影响沥青路面抗滑性能因素的研究

周磊

(乌鲁木齐绕城高速湖南代指挥部,新疆乌鲁木齐 830000)



影响沥青路面抗滑性能因素的研究

周磊

(乌鲁木齐绕城高速湖南代指挥部,新疆乌鲁木齐 830000)

摘要:沥青路面的抗滑性能是影响车辆安全行驶的关键性因素之一。文中根据多年工程检测实践,对不同路表材料及路表状况进行检测分析,找出影响路面抗滑性能的关键因素,为提高路面的行驶安全性提供参考。

关键词:公路;沥青路面;抗滑性能;路表状况

国内外对沥青路面抗滑性能的研究主要考虑上面层或磨耗层的抗滑系数。但在实际工程中,抗滑性能不仅与路表层材料有关,还与路面状况如路面洁净程度、下雨时水膜厚度、冰冻状态及路表温度等有关。该文将针对这些影响路面抗滑性能的因素进行试验分析,为沥青路面抗滑性能设计、施工及养护提供参考。

1 路表构造对抗滑性能的影响

首先对不同路段沥青路面的构造深度和横向力系数进行测试,根据测试结果按照粗细构造分类标准进行分类。由于轮胎面的附着力主要由细构造提供,粗构造主要是在路表存在水膜时提供一些通道而使水从轮胎与路面接触的部位迅速排出。粗构造用构造深度表征,若构造深度大于0.5 mm,则认为粗构造处于粗糙状态。细构造用横向力系数表征,若横向力系数大于50,则认为细构造粗糙。

利用摩擦系数车在不同车速下进行检测,得到路面摩擦系数(见图1)。

图1 不同路面构造下的摩擦系数

从图1可以看出:在不同路面构造状态下得到的摩擦系数不同,A型与B型、C型与D型差异较明显,都是粗构造存在差异,说明路面结构影响摩擦系数的主要因素是粗构造。随着车速的增加,A型的摩擦系数下降不明显,而D型车速增加1倍其摩擦系数降低近1倍。

2 路面洁净程度对抗滑性能的影响

中国不管是高速公路还是其他等级公路,在环保方面都存在一些问题。很多车辆携带或撒落砂土,对路面表面构造造成一定影响。在干燥路面状态、25℃条件下,利用摆式仪检测路表砂粒量对路面摩擦系数的影响,结果见图2。

图2 路面洁净程度对摩擦系数影响

从图2可以看出:路面的砂含量对路面摩擦系数的影响较大,对不同路面结构的影响存在一定差异。砂含量较少时,砂填充沥青混合料表面的空隙,使摩擦系数降低较大。随着其含量的增加,存在多余的砂,这些砂能提高路表的摩擦系数。但超过一定量后,路表摩擦系数下降,这主要是由于过多的砂粒在路表形成一个相对不稳定的夹层。不同类型沥青路面摩擦系数变化的转折点有差异,但规律一致。因此,不管是从抗滑角度来讲,还是为保证路面耐久使用,都要避免砂土覆盖。

3 测试时路面温度对摩擦系数的影响

按照规范要求分别成型AC-16、SMA-16及OGFC-13试件,放入不同温度控制箱中,利用摆式摩擦仪测试试件在-20～40℃时的摆值,然后通过回归曲线转换成相应的路面摩擦系数(见图3)。

图3 不同温度下沥青路面的摩擦系数

从图3可看出:3种类型沥青路面在不同温度下的摩擦系数的变化规律基本一致,基本上分为3个阶段:1)温度较低时(-20～-5℃),摩擦系数值随着温度升高而降低。究其原因,温度过低时,混合料试件表面与空气中水分形成薄霜,摆式仪的橡胶与试件接触时,由于试件温度过低使橡胶温度急速降低而使其脆性增加,摆式仪橡胶与沥青混合料的摩擦力增大,得到的摆值较大;温度升高时,试件与摆式仪温差降低,得到的摆值逐渐降低。2)-5 ～25℃时,温度升高,摩擦系数增大。3)25℃时摩擦系数出现峰值,温度再升高则摩擦系数降低,但降低幅度不是很显著。其主要原因是沥青在高温条件下软化,使摆式仪橡胶与沥青混合料的摩擦力下降。

4 路表水膜厚度对摩擦系数的影响

据统计,下雨天交通事故比平时多52%。这一方面与行车视距有关,另一方面,由于雨天沥青路面排水不及时而使路表水膜较厚,影响了路面的抗滑性能。对不同路面类型下不同水膜厚度进行模拟试验,得到水膜厚度对摩擦系数的影响(见图4)。

从图4可以看出:不同的路面随着水膜厚度的增加,路表摩擦系数下降。对于AC-16和SMA路面,水膜厚度小于0.05 mm时,其摩擦系数下降显著;OGFC路面摩擦系数则在0～0.1 mm时下降较明显。当水膜厚度超过一定值(0.2 mm)时,虽然摩擦系数下降,但不是很明显。在相同水膜厚度条件下,OGFC路面的抗滑性能优于其他两类路面。

图4 不同水膜厚度对沥青路面摩擦系数的影响

路面处于干燥状态时,受水的影响,形成很薄的水层,该水层对路表的空隙进行填充,在轮胎和路面之间产生一定的润滑效果,同时还存在一定的空隙,轮胎不能形成很大的压应力将水排开,因而在这个过程中摩擦系数降低较快。但随着水膜的增厚,这种影响降低。OGFC由于其排水能力较好,水膜厚度小于0.1 mm时摩擦系数降低,但其摩擦系数明显高于其他类型沥青路面。

5 路面冰冻对摩擦系数的影响

对AC-16、SMA-16、OGFC-13表面喷水冰冻,在-10℃条件下测定无冰、冰全部覆盖和部分冰覆盖(试件50%左右棱角突出,没有覆盖冰层)时路面的抗滑值BPN,通过回归关系得到其摩擦系数。结果见表1。

表1 不同冰冻条件下路面的摩擦系数

从表1可以看出:随着冰冻的加深,3种路面的摩擦系数都降低,与正常条件下相比,路面抗滑性能基本上都降低50%,这是对路面安全性能的致命危害。3种路面中,OGFC在冰冻条件下的抗滑性能最不理想。

6 结论

在表层材料粗细构造时加速行驶、路面覆盖部分冰层、路表粗构造填充较多的砂时路面抗滑性能下降50%左右;水膜厚度对抗滑性能的影响较大,当水膜厚度达到0.2 mm时其抗滑性能基本保持稳定;温度对抗滑性能的影响不是很显著。可通过铺筑粗、细构造都粗糙的沥青混合料、保证路表洁净等措施提高路面的抗滑性能;对于冰冻,则可采取限制交通、限制车速等措施。

参考文献:

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收稿日期:2015-08-26

中图分类号:U416.217

文献标志码:A

文章编号:1671-2668(2016)02-0096-02