高溫高濕對瀝青路面抗滑性能的影響

摘要 為了提高瀝青路面在不利氣候條件下的交通安全性，該研究設(shè)計了一系列的溫度、濕度梯度試驗及不同積水條件下的瀝青路面滑動摩擦測試，深入探討了溫度、濕度以及積水條件下瀝青路面抗滑性能的變化規(guī)律。研究結(jié)果顯示：溫度升高和濕度增加均會導(dǎo)致瀝青路面擺值降低，其中高溫對瀝青材料的軟化作用和濕度對水膜形成的促進作用是主要影響因素；積水條件下，瀝青路面的抗滑性能進一步降低，尤其是在積水初期，擺值下降幅度更為顯著；骨架密實結(jié)構(gòu)的SMA-13混合料比密級配瀝青混合料在高溫高濕環(huán)境具有更好的抗滑性能。

關(guān)鍵詞 溫度；濕度；瀝青路面；抗滑性能；擺值

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0040-03

0 引言

瀝青路面的抗滑性能是保證行車安全的關(guān)鍵因素之一，直接關(guān)系到車輛的操控性和緊急制動性能[1-3]。然而，路面的抗滑表現(xiàn)在很大程度上受環(huán)境因素的影響，在高溫高濕條件下，路面水膜的形成及瀝青混合料的軟化會顯著降低摩擦系數(shù)，從而影響路面的抗滑性[4]。此外，高溫高濕條件還可能加速路面材料的老化過程，進一步降低其長期穩(wěn)定性能[5，6]。因此，研究高溫高濕條件對瀝青路面抗滑性能的影響對于設(shè)計更耐久、更安全的交通基礎(chǔ)設(shè)施具有重要意義。盡管已有研究探討了環(huán)境因素對瀝青路面性能的影響，但針對高溫高濕條件下抗滑性能變化的分析仍相對有限。鑒于此，該研究旨在通過系統(tǒng)的實驗和理論分析，探討在極端氣候條件下瀝青路面抗滑性能的變化機理，為改善和提升瀝青路面的設(shè)計和維護策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 原材料與試驗方案

1.1 原材料

（1）基質(zhì)瀝青。

瀝青采用70#道路石油瀝青，其技術(shù)指標見表1。

（2）粗集料。

粗集料采用石灰?guī)r碎石，其技術(shù)指標見表2。

（3）細集料。

細集料采用石灰?guī)r現(xiàn)場加工而成的機制砂，其技術(shù)指標見表3。

（4）礦粉。

礦粉采用石灰石自制磨制的礦粉，其技術(shù)指標見表4。

1.2 級配

該研究所用礦料級配見表5。

1.3 試驗方案

為了全面評估溫度、濕度、積水量以及高溫高濕條件下對瀝青路面擺值的影響，該研究設(shè)計一系列試驗，系統(tǒng)地分析這些因素在單獨及共同作用下瀝青路面的抗滑性能。

（1）研究不同溫度條件下瀝青路面擺值的變化，在恒定濕度（40% RH）下，溫度擬選擇如10℃、20℃、30℃、40℃、50℃，在每個溫度下測量瀝青路面擺值。

（2）研究不同濕度條件下瀝青路面擺值的變化，在恒定溫度（20℃）下，環(huán)境濕度擬選擇40 RH、50 RH、60 RH、70 RH、80 RH、90 RH、100 RH，測量不同濕度條件下的擺值。

（3）研究積水量對瀝青路面擺值的影響，以模擬雨水積聚后的路面性能。

積水量擬選擇0 mL、10 mL、20 mL、30 mL、40 mL，測量擺值。

（4）綜合分析高溫高濕對瀝青路面擺值的影響，模擬極端氣候條件下的路面性能，溫度擬選擇40℃、50℃，濕度擬選擇70 RH、80 RH、90 RH、100 RH，測量瀝青路面的擺值。

1.4 試驗方法

（1）試件制備：采用輪碾儀制備瀝青混合料車轍板試件，車轍板尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，每組試驗需制備至少3個試件，瀝青混合料密度2.6 g/cm3。

（2）環(huán)境控制：使用恒溫恒濕環(huán)境箱，拌和溫度為150℃，成形后試件需在室溫（25±2℃）條件下養(yǎng)護24 h以上。

（3）擺值測量：將試件置于規(guī)定溫度、濕度條件下的環(huán)境箱中2 h后取出，采用標準的擺式摩擦儀進行擺值的測量。

2 單因素作用下路面抗滑性能

2.1 溫度對路面抗滑性能的影響

在高溫條件下，瀝青混合料的物理性質(zhì)發(fā)生顯著變化，這加速瀝青的老化過程，使材料變硬和脆化，老化效應(yīng)在長期作用下會影響路面的摩擦性能和耐久性，導(dǎo)致抗滑性能下降。研究溫度對瀝青路面抗滑性能的影響，試驗結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著溫度升高，瀝青路面擺值的線性呈下降趨勢，原因在于溫度升高使瀝青變得更加柔軟，導(dǎo)致混合料整體的硬度下降，這種軟化作用一方面減少了路面與擺錘之間的機械嵌擠和摩擦作用，另一方面瀝青的流動性增加填充了路面的微觀紋理，從而影響瀝青表面的粗糙度，使瀝青路表變得更光滑。此外，長期的高溫條件還會加速瀝青的老化，導(dǎo)致瀝青混合料變硬和脆化，這種老化雖然可能在一定程度上提高初期的抗滑性能，但隨著時間的推移，老化導(dǎo)致的裂紋和表面破損會嚴重降低路面摩擦系數(shù)和耐久性。除此之外，SMA-13由于其高骨料含量、粗骨料框架結(jié)構(gòu)及增強的瀝青漿料含量的使用，在高溫條件下表現(xiàn)出更好的抗滑性能。

2.2 濕度對路面抗滑性能的影響

濕度是影響瀝青路面抗滑性能的關(guān)鍵環(huán)境因素，其通過改變表面水膜的形成和特性，直接影響路面與輪胎的摩擦系數(shù)。該文研究濕度對瀝青路面抗滑性能的影響，試驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，濕度增加對瀝青路面抗滑性能的影響主要體現(xiàn)在水膜的形成和集料的潮濕效應(yīng)。濕度的增加對瀝青路面的抗滑性能有著顯著的影響，抗滑性能下降規(guī)律呈S形趨勢。這一現(xiàn)象反映了隨著濕度的升高，瀝青路面表面特性如何逐漸變化，進而影響到路面的抗滑性。在初始階段，濕度的增加對瀝青路面的抗滑性能影響較小，這可能是因為瀝青表面的粗糙度足以提供初始的防滑力。然而，隨著濕度繼續(xù)上升，路面的水膜厚度增加，水膜的存在導(dǎo)致輪胎與路面之間的接觸效果減弱，降低了摩擦系數(shù)，抗滑性能開始迅速下降。此外，路面上的水分可能會滲透到瀝青層中，改變其質(zhì)地和結(jié)構(gòu)，進一步降低抗滑性。當濕度達到一定程度后，瀝青路面的抗滑性能下降趨于平緩。這可能是因為在高濕度環(huán)境下，路面和輪胎之間形成了一層穩(wěn)定的水膜，其抗滑性表現(xiàn)受限于這一穩(wěn)定狀態(tài)，不再隨濕度的微小變化而顯著變化。SMA-13良好的構(gòu)造深度可顯著提高路面在高濕條件下的抗滑性能。

2.3 積水量對路面抗滑性能的影響

積水量對瀝青路面抗滑性能的影響顯著，尤其在多雨季節(jié)或易積水的路段，其對行車安全的潛在威脅不容忽視，這主要是因為積水在路面上形成的水層改變了輪胎與路面之間的摩擦條件。因此，該文研究積水量對瀝青路面抗滑性能的影響，試驗結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨著積水量的增大，瀝青路面擺值先迅速下降后趨于穩(wěn)定。這是因為在積水初期，水分開始填充路面的微小裂縫和空隙，減少了輪胎與路面的直接接觸面積，輪胎與路面接觸的主要部分變成了水，由于水的潤滑作用，輪胎與路面之間的摩擦力減小，導(dǎo)致路面的摩擦系數(shù)迅速下降。然而，當積水量達到一定水平后，瀝青路面的擺值下降趨于穩(wěn)定。這是因為一旦路面上形成了連續(xù)的水層，輪胎與路面之間的接觸已經(jīng)完全由這層水介導(dǎo)，此時擺值的進一步下降受到限制。即便如此，較低的擺值仍然揭示了在濕滑條件下行車的潛在風(fēng)險。

3 溫度、濕度綜合作用下路面抗滑性能

溫度和濕度的綜合作用對瀝青路面的抗滑性能具有顯著的負面影響，這種影響在極端氣候條件下尤為明顯，其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在二者對路面材料和水膜形成的雙重作用上。因此，該文研究溫度、濕度綜合作用對瀝青路面抗滑性能的影響，試驗結(jié)果如圖3所示。

由圖4可知，在高溫條件下，瀝青混合料的擺值隨濕度增加呈現(xiàn)出線性下降的趨勢，特別是在50℃時，這種下降的斜率更為顯著，反映了高溫加劇了濕度對瀝青混合料抗滑性能的負面影響。分析原因可知，隨著濕度的增加，水分在瀝青表面形成的薄膜降低了輪胎與路面之間的直接接觸，從而減少靜摩擦系數(shù)，導(dǎo)致擺值下降，此時在50℃的高溫下，瀝青的熱軟化點降低，進一步增加了路面變形的可能性，同時也使得瀝青更易于吸收水分，加劇了濕度對擺值的影響。

4 結(jié)論

該文深入探討了溫度、濕度以及積水條件下瀝青路面抗滑性能的變化規(guī)律，主要結(jié)論如下：

（1）溫度升高和濕度增加均會導(dǎo)致瀝青路面擺值降低，瀝青路面擺值隨溫度增大呈線性下降趨勢，隨濕度增大呈S形下降趨勢，其中高溫對瀝青材料的軟化作用和濕度對水膜形成的促進作用是主要影響因素；

（2）隨著積水量的增大，瀝青路面擺值先迅速下降后趨于穩(wěn)定，可見一旦路面上形成了連續(xù)的水層，輪胎與路面之間的接觸已經(jīng)完全由這層水介導(dǎo)，此時擺值的進一步下降受到限制；

（3）相比于AC-13和AC-16，SMA-13在高溫高濕及積水條件下具有更好的抗滑性能。原因在于SMA-13通過優(yōu)化排水性和減少水膜形成，增強了在濕滑路面條件下的安全性。盡管SMA-13的成本可能略高，但其在極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)，特別是在保障行車安全方面的優(yōu)勢，使其成為重載交通路段和易積水區(qū)域的理想選擇。

參考文獻

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收稿日期：2024-08-06

作者簡介：曹方雷（1985—），男，本科，工程師，研究方向：瀝青在不利氣候條件下的運用。