水泥混凝土路面抗滑机理及测试技术研究

吴林学 曾昊星

摘 要：路面抗滑能力是保证公路行车安全及养护维修的一项重要指标，对水泥混凝土路面抗滑机理的研究非常必要。加强对水泥路面抗滑性能的检测，有助于对路面使用状况的了解，改善当前路面抗滑性能测试技术的缺陷。为此，本文在全面了解水泥混凝土路面抗滑机理的基础上，阐述了抗滑测试的要点。

关键词：水泥混凝土路面;抗滑机理;测试要点

1 水泥混凝土路面抗滑机理

水泥混凝土路面抗滑作用主要在于汽车轮胎和路面间的抗滑效果，因此，本文从轮胎和路面之间的作用与关系进行抗滑机理的阐述，具体如下：

1.1 轮胎与路面间的分子力作用

当两个物体表面相距很近时，它们之间的分子引力作用变大，这种分子引力就构成了轮胎与路面间摩擦力的一部分。可以看出，分子摩擦力主要取决于轮胎和路面间实际接触面积的大小，同时受路面状态，如路表污染程度、灰尘、湿度及水膜等影响较大。

1.2 轮胎与路面间的粘着作用

轮胎与路面间也会发生粘着作用，由此所产生的摩擦力称为粘着摩擦力。对轮胎在路面上进行磨损试验后，可在轮胎表面找到粘着在其上的路面磨粒。同样，在路面上也可发现粘着的橡胶磨粒。另外，轮胎与路面间发生的静电吸引也是轮胎与路面之间发生粘着的很好证明。粘着摩擦力为轮胎橡胶与路面各个粗糙凸起之间抗剪阻力水平分量之和。路面上的摩擦力主要以粘着摩擦力为主，并且随着接触面积增大，轮胎与路面之间的附着力也增大。

1.3 胎面橡胶的弹性变形

与金属材料不同，橡胶是一种弹性非常好的材料。在路面较大微凸体及胎面花纹等作用下，胎面橡胶会反复产生较大的弹性变形，而弹性变形会产生变形力与弹性变形恢复力，由于存在弹性滞后等影响，弹性变形恢复力总是小于弹性变形力，其中能量损失所产生的阻力也构成了摩擦力的一部分，称为粘滞摩擦力。

1.4 路面上小尺寸微凸体的微切削作用

在载荷作用下，路面上较小尺寸的微凸体会在胎面的局部产生较大的应力集中。当胎面上所产生的局部应力超过了其断裂强度时，在切向力的作用下，路面上尺寸较小的微凸体就会对胎面形成微切削作用。这种微切削过程中产生的阻力就是轮胎与路面间摩擦力的一部分，由微切削作用产生的摩擦力除了与轮胎及路面的材料性能有关外，主要取决于路面上较小尺寸微凸体的大小、分布情况及锋利性等。

2 水泥混凝土路面抗滑测试要点

2.1 水泥混凝土路面抗滑构造工艺

为提高水泥混凝土路面的抗滑性能，道路工作者采用不同的表面饰纹方法改善路面与轮胎之间的摩擦性能。目前我国水泥混凝土路面的表面纹理制作工艺主要有以下几种。

2.1.1 制毛法

制毛法主要包括刷毛法、拉毛法等，主要用来保证路面的细观构造。

刷毛法：一般采用人工方式，在水泥混凝土路面初凝前用刷子或扫帚进行，横向或纵向均可，形成的纹理深度一般在1.5～3.0mm。在具备机械施工条件下可采用机械刷毛。刷毛法具有施工简单、方便，成本费用低等优点，该方法形成的纹理深度较浅，耐磨耗性能较差，一般多用于交通量少的低等级水泥路面或乡村公路。

拉毛法包括粗麻布拉毛和人工草皮拉毛两种，纵向和横向均可。国外有关研究表明，拉毛纹理可满足低速行车时所需的抗滑性能，但车速较高时，其抗滑性能衰减明显;另外，拉毛法成本费用较低。因此，拉毛法常作为水泥混凝土路面初步饰纹方式，使路面获得较好的微观纹理。

2.1.2 制槽法

制槽法主要用来实现水泥路面的宏观构造，包括压槽法、拉槽法和刻槽法。其中压槽和拉槽都是在新浇筑水泥混凝土初凝前，通过一定的附加外力完成。而刻槽法是在水泥混凝土达到一定的强度（约40%）时，采用刻槽机械刻制而成。

几种制槽方法中，压槽法在形成沟槽的同时，容易将拉毛等形成的细观构造抹平。拉槽法施工工艺简单、费用较低，但拉槽施工过程中，齿耙会在水泥路面上划起一些小的砂浆块，影响平整度;此外，拉槽法形成的沟槽边缘不整齐，槽型难以控制，往往有损伤的倒台形，耐磨性较差;沟槽的深度也很难控制，致使构造深度不均匀。相对以上两种方法，刻槽法具有明显优势。刻槽法形成的纹理清晰，耐磨性好，不影响路面平整度;外形美观，刻槽边缘整齐，可有效排除路面水分，对路面抗滑性能作用明显。

2.2 抗滑性能检测测试方法

2.2.1 水泥混凝土试件制作

水泥混凝土路面的微观构造主要取决于表层水泥砂浆，所以制作水泥试件的原材料只采用水泥及河砂。按照水泥路面抗弯拉强度4.5MPa设计，水泥与河砂的比例为1：1.87，水灰比为0.45，采用车辙板试模成型。

2.2.2 抗滑构造的制作

制作的水泥混凝土试件表面构造模拟真实水泥混凝土路面的路表构造形式，修筑好的试件表面进行拉毛及刻槽处理，采用木抹抹平。刻槽形式采用软刻槽，在试件成型60min内完成，表面有泌水产生时，应在泌水结束后，表面没有自由水光泽时进行软刻槽，刷毛试件的处理方法同刻槽试件。采用横向刻槽，刻槽的深度为3?5mm，槽宽3?5mm，采用等间距刻槽，槽间距为15?30mm。修筑完成后，采用覆盖保湿养生方法养生14d。

本次试验需进行重复性试验、速度试验。仪器启动后，由低速开始测试，待数显仪显示的转速值稳定后开始记录数据。在测试之前，要预先在试件上面铺撒一定的水量，在下次测试时必须等待前一次测试时洒过水的路面晾干（即没有明显的水迹）后才可以进行。

第一，重复性试验。新型抗滑仪测试结果的稳定性是其技术性能中最基础的一个方面，也就是说，在相同抗滑构造形式的路面进行多次测试应该保证其测试结果具有较小的变异性。为此，设计了重复性试验来检验其测试结果的稳定性。

第二，速度试验。影响路面摩擦系数测试结果的主要因素是测试速度、路表构造及路表面的潮湿状况等。

3 结束语

综上所述，水泥混凝土路面经整平、抹光、压实后，再经过拉毛、撒布石屑、压槽、裸露及刻槽等工艺进行表面處理，粗糙度大大提高，抗滑性能明显增强。但是在抗滑方面取得明显效果的同时，也破坏了水泥混凝土路面表面致密的结构层，从而使路面的耐磨性大大降低。因此，在提高混凝土路面抗滑性能的同时，而不降低路面的耐磨性的问题，仍将是以后混凝土路面施工亟待解决的重要课题。

参考文献：

[1]郝雪丽，孙朝云，沙爱民，等.水泥混凝土路面刻槽磨损程度三维检测方法[J].仪器仪表学报，2015，36（08）：1767-1773.