公路瀝青路面的抗滑性能影響研究

摘 要：為研究公路瀝青路面的抗滑性能影響，本文基于某高溫、高濕地區(qū)的公路工程，通過試驗系統(tǒng)評價了AC-13、AC-16、SMA-13和SSAM-13共4種瀝青混合料的高溫和水穩(wěn)定性，利用所得BPN值分析了不同溫度、濕度、積水量和高溫、高濕條件對4種瀝青混合料抗滑性能的影響，得出以下2個結(jié)論。1） SMA-13、SSAM-13混合料有較好的高溫穩(wěn)定性，在高溫、高濕的環(huán)境下能保持較好的抗滑性能且其抗劣化能力也較強，但是水穩(wěn)定性并不突出。2） 高溫、高濕復(fù)合因素對瀝青路面的抗滑性能影響大于單一條件。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；溫度穩(wěn)定性；水穩(wěn)定性；高溫高濕；抗滑性能

中圖分類號：U 414" " 文獻標志碼：A

目前，國、內(nèi)外學(xué)者針對瀝青路面的抗滑性能影響因素進行了大量研究。鄭冬等[1]針對環(huán)氧瀝青混合料，利用BPN的變化規(guī)律，分析了不同極端條件對其抗滑性能的影響。結(jié)果表明，環(huán)氧瀝青混合料的BPN在高溫、干燥的條件下降低22%～45%，在降雨條件下降低15%～32%，在冰凍條件下降低10%～70%。孟勇軍等[2]分析了不同類型瀝青混合料在道路凝冰條件下的抗滑性能，總結(jié)了抗滑性能隨凝冰厚度變化的規(guī)律。結(jié)果表明，OGFC-13在凝冰條件下的抗滑性能最佳，隨著凝冰厚度增加，瀝青混合料的抗滑性能下降并逐漸趨于0。

上述學(xué)者對不同類型的瀝青混合料在高溫、低溫和降雨等條件下的抗滑性能研究已有較多研究成果，但是瀝青混合料在高溫、高濕耦合條件下的抗滑性能仍需要做進一步研究。因此，本文基于某高溫、高濕地區(qū)公路工程，選取4種不同類型的瀝青混合料制作車轍板試件，利用擺式儀所測BPN值分析溫度、濕度、積水量和高溫、高濕對不同類型瀝青混合料路面抗滑性能的影響，對路面建設(shè)有一定的參考價值。

1 瀝青混合料技術(shù)特性

1.1 配合比設(shè)計

本文根據(jù)抗滑性、耐久性、耐磨性和經(jīng)濟適用性選取AC-13、AC-16、SMA-13和SSAM-13共4種瀝青混合料[3-5]，采用馬歇爾試驗確定其最佳配合比。各類混合料的基本指標見表1。

1.2 高溫穩(wěn)定性試驗

根據(jù)馬歇爾試驗確定的各混合料最佳配比制作標準的車轍板試件，對其進行高溫穩(wěn)定性試驗。馬歇爾穩(wěn)定性試驗是一種傳統(tǒng)試驗方法，用來評估瀝青混合料的穩(wěn)定性和流動性。將樣本加熱到一定溫度后，用馬歇爾儀施加加載，測量其所承受的最大載荷和流量。將試驗溫度設(shè)定為55 ℃，輪胎壓力設(shè)為0.6 MPa，觀測試件在30 min和45 min條件下的變形深度并進行動穩(wěn)定度計算，結(jié)果見表2。

由表2可知，各類混合料的動穩(wěn)定度均遠高于要求值，抗高溫性能均較好，而摻入玄武巖（SMA-13）和鋼渣（SSAM-13）的斷級配密實型混合料的高溫穩(wěn)定性最佳，并且二者在相同級配下的試驗結(jié)果相差不大。

1.3 水穩(wěn)定性試驗

凍融循環(huán)試驗評估瀝青材料在凍融條件下的耐久性。樣品在水飽和狀態(tài)下交替經(jīng)歷凍結(jié)和融化，可模擬自然環(huán)境中的凍融作用。根據(jù)凍融劈裂試驗來確定各混合料的水穩(wěn)定性。凍融組試件在-20℃條件下放置24h，再放入20℃的恒溫水槽中24h；未凍融組試件放入20℃的恒溫水槽中24h。各組劈裂試驗結(jié)果見表3。

由表3可知，各類混合料的凍融強度比均高于要求值（70%），水穩(wěn)定性能均較好。與高溫穩(wěn)定性試驗結(jié)果不同，玄武巖（SMA）和鋼渣（SSAM）混合料的水穩(wěn)定性并不突出。

2 瀝青路面抗滑性能影響因素分析

2.1 溫度影響分析

在溫度15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃和55 ℃條件下制作車轍板試件，利用擺式儀測量其BPN值。各類混合料的BPN值與溫度的關(guān)系曲線如圖1所示。

由圖1可知，4種混合料的BPN值均隨溫度的升高而降低且降低幅度較大，表明溫度對瀝青路面的影響較大。各材料的BPN值始終為SAM-13＞SMA-13＞AC-16＞AC-13，其中AC-13的粗集料占比小于AC-16，其抗滑性能較低，由于二者級配相同，因此隨溫度變化趨勢基本一致。SMA-13和SSAM-13的降低幅度也基本相同，并且各個階段降低幅度均較大于AC-13和AC-16，表明加有玄武巖和鋼渣的斷級配密實型混合料在高溫下的抗滑性能比連續(xù)密級配更有優(yōu)勢。

2.2 濕度影響分析

在濕度30 RH～90 RH、溫度恒定25 ℃的條件下制作車轍板試件，利用擺式儀測量其BPN值。各類混合料的BPN值與濕度的關(guān)系曲線如圖2所示。

表2 車轍試驗結(jié)果

類型 30min深度 45min深度 動穩(wěn)定度 要求值

AC-13 1.827 1.923 4 238 2 800

AC-16 1.878 2.097 4 216 2 800

SMA-13 1.302 1.391 6 238 3 000

SSAM-13 1.358 1.463 6 305 3 000

表3 劈裂試驗結(jié)果

類型 未凍融強度/MPa 凍融強度/MPa 強度比/%

AC-13 1.03 0.90 87.0

AC-16 0.85 0.71 87.2

SMA-13 0.91 0.77 84.5

SSAM-13 1.01 0.89 86.5

由圖2可知，隨著濕度從30 RH升至90RH，路面的BPN逐漸下降。根據(jù)變化曲線可將其劃分為3個階段。1） 第一階段（30 RH～50 RH）。該階段濕度較低，4種混合料的抗滑性能所受影響較小，曲線變化速率較低。2） 第二階段（50 RH～80 RH）。此時濕度較高，BPN隨濕度的增加而急劇下降。原因是此時空氣中的水分比低濕情況下更容易進入瀝青混合料中的空隙，從而削弱了路面吸水能力，水分在路面堆積，降低了路面的宏觀構(gòu)造，使其抗滑性能大幅度降低。該原因同樣可用于解釋AC-13的BPN下降幅度比其他3種混合料更小且AC-13的抗滑能力在自然狀態(tài)下最低，下降幅度最小。3） 第三階段（＞80 RH）。隨著濕度增加，各混合料的BPN下降幅度均＜2%，此時混合料中的空隙基本已被水填滿，繼續(xù)增加濕度對宏觀構(gòu)造的影響十分微弱。

2.3 積水量影響分析

進行濕度影響分析的相關(guān)試驗過程中，本文發(fā)現(xiàn)長時間的濕度環(huán)境會使路面存在較多積水，因此進行積水量對抗滑性能影響分析。積水量選取0 g、10 g、20 g、30 g和40g，均勻噴灑在車轍試件上，進行抗滑性能分析，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，積水量從0 g增至20 g的過程中，4種混合料的BPN呈顯著下降趨勢，而在20 g后，積水量對BPN的影響較小，其下降值相差不大。但是AC類混合料出現(xiàn)BPN值在小范圍內(nèi)急劇下降的情況，SSAM-13與SMA-13的BPN變化與之相比呈衰減趨勢。原因是當路面積水量較大時，水會逐漸填充混合料的宏觀構(gòu)造和空隙，孔隙率逐漸降低，混合料表面的水會隨之增加。此時擺式儀已無法與路面直接接觸，路面的抗滑性能取決于混合料的凸起部分。而AC-13與AC-16的孔隙率較小，混合料內(nèi)部的容水能力較弱，與SSAM-13與SMA-13相比，其孔隙率降低速率更小。并且SSAM-13與SMA-13分別添加了鋼渣與玄武巖，混合料有較多的凸起部分，從而使SSAM-13與SMA-13的BPN變化呈衰減趨勢。

該現(xiàn)象表明，連續(xù)密級配混合料存在抗滑性能突然消失的安全隱患，而斷級配密實型混合料在積水增加的道路上行駛更具有安全性。

2.4 高溫、高濕影響分析

本節(jié)研究高溫、高濕耦合條件對抗滑性能的影響。在濕度為60 RH～90 RH、溫度為45 ℃、55 ℃的條件下，各類混合料的BPN值與溫度和濕度的關(guān)系如圖4所示。

由圖4可知，當溫度為45℃或55℃、濕度為60 RH～70 RH時，4種混合料的BPN值下降幅度均為1%～2%；濕度為80 RH～90 RH時，連續(xù)密級配混合料（AC-13、AC-16）的BPN值下降幅度為7%左右，而斷級配密實型混合料（SMA-13、SSAM-13）的BPN值下降3%～4%。比較圖1、圖2和圖4可知，當溫度為45℃時，濕度從60 RH增至90 RH的BPN值比上文小，其變化幅度和速率在相同變化范圍（60 RH～90 RH）內(nèi)均大于上文，表明高溫、高濕耦合條件下的影響大于單一條件。當濕度從80 RH增至90 RH時，溫度升高導(dǎo)致的抗滑性能下降幅度大于濕度升高導(dǎo)致的抗滑性能劣化程度。原因是溫度升高使路面的堆積水量不足，從而增強了儀器與路面接觸面間的潤滑作用，而且高溫會使瀝青路面軟化，進一步降低了BPN值，因此抗滑性能在高溫、高濕環(huán)境下持續(xù)劣化，使路面BPN值加劇衰減。

比較4種混合料的變化可知，斷級配密實型混合料在高溫、高濕環(huán)境下能保持較好的抗滑性能且其抗劣化能力也較強。

3 結(jié)語

為研究瀝青路面的抗滑性能影響因素，本文基于某高溫、高濕地區(qū)的道路工程，采用配合比試驗確定了AC-13、AC-16、SMA-13和SSAM-13這4種瀝青混合料的最佳配比，并對其進行了高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性評價。本文研究了溫度、濕度、積水量和高溫、高濕對4種混合料的抗滑性能影響，得出以下3個結(jié)論。1） 與連續(xù)密級配混合料（AC-13、AC-16）相比，摻入玄武巖（SMA-13）和鋼渣（SSAM-13）的斷級配密實型混合料的高溫穩(wěn)定性更好，但是其水穩(wěn)定性較差。2） 溫度升高使路面在濕度增加情況下的堆積水量不足，從而增強了儀器與路面接觸面間的潤滑作用，同時高溫會使瀝青路面軟化，高溫、高濕環(huán)境會使路面的抗滑性能大幅降低。3） 在高溫、高濕環(huán)境下，SMA-13與SSAM-13能保持較好的抗滑性能，并能減緩抗滑性能的劣化速度。

參考文獻

[1]鄭冬，錢振東，劉長波.多種氣候作用下環(huán)氧瀝青混凝土表面抗滑性能試驗研究[J].公路，2016，61（1）：1-5.

[2]孟勇軍，盧祖標，郭賀源，等.桂北地區(qū)凝冰瀝青路面抗滑性能分析[J].公路，2019，64（12）：10-14.

[3]胡力群，許松，徐峰，等.顆粒污染物對AC-13瀝青路面抗滑性能影響[J].大連理工大學(xué)學(xué)報，2021，61（2）：197-205.

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