不同集料類型的試件抗滑性能的耐久性為：玄武巖>花崗巖>閃長巖>石灰?guī)r。

不同公稱最大粒徑的試件抗滑性能的耐久性為：16 mm>13 mm>10 mm，即公稱最大粒徑較大時，路面抗滑性能耐久性越好。不同級配的試件抗滑性能的耐久性為：SMA16>OGFC16>AC16。

3）考慮瀝青因素的影響下，對于不同瀝青類型，在整個磨耗過程中，SBS改性瀝青路面的抗滑性能均好于90#基質(zhì)瀝青路面。對于不同瀝青用量，最佳油石比對應瀝青用量的抗滑性能最好。