浅谈隧道沥青路面铺装抗滑性能影响因素及对策分析

嵇广宇，樊 煜，徐 然，李雪晨，方睿彧，杨超然，王润民

（1.河海大学土木与交通学院，江苏 南京210098；2.河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏 南京210098）

1 前言

根据中国交通运输部公开的《2018年交通运输行业发展统计公报》显示，全国公路隧道有17 738处，长1 723.61万m，增加1 509处，长195.10万m，其中特长隧道有1 058处，长470.66万m，长隧道有4 315处，长742.18万m。同时隧道行车安全也成为了一个重要的交通安全问题。隧道内比较潮湿，地下水丰富。由于隧道内气流小，空气易污染，无阳光，特别容易发生交通事故。除此之外在隧道内发生交通事故后处理难度也很大，对人们的生命财产造成巨大的损失。数据显示，高速公路隧道交通事故发生率是普通路段的1.34～8倍，而81%的事故与路面抗滑能力不足有关，尤其在雨天，路面表面存在水膜，抗滑能力大大降低，导致车轮与路面摩擦力不足，进而引发交通事故。因此有必要进一步研究隧道路面铺装抗滑衰减原因。

2 沥青路面抗滑性能影响因素分析

路面的抗滑性能即车辆轮胎受到制动时在路表面上出现打滑所承受的路面对它的摩擦阻力，可采用抗滑系数作为评价指标[1]。抗滑性能可以用横向力系数、动态摩擦系数、构造深度来表示，测试方法对应为横向力系数、动态摩擦系数DFT仪、铺砂法或激光法。考虑路面抗滑能力不仅要考虑路面材料、路面使用时长、温度、湿度等环境因素，还要考虑路面车辆轮胎与路面接触的情况。路面抗滑性能是路面、车辆、周围环境等因素的综合作用结果。本文主要讨论隧道特殊环境下，路面抗滑性能的影响因素与应对措施。

2.1 沥青与矿料级配的影响因素分析

沥青混凝土由具有一定级配的粗集料、细集料、填充料与沥青材料，以一定比例组成，是一种黏弹性有机复合材料。应当严格控制沥青混合料中的沥青含量，特别是应选用含蜡量低的沥青，以免行车时出现滑溜现象。

合理的矿料级配可使集料颗粒间具有良好的咬合力和内摩阻力。保证沥青路面具有强度的同时，在荷载作用下可保持原有的空隙率。沥青路面构造深度与空隙率呈良好的正相关关系，从而保证沥青路面原有的宏观构造深度。较好的宏观构造可以提高车辆高速行驶或者路面潮湿时的沥青路面抗滑性能，确保沥青路面的抗滑性能不随车辆荷载的不断作用而下降。为了使沥青路面形成较大的宏观构造深度，设计人员往往选用半开级配或者开级配的沥青混合料，但这类混合料的空隙率较大，耐久性较差。

2.2 集料种类、规格的影响因素分析

宏观构造指路的表面的集料颗粒间构造纹理，而微观构造指粗集料表层的微观层面的纹理。沥青路面抗滑层即拥有优良的宏观构造，还拥有良好的微观构造，是沥青路面良好抗滑性能的基础。用于沥青路面表层的粗集料应选用表面粗糙、坚硬、耐磨、抗冲击性好、磨光值大的碎石或破碎砾石集料。车速较低时，微观构造对沥青路面抗滑性能影响较大，而路面宏观构造深度主要与集料规格有关，车辆高速行驶或路面潮湿时，沥青路面抗滑性能受到影响较大。增加沥青混合料中的粗集料含量有助于提高沥青路面的宏观构造深度[2]。

2.3 油膜影响因素分析

一般情况下，道路路面的抗滑性能与路表宏观及微观构造密切相关，然而，根据近几年的隧道铺装使用情况统计，在隧道投入使用后两三年内，隧道沥青路面铺装抗滑系数大幅下降，南京有数条过江隧道也出现了这样的情况，而检测结果表明，其铺装的宏观、微观构造均未出现明显衰减。该现象可能的原因是：隧道内空气流动性小，尾气、油烟在潮湿条件下易覆盖在路面表面形成油腻性膜层。另外，隧道内相对封闭，易污染，隧道内的油烟、轮胎橡胶粉等会覆盖路面表面形成油腻性膜层，降低轮胎和路面之间的附着作用，此外由于油腻性膜层的存在，轮胎滑动摩擦增大，因此轮胎与路面间摩擦系数小于清洁路面、湿润路面和有灰尘覆盖的路面，严重降低路面抗滑性能，进而危害交通安全。

2.4 温度、湿度影响因素分析

温度变化影响着沥青路面的抗滑性能。在隧道这样的特殊环境中，若是通风条件没做好，温度过高后路表部分沥青软化，可能出现泛油现象。并且若是受到车辆荷载作用，粗集料表面微观构造可能被一部分沥青所填充，使沥青路面抗滑性能下降。湿度增加导致抗滑性能降低以及水滑的产生导致了交通事故明显增多。同样发现降雨潮湿天气路面的抗滑性能明显下降，最恶劣情况下发生水漂现象导致交通事故。侧滑是造成潮湿路面发生交通事故的重要原因。

3 隧道沥青路面抗滑性能衰减应对措施

为保证路面结构具有足够的抗滑性能，可分别从沥青混合料配制与养护、净化尾气、配制油膜清洗剂等方面展开预防措施。

3.1 沥青混合料配制与养护

沥青路面抗滑性与所用矿料的表面构造深度、颗粒形状与尺寸、抗磨光性有着密切的关系。隧道沥青路面表层的粗集料应当选用表面粗糙、坚硬、耐磨、抗冲击性好、磨光值大的碎石或破碎砾石集料。混合料的最大公称粒径应该控制在26.5 mm左右，孔隙率也不应大于19%，不小于14%[3]。满足这些条件后，基层的水分可以比较流畅地排出，能够保障道路基层地干燥性。选择沥青标号时，可以依据不同的气候条件、降雨情况选择。还有一层保证抗滑性能的因素是沥青的油石比。在施工和设计阶段，严格控制沥青的油石比，要求确保用量可以在路面覆盖完集料的全部表面，粘合而不溢出，在表面处能形成光滑表面。施工时，矿质的骨料可以使用棱角性好的、更加坚硬的材料，这样做可以提高路面的耐磨性。车辆制动过程中，路面与轮胎可以产生更大的摩擦力。除此之外，若级配采用开级配，合理控制细集料用量，可以提升表面的构造，提高路面在潮湿时的抗滑性能，提高行车安全性。

另外，在路面铺装时，可以加入少量的碎石，提高路面的粗糙度。碾压完沥青后，可以通过可嵌入石屑，在沥青表面形成一层防滑封面层，提高路面防滑性能。养护对于路面的防滑性能同样重要，在路面的损伤较小时就应该采取养护措施，如微表处、雾封层等技术。

3.2 光催化法净化机动车尾气

针对机动车尾气，光催化法是目前应用最为广泛的从路面角度研究的机动车尾气净化技术。将光催化材料添加到沥青混合料中铺筑路面，TiO2光催化材料在光照等因素的作用下，能够催化降解路面工作环境中的包括CO、NOx以及HC在内的绝大部分的机动车尾气有害气体，并将这些有害气体氧化为碳酸盐或者硝酸盐，之后再通过雨水冲刷或人工冲洗等措施可以达到净化气体环境、清洁沥青路面的效果。但是，在路面中添加光催化材料的同时会导致沥青路面路表宏观构造深度降低，在一定程度上会影响沥青路面的抗滑性能。因此，在隧道中使用光催化路面还需要进一步的研究。

3.3 配制油膜清洗剂

根据油膜对隧道沥青路面抗滑性能的影响时，提出了研制高效隧道路面油膜清洗剂，其主要配方组成为易生物降解的廉价表面活性剂和植物性助溶剂，因此不会对路面产生破坏，对人体皮肤基本无刺激性，具有低温稳定性、环境友好性。清洗剂配方成分为AES、LAS、APG、AEO、桔子油、三乙醇胺、柠檬酸三钠，首先采用正交实验对清洗剂配方进行优化。将配方组分作为正交表的因素，通过变换组分组成进行复配，弃去其中分层的样品，得到透明、稳定均一的样品进一步筛选，确定最佳实验配方组成。

4 结论

隧道内沥青路面抗滑性能不仅与沥青混合料性质有关，同时沥青路面的工作环境加剧了沥青路面抗滑性能的衰减情况。隧道沥青路面应当合理配制沥青混合料并做好养护。要注意隧道内的通风情况，减小湿度尾气等因素对沥青路面抗滑性能的影响，并配制油膜清洗剂对隧道内沥青路面进行清洗，提高隧道内沥青路面的抗滑性能，从而保障行车安全。