影响沥青路面抗滑性能的因素分析

易 舜

(湖南省交通科学研究院，湖南 长沙 410015)

为保证车辆的安全行驶，不仅要保证路面的平整度，更重要的是要保证路面具有足够抗滑性能。随着我国公路里程的增加与技术的进步，已基本采用自动化检测设备来对路面进行检测和评价。但是抗滑性能的检测结果受沥青路面状况影响较大，难以准确评价。因此找出其主要的影响因素，对检测、设计、施工质量的控制有积极的意义。

1 路表构造对摩擦系数的影响

路表构造分为微观构造和宏观构造，轮胎与地面的摩擦系数与横向力抗滑系数主要由微观结构提供，轮胎与地面的附着力主要是由这两种构造提供，同时宏观结构还为路表水的快速排干提供通道，使得水从轮胎与路面接触的部位迅速排出。宏观结构采用构造深度表征，若构造深度大于0.5 mm 则认为粗构造处于粗糙状态，微观构造则用横向力系数来表征，若横向力系数大于50 则认为细构造粗糙。

通过对不同路段的沥青路面构造深度和横向力系数进行测试，得到相应的测试结果，按照宏观与微观构造分类标准进行分类。再利用摩擦系数车在不同的车速下、相应的部位测得摩擦系数，回归结果如图1(其中A 型表示宏观、微观构造都粗糙;B 型表示宏观构造平滑、微观构造粗糙;C 型表示宏观构造粗糙、微观构造平滑;D 表示宏观、微观构造都平滑)。

从图1可以看出，在不同的路面构造状态下得到的摩擦系数不同:显然曲线A 与曲线B、曲线C与曲线D 差异比较明显，曲线A 与曲线B、曲线C与曲线D 的主要差异条件是路面宏观结构的不同。从曲线的排列来看，对摩擦系数影响较大的因素是微观结构，这也验证了为什么规范要求沥青路面、特别是高速公路的沥青路面表面层需要强调采用抗滑性能好(磨光值不小于42)、强度高的硬质集料。

图1 不同路面构造下的摩擦系数

2 路面洁净程度对摩擦系数的影响

不管是高速公路还是其他等级公路，在路面使用过程中不少车辆携带或者漏撒砂土，使得路面表面构造受到一定的影响。为此，利用摆式仪在25 ℃时测试路表砂粒量对摩擦系数的影响，将干燥的砂按照一定的量均匀撒布测试点，洒水润湿后直接进行测试摩擦系数，其结果见图2。

从图2可以看出:路面的砂含量对路面摩擦系数影响较大，对不同路面结构的影响稍有差异，但变化规律基本都是一致。当砂含量较少，未能完全填充沥青混合料表面空隙时，摩擦系数降低较大;随着砂含量的增加，路表开口空隙逐步被填满，到存在多余的砂时能够提高路表的摩擦系数;但超过一定量后，其摩擦系数下降，这主要是过多的砂粒在路表形成一个相对不稳定的夹层。因此不管从抗滑角度还是从保证路面耐久使用，都要避免砂土覆盖路面。

图2 路面洁净程度对摩擦系数影响

3 测试时路面温度对摩擦系数的影响

按照规范要求将AC－16、SMA－16 以及OGFC－13 试件成型后，放入不同温度控制箱中，利用摆式摩擦仪测试试件在－20～40 ℃之间温度变化时的摩擦系数值。不同类型的沥青混合料在不同温度条件下的摆值，然后通过回归曲线转换成相应的路面摩擦系数得到图3。

图3 不同温度下沥青路面的摩擦系数

从图3可以看出:3 种不同类型的沥青路面在不同温度下的摩擦系数的变化规律基本一致，基本上可以分为3 个阶段:

1)当温度较低时，在－20～－5 ℃，该阶段的摩擦系数随着温度升高而降低。当温度过低，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得在橡胶温度急速降低，使其脆性增加，其摩擦力更大，从而得到的摆值较大。当温度升高，试件与摆式仪温差降低，摆值也逐渐降低。

2)温度在－5～25 ℃时，这时候温度升高其摩擦系数也增大，并在25 ℃左右出现了峰值。

3)温度大于25 ℃时，随着温度的升高其摩擦系数降低，降低数值不是很显著。其主要原因是由于在这个过程当中沥青在高温条件下有软化的趋势，从而使得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

统计数据表明，下雨天气的交通事故量比平时多52%。这不仅与行车视距有关，更重要的原因是由于雨天沥青路面排水不及时，使得路表水膜较厚，影响了路面抗滑性能。通过不同路面类型下水膜厚度进行模拟试验:首先将试件保水后取出，根据水膜厚度与试件大小换算出需要水的量，再通过滴定管均匀地滴入试件之中，最后得到了水膜厚度对摩擦系数的影响如图4。

图4 不同水膜厚度对沥青路面的摩擦系数影响

从图4可以看出:不同的路面随着水膜的厚度增加其摩擦系数下降。AC－16 和SMA 路面的水膜厚度在0.05 mm 时，其摩擦系数下降显著。而OGFC 则在摩擦系数0～0.1 mm 这个过程下降比较明显。当水膜厚度超过一定值，虽然其摩擦系数下降，但是逐步趋于缓和。在相同的水膜厚度条件下，OGFC 的路面的抗滑性能要优于其它两种类型的沥青混合料。

当路面处于干燥状态，由于受水的影响，形成很薄的水层，该水层对路表的空隙进行填充，此时在轮胎和路面之间有一定的润滑效果，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。所以在该过程中摩擦系数降低较快。但是随着水膜的增厚，这种影响随之也降低。而OGFC 由其排水能力较好，所以该水膜小于0.1 mm 时有一定的影响摩擦系数降低，但是明显要高于其他类型的沥青混合料。

5 沥青路面冰冻对摩擦系数的影响

通过对 AC－16、SMA－16、OGFC－13 表面喷水冰冻，研究无冰、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)的摩擦系数，然后在－10 ℃条件下测定其BPN，通过回归关系得到不同路面相应的摩擦系数。其试验结果如表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厚度增大，其摩擦系数降低，但是OGFC 在冰冻条件下的抗滑性能相对不理想。同时与正常条件下比较，其抗滑性能下降基本上都超过50%。这是对路面安全性能的致命危害。

6 结论

通过以上的研究分析可知:沥青路面工作状况对抗滑性影响较大。其中影响最大的是冰冻条件下的抗滑性急速衰减;其次是路表洁净程度。由于路表空隙填充了砂土，使得摩擦系数也降低了50%以上;再次影响较大的是水膜以及温度，路面的粗构造也有一定的影响。同时各个影响因素并不是相互独立的，而是相互关联的。

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