公路沥青路面的抗滑性能影响研究

摘 要：为研究公路沥青路面的抗滑性能影响，本文基于某高温、高湿地区的公路工程，通过试验系统评价了AC-13、AC-16、SMA-13和SSAM-13共4种沥青混合料的高温和水稳定性，利用所得BPN值分析了不同温度、湿度、积水量和高温、高湿条件对4种沥青混合料抗滑性能的影响，得出以下2个结论。1） SMA-13、SSAM-13混合料有较好的高温稳定性，在高温、高湿的环境下能保持较好的抗滑性能且其抗劣化能力也较强，但是水稳定性并不突出。2） 高温、高湿复合因素对沥青路面的抗滑性能影响大于单一条件。

关键词：沥青路面；温度稳定性；水稳定性；高温高湿；抗滑性能

中图分类号：U 414" " 文献标志码：A

目前，国、内外学者针对沥青路面的抗滑性能影响因素进行了大量研究。郑冬等[1]针对环氧沥青混合料，利用BPN的变化规律，分析了不同极端条件对其抗滑性能的影响。结果表明，环氧沥青混合料的BPN在高温、干燥的条件下降低22%～45%，在降雨条件下降低15%～32%，在冰冻条件下降低10%～70%。孟勇军等[2]分析了不同类型沥青混合料在道路凝冰条件下的抗滑性能，总结了抗滑性能随凝冰厚度变化的规律。结果表明，OGFC-13在凝冰条件下的抗滑性能最佳，随着凝冰厚度增加，沥青混合料的抗滑性能下降并逐渐趋于0。

上述学者对不同类型的沥青混合料在高温、低温和降雨等条件下的抗滑性能研究已有较多研究成果，但是沥青混合料在高温、高湿耦合条件下的抗滑性能仍需要做进一步研究。因此，本文基于某高温、高湿地区公路工程，选取4种不同类型的沥青混合料制作车辙板试件，利用摆式仪所测BPN值分析温度、湿度、积水量和高温、高湿对不同类型沥青混合料路面抗滑性能的影响，对路面建设有一定的参考价值。

1 沥青混合料技术特性

1.1 配合比设计

本文根据抗滑性、耐久性、耐磨性和经济适用性选取AC-13、AC-16、SMA-13和SSAM-13共4种沥青混合料[3-5]，采用马歇尔试验确定其最佳配合比。各类混合料的基本指标见表1。

1.2 高温稳定性试验

根据马歇尔试验确定的各混合料最佳配比制作标准的车辙板试件，对其进行高温稳定性试验。马歇尔稳定性试验是一种传统试验方法，用来评估沥青混合料的稳定性和流动性。将样本加热到一定温度后，用马歇尔仪施加加载，测量其所承受的最大载荷和流量。将试验温度设定为55 ℃，轮胎压力设为0.6 MPa，观测试件在30 min和45 min条件下的变形深度并进行动稳定度计算，结果见表2。

由表2可知，各类混合料的动稳定度均远高于要求值，抗高温性能均较好，而掺入玄武岩（SMA-13）和钢渣（SSAM-13）的断级配密实型混合料的高温稳定性最佳，并且二者在相同级配下的试验结果相差不大。

1.3 水稳定性试验

冻融循环试验评估沥青材料在冻融条件下的耐久性。样品在水饱和状态下交替经历冻结和融化，可模拟自然环境中的冻融作用。根据冻融劈裂试验来确定各混合料的水稳定性。冻融组试件在-20℃条件下放置24h，再放入20℃的恒温水槽中24h；未冻融组试件放入20℃的恒温水槽中24h。各组劈裂试验结果见表3。

由表3可知，各类混合料的冻融强度比均高于要求值（70%），水稳定性能均较好。与高温稳定性试验结果不同，玄武岩（SMA）和钢渣（SSAM）混合料的水稳定性并不突出。

2 沥青路面抗滑性能影响因素分析

2.1 温度影响分析

在温度15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃和55 ℃条件下制作车辙板试件，利用摆式仪测量其BPN值。各类混合料的BPN值与温度的关系曲线如图1所示。

由图1可知，4种混合料的BPN值均随温度的升高而降低且降低幅度较大，表明温度对沥青路面的影响较大。各材料的BPN值始终为SAM-13＞SMA-13＞AC-16＞AC-13，其中AC-13的粗集料占比小于AC-16，其抗滑性能较低，由于二者级配相同，因此随温度变化趋势基本一致。SMA-13和SSAM-13的降低幅度也基本相同，并且各个阶段降低幅度均较大于AC-13和AC-16，表明加有玄武岩和钢渣的断级配密实型混合料在高温下的抗滑性能比连续密级配更有优势。

2.2 湿度影响分析

在湿度30 RH～90 RH、温度恒定25 ℃的条件下制作车辙板试件，利用摆式仪测量其BPN值。各类混合料的BPN值与湿度的关系曲线如图2所示。

表2 车辙试验结果

类型 30min深度 45min深度 动稳定度 要求值

AC-13 1.827 1.923 4 238 2 800

AC-16 1.878 2.097 4 216 2 800

SMA-13 1.302 1.391 6 238 3 000

SSAM-13 1.358 1.463 6 305 3 000

表3 劈裂试验结果

类型 未冻融强度/MPa 冻融强度/MPa 强度比/%

AC-13 1.03 0.90 87.0

AC-16 0.85 0.71 87.2

SMA-13 0.91 0.77 84.5

SSAM-13 1.01 0.89 86.5

由图2可知，随着湿度从30 RH升至90RH，路面的BPN逐渐下降。根据变化曲线可将其划分为3个阶段。1） 第一阶段（30 RH～50 RH）。该阶段湿度较低，4种混合料的抗滑性能所受影响较小，曲线变化速率较低。2） 第二阶段（50 RH～80 RH）。此时湿度较高，BPN随湿度的增加而急剧下降。原因是此时空气中的水分比低湿情况下更容易进入沥青混合料中的空隙，从而削弱了路面吸水能力，水分在路面堆积，降低了路面的宏观构造，使其抗滑性能大幅度降低。该原因同样可用于解释AC-13的BPN下降幅度比其他3种混合料更小且AC-13的抗滑能力在自然状态下最低，下降幅度最小。3） 第三阶段（＞80 RH）。随着湿度增加，各混合料的BPN下降幅度均＜2%，此时混合料中的空隙基本已被水填满，继续增加湿度对宏观构造的影响十分微弱。

2.3 积水量影响分析

进行湿度影响分析的相关试验过程中，本文发现长时间的湿度环境会使路面存在较多积水，因此进行积水量对抗滑性能影响分析。积水量选取0 g、10 g、20 g、30 g和40g，均匀喷洒在车辙试件上，进行抗滑性能分析，结果如图3所示。

由图3可知，积水量从0 g增至20 g的过程中，4种混合料的BPN呈显著下降趋势，而在20 g后，积水量对BPN的影响较小，其下降值相差不大。但是AC类混合料出现BPN值在小范围内急剧下降的情况，SSAM-13与SMA-13的BPN变化与之相比呈衰减趋势。原因是当路面积水量较大时，水会逐渐填充混合料的宏观构造和空隙，孔隙率逐渐降低，混合料表面的水会随之增加。此时摆式仪已无法与路面直接接触，路面的抗滑性能取决于混合料的凸起部分。而AC-13与AC-16的孔隙率较小，混合料内部的容水能力较弱，与SSAM-13与SMA-13相比，其孔隙率降低速率更小。并且SSAM-13与SMA-13分别添加了钢渣与玄武岩，混合料有较多的凸起部分，从而使SSAM-13与SMA-13的BPN变化呈衰减趋势。

该现象表明，连续密级配混合料存在抗滑性能突然消失的安全隐患，而断级配密实型混合料在积水增加的道路上行驶更具有安全性。

2.4 高温、高湿影响分析

本节研究高温、高湿耦合条件对抗滑性能的影响。在湿度为60 RH～90 RH、温度为45 ℃、55 ℃的条件下，各类混合料的BPN值与温度和湿度的关系如图4所示。

由图4可知，当温度为45℃或55℃、湿度为60 RH～70 RH时，4种混合料的BPN值下降幅度均为1%～2%；湿度为80 RH～90 RH时，连续密级配混合料（AC-13、AC-16）的BPN值下降幅度为7%左右，而断级配密实型混合料（SMA-13、SSAM-13）的BPN值下降3%～4%。比较图1、图2和图4可知，当温度为45℃时，湿度从60 RH增至90 RH的BPN值比上文小，其变化幅度和速率在相同变化范围（60 RH～90 RH）内均大于上文，表明高温、高湿耦合条件下的影响大于单一条件。当湿度从80 RH增至90 RH时，温度升高导致的抗滑性能下降幅度大于湿度升高导致的抗滑性能劣化程度。原因是温度升高使路面的堆积水量不足，从而增强了仪器与路面接触面间的润滑作用，而且高温会使沥青路面软化，进一步降低了BPN值，因此抗滑性能在高温、高湿环境下持续劣化，使路面BPN值加剧衰减。

比较4种混合料的变化可知，断级配密实型混合料在高温、高湿环境下能保持较好的抗滑性能且其抗劣化能力也较强。

3 结语

为研究沥青路面的抗滑性能影响因素，本文基于某高温、高湿地区的道路工程，采用配合比试验确定了AC-13、AC-16、SMA-13和SSAM-13这4种沥青混合料的最佳配比，并对其进行了高温稳定性和水稳定性评价。本文研究了温度、湿度、积水量和高温、高湿对4种混合料的抗滑性能影响，得出以下3个结论。1） 与连续密级配混合料（AC-13、AC-16）相比，掺入玄武岩（SMA-13）和钢渣（SSAM-13）的断级配密实型混合料的高温稳定性更好，但是其水稳定性较差。2） 温度升高使路面在湿度增加情况下的堆积水量不足，从而增强了仪器与路面接触面间的润滑作用，同时高温会使沥青路面软化，高温、高湿环境会使路面的抗滑性能大幅降低。3） 在高温、高湿环境下，SMA-13与SSAM-13能保持较好的抗滑性能，并能减缓抗滑性能的劣化速度。

参考文献

[1]郑冬，钱振东，刘长波.多种气候作用下环氧沥青混凝土表面抗滑性能试验研究[J].公路，2016，61（1）：1-5.

[2]孟勇军，卢祖标，郭贺源，等.桂北地区凝冰沥青路面抗滑性能分析[J].公路，2019，64（12）：10-14.

[3]胡力群，许松，徐峰，等.颗粒污染物对AC-13沥青路面抗滑性能影响[J].大连理工大学学报，2021，61（2）：197-205.

[4]潘岳.温度对沥青路面抗滑性能影响的研究——基于北京足尺环道[D].重庆：重庆交通大学，2021.

[5]潘境盛.基于多因素条件下的积沙沥青路面抗滑性能试验研究[D].石河子：石河子大学，2021.