SMA沥青路面早期抗滑性能特征与对策简述

张波

摘要：文章针对SMA沥青路面的早期抗滑性能进行了简要概述，总结归纳了SMA沥青路面早期抗滑性能的主要影响因素，并针对SMA沥青路面早期提高方式进行了对策简述，可供行业内参考。

关键词：SMA;抗滑性能;沥青路面;对策

中图分类号：U416.217 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0134-04

引言

SMA（Stone Mastic Asphalt）沥青路面，也称为沥青玛蹄脂碎石路面，是一种拥有诸多优良特性的道路铺筑用沥青混合料。其“三多一少”的工程特性（石料多、矿粉多、沥青多，细集料少）不但赋予了SMA沥青路面优良的抗高温性能、低温稳定性能、水稳定性能和耐久性能，同时也导致了SMA沥青路面高额的工程造价，制约了SMA技术的大范围推广。

但是，随着我国各省市地区经济的不断发展，目前我国越来越多的新建路面均纷纷开始采用SMA沥青路面作为道路上面层，乃至中、上面层。因此，在高速公路交工检测任务中，SMA沥青路面的检测量也在逐年递增。

依据我国《公路工程质量检验评定标准》（F80/1-2017）和《浙江省公路工程竣（交）工验收实施细则（试行）》文件，目前在我省内的高速和一级公路交工检测任务中，路面工程交工检测主要包括沥青路面压实度、沥青路面弯沉、沥青路面车辙、沥青路面渗水系数、砼路面强度、砼路面相邻板高差、平整度、抗滑（摩擦系数、构造深度）、厚度和横坡等，共计10项检测项目和11个检测参数。其中，对于直接评价道路行车安全性的路面抗滑指标，相应文件更是要求同时检测高速和一级公路的摩擦系数和构造深度两项参数。

然而，在SMA沥青路面交工检测过程中，往往会遇到SMA沥青路面构造深度指标合格率较高，但横向力系数（SFC）合格率偏低的异常现象。根据工作经验，部分新建高速的SMA沥青面层横向力系数的合格率不足80%。根据2018年5月1日开始实施的《公路工程质量检验评定標准》，这一异常现象不但会导致工程质量整体评价的降低，当横向力系数合格率低于80%时，更会导致整个分部工程和单位工程的评价认定为不合格，直接影响整个高速工程的交工进程和通车规划。

基于这一背景，本文将针对SMA沥青路面早期抗滑性能特征进行简要归纳和综述，重点分析SMA沥青路面横向力系数的主要影响因素，归纳并综合相关前期文献，并提出针对SMA沥青路面早期提高方式的对策简述，以供行业参考。

1 SMA沥青路面早期抗滑性能特征

作为交通安全的主要影响因素，路面抗滑性能一直是交通和管理部门的重点关注指标之一。研究表明，在车辆大幅转弯和紧急刹车的过程中，不同的路面抗滑摩擦系数会对驾驶人员驾驶产生不同的操控感和紧张感，极易导致驾驶员的操纵失误，严重情况下会直接造成交通事故的发生。而路面的抗滑性能是会随着路面服役时间的增长而不断下降的，因此路面交工初期即需要达到良好的路面抗滑水平，从而保证整个道路服役周期内的车辆行驶安全。

另一方面，相关文献表明，当汽车橡胶轮胎和沥青路面接触时，产生的摩擦阻力主要由阻滞力和粘着力组成。其中，阻滞力是指轮胎受到沥青路面面层集料的宏观构造的影响，导致体积变形从而受到的阻滞阻力;而粘着力则是轮胎行进过程中，由于沥青面层路面的微观构造，而产生的粘结阻力，且这一阻力与轮胎和路面面层的接触面积呈明显相关性。

对于SMA沥青路面，其抗滑特性同样主要取决于汽车橡胶轮胎和沥青路面接触时的阻滞力和粘着力。但是，众多研究表明，SMA沥青路面在铺筑后的早期时间内，其横向力摩擦系数及抗滑性能将呈现出剧烈变化的特异现象：

娄禹岚等人通过6个月的长期观测，跟踪检测了某高速公路在通车后半年时间内沥青路面摩擦系数的变化规律，并指出随着通车时间的增加，荷载作用次数的增多，通车道路的动态摩擦系数和横向力系数均呈现出先下降后急剧上升的变化趋势。他们认为，这与SMA路面特有的大构造深度和检测方法的不匹配性相关。

张洪等人研究了SMA路面抗滑指标与标准的关系，指出通车初期，SMA路面抗滑性能具有短期增长的明显特征。因此，刚竣工的SMA路面抗滑指标的检测结果不具代表性，必须经过车轮磨耗一段时间后（约6个月）才能得到稳定的检测结果。

吴昌兴等人对某高速公路SMA-13磨耗层交工和竣工验收时的横向摩擦力系数和构造深度进行检测，发现SMA磨耗层横向摩擦力系数并不是在交工验收时达到最优，通车初期出现“不降反升”的现象。

在这种情况下，虽然目前普遍认为SMA路面开放交通一段时间后，随着道路交通量的不断增加，道路表面沥青膜的减薄，SMA沥青路面的抗滑性能不足的问题自然会得到改善。但是，若这段时间持续低温多雨，则会对道路行车安全造成重大的安全隐患。因此，保证SMA沥青路面的早期抗滑性能将是提高车辆驾驶员行车安全的当务之急。

2SMA沥青路面早期抗滑性能主要影响因素简述

1968年，德国率先研究出了SMA沥青路面，并赋予了SMA沥青路面两个重要特性：

（1）通过不同的级配设计，采用由大粒径集料互相嵌锁组成的高稳定性和高抗变形能力结构骨架。

（2）调整了沥青混合料原材料配比，通过高油石比设计，采用由细集料、沥青和稳定添加剂组成的沥青砂浆将“骨架”胶结在一起，从而使沥青混合料具有较好的柔性、耐久性和稳定性。

这两条特性赋予了SMA沥青路面优良的路用性能，但也导致了SMA沥青路面与AC沥青路面之间的差异，本文将主要通过级配、原材料、配合比以及施工工艺等几个方面，综合其他研究人员对于SMA沥青路面早期抗滑性能的相关研究资料，对SMA沥青路面早期抗滑性能主要影响因素进行简要综述。

2.1级配对SMA沥青路面早期抗滑性能的影响

根据现有资料，已有诸多学者对SMA级配进行了相应抗滑性能研究。目前主要的研究成果集中在部分筛孔通过率、沥青用量、级配范围要求、设计方法等方面：

（1）部分筛孔通过率和沥青用量对SMA沥青路面早期抗滑性能的影响

刘亚敏指出，公称最大粒径通过率、关键筛孔通过率和沥青用量是影响路面抗滑性能的重要因素。

通过典型灰关联度分析可以发现，SMA沥青路面的抗滑性能会随着公称最大粒径通过率的增大或者沥青用量的增加而逐渐降低。以SMA-13级配为例：随着9.5mm筛孔通过率的增加，路面的抗滑性能先增大后减小;当关键筛孔4.75mm通过率增大时，抗滑性能先减小后增大;随着2.36mm筛孔通过率的增加，抗滑性能呈增大趋势。

（2）级配范围要求对SMA沥青路面早期抗滑性能的影响

马宝国综合现行规范对普通SMA级配范围的要求，结合抗滑指标各影响因素趋势的最优方案分析，提出了不同公称最大粒径SMA抗滑性能优良的级配范围，具体如表1～表4所示。

由此可見，级配对SMA沥青路面的早期抗滑性能有着十分重要的影响作用，部分学者也从级配设计和优化方面，针对SMA沥青路面早起抗滑性能进行了优化设计。

（3）基于CAVF法的SMA沥青混合料级配设计优化

基于断级配设计理论，龙艳采用CAVF法确定了SMA沥青路面粗细比等指标的设计方法，合理改善了SMA路面的初始抗滑性能。

CAVF法一种与SUPERPAVE沥青混合料设计体系类似的沥青混合料配合比设计方法，主要是通过实测主骨架矿料的空隙率，计算其空隙体积，使沥青混合料最终设计空隙体积与沥青体积、细集料体积、矿粉体积之总和等于主骨架空隙体积，最大发挥粗集料的嵌挤能力，从而形成一种按照体积设计沥青混合料的合成级配，由华南理工大学张肖宁等人提出。

龙艳飞指出，应采用间断级配混合料设计方法和磨光值较高的石料以保证沥青路表拥有较深的表面构造，从而赋予沥青路面优良的抗滑性能。对于公称粒径为13.2mm的SMA-13材料，在间断不同粒径方面可以分别选择2.36mm、1.18mm或更小的粒径;也可尝试间断2档或以上数量的粒径，以获得更突出的抗滑构造，但是同时也应高度重视随之而来的施工离析等新问题。针对SMA-13级配，完全可以考虑间断4.75～2.36这档料，或部分间断这一档粒径。

2.2集料对SMA沥青路面早期抗滑性能的影响

另一方面，基于差异磨耗原理，陈贺对SMA混合料路面抗滑性能进行了评价和优化。他认为集料的矿物组成决定了集料的纹理和磨光性能等性质，从而导致了SMA沥青路面会因为不同集料而表现出不同的抗滑性能差异。并指出两种性能较差的集料进行掺配可以比单种性能较好集料的SMA混合料具有更好的抗滑性能，且两种集料的性能差异越大，进行掺配后的差异磨耗现象越显著，其SMA混合料的抗滑性能越好。同时，当某两种集料进行掺配时，存在一个最佳的质量比例，既能使SMA混合料的抗滑性能最佳，又能节省部分优质集料的用量。

谭巍进一步指出石灰岩中掺入适当比例的玄武岩、辉绿岩或花岗岩后，抗滑耐磨性能均得到较大改善：对于SMA-13而言，级配越粗抗滑性能越好，通过调节级配，抗滑寿命可提高48%，0.618可作为玄武岩掺配比例确定的一个重要参考点。

龙艳则对SMA原材料的压碎值进行了相应研究，认为SMA原材料的压碎值不宜超过15%，宜靠近10%或更小为佳，从而有效提高初始抗滑性能;并通过实验指出石料磨光值应不小于44PSV。

2.3油石比对SMA沥青路面早期抗滑性能的影响

在级配对SMA沥青路面早期抗滑性能的影响中已经指出沥青用量的增加会导致SMA沥青路面早起抗滑性能的下降，这主要是因为SMA的设计特性导致了集料表面的沥青膜厚度较厚，从而对沥青路面的构造深度和横向力系数造成较大影响。

龙艳飞指出：随着沥青油石比的降低，沥青油膜厚度的减少，沥青路面的构造深度将逐渐增大，数值将由1.2mm左右增加到1.3～1.4mm左右。刘志华也指出减少沥青用量可以在一定程度上提高抗滑性能。

在油石比方面，娄禹岚进行了更加深入的研究：通过连续6个月的长期监测，娄禹岚发现：在路面交工初期的第一阶段，虽然沥青路面油膜厚度较厚，但集料棱角未收到大量的碾压损耗，因此此时检测出的沥青路面抗滑性能数值不高，但基本合格;然而，随着交通的逐渐开放，沥青路表的沥青油膜被行车荷载磨平、磨光，同时路表集料的棱角也随之损耗，此时的SMA路面表明光滑，甚至远看会出现镜面效果，相应的SMA路面抗滑能力也将下降到最低，甚至达到不合格状态;而由于荷载的持续作用，SMA路面的抗滑性能将发展至第三个阶段，由于沥青油膜的进一步脱落，SMA路表的集料将逐渐开始表面外露，并通过集料表面构造和棱角性提供抗滑性能，因此在这个过程中，SMA沥青路面的抗滑性能将呈现出逐步增长的趋势，当沥青膜全部脱落完，摩擦系数将达到峰值（8～12个月左右）;最后一个阶段，SMA沥青路面的抗滑性能将与普通沥青路面类似，随着集料棱角的磨光，路面整体的摩擦系数将呈缓慢下降的趋势。

通过上述分析，不难看出，在SMA沥青路面的沥青混合料制备过程中，油石比并不是越高越好，较高的油石比会导致SMA沥青路面第一阶段和第二阶段初期抗滑性能不合格的情况，从而对行车安全埋下事故隐患。

2.4纤维对SMA沥青路面早期抗滑性能的影响

龙艳飞、刘志华等人也对纤维的影响情况进行了相应研究。对比试验表明，纤维的种类、数量和成型方法改进对于SMA沥青路面早期抗滑性能的提升作用并不显著。反而过多的纤维含量、过多或过度增加振动碾压作用次数等措施，还会对沥青混合料的制备和摊铺造成新的影响，因此本文并不建议通过调整纤维来改善SMA沥青路面的早期抗滑性能。