干线公路沥青路面抗滑表层的试验研究

摘 要：在分析了沥青路面抗滑性能影响因素的基础上，对不同类型混合料的表面层进行了抗滑性能的比较，并对不同的抗滑性能检测方法进行了评价分析。得出结论表明，SMA混合料表现出了最优的抗滑性能。构造深度和Griptester测试方法具有较好的相关性，可以作为抗滑性能的评定标准，但摆式仪测试方法不适用于评价SMA等粗构造的路面类型。

关键词：沥青路面；抗滑表层；试验研究

前言

沥青路面的抗滑性能关系到行车的安全性，是路面最重要的使用性能之一，关系到道路使用者的人身安全问题，因此应予以充分关注。研究表明，影响行车安全的主要因素有人、车、道路、气候、环境等，其中路面抗滑性能在保证行车安全中起着非常重要的作用，因此， 修建抗滑表层已经成为目前减少高速公路交通事故的有效措施之一。

目前，江苏省干线公路沥青路面表面层多采用规范的AC型混合料，该种级配类型为骨架悬浮密实型沥青混凝土，表现为细集料相对较多，构造深度较小，抗滑衰减很快，尤其是雨天行车时不能提供足够的抗滑性能。因此，有必要根据目前干线公路抗滑性不足的情况，开展对其他混合料类型抗滑表层的试验研究。

1 沥青路面抗滑性能影响因素分析

路面抗滑性能受多种因素的影响，其中主要有沥青特性、混合料组成、施工工艺和质量、路面潮湿程度、温度变化、自然环境、交通荷载及滑溜性污染等。因此，要使路面具有良好而持久的抗滑性能，应从各个方面设法提高路面的微观构造和宏观构造，并保证其具有较慢的衰减速度。影响路面抗滑性能因素主要包括：

1.1 沥青路面表层结构类型

沥青路面表层结构类型、级配和最大粒径影响路面的宏观构造。公路交通事故中，雨天发生的事故所占比率很高，一般达到40% ～50%，这些都是因为雨水在路表面积聚，形成水膜，使路面抗滑能力大幅度下降，事故率上升。而构造深度较大的路面结构，例如SMA、OGFC等，则可以迅速排除轮胎与路面之间的水，保证较好的抗滑性能。同时，粒径较大、级配较粗的混合料也可以提供更大的构造深度。

1.2 集料性质

路面经过一段时间交通和大气的作用，路表被结合料包裹的集料表面就裸露出来，其中大部分是粗集料。良好抗滑性能的粗集料应具备：粗糙的表面、尖锐的棱角及抗磨光性。磨光值高的石料，在轮胎长期作用下，能长时间保持其粗糙的微观构造，保持路面有较大的湿抗滑力。

（1）矿料品质。抗滑表层所用石料的性质特别是其耐磨性对路面抗滑性能有明显的影响。《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006） 对沥青路面抗滑表层所采用的集料的磨光值、磨耗值和冲击值都作出了规定。对磨光值的要求主要是从保证路面微观结构具有良好耐久性出发的，对磨耗值和冲击值的要求在于保证路面宏观构造的耐久性。

（2）沥青品质和用量。沥青的品质和用量是影响沥青路面抗滑性能的又一个主要因素。沥青的稠度、油石比大小等决定着沥青混合料的整体特性。一般沥青稠度较大，沥青用量偏多时，路面摩阻系数越小，抗滑性能降低。

（3）矿料级配。路面宏观构造水平主要取决于面层材料的级配。集料的级配类型影响着集料的裸露程度、尺寸大小、相互间距，从而影响路面摩擦系数的大小。选用粗料偏多的矿料级配类型已经成为提高抗滑性的关键手段，粗集料的比例越高，构造深度的增长幅度越大，路面的抗滑性能越好。

1.3 施工工艺和质量

沥青混凝土的拌和、摊铺、碾压、成型等决定着路面构造的形成。另外，由于设计和施工质量不好而导致的后期压密、泛油等病害会使路面严重丧失构造深度，抗滑性能大幅度衰减。另外研究表明，沥青用量对抗滑性的影响相当敏感，当沥青用量超过最佳用量0.5% 时就会导致抗滑系数的明显降低，因此，在实际的施工工程中应严格控制沥青用量，并加强对混合料拌合均匀性的控制。

1.4 温度变化

根据观测试验资料表明，路面根据季节变化，抗滑性能有着一定的规律，即摩擦系数冬高夏低，春秋居中，摩擦系数的最低值出现在6月～7月。

1.5 交通荷载

交通荷载对路面抗滑性能的影响主要有三个方面：一是磨光作用，使微观构造衰减，糙面变光；二是磨耗作用，使宏观构造衰减，粗面变细；三是压密作用，由于后期压密，导致残余空隙率减小，表面构造深度减小，如果轮迹带出现泛油，更会大幅度降低路面的抗滑性能。一般来说新建路面的抗滑能力都能满足要求，正是由于交通荷载的这种磨光、磨耗和压密作用才使得路面抗滑性越来越差。

1.6 滑溜性污染

滑溜性污染指粘土等污染物被带上路面致使路面抗滑性能大幅度降低而影响行车安全。污染源主要有：泥土（尤其是粘性土）、油料滴漏、橡胶粉末积聚和工业粉尘（如粉煤灰、煤粉等）。

除以上各种主要因素之外，自然环境（如霜冻、酸雨、老化、阳光辐射等）也影响着路面抗滑性能。

2 抗滑瀝青路面试验路方案

2.1 试验路概况

由于不同的级配类型对表面层抗滑性能有显著的影响，铺筑了不同级配类型的抗滑表层试验路。用于在相同的交通荷载和环境条件下，比较不同抗滑表层的试验性能。试验路中所用的石料类型均为江苏省上面层常用的玄武岩。试验路方案见表2-1。

3 试验路观测及数据分析

路面抗滑性能测定最初是根据物理摩擦力学的概念进行研究的，涉及车辆轮胎与路面材料之间的摩擦力学作用和其它影响因素的分析。发达国家（如英国）在20世纪20年代末就开始公路路面防滑的研究，经过近70年的发展，目前世界各国已存在多种路面抗滑能力的测试设备。根据测试原理和测试方式，抗滑性能测试主要的方法有：制动距离法、构造深度测试法（手工铺砂法、电动铺砂法、激光构造深度仪法）、摆式仪法、摩擦系数测试（Griptester）、横向力系数测试等。

试验路通车一年后，课题组分别采用了摆式仪、摩擦系数测试仪（Griptester）以及构造深度法对试验路不同结构类型进行了抗滑性能检测，具体检测数据见表3-1。其中，摆式仪和构造深度为同时检测，先进行构造深度试验，再进行摆值的测定，以便于对比分析。

3.1表面层抗滑性能比较

为了判断各种表面层抗滑性能，对行车道几种抗滑性能试验结果进行分析，见图3-1。图3-1中为了便于分析，使三种试验结果属于同一数量级，Griptester和摆式仪的试验结果分别采用10×GN值和0.1×BPN。Griptester（GN值）和摆式仪（BPN）不同车道测试结果比较见图3-2和图3-3。

从图3-1可以看出，不同检测方式对于抗滑性能的优劣顺序的评价是不同的。不同测试方法对各种面层抗滑性能优劣性的评价见表3-2。

从左幅的优劣性排序来看，Griptester和构造深度的顺序是完全一致的，其结果反映了各级配类型对抗滑性能的影响，SMA混合料级配类型表现出了较好的抗滑性能，即SMA>Sup13>AC13。从摆式仪的评价结论來看，其结果则与其余两种方法差别较大。左幅比较路段AC13I的摆值最大，且优于SMA，而SMA的摆值则与Sup13基本相当。

从右幅的优劣性排序来看，Griptester和构造深度的顺序并不是完全一致的，这主要是表观状况有所差异。SMA13的抗滑性能与左幅一样，仍然有很明显的优势，右幅的Griptester和构造深度检测结果也明显的反映了这一点。对于摆式仪的检测结果，与左幅一样，右幅比较路段AC13的摆值最大，且优于SMA，而SMA的摆值则与Sup13基本相当。

图3-2与图3-3表明，行车道上无论是Griptester GN值检测结果，还是摆值，与进行的超车道和路肩侧检测相比，行车道的抗滑性能均出现了一定的衰减。说明试验段经过一年的运营，行车道的抗滑性能受到了行车荷载的影响。但Griptester GN值也反映出，SMA13混合料表现出了良好的抗滑性，其抗滑性能衰减最小。

3.2 抗滑性能检测方法相关性分析

试验路表观情况及构造深度结果来看，SMA表面最为粗糙，构造深度最大，AC13I表面比较光滑，构造深度最小。但表3-1摆值的检测结果表明，比较路段AC13的抗滑性优于SMA13，优于Sup13，和构造深度却得出了不同的结论。

由于不同检测方式对于抗滑性能的优劣顺序的评价是不同的，对采用的三种检测方式的相关性进行了分析。具体见图3-4、图3-5与图3-6。

根据试验段的检测数据分析，由图可见，在使用相同的沥青和集料的情况下，Griptester和构造深度有一定的相关性，按二项式关系回归，相关性系数R2=0.7293；而摆式仪的检测结果与Griptester和构造深度的相关性均较差。

分析认为，主要原因在于三者的检测原理不同，Griptester的检测结果比构造深度和摆式仪都更加全面的反映了路面的抗滑性能。Griptester和构造深度有一定的相关性，但并不代表构造深度能代替Griptester，可能的原因在于试验段各种表层均采用了相同的集料和沥青（SMA除外）。

从摆式仪的检测原理来讲，摆值反映的主要是路面微观构造对抗滑的贡献，与其他沥青混合料相比，SMA虽然表面粗糙，构造深度大，但沥青用量较大，沥青膜较厚，且接触面相对较小，因此摆值较小。而Griptester综合反映了微观构造和宏观构造的影响，模拟了路面刹车的实际情况。根据Griptester的检测结果，SMA具有较好的抗滑性能。因此可以得出结论，摆式仪并不适合于评价类似于SMA这种粗构造的沥青路面的抗滑性能。

4 结语

（1）级配类型对于抗滑性能有较大的影响，通过试验路研究表明，SMA13和Sup13的抗滑性能均优于规范的AC13，其中SMA13混合料表现出了最优的抗滑性能。

我国的公路工作者在引进SMA 的过程中做了大量的尝试和试验，力图开发出一整套适合我国情况的SMA 技术。从1993年第一条采用SMA 的广佛高速公路（ 采用了奥地利的PE 改性沥青） 建成至今，我国已经修建了大量的SMA 试验段和生产路段，但调查结果显示，虽然新修SMA 路面各项性能良好，但经过一定时间的行车碾压，不同程度的都出现了泛油发亮、粗糙度降低及变形开裂等现象，有的道路修建时间不长，便不得不大面积修补甚至罩面。这与我国传统工艺加工的集料规则性差，针片状含量过高及施工中集料离析等情况有关； 欧洲的加工集料多为立方体，他们的规范也是建立在立方体集料的基础之上的。该路面形式在我国有待于进一步的试验研究。

（2）根据对试验路抗滑性能测试方法的研究，摆式仪测定的摩擦值不能很好的代表高速情况下的路面摩擦性能，建议采用构造深度和Griptester作为抗滑性能的评定标准。摆式仪的操作较简便，反映了路面微观构造对于路面抗滑性能的影响，可以作为沥青路面抗滑性能的辅助性指标，但不适用于评价SMA等粗构造的路面类型。

参考文献

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[2]JTJ 059-95，公路路基路面现场测试规程[S].

[3]贾永新，高速公路沥青路面抗滑性能影响因素分析[J]《北方交通》 2009年04期。

[4]沈鹃，沥青路面抗滑表层研究综述[J]河北交通科技2008年6月第五卷第二期。

作者简介

韩昊平（1985—）男，江苏省交通科学研究院股份有限公司。