沥青路面抗滑性能衰变特点及影响因素研究

王海龙，曲笑佳，赵 伟

（烟台市牟平区地方公路建设养护中心，山东烟台 264000）

0 引言

随着国民经济的日渐发达，公路作为我国交通的基础实施，需求量越来越大。公路种类繁多，其中沥青路面因施工过程简便快捷、养护方便、行驶噪声振动低等突出优势被大众所青睐，现国内大部分高等级公路为沥青路面。但随着通车年限不断增加，沥青路面不断磨损，其抗滑性能逐渐衰变，直接威胁着行车安全。针对沥青路面抗滑性衰变易引起交通事故，部分公路未达到设计使用年限而因抗滑性不能满足行车需要的现状，本文对沥青路面的抗滑性能衰变特点及其影响因素进行深入探讨，以期增加路面的路面性能和使用寿命，提高车辆行驶的安全性，具有一定的经济和社会效益。

1 沥青路面的抗滑机理分析

1.1 路面构建特征

沥青路面的抗滑性能取决于路面的摩擦系数和构造深度。构造深度指的是一定面积的路表面凹凸不平的开口孔隙的平均深度，是路面粗糙度的重要指标，而摩擦系数是指路面的粗糙程度，根据对路面抗滑性能的影响将路面构造深度分为微观和宏观构造深度[1]，两者共同承担路面和轮胎间的附着力，微观构造还承担轮胎与路面之间的摩擦系数和抗滑横向力的系数。

微观构造[2]指的是沥青路面和车胎接触面的集料表层的微小凸起构造，其垂直方向的波长在0.01~0.2mm，水平方向的波长在0~5mm，集料间的间距越小，微小凸体的剑锋越尖锐，车胎与路面之间的附着力就越大，更能够保证行车安全。沥青路面微观构造的尖峰能够刺穿潮湿路面的水膜，提高轮胎和路面的摩擦力，防止车辆侧滑。尖峰值是用于评价潮湿沥青路面抗滑性的重要指标，最佳的尖峰值一般在0.01~0.1mm。宏观构造[3]指沥青路面的集料颗粒间的空隙程度及因此而产生的排水性能，垂直波长0.2~10mm，水平波长0.5~50mm可直观的表面纹理，直接反映路面的粗糙程度。沥青路面的宏观构造可减少道路表面积水，减少水雾形成，提高路面能见度，防止车辆侧滑等等交通事故[4]。

工程实践中，通过选择磨光值和冲击值高、磨耗值低的优质集料，高水平的施工工艺以及合理路面结构设计来优化沥青路面的宏观和微观构造深度，保证路面的抗滑性。

1.2 路面与轮胎的使用环境

沥青路面的抗滑性能与路面和轮胎间的摩擦系数息息相关，路面与车辆轮胎的使用环境会影响摩擦系数。我们知道沥青属于感温材料，温度和沥青路面的摩擦系数密切相关，高温天气，车辆反复作用于沥青路面，致使沥青路面与轮胎之间出现自由沥青产生泛油病害，容易导致高速行驶的车辆打滑，严重威胁行车安全。此外高温后导致沥青变软，轮胎荷载作用下会被软化后的沥青会填充路面集料的微观构造，微观构造减小，车辆轮胎与沥青路面间附着力降低。

路面潮湿积水产生的“水润滑作用”会降低车辆轮胎与沥青路面的摩擦系数，容易使车辆行驶过程中发生侧滑，诱发交通事故。而冬季路面积雪或结冰会导致路面纹理被破坏，轮胎与沥青路面的有效接触面积大幅度减少，抗滑系数远远低于干燥或潮湿地面，车辆制动或转弯时容易发生车辆侧翻、漂移、制动距离增加，严重影响行车安全。除此之外，路面的污染物如泥土、砂石、尤物等，也会减少路面和轮胎间的接触面积，降低摩擦系数。因此工程实践中为增强沥青路面的抗滑性能，保障行车安全应增加沥青路面构造深度，尽可能改善路面的粗糙程度，增加路面的排水能力。

2 沥青路面抗滑性能的衰变特点

沥青路面具备一定的抗滑能力是保证安全行车的基础，但随着时间的推移，车辆荷载以及降水、积雪、温度、污染物等环境因素、车辆本身或其他不可控因素的不断作用下，路面的抗滑指标在一段时期后会大幅度衰变。沥青路面抗滑性能的衰变过程一般历时较长，综合文献资料[5-9]，归纳其衰变规律特点。

2.1 影响因素众多

沥青路面在铺设完成后暴露于自然环境中，在车辆荷载、自然环境气候等综合因素的不断作用下，抗滑性能不断衰减，这是多种因素共同作用的复杂过程，主要因素为车辆自身因素、路面本体因素、气候环境因素以及其他外界因素等。①路面本体因素包含沥青路面的沥青和矿料等原材料、沥青混合料的级配、混合料的力学性能、体积特性及路面所处位置和线性等。②车辆本体因素包括车辆的类型、车胎的特性及行车的速度等，其中车胎的特性主要是由轮胎的类型、胎压、轮胎纹路以及轮胎胎面的完整度等部分构成。③气候环境因素主要是指季节温度变化和降雨影响。④其他外界因素主要是指积水、冰雪、尘土、油渍污染物等。

2.2 随时间变化且历时较长

沥青路面的抗滑性能的衰变是随着服役时间的延续而不断变化的长期过程，这种衰变是动态的，发生在路面的整个服务周期，室内模拟观察实验发现，在整个试验周期内，沥青混合料的摩擦系数的变化趋势是先增加后减小，最终均会趋于平稳。这一变化趋势主要是由于打磨的初期阶段路表面沥青膜的包裹作用，使得混合料的初期纹理构造模糊，致使初期的摩擦系数较小；而随着打磨的深入，表层的沥青膜被去除，沥青混合料的摩擦系数也会随之增大；但随着打磨作用的深入，设备对混合料不断进行磨光和磨耗，使得其摩擦系数逐渐减小并最终趋向稳定。

2.3 抗滑性能的评价标准普适性差

沥青路面的抗滑能力大小的常见检测方法主要有构造深度检测（激光法和铺砂法）、横向力系数检测以及摆式仪检测，各有优点，普适性较差。其中摆式仪监测法室内外均可使用，调试方便，操作简单，但是只能够定点测量，且速度慢误差大，又易受人为因素影响，重复性较差；构造深度测试速度较快，测量结果的重复性好，但是易影响交通，室外持续供电困难，容易受到天气的影响；而横向力系数检测法可连续检测，准确度高又不影响交通，但所需设备价格昂贵，难以在室内实现。

此外由于摩擦系数自身的条件限制性，使得不同测试环境所的结果差异性较大，这也导致各类评价标准的普适性差。检测的摩擦系数与路面的干湿状态和车速相关，不同指标检测所需要满足的要求不同就导致这各类参数相关性较差，难以有一种准确的方法将其进行统一。

2.4 室外现场调查法和室内模拟实验法的难以统一

沥青路面抗滑性能衰变规律的探索研究有两种方法，分别为室外现场调查法和室内模拟实验法。其中现场调查法是在实际行车环境下进行的，能够反映路面在各种因素综合作用下的实际衰变规律，缺点是耗资大，并且实际的气候环境条件等因素不可控制，获取完整数据耗时较久，一般可能需要2~5年。而室内试验法采用仿真原理，通过室内试验设备以点代面来模拟实际行车环境来进行抗滑性能衰变规律研究，相对现场调查耗资少，能够较好的控制影响因素，检测周期短等优势，但室内并不能很好的模拟现实行车过程中的复杂的环境和行车因素，所采取的数据存在一定误差。

3 沥青路面抗滑性能衰变影响因素

沥青路面抗滑性能是保障道路行车安全和道路服役性能的重要指标，直接影响交通安全，而路面抗滑性能的衰变是多个方面的因素综合作用导致的结果，是不可避免的。探索影响路面抗滑性能衰变的因素，总结影响规律，有助于预测沥青路面抗滑性能的衰减程度，延长沥青路面的服务年限。

3.1 路面构造深度

路面的宏观与微观构造深度很大程度上影响沥青路面的抗滑能力。路面的宏观构造主要影响车辆高速行驶过程中路面的抗滑能力，路面潮湿/积水时其抗滑性能随车辆行驶速度提高而下降的幅度。宏观构造反应路面集料间的空隙率和排水能力，一般用构造深度测试仪和人工铺砂法进行测定。宏观构造越大，高速行驶时车胎与沥青路面间的摩擦系数越大，抗滑性能越好。

沥青路面的微观构造主要影响车辆在不同的行驶速度下路面的抗滑性能，主要是低速，同时也决定着潮湿状况下沥青路面与车辆轮胎间的摩擦系数。因为路面潮湿，轮胎与路表面间会形成一层水膜，微观构造能够刺破水膜，使得车辆轮胎与路面直接接触，保证雨天的行车安全。路面的微观构造一般用石料的磨光值（PSV）来评定，磨光值与路面的微观构造、抗滑性能成正比，石料磨光值越大，路面的微观构造越大，路面的抗滑性能越好。

3.2 沥青的影响

沥青路面的抗滑能力受到沥青的用量和品质影响。沥青品质取决于其含蜡量和粘度，铺路时如采用的沥青粘度过低会使沥青和集料间的粘结力减小，车辆行驶过程中时路面溢出自由沥青产生泛油害病，致使行驶车辆发生打滑，影响行车的安全。沥青的含蜡量主要会改变沥青对温度的敏感性，沥青含蜡量过高，夏季高温天气沥青路表面易泛油，冬季低温天气路面易开裂，在车辆长期轴载作用下路面的骨料发生松动并脱落，严重影响路面的抗滑性能。

沥青掺量影响油膜厚度和构造深度，沥青用量过多会导致自由沥青在夏季高温天气极不稳定，骨料粘结力降低发生骨料滑移，车辆荷载作用下自由沥青溢出路面，形成沥青膜层，同时使得矿料颗粒间的流动性增大，路面的宏观构造深度与微观构造深度被破坏，降低其防滑性能，且易形成车辙。相反，沥青掺入量过少，集料表面包裹的沥青膜会变薄，矿料之间的粘结力减小，导致集料松散发生脱落等病害，降低沥青路面抗滑性能。研究表明混合料中沥青掺入量如果超过最佳掺入量的5%，就会影响路面的抗滑能力，因此施工时应按照国家规范要求，结合当地气候条件，根据工程实际确定的最佳掺量，提高沥青路面的抗滑性能。

3.3 集料的影响

集料在沥青混合料中所占比例最大，集料的磨光值、磨耗值、冲击值影响沥青路面的抗滑性能。道路投入使用的初期，路面的抗滑能力符合规范性能良好，随着车辆荷载及外界环境不断作用下，石料被磨损，路面构造深度变小，抗滑性能随之降低。磨光值决定了路面微观构造，用于评估石料抵抗磨光的能力，磨耗值和冲击值决定路面宏观构造和耐久性，用于综合评价石料抵抗冲击、摩擦及剪切能力的大小。因此为提高沥青路面的服役期限，应选择使用磨光值和冲击值较大而磨耗值较小的矿料。

3.4 矿料级配的影响

矿料级配影响沥青路面抗滑性能，合理的矿料级配可以增加路面集料的宏观构造深度，降低混合料间的空隙率，保证潮湿路面的排水性能。有研究发现矿料的质量和级配决定了沥青混凝土层的抗滑性能，合理的级配设计有利于沥青混合料形成骨架密实结构，提高沥青路面使用的耐久性能，能够一定程度上避免泛油、透水、车辙等路面病害的发生。因刺激在沥青路面铺设过程中，应根据当地特定的气候环境、交通量等选择合理的矿料级配设计，严格配比集料和矿粉，确定沥青最佳油石比，以保证沥青路面的抗滑性能。

3.5 交通轴载的影响

车辆行驶过程中，车胎与沥青路面间主要的作用力有4种，分别为范德华力、粘附力、胎面橡胶的弹性变形能力以及路面上小尺寸微凸体的微切削作用力。因此车胎在沥青路面滚动刹车引起接触面间不断摩擦、磨损，致使路面表面纹理衰减，交通量越大，路面的磨耗和冲击程度越严重，研究发现随着交通累计量增大沥青路面抗滑性能参数呈现先增大后减小最终趋于稳定的趋势。

3.6 其他因素

除以上多数五种影响因素外，沥青路面抗滑性能衰变的影响因素还包括车辆轮胎特性的影响（如轮胎结构类型、胎面花纹、充气压力等），气候、环境条件（气候、季节、环境、温度等），路面污染物（工业粉尘、路肩黏土、车辆泄漏的油污等），施工质量因素（施工质量不达标、施工流程不符合规范）等等，所以沥青路面抗滑性能的衰变过程实际上是一个由多种因素共同决定和影响的复杂过程

4 结语

近年来，沥青在公路建设施工中得到了广泛应用，沥青路面的抗滑性能和车辆行车安全息息相关，研究沥青路面抗滑性能的影响因素和衰减规律是非常必要且重要的。掌握沥青路面服役周期内抗滑性能的衰变规律及影响因素，了解路面抗滑指标在使用不同使用阶段的变化情况，对降低交通事故发生率，提高道路服役性能具有重要价值。