SMA瀝青路面早期抗滑性能特征與對策簡述

張波

摘要：文章針對SMA瀝青路面的早期抗滑性能進行了簡要概述，總結(jié)歸納了SMA瀝青路面早期抗滑性能的主要影響因素，并針對SMA瀝青路面早期提高方式進行了對策簡述，可供行業(yè)內(nèi)參考。

關(guān)鍵詞：SMA;抗滑性能;瀝青路面;對策

中圖分類號：U416.217 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0134-04

引言

SMA（Stone Mastic Asphalt）瀝青路面，也稱為瀝青瑪蹄脂碎石路面，是一種擁有諸多優(yōu)良特性的道路鋪筑用瀝青混合料。其“三多一少”的工程特性（石料多、礦粉多、瀝青多，細集料少）不但賦予了SMA瀝青路面優(yōu)良的抗高溫性能、低溫穩(wěn)定性能、水穩(wěn)定性能和耐久性能，同時也導(dǎo)致了SMA瀝青路面高額的工程造價，制約了SMA技術(shù)的大范圍推廣。

但是，隨著我國各省市地區(qū)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，目前我國越來越多的新建路面均紛紛開始采用SMA瀝青路面作為道路上面層，乃至中、上面層。因此，在高速公路交工檢測任務(wù)中，SMA瀝青路面的檢測量也在逐年遞增。

依據(jù)我國《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準》（F80/1-2017）和《浙江省公路工程竣（交）工驗收實施細則（試行）》文件，目前在我省內(nèi)的高速和一級公路交工檢測任務(wù)中，路面工程交工檢測主要包括瀝青路面壓實度、瀝青路面彎沉、瀝青路面車轍、瀝青路面滲水系數(shù)、砼路面強度、砼路面相鄰板高差、平整度、抗滑（摩擦系數(shù)、構(gòu)造深度）、厚度和橫坡等，共計10項檢測項目和11個檢測參數(shù)。其中，對于直接評價道路行車安全性的路面抗滑指標(biāo)，相應(yīng)文件更是要求同時檢測高速和一級公路的摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度兩項參數(shù)。

然而，在SMA瀝青路面交工檢測過程中，往往會遇到SMA瀝青路面構(gòu)造深度指標(biāo)合格率較高，但橫向力系數(shù)（SFC）合格率偏低的異?，F(xiàn)象。根據(jù)工作經(jīng)驗，部分新建高速的SMA瀝青面層橫向力系數(shù)的合格率不足80%。根據(jù)2018年5月1日開始實施的《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準》，這一異?，F(xiàn)象不但會導(dǎo)致工程質(zhì)量整體評價的降低，當(dāng)橫向力系數(shù)合格率低于80%時，更會導(dǎo)致整個分部工程和單位工程的評價認定為不合格，直接影響整個高速工程的交工進程和通車規(guī)劃。

基于這一背景，本文將針對SMA瀝青路面早期抗滑性能特征進行簡要歸納和綜述，重點分析SMA瀝青路面橫向力系數(shù)的主要影響因素，歸納并綜合相關(guān)前期文獻，并提出針對SMA瀝青路面早期提高方式的對策簡述，以供行業(yè)參考。

1 SMA瀝青路面早期抗滑性能特征

作為交通安全的主要影響因素，路面抗滑性能一直是交通和管理部門的重點關(guān)注指標(biāo)之一。研究表明，在車輛大幅轉(zhuǎn)彎和緊急剎車的過程中，不同的路面抗滑摩擦系數(shù)會對駕駛?cè)藛T駕駛產(chǎn)生不同的操控感和緊張感，極易導(dǎo)致駕駛員的操縱失誤，嚴重情況下會直接造成交通事故的發(fā)生。而路面的抗滑性能是會隨著路面服役時間的增長而不斷下降的，因此路面交工初期即需要達到良好的路面抗滑水平，從而保證整個道路服役周期內(nèi)的車輛行駛安全。

另一方面，相關(guān)文獻表明，當(dāng)汽車橡膠輪胎和瀝青路面接觸時，產(chǎn)生的摩擦阻力主要由阻滯力和粘著力組成。其中，阻滯力是指輪胎受到瀝青路面面層集料的宏觀構(gòu)造的影響，導(dǎo)致體積變形從而受到的阻滯阻力;而粘著力則是輪胎行進過程中，由于瀝青面層路面的微觀構(gòu)造，而產(chǎn)生的粘結(jié)阻力，且這一阻力與輪胎和路面面層的接觸面積呈明顯相關(guān)性。

對于SMA瀝青路面，其抗滑特性同樣主要取決于汽車橡膠輪胎和瀝青路面接觸時的阻滯力和粘著力。但是，眾多研究表明，SMA瀝青路面在鋪筑后的早期時間內(nèi)，其橫向力摩擦系數(shù)及抗滑性能將呈現(xiàn)出劇烈變化的特異現(xiàn)象：

婁禹嵐等人通過6個月的長期觀測，跟蹤檢測了某高速公路在通車后半年時間內(nèi)瀝青路面摩擦系數(shù)的變化規(guī)律，并指出隨著通車時間的增加，荷載作用次數(shù)的增多，通車道路的動態(tài)摩擦系數(shù)和橫向力系數(shù)均呈現(xiàn)出先下降后急劇上升的變化趨勢。他們認為，這與SMA路面特有的大構(gòu)造深度和檢測方法的不匹配性相關(guān)。

張洪等人研究了SMA路面抗滑指標(biāo)與標(biāo)準的關(guān)系，指出通車初期，SMA路面抗滑性能具有短期增長的明顯特征。因此，剛竣工的SMA路面抗滑指標(biāo)的檢測結(jié)果不具代表性，必須經(jīng)過車輪磨耗一段時間后（約6個月）才能得到穩(wěn)定的檢測結(jié)果。

吳昌興等人對某高速公路SMA-13磨耗層交工和竣工驗收時的橫向摩擦力系數(shù)和構(gòu)造深度進行檢測，發(fā)現(xiàn)SMA磨耗層橫向摩擦力系數(shù)并不是在交工驗收時達到最優(yōu)，通車初期出現(xiàn)“不降反升”的現(xiàn)象。

在這種情況下，雖然目前普遍認為SMA路面開放交通一段時間后，隨著道路交通量的不斷增加，道路表面瀝青膜的減薄，SMA瀝青路面的抗滑性能不足的問題自然會得到改善。但是，若這段時間持續(xù)低溫多雨，則會對道路行車安全造成重大的安全隱患。因此，保證SMA瀝青路面的早期抗滑性能將是提高車輛駕駛員行車安全的當(dāng)務(wù)之急。

2SMA瀝青路面早期抗滑性能主要影響因素簡述

1968年，德國率先研究出了SMA瀝青路面，并賦予了SMA瀝青路面兩個重要特性：

（1）通過不同的級配設(shè)計，采用由大粒徑集料互相嵌鎖組成的高穩(wěn)定性和高抗變形能力結(jié)構(gòu)骨架。

（2）調(diào)整了瀝青混合料原材料配比，通過高油石比設(shè)計，采用由細集料、瀝青和穩(wěn)定添加劑組成的瀝青砂漿將“骨架”膠結(jié)在一起，從而使瀝青混合料具有較好的柔性、耐久性和穩(wěn)定性。

這兩條特性賦予了SMA瀝青路面優(yōu)良的路用性能，但也導(dǎo)致了SMA瀝青路面與AC瀝青路面之間的差異，本文將主要通過級配、原材料、配合比以及施工工藝等幾個方面，綜合其他研究人員對于SMA瀝青路面早期抗滑性能的相關(guān)研究資料，對SMA瀝青路面早期抗滑性能主要影響因素進行簡要綜述。

2.1級配對SMA瀝青路面早期抗滑性能的影響

根據(jù)現(xiàn)有資料，已有諸多學(xué)者對SMA級配進行了相應(yīng)抗滑性能研究。目前主要的研究成果集中在部分篩孔通過率、瀝青用量、級配范圍要求、設(shè)計方法等方面：

（1）部分篩孔通過率和瀝青用量對SMA瀝青路面早期抗滑性能的影響

劉亞敏指出，公稱最大粒徑通過率、關(guān)鍵篩孔通過率和瀝青用量是影響路面抗滑性能的重要因素。

通過典型灰關(guān)聯(lián)度分析可以發(fā)現(xiàn)，SMA瀝青路面的抗滑性能會隨著公稱最大粒徑通過率的增大或者瀝青用量的增加而逐漸降低。以SMA-13級配為例：隨著9.5mm篩孔通過率的增加，路面的抗滑性能先增大后減小;當(dāng)關(guān)鍵篩孔4.75mm通過率增大時，抗滑性能先減小后增大;隨著2.36mm篩孔通過率的增加，抗滑性能呈增大趨勢。

（2）級配范圍要求對SMA瀝青路面早期抗滑性能的影響

馬寶國綜合現(xiàn)行規(guī)范對普通SMA級配范圍的要求，結(jié)合抗滑指標(biāo)各影響因素趨勢的最優(yōu)方案分析，提出了不同公稱最大粒徑SMA抗滑性能優(yōu)良的級配范圍，具體如表1～表4所示。

由此可見，級配對SMA瀝青路面的早期抗滑性能有著十分重要的影響作用，部分學(xué)者也從級配設(shè)計和優(yōu)化方面，針對SMA瀝青路面早起抗滑性能進行了優(yōu)化設(shè)計。

（3）基于CAVF法的SMA瀝青混合料級配設(shè)計優(yōu)化

基于斷級配設(shè)計理論，龍艷采用CAVF法確定了SMA瀝青路面粗細比等指標(biāo)的設(shè)計方法，合理改善了SMA路面的初始抗滑性能。

CAVF法一種與SUPERPAVE瀝青混合料設(shè)計體系類似的瀝青混合料配合比設(shè)計方法，主要是通過實測主骨架礦料的空隙率，計算其空隙體積，使瀝青混合料最終設(shè)計空隙體積與瀝青體積、細集料體積、礦粉體積之總和等于主骨架空隙體積，最大發(fā)揮粗集料的嵌擠能力，從而形成一種按照體積設(shè)計瀝青混合料的合成級配，由華南理工大學(xué)張肖寧等人提出。

龍艷飛指出，應(yīng)采用間斷級配混合料設(shè)計方法和磨光值較高的石料以保證瀝青路表擁有較深的表面構(gòu)造，從而賦予瀝青路面優(yōu)良的抗滑性能。對于公稱粒徑為13.2mm的SMA-13材料，在間斷不同粒徑方面可以分別選擇2.36mm、1.18mm或更小的粒徑;也可嘗試間斷2檔或以上數(shù)量的粒徑，以獲得更突出的抗滑構(gòu)造，但是同時也應(yīng)高度重視隨之而來的施工離析等新問題。針對SMA-13級配，完全可以考慮間斷4.75～2.36這檔料，或部分間斷這一檔粒徑。

2.2集料對SMA瀝青路面早期抗滑性能的影響

另一方面，基于差異磨耗原理，陳賀對SMA混合料路面抗滑性能進行了評價和優(yōu)化。他認為集料的礦物組成決定了集料的紋理和磨光性能等性質(zhì)，從而導(dǎo)致了SMA瀝青路面會因為不同集料而表現(xiàn)出不同的抗滑性能差異。并指出兩種性能較差的集料進行摻配可以比單種性能較好集料的SMA混合料具有更好的抗滑性能，且兩種集料的性能差異越大，進行摻配后的差異磨耗現(xiàn)象越顯著，其SMA混合料的抗滑性能越好。同時，當(dāng)某兩種集料進行摻配時，存在一個最佳的質(zhì)量比例，既能使SMA混合料的抗滑性能最佳，又能節(jié)省部分優(yōu)質(zhì)集料的用量。

譚巍進一步指出石灰?guī)r中摻入適當(dāng)比例的玄武巖、輝綠巖或花崗巖后，抗滑耐磨性能均得到較大改善：對于SMA-13而言，級配越粗抗滑性能越好，通過調(diào)節(jié)級配，抗滑壽命可提高48%，0.618可作為玄武巖摻配比例確定的一個重要參考點。

龍艷則對SMA原材料的壓碎值進行了相應(yīng)研究，認為SMA原材料的壓碎值不宜超過15%，宜靠近10%或更小為佳，從而有效提高初始抗滑性能;并通過實驗指出石料磨光值應(yīng)不小于44PSV。

2.3油石比對SMA瀝青路面早期抗滑性能的影響

在級配對SMA瀝青路面早期抗滑性能的影響中已經(jīng)指出瀝青用量的增加會導(dǎo)致SMA瀝青路面早起抗滑性能的下降，這主要是因為SMA的設(shè)計特性導(dǎo)致了集料表面的瀝青膜厚度較厚，從而對瀝青路面的構(gòu)造深度和橫向力系數(shù)造成較大影響。

龍艷飛指出：隨著瀝青油石比的降低，瀝青油膜厚度的減少，瀝青路面的構(gòu)造深度將逐漸增大，數(shù)值將由1.2mm左右增加到1.3～1.4mm左右。劉志華也指出減少瀝青用量可以在一定程度上提高抗滑性能。

在油石比方面，婁禹嵐進行了更加深入的研究：通過連續(xù)6個月的長期監(jiān)測，婁禹嵐發(fā)現(xiàn)：在路面交工初期的第一階段，雖然瀝青路面油膜厚度較厚，但集料棱角未收到大量的碾壓損耗，因此此時檢測出的瀝青路面抗滑性能數(shù)值不高，但基本合格;然而，隨著交通的逐漸開放，瀝青路表的瀝青油膜被行車荷載磨平、磨光，同時路表集料的棱角也隨之損耗，此時的SMA路面表明光滑，甚至遠看會出現(xiàn)鏡面效果，相應(yīng)的SMA路面抗滑能力也將下降到最低，甚至達到不合格狀態(tài);而由于荷載的持續(xù)作用，SMA路面的抗滑性能將發(fā)展至第三個階段，由于瀝青油膜的進一步脫落，SMA路表的集料將逐漸開始表面外露，并通過集料表面構(gòu)造和棱角性提供抗滑性能，因此在這個過程中，SMA瀝青路面的抗滑性能將呈現(xiàn)出逐步增長的趨勢，當(dāng)瀝青膜全部脫落完，摩擦系數(shù)將達到峰值（8～12個月左右）;最后一個階段，SMA瀝青路面的抗滑性能將與普通瀝青路面類似，隨著集料棱角的磨光，路面整體的摩擦系數(shù)將呈緩慢下降的趨勢。

通過上述分析，不難看出，在SMA瀝青路面的瀝青混合料制備過程中，油石比并不是越高越好，較高的油石比會導(dǎo)致SMA瀝青路面第一階段和第二階段初期抗滑性能不合格的情況，從而對行車安全埋下事故隱患。

2.4纖維對SMA瀝青路面早期抗滑性能的影響

龍艷飛、劉志華等人也對纖維的影響情況進行了相應(yīng)研究。對比試驗表明，纖維的種類、數(shù)量和成型方法改進對于SMA瀝青路面早期抗滑性能的提升作用并不顯著。反而過多的纖維含量、過多或過度增加振動碾壓作用次數(shù)等措施，還會對瀝青混合料的制備和攤鋪造成新的影響，因此本文并不建議通過調(diào)整纖維來改善SMA瀝青路面的早期抗滑性能。