环境因素对积沙沥青路面抗滑性能试验研究

王 勇，田 霜

对沥青道路路面抗滑性能造成影响的环境因素主要为积水、冰雪以及油污、轮胎屑、泥土等，在这些附着介质的影响下，轮胎与路表抗滑构造的接触受到不同程度的影响，导致路表抗滑构造不能充分发挥作用。Kuttesch J S［1］、Lindenmann H P［2］分别针对美国维吉尼亚州、瑞士公路雨天交通事故与路面抗滑系数开展调查，研究表明路面在雨天抗滑性能不足，交通事故率上升。Yaron R等［3］针对独特气候条件下以色列公路的抗滑性能实行长期观测，结果显示：随着旱季时间的延长，雨季第一场雨时路面的抗滑性能降低。李长城等［4］以0．05 mm的水膜厚度为界限对路表积水不同状态进行定义，大于该值时路表为潮湿状态，低于该值时路表为润滑状态。杨军等［5］对积水沥青路面抗滑性能进行了数值模拟。但汉成等［6］针对凝冰路面开展了轮胎－凝冰路面界面的摩擦机理及冰雪条件对轮胎－路面界面摩擦系数的影响机制研究。季天剑等［7］基于轮胎有限元模型分析了轮胎－路面界面发生部分滑水现象条件下路面抗滑性能参数附着系数的变化规律。姜利等［8］研究了车速、轮胎等因素对结冰路面抗滑性能的影响，并在从保障行车安全角度方面对结冰路面抗滑进行了数值模拟。曹平［9］选取了四种路面污染物，研究道路抗滑性能在潮湿以及干燥状况下受四种不同污染物的影响。肖鹏飞等［10］研究分析水泥混凝土路面在不同、油污、轮胎屑、泥土等路面附着物环境因素影响下的抗滑性能衰减规律。曹晓峰等［11］分析了柴油泄漏对沥青混凝土路面的长期影响研究。王勇等［12］研究了沥青混凝土路面构造深度随风积沙覆盖量的变化关系。目前的研究主要集中在不同介质物质对沥青路面抗滑性能的影响，较少考虑介质自身的湿度、环境温度、轴载作用次数等因素对沥青路面抗滑性能的影响。

本文基于积沙沥青路面抗滑性能试验研究的前期基础，进一步分析了风积沙与水分耦合、以及环境温度、荷载循环次数的作用下积沙沥青路面的抗滑性能的影响。

1 材料与方法

1．1 试验材料

本研究材料选用风积沙（取自阿拉尔—和田沙漠公路周边，其物理性质参数见表1）、SK90重交沥青、粗细集料、石灰石磨细矿粉、木质纤维素。

表1 风积沙的物理性质参数

1．2 沥青混合料配合比设计及制备

依据SMA－13型与AC－13型这2种沥青混合料不同级配抗滑性能的测定结果［13］，选择较为常用的AC－13型沥青混合料及其优选级配设计，如表2所示。

表2 AC－13型沥青混合料集料级配

本试验采用轮碾法制备沥青混合料车辙板试件［10］。积沙沥青混合料试件按照不同的风积沙覆盖量条件进行铺沙，以备后续试验使用。风积沙覆盖量选用 1．0 kg／m2和 2．0 kg／m2。

1．3 加速磨耗试验

本研究采用自行研制的室内加速磨耗仪对铺沙沥青混合料试件进行加速磨耗试验。试验加载次数为10 000次，施加荷载为0．7 MPa。加速磨耗试验结束后，使用毛刷去除沥青混合料试件表面浮沙，以便后续抗滑性能检测试验的开展。

1．4 抗滑性能检测试验

本研究采用摆式仪检测经过加速磨耗试验作用的积沙沥青混合料试件的摩擦摆值BFN和构造深度，试验取三份平行试样的平均值作为试件抗滑性能的最终结果。试验方案依据规范《公路路基路面现场测试规程》［14］（JTG E60—2008）中抗滑性能检测的相关要求进行；粗集料的磨光值并依据《公路工程集料试验规程》［15］（JTG E42—2005）中规定的方法对粗集料的磨光值进行测试。除特定温度研究试验外，试验温度为标准温度20℃。

2 试验结果分析

2．1 风积沙含水率对沥青路面抗滑性能的影响

为评价风积沙含水率对沥青路面抗滑性能的影响，风积沙覆盖量分别选取 1．0 kg／m2和 2．0 kg／m2，沥青混合料类型为AC－13型沥青混合料，通过先彻底烘干然后再加水的方法，将风积沙的含水率分别调节至 0．0%、0．5%、1．5%、2．0%和 3．0%，然后进行室内加速磨耗实验，最后检测试件抗滑性能。

加速磨耗前后AC－13型沥青混凝土的抗滑值、构造深度和回收粗集料磨光值等抗滑性能表征参数随风积沙含水率增加而发生的变化分别如表3、表4和表5所示。

表3 风积沙含水率对抗滑值（BPN）的影响

从表3中的数据可以看出，随着风积沙的含水率的增加，AC－13型沥青混合料的抗滑值随着风积沙含水率的增加呈现明显的增加趋势，表明增加风积沙的含水率可降低风积沙对沥青路面抗滑性能造成的负面影响。

表4 风积沙含水率对构造深度的影响

从表4中的数据可以看出，随着风积沙含水率的增加，AC－13型沥青混合料的构造深度不断增大，表明增加风积沙的含水率可降低风积沙对沥青路面抗滑性能造成的负面影响。

表5 积沙含水率对回收集料表面磨光值的影响

从表5的数据可以看出，随着风积沙含水率的增加，AC－13型沥青混合料回收集料的表面磨光值不断增大，表明增加风积沙的含水率可降低风积沙对沥青路面中粗集料表面微观纹理和形貌造成的破坏。

2．2 环境温度对积沙路面抗滑性能的影响

为评价环境温度对沥青路面抗滑性能的影响，本研究风积沙覆盖量条件选取1．0 kg／m2，沥青混合料类型为AC－13型沥青混合料，风积沙选择天然含水率风积沙，实验温度分别为25℃和60℃，进行变温加载实验之前，先将混合料试件置于烘箱中恒温至少4 h，然后进行室内加速磨耗实验，最后检测试件抗滑性能。加速磨耗前后AC－13型沥青混凝土的抗滑值、构造深度和回收粗集料磨光值等抗滑性能表征参数随实验温度发生的变化如表6所示。

表6 加载温度对积沙路面抗滑性能的影响

从表6中的数据可以看出，升高加载温度，沥青混合料的抗滑值、构造深度和回收粗集料表面磨光值均呈现增大的变化趋势，说明升高温度可降低风积沙对沥青路面抗滑性能造成的负面影响，这主要是因为温度升高之后，沥青路面中胶结料成分的塑性行为增强，其与风积沙之间在行车荷载作用下的摩擦行为减弱，由此降低了风积沙对沥青路面的摩擦，延缓了风积沙对于粗集料表面微观纹理和形貌的破坏，因此随着温度的升高，AC－13型沥青混合料的抗滑值、构造深度和回收粗集料表面磨光值均呈现增大的变化趋势。

2．3 荷载循环次数对积沙路面抗滑性能的影响

为评价环境温度对沥青路面抗滑性能的影响，本节以实际调查情况作为指导依据，风积沙覆盖量选取1．0 kg／m2，沥青混合料类型为 AC－13型沥青混合料，风积沙选择天然含水率风积沙，试验温度为25℃，室内加速磨耗试验施加荷载为0．7 MPa，循环次数分别为0次、10 000次和20 000次，最后检测试件抗滑性能。加速磨耗前后沥青混凝土的抗滑值、构造深度和回收粗集料磨光值等抗滑性能表征参数随实验温度发生的变化如表7所示。

表7 加载次数对积沙路面抗滑性能的影响

从表7中的数据可以看出，随着加速磨耗循环次数的增加，积沙沥青路面的抗滑性能衰减严重，以抗滑值为例，当循环次数由10 000次增加至20 000次时，抗滑值由 46减小至 22，降低的幅度高达52．2%，这主要可归因于在循环荷载加载次数增加的情况下，风积沙与路面表层的摩擦作用不断增强，因此路面抗滑性能受到的破坏也更严重，因此随着循环加载次数的增加，沥青混凝土的抗滑值、构造深度和回收粗集料磨光值等抗滑性能表征参数的衰减更为明显。

3 结 论

在前述研究基础上，进一步分析了风积沙与水分耦合、以及环境温度、荷载循环次数的作用下积沙沥青路面的抗滑性能的影响，研究结果显示：

（1）随着风积沙的含水率的增加，AC－13型沥青混合料的抗滑值随着风积沙含水率的增加呈现明显的增加趋势，表明增加风积沙的含水率可降低风积沙对沥青路面抗滑性能造成的负面影响。

（2）升高加载温度，沥青混合料的抗滑值、构造深度和回收粗集料表面磨光值均呈现增大的变化趋势，说明升高温度可降低风积沙对沥青路面抗滑性能造成的负面影响，这主要是因为温度升高之后，沥青路面中胶结料成分的塑性行为增强，其与风积沙之间在行车荷载作用下的摩擦行为减弱，由此降低了风积沙对沥青路面的摩擦，延缓了风积沙对粗集料表面微观纹理和形貌的破坏。

（3）循环荷载加载次数的增加使风积沙与路面表层的摩擦作用不断增强，路面抗滑性能受到的破坏越严重，因此随着循环加载次数的增加，沥青混凝土的抗滑值、构造深度和回收粗集料磨光值等抗滑性能表征参数衰减的更为明显。

［1］ Kuttesch J S．Quantifying the relationship between skid resistance and wet weather accidents for Virginia data［D］．America：the Virginia State University，2004，9：4-16．

［2］ Lindenmann H P．New findings regarding the significance of pavement skid resistance for road safety on swiss freeway［J］．Journal of Safety Research，2006，37（4）：395-400．

［3］ Yaron R，Nesiehi S．Alleviating the skid resistance problem：the Israeli experience［C］／／Proceedings of the First International Conference on Surface Friction for Roads and Runways，Christchurch Zealand，2005：135-145．

［4］ 李长城，刘小明，荣 建．不同路面状况对路面摩擦系数影响的试验研究［J］．公路交通科技，2010，27（12）：27-32．

［5］ 杨 军，王昊鹏，吴 琦．潮湿沥青路面抗滑性能数值模拟［J］．长安大学学报（自然科学版），2016，36（3）：25-31．

［6］ 但汉成，李 亮，刘 扬，等．潮湿山区路面凝冰机理及路面抗滑性研究综述［J］．武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2014，38（4）：719-723．

［7］ 季天剑，黄晓明，刘清泉．部分滑水对路面附着系数的影响［J］．交通运输工程学报，2003，3（4）：10-12．

［8］ 姜 利，刘建平．基于人－车－路虚拟试验的冰雪道路平曲线路段行车安全分析［J］．中外公路，2016，36（2）：327-331．

［9］ 曹 平．表面形貌与污染物对沥青路面抗滑性能影响的研究［D］．武汉：武汉理工大学，2009．

［10］ 肖鹏飞，韩 森，张 驰．环境因素对水泥混凝土路面抗滑性能影响的试验研究［J］．公路，2012（7）：246-249．

［11］ 曹晓峰，李 浩，李善强，等．柴油泄漏对沥青混凝土路面的长期影响研究［J］．公路，2016（5）：25-31．

［12］ 王 勇，高 丽．积沙沥青路面抗滑性能试验研究［J］．水利与建筑工程学报，2016，14（2）：198-201．

［13］ 中华人民共和国交通运输部．公路工程沥青及沥青混合料试验规程：JTG E20—2011［S］．北京：人民交通出版社，2011：189-200．

［14］ 中华人民共和国交通部．公路路基路面现场测试规程：JTG E60—2008［S］．北京：人民交通出版社，2008：90-101．

［15］ 中华人民共和国交通部．公路工程集料试验规程：JTG E42—2005［S］．北京：人民交通出版社，2005：55-61．