高速公路沥青路面抗滑表层的研究

2014-08-15葛丽静

黑龙江交通科技 2014年6期

关键词：摩阻微观集料

葛丽静

(石家庄鼎盛交通建设监理咨询有限公司)

1 沥青路面抗滑性能的研究

1.1 路面抗滑机理

(1)机械摩擦粘着理论

粘着摩理论认为，摩擦界面是塑性的、摩擦力是由摩擦面间的粘着和“犁沟”共同作用的结果。当一对摩擦面承受负载时，两个表面仅在显微凸起端部发生接触。由于实际接触面积很小，所以接触端部的压力很大，足以使端部发生塑性变形，进而接触面积不断增加，直到实际接触面积足以承载为止。由于接触区的粘着，要使粘着区被剪断，就需要一定的剪力，再由于摩擦面的表面的不光滑或硬的摩擦面对软的摩擦面产生相对滑动，会产生一种“犁沟”作用。

(2)粘着摩理论在路面上的运用

①路面摩阻的产生

路面摩阻在车辆和路面组成的一对摩擦面间产生的，由于车轮刚度较低，塑性变形一般较大，所以采用粘着摩擦理论解释路面与车轮间的摩阻现象合适的，但不同于一般的机械摩擦，机械摩擦接触面是单一的材料，路面的材料组成较复杂。摩擦力取决于车轮与石料的“犁沟”力、石料和粘结料的表面剪切强度。所以抗滑路面设计中选择材料时一般应选择具有棱、耐磨的石料以及较耐磨的粘结料。路面摩阻中的作用占有很在的比重，因而优质的路面应该是平整而粗糙。

②路面滑溜的产生

路面产生滑溜就路面本身来说，不外二种情况。路面被摩光和水的不利作用。由于车辆长期行驶于路面，路逐渐被磨光，磨平，使原来的路面与车轮的接触。当石料被磨光时，实际接触表面积变小，同时由于此时路面光滑，石料与车轮的“犁沟”力消失，而“犁沟”作用在路面摩擦中占有很大的比重，所以在此情况下摩阻力明显减少，当其小到一定程度，就会出现滑溜现象。

路面产生滑溜的另一原因是由降雨、冰浆霜降或其它原因引起的路面潮湿，在路表面覆盖一层薄膜水。从而车轮与路面的接触形式发生一定变化。

1.2 沥青路面的纹理构造

根据粘着摩擦理论，为提高沥青面层的抗滑性能，即提高路面表层的摩擦系数需要从沥青路面的宏观构造和微观构造着手。既要保证路面竣工通车时有良好的微观和宏观粗糙度，又要使其保持尽量长的使用时间。

(1)沥青混合料的表面纹理构造

沥青路面表面的纹理构造分为微观构造和宏观构造。微观构造是指路面集料表面水平方向0 ～0.5 mm 、垂直方向0 ～0.2 mm 微小构造。微观构造的尖峰值对于在潮湿条件下穿透表面的水膜胆必要的，以便轮胎与路面保持紧密的接触。

从抗滑的要求出发，最佳的尖峰高度理论上为0.01 ～0.1 mm。微观粗糙的密度或间距影响路面阻力，粗糙密度越大，所以较大的形状系数表示尖峰较尖锐，且间距较小，这样保证轮胎与潮湿路面很好的附着。路面的微观构造不仅影响低速行车的抗滑性，同样影响高速行车的抗滑性。提高路面微观构造的途径是选择优质的集料。

路面的宏观构造表征路面集料颗粒之间的空隙和排水能力，其水平方向为0.5 ～50 mm，垂直方向为0.2 ～10 mm。宏观构造主要影响路面高速行车时的抗滑能力，同时对于保证路面标线的潮湿状态下的能见度、减少水飘、喷雾和溅水都有重要作用，因此路面排水能力是衡量表面宏观构造的重要指标。

随着车速的提高，沥青路面的摩阻系数降低。在低速行驶时，细纹理表面的摩阻系数较高，但高速行车时则粗纹理的表面摩阻系数较低。这是由于低速行驶时，细纹理表面的构造深度来得及排除表面水，故仍能保持与轮胎有较好的接触，因而有很好的抗滑性能。由此可见，高速行驶时，由于路面摩擦阻力降低常常是导致交通事故的主要原因。

1.3 沥青路面抗滑能力的主要原因及影响

(1)集料

路面在车轮荷载的作用下，被沥青裹覆的粗集料表面会裸露出来。而集料的耐磨光，抗摩耗，良好的纹理，良好的形状和尺寸等对路面抗滑有着非常重要的作用磨光是路面外露的集料颗粒在行车轮胎的摩擦作用下逐渐变光滑的现象。主要原因是在车轮重复作用下，所采用的集料不耐磨而造成。性能良好的抗滑石料能较长时间保持棱角而不被磨损。既可以提供较大的摩阻系数，又可以减缓摩阻系数的衰减，从而达到长期保扶持路面抗滑性的目的。

(2)路面泛油现象

泛油指沥青面层中自由沥青受热膨胀，由于沥青混凝土空隙无法容纳，沥青向上迁移到表面的现象，沥青用量过多、设计空隙率过小、沥青混合料离析使细料过于集中及沥青高温稳定性差是导致泛油的重要原因。泛油发生在天气炎热季节，而天气寒冷季节又不存在可逆过程，影响路面构造深度和抗滑性能。

2 原材料性质及要求

抗滑磨耗层的抗滑能力取决于集料和混合料两者的特性。集料对抗滑磨耗层有着非常重要的影响。抗滑集料通常需要以下特征:耐耐磨光、抗磨耗、良好纹理、形状和尺寸要求。

(1)集料的性能

集料的的磨光和磨耗是影响抗滑磨耗层抗滑能力的重要因素。好的抗滑磨耗层集料不仅有较好的抗磨光和磨耗特性，而且至少应有两种以上不同硬度的矿物成分，这样磨耗层程度有差异集料表面将不断露出新的抗滑表面。

集料的形状对路面的抗滑性能也同样有着很大的影响，这是我们大家以前没有重视的一个问题。带有棱角的粗集料，在使用过程中只要保持其棱角，路面就有较好的抗滑能力。当然，集料颗粒的形状问题还会影响路面的高温稳定性等指标。

(2)集料的选择

一般硬质岩石多数属于火成岩，也就是岩浆岩。抗滑磨耗层集料的选择除要考虑其抗滑性能以外还要考虑与沥青粘附性问题。对于火成岩类，按照其岩性对沥青抗滑磨耗层的影响一般分为酸性、中性、碱性岩石和沥青的粘结性最好，而酸性岩石最差。一般认为，二氧化硅含量大于66%的为酸性，如岗岩、花岗斑岩、流纹岩等;二氧化硅含量为52%，66%的为中性岩石，如安山岩、正长岩等;二氧化硅含量小于52%的为碱性，颜色浅、石质轻的为酸性岩石“。需要指出，二氧化硅含量不是游离的石英含量，而是从化学组成上的二氧化硅含量。

硬质岩集料作为抗滑磨耗层的重要组成部分，应当本着就地取材的原则，以减少工程造价。目前我省及附附近省区能够见到的用于抗滑磨耗层的硬质岩石主要有以下几大类型:玄武岩、辉绿岩、安山岩、闪长岩。到目前为止，我省已建高速公路的抗滑磨耗层几乎全部使用玄武岩和安山岩。玄武岩主要产自张家口及山东济南东北部，花岗岩主要分布在山东仄安和东部沿海各地。安山岩主要分布在我省的鹿泉市荷莲峪。