沥青路面抗滑性能现场检测问题探析

谢俊，胡猛辉

（江西省交通运输科学研究院有限公司，江西 南昌 330200）

0 引言

本文通过对我国某地市数十条新建、改扩建沥青混凝土道路进行大规模现场测试，取得沥青路面摩擦力衰变特征检测数据，并对相同地区、相同构造、相同施工工艺道路相关检测数据进行统计分类，进而分析沥青路面抗滑性能指标取值及影响因素，从而为提升沥青路面抗滑性能提供参考。

1 沥青路面抗滑机理

沥青路面抗滑性能主要与路面宏微观构造有关。宏观构造主要由路表石料间隙构成，并受路表混合料级配、粒径、棱角、形状等影响；微观构造指集料自身微观构造、石料形状棱角等，并受结合料及沥青胶浆构造的影响。车辆运行过程中，路面较小尺寸颗粒会在轮胎面层产生较大应力，若局部应力超过其断裂强度，路表微凸颗粒便会对轮胎产生微切削，这种切削力构成路面摩擦力[1]的一部分。可见，路面摩擦力大小主要与路面构造形状及分布纹理有关，越粗糙的路表微观纹理，越有助于增大路面摩擦力。路面在运行过程中，其较为突出的路表纹理及构造在车轮的磨耗下逐渐弱化，路面摩擦力持续减小，路表抗滑性能也将逐渐降低。

2 沥青路面抗滑性能现场检测

2.1 检测仪器

道路运行过程中，因存在路拱或横坡以及行车制动时各车轮制动阻力并不绝对相等，故而存在顺路面横向侧滑的可能。为保证所测得的摩擦系数更加符合路面实际情况，必须取车轮侧向滑动过程中所受的横向阻力进行路面摩擦系数测定。在应用横向力法时，车轮借助机械方法转动的同时，还受到所施加附加阻力导致的车轮滑溜，两者的合力即为车轮所承受的横向力，在该合力取值的基础上所计算出的其与车轮垂直重力之比即为路面摩擦系数，称为横向力系数（Sideway Force Coefficient,SFC）。单轮式横向力系数测试主要以这一指标为测试对象，与行车制动或滑溜过程的实际情况较为吻合[2]。

本次检测所使用的单轮式横向力系数检测系统（SCRIM）如图1所示，安装在检测车中部的测试轮与行车方向呈20°夹角。当横向力系数检测车按照一定速度行驶于潮湿沥青路面时，安装在测试轮上的传感器能实时检测出轮胎与路面之间的摩擦阻力；测试轮总成对路面的垂直力即为车轮垂直重力，检测结果可反映沥青路面构造特征。检测过程中可根据沥青路面等级确定检测车的行驶速度，以分析行车速度对路面抗滑性能的影响。该检测仪器自带水罐系统，可向路面洒水并模拟雨天潮湿工况。总之，该检测仪检测过程及结果充分考虑了沥青路面结构特性、行车速度、潮湿程度等因素对路面抗滑性能的影响，测试结果具有较强的准确性和代表性。

图1 单轮式横向力系数检测系统（SCRIM）

2.2 检测过程

横向力系数检测车在正式使用前以及长期闲置后启用、长度超过400km距离检测前必须进行标定，并校核其SFC的值。如果SFC误差在±1以上，则必须重新标定。同时，定期进行其稳定性试验及比对试验，保证仪器性能稳定及检测结果准确。此外，检测前还必须全面检查检测车的各个部位，确保车况良好。SFC检测结果还受到测试轮气压、新旧程度等的影响，气压较低时检测结果偏大，轮胎磨损越严重则检测结果越偏小。为此，在检测开始前，必须将测试轮气压控制在（0.35±0.014）MPa范围内，且当测试距离超出400km或测试轮直径减小6mm时均应更换测试轮。测试轮必须保持清洁状态，并降到位，避免车辆倒行。应将水罐加满水，确保水流符合设计要求。

检测开始后，测试轮必须在车道轮痕区按照（50±4）km/h的速度行驶，如果行驶速度过快则测试轮与路面间的水无法及时排出，较厚的水膜会影响测试结果。在检测过程中必须根据沥青路面等级调整检测车行驶速度。与此同时，还应根据车速严格控制洒水量，保证水膜厚度始终在1.0mm以上。

3 检测结果分析

3.1 路龄的影响

通过对本次大规模检测所取得数据的分析，得出路龄与路面点构造深度、平均构造深度、点动态摩擦系数的关系，具体见图2。

图2 路龄与路面构造深度、摩擦系数的关系

由图2可知，单轮式横向力系数检测系统（SCRIM）所测得的沥青路面点构造深度在通车后的3个月内趋于上升，主要原因在于新建沥青混凝土路面所覆盖的沥青薄层对裸露石料及表面粗构造等具有覆盖作用；而随着路面使用时间的延长、加载次数的增大以及物理风化作用的影响，沥青膜逐渐消磨，此时路表粗构造达到最大。沥青路面运行约2年后路表粗构造开始快速衰减，而运行约5年后衰减开始减缓，运行约7年后因沥青路面结构变得松散、脱落而对路表粗构造产生重建作用，从而使路面点构造深度呈上升趋势。

所测定的50m路段断面平均构造深度值是各测点构造深度平均值，其取值随路龄变化的趋势与路面各点构造深度变化趋势较为一致，通车后3个月内上升，此后逐年下降，而运行约7年后随路面破损状况的恶化而小幅回升。

点动态摩擦系数值在道路运行前7年的变化趋势与路面点构造深度、断面平均构造深度相似，其最大值出现在道路运行后约1.5年时，但其在道路运行约7年后并未出现回升趋势。主要原因在于路面摩擦系数取值既受路表粗构造影响，还与路表清洁程度、细构造等有关。车辆行车作用下，沥青胶浆及集料表面细构造逐渐磨损消耗，构造深度不断减小；此外，路表面油渍、轮胎橡胶颗粒等污染物均导致轮胎与沥青路面间摩擦系数不断减小。

3.2 行车速度的影响

通过对某AC-16沥青混凝土路面的不同路段进行路面点构造深度和点动态摩擦系数检测结果的比较发现：对于相同沥青路面结构构造、施工材料、施工工艺的路段而言，其路面点构造深度与点动态摩擦系数之间具有较好的相关性。进一步对不同路龄不同AC-16沥青混凝土路面进行点构造深度和点动态摩擦系数比较试验发现：行车速度较低的路面，路表构造深度与路面抗滑摩擦系数间并不具备较好的相关性；而行车速度较高的路面，两者相关性较好。为此，选择行车速度60km/h以上的路况建立点构造深度与点动态摩擦系数相关关系。

通过对现场检测数据的分析还发现：相同路面不同路龄下，抗滑摩擦系数与路面竣工验收初期路表构造十分接近；而不同路面虽然运行的自然环境、施工材料、施工工艺基本相同，但因施工材料拌和、运输、摊铺、碾压等具体工艺的差别，各路龄下抗滑摩擦系数均与投运初期相差较大。

4 结语

综上所述，沥青路面抗滑性能主要受施工材料、施工工艺、养护程度、结构设计等因素的影响。为优化沥青路面抗滑性能，必须从上述环节入手，综合考虑运行环境、运行车辆、行车速度，对路面抗滑性能进行科学评价。安装单轮式横向力系数检测系统的横向力系数检测车测定指标合理且全面、客观，检测效率和精度有保证。本文对该检测方式在沥青路面抗滑性能检测中的应用过程及结果的分析可作为该技术在我国路面检测中推广应用的参考。