高速公路沥青路面抗滑性能检测方法分析

广东省交通运输建设工程质量检测中心 / 许木照

引言

随着城市居民收入水平的提升，我国私家车占有量在近几年迎来了飞速增长态势，带来民生质量改善的同时，也给我国交通体系建设造成了一定压力。就高速公路沥青路面来看，不仅要路面整洁、光滑、无裂痕，还必须具备相当的防滑性能和抗疲劳性能，才能满足大流量、高频次的路表载荷冲击，保障出行者的生命财产安全。

一、高速公路沥青路面抗滑性能概述

车辆行驶过程中轮胎和路面之间会产生一定的摩擦阻力，抗滑性能就是用于描述这一阻力大小的参数，在既定速度和路面湿度条件下，可以间接反映车辆紧急制动后所滑出的距离，对于路面安全情况有重要的衡量评价作用。从项目管理角度看，抗滑性能还能客观反映路面耐用情况，权威试验表明，当该数值低于安全水准时，路面服务功能将迎来滑坡式下降。摩擦力系数能够较为直观地反映路面抗滑性能，但需要注意的是，该数值大小不仅取决于道路情况，还与车辆和天气状况有关。车辆轮胎花纹及尺寸都会对摩擦系数产生影响，实际操作时可以通过增大直径、缩小宽度来提升摩擦系数，同时车辆刹车情况与行车速度也会影响摩擦力系数。从季节天气角度来看，降雨过多时，会使路面出现水膜结构，水膜达到一定厚度后会使路面抗滑作用减弱，增加行车安全风险，因此抗滑防护时要注意从多角度配合考量。就道路本身来讲，路面抗滑性能首先会受到道路设计参数的影响，包含平、竖曲线设置、横坡度设置等；其次还会受到微观构造的制约，当公路集料表面构造波长在0.5mm以下，波幅在0.2mm以下时，抗滑性能可以得到显著提升；最后是宏观构造的影响，这一概念主要描述各种集料掺和后形成的粗纹理状态，当该构造波长维持在0.5至50mm之间，波幅维持在0.1至20mm区间内时，路面排水性能会得到提升，抗滑性能随之增加。

二、高速公路沥青路面抗滑性能检测方法

（一）横向力系数测试法

横向力系数测试法是以摩擦力系数原理为基础的测试方法，由于高速公路路拱等构造的制约，正常行驶的车辆制动时前后车轮受到的制动力并不相同，很容易使车辆受到横向力冲击，出现横向倾斜的现象，这也是侧向溜滑事故在我国频发的原因之一。因此，为了生动模拟高速行驶状态下路面抗滑性能对车辆的影响，国际道路会议组长采用SCRIM进行抗滑测试。该车辆上装备有测定轮，运转时与正常行驶方向呈20度夹角，当车辆以50km/h的速度前进时，就会产生一个垂直横向力，将之与轮荷载作比，即可得到横向力系数SFC。同时，该车辆中还配置有水箱和喷洒装置，可以对轮前方向30cm宽的距离内进行洒水作业，从而实现水膜厚度的控制，不仅可以最大限度降低测试对交通造成的不利影响，还可以模拟不同降雨环境中的抗滑情况。横向力系数测试法灵活性较高，可以在任意路段布置测点，使用时注意测定轮的设置要尽量保持在车道中心线0.6至1.4m以内的区域，车辆应按照标准速度行驶，对测量过程要进行动态监控，若发现里程桩号、分析数据等出现异常，要及时进行暂停和修正。注意对隧道、桥梁、特殊路面等进行数据区分，做好整合和记录，为后续分析使用奠定基础。

（二）间接测试法

间接测试法是通过测定路面构造深度与摩擦系数来评估抗滑性能的一类测试技术，常见的主要有铺砂法和激光构造仪测试法。前者最早来源于英国道路研究所，原理比较简单，操作起来方便快捷，首先需要准备一定体积的标准砂，将之均匀摊铺在待测路段上，再应用带有橡胶片的推平板进行推平作业，操作完成后会形成大面积的摊铺圆，将砂的体积与该圆面积作比，就可以得到路面构造深度数值。但实际应用时受人为操作影响较大，重现性也得不到保障，遇到潮湿天气还会延误检测进度，因此在我国并没有得到大规模推广应用。不过，近年来有国家用玻璃球代替砂实施铺设操作，可以在一定程度上规避上述弊端，提升重现性和准确度。激光构造仪测试法则利用了激光穿透性好、能量密度大的特点，借助专业仪器对沥青路面进行扫描，并得到路面宏观构造影响，以此为依据评价沥青路面抗滑性能。当前英国TRRL研制的小型激光设备应用较多，测定速度极快，结果满足重现需求，适用于多种环境条件下的测试场景，得到了我国交通运输部工程规范的肯定。

（三）能量损失法

能量损失法又叫摆式仪法，是建立在能量损失定律上的一种测试方式，仪器摆锤下端装设有橡胶片，摆锤从高处落下时，势能会转化为机械能，并在过程中克服摩擦力做功，此时根据摆锤位置损失与做功大小就可以推算出摩擦系数，并得到路面抗滑值Fb。该数值的大小与集料磨光值PSV息息相关，同时也与橡胶和沥青路面之间的接触面积有关，在集料相同的情况下，构造深度较大路面测得的摆值反而会偏小，在操作时要做好误差分析。摆式仪操作简单，测试成本较为低廉，但测试过程对路面温度要求较高，只有在20摄氏度以上的环境才能保障测定结果的准确性，当周围温度无法达到设定标准时，还必须进行数值修正，因此对测定人员专业性要求较高。同时，由于覆盖范围较小，使用摆式仪时一般会采用分段点测的方案，工作效率较受制约，因此在通车路面上适用性并不高，多见于沥青路面的竣工验收环节。

（四）制动距离法

制动距离法是一种模拟现实行车环境的测试方式，应用是需要先精准测量汽车质量，然后驾驶试验车辆在湿润路面上进行制动操作，并将多次试验中的制动距离进行整合、分析和计算，最终得出沥青路面摩擦系数。制动距离法在高速条件下精准度较高，但由于真实环境下很难保证车辆完全制动，高速环境危险系数也较高，因此并不适用于大多数沥青路面的抗滑性能检测，没有得到大面积的应用和推广。

三、高速公路沥青路面抗滑标准分析

抗滑标准是检测评价的重要指标依据，国外针对路面抗滑性能的标准制定最早可以追溯至20世纪初，我国相关研究起步则相对较晚，但也在逐步探索中取得了不少规范成果。《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ 032—94）中，重点关注了磨光值参数，要求该项数值必须大于42BPN。磨光值概念来源于英国TRRL，主要用于描述集料表面构造在车轮持续磨损下发生磨光的程度，试验采用了45mm宽的圆弧模具，将粗集料粘附在表面后形成单个试件，2个试件为标准集料制作，其余12个试件则为不同规格的对照组，将所有试件拼装在直径为400mm的钢轮上后，正式开始试验。试验过程主要是采用匀速持续转动，以及外压力施加的方式，使集料发生磨光，再借助摆式测仪进行摆值测定，最终用普通试件与标准试件之间摆值比例的52倍作为磨光值参数，简写为PSV，可以用于衡量石料抵抗磨光作用的标准。由于影响沥青路面摩擦力系数的因素较多，我国在2004年还对前述技术标准进行了修订，对不同雨量气候区进行了详细的磨光值规范，其中年降雨量大于1000mm的地区磨光值标准最高，为42BPN以上，干旱区则相对较低，大于等于36BPN即可。除磨光值外，构造深度、横向力系数等也是衡量沥青公路抗滑性能的重要指标，国家在《公路柔性路面设计规范》（JTJ 014—86）中对高速公路构造深度的标准规定为0.6至0.8mm，环境不良路段甚至达到了1.0至1.2mm。之后的设计规范文件又进一步对各项数值进行规范，现行竣工验收标准中，对横向力系数的最低值设定为54，摆值最小值设定为45BPN，构造深度则最终采用0.55mm的标准，为路面抗滑性能的提升制造了良好的政策环境。

四、提高沥青路面抗滑性能的措施途径

在交通压力倍增的新常态环境下，我国干线公路每天都承受着巨大的载荷冲击和磨损，据相关数据表明，有近一半的干线路面已经出现了明显的抗滑性能下降，摆值甚至可以降低至40BPN，还有70%左右的路面构造深度低于0.3，与竣工验收标准之间出现了较大偏差，行驶环境安全系数较低。因此，想要提升交通运输体系完善程度，优化交通环境质量，就必须探索和应用适宜的抗滑技术，并尽量延长抗滑设计的使用寿命，基于此，本文提出了以下几点对策建议：

（一）采用抗滑材料

沥青路面抗滑性能与集料构造息息相关，施工时应当尽量选用微观粗糙的石料，方便其穿透水膜与轮胎接触，增大潮湿天气下轮胎与路面之间的摩阻力，减少溜滑事故的发生。同时，沥青路面在使用中还会受到持续的载荷作用和车辆磨损，因此还应综合考虑骨料的耐磨度、粗糙度等数值，安山岩、花岗岩都是不错的选择。沥青材料的选择则要结合性能参数以及运行环境来完成，寒冷地区多采用AH120、AH90，温度较高的区域则多采用AH50、AH70等。

（二）加强施工过程控制

除原材料外，沥青路面抗滑性能受施工技术的影响也是非常大的，施工中应当严格控制路面平整度，做好压实和现场检测工作，提升行驶舒适度的同时，也能保证摩擦系数始终维持在稳定状态，减少交通事故的发生机率。其次，由于性质制约，沥青在遇到碱性石料时会呈现出较好的黏性，但酸性材料在抗滑性能上却有着更为出色的表现，施工时可以通过添加活性剂进行调和。沥青路面施工完成后要做好养护管理工作，初次投产前应当留出充足的养护时间，投产后也应当及时清理杂物，修补裂纹，可以采用乳化沥青稀浆层的方式进行处理，保障路面完整性。

五、结语

综上所述，高速公路沥青路面抗滑性能会受到气候、车辆以及道路本身质量等因素的影响，建设施工单位应当加强质量管控，根据不同运行条件对横向力系数测试法、能量损失法、制动距离法等进行合理选用，将磨光值、构造深度等参数控制在合理误差范围内，并采用抗滑性能较高的石料，科学设置混合料配比，全面提升高速公路抗滑性能，保障居民出行安全。