瀝青路面抗滑性能的優(yōu)化措施分析

摘要 公路服役期間，受行車荷載、車輪摩擦、環(huán)境作用等多方面因素影響，導(dǎo)致路面抗滑性能衰減，對(duì)路面行車安全性造成不良影響。為保障路面行駛安全性，在公路設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)階段，均需要采取必要的措施，提升和保持路面必需的抗滑性能?；诖?，文章主要對(duì)瀝青路面抗滑性能進(jìn)行研究，從路面混合料設(shè)計(jì)視角出發(fā)，分析了提高路面抗滑性能的常見措施，并針對(duì)原材料的選擇、混合料級(jí)配類型的優(yōu)選、分異型礦料處治三個(gè)方面，從事前控制的視角，提出更具實(shí)踐性的改善措施，以期從源頭保證路面的抗滑路用性能。

關(guān)鍵詞 高速公路;瀝青路面;混合料抗滑設(shè)計(jì);分異型礦料

中圖分類號(hào) U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2022）11-0088-03

引言

路面抗滑性能在交通安全中的作用顯而易見，但如何建造、保持具有良好抗滑性能的優(yōu)質(zhì)路面是對(duì)道路建設(shè)過程中提出的一項(xiàng)亟待解決的要求。高速公路一旦發(fā)生交通事故，會(huì)嚴(yán)重影響駕乘人員人身和財(cái)產(chǎn)安全，尤其是降水、降雪等惡劣天氣狀況下，受降雨、降雪影響，路面抗滑性能進(jìn)一步降低，對(duì)路面行車安全性提出更高的要求[1]。因此文章研究瀝青路面抗滑性能的優(yōu)化措施，具有十分重要的工程實(shí)踐意義。

1 提高路面抗滑性能的常見措施

（1）薄層瀝青混凝土：薄層瀝青混凝土屬于間斷級(jí)配，根據(jù)公路等級(jí)、服役環(huán)境等差異，攤鋪厚度一般在1.5～2.5 cm，空隙率在6%～12%。因薄層瀝青混凝土具有優(yōu)良的抗滑性能，且具備良好的耐久性，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種抗滑表層結(jié)構(gòu)方案。

（2）瀝青瑪蹄脂碎石：瀝青瑪蹄脂碎石屬于骨架密實(shí)型級(jí)配，混合料攤鋪壓實(shí)后，粗集料相互嵌合，使面層結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的內(nèi)摩阻力，同時(shí)受瀝青膠結(jié)材料作用影響，具備優(yōu)異的內(nèi)聚力，從而使路面具備優(yōu)異的耐磨性和耐老化性。

（3）開級(jí)配磨耗層：開級(jí)配磨耗層空隙率可達(dá)18%～25%，由于路面結(jié)構(gòu)空隙率較大，使路面具有優(yōu)異的透水性，可有效減少路面積水，但受制于其結(jié)構(gòu)特性，抗滑性能難以有效保持。

（4）微表處：該技術(shù)最初應(yīng)用于稀漿封層，但與之不同的在于該技術(shù)使用粗骨料級(jí)配替代了I型級(jí)配類型，以改善路面抗滑性能，當(dāng)前主要用于路面結(jié)構(gòu)層病害治理，以提高路面行車性能。

（5）路表碎石瀝青封層：該技術(shù)多用于路表缺陷恢復(fù)，采用路表噴灑改性瀝青結(jié)合料和礦料改善路面性能，該技術(shù)操作簡(jiǎn)單，噴灑完成后，無需二次處理，在路面車流碾壓下自然成形即可。

無論是在新建階段還是在養(yǎng)護(hù)維修階段，路面抗滑結(jié)構(gòu)層修筑應(yīng)用都離不開設(shè)計(jì)階段的準(zhǔn)備工作?；诖?，該文章分析的目的是混合料在設(shè)計(jì)階段就考慮后期道路運(yùn)營(yíng)期間的路用指標(biāo)情況。

2 瀝青路面混合料的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 瀝青路面聚合物原料的選優(yōu)方案

（1）現(xiàn)選擇抗磨性能從低到高的三種材質(zhì)的集料制備瀝青混合料試件，分別是石灰?guī)r、玄武巖和鋼渣。并以SMA-13級(jí)配為例，經(jīng)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，給出打磨4 h后三種不同材質(zhì)集料制備的瀝青混合料的抗滑性能變化情況，見圖1。

隨礦料材質(zhì)變化情況

（2）從圖1可知：1）三種材質(zhì)的擺值BPN指標(biāo)總體差異較小，其中玄武巖和鋼渣差異最大為4.5%;2）三種礦料材質(zhì)之間的動(dòng)摩擦系數(shù)DF60指標(biāo)變化幅度較大，其中石灰?guī)r和鋼渣變化幅度高達(dá)22.8%。

（3）從圖1可知：1）低速條件的BPN指標(biāo)，基本不會(huì)受到材質(zhì)抗磨性能的影響;2）高速條件的DF60指標(biāo)，會(huì)較大幅度地受材料抗磨性能的影響。

基于上述分析可知，采用抗磨性能更好的礦料，提高集料的磨光值和磨耗值，有助于增加瀝青混合料高速行車條件下的動(dòng)摩擦系數(shù)。因此，為較好地保持瀝青路面抗滑性能，礦料應(yīng)盡量選用抗磨性能更好的。

2.2 瀝青路面聚合物級(jí)配擇優(yōu)選型

瀝青路面聚合物級(jí)配類別差異，會(huì)直接造成路面結(jié)構(gòu)不同，對(duì)路面抗滑性能造成影響。該文分析AC-13（懸浮密實(shí)型級(jí)配）、SMA-13（骨架密實(shí)型級(jí)配）、OGFC-13（骨架空隙級(jí)配）三種級(jí)配類型的混合料。

（1）以石灰?guī)r材質(zhì)為例，經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，給出打磨4 h后三種集料類型瀝青混合料的抗滑性能變化情況，見圖2。

隨級(jí)配類型的變化情況

（2）由圖2可知：AC-13級(jí)配類型混合料抗磨性能最差，SMA-13適中，OGFC-13最優(yōu)。

（3）由圖2可知：瀝青混合料級(jí)配類型對(duì)BPN和DF60均有較大影響，其中OGFC-130級(jí)配類型的混合料BPN比AC-13混合料高8.5%，DF60比AC-13混合料高18.6%，表明通過控制骨架結(jié)構(gòu)可顯著提高路面抗滑性能。

綜上分析，骨架空隙結(jié)構(gòu)抗滑性能最為優(yōu)異，但考慮到該型結(jié)構(gòu)中集料間接觸面積較少，在車輛荷載作用下，接觸點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力較為集中，會(huì)加速抗滑性能的衰變，而骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)密實(shí)，具備良好的抗滑性能衰減抑制能力，同時(shí)兼具優(yōu)異的紋理形貌構(gòu)造，應(yīng)作為優(yōu)先考慮的級(jí)配類型。

3 分異型礦料對(duì)瀝青混合料抗滑性能的影響

單一材質(zhì)的瀝青混合料鋪筑的公路，在服役期間受車輛荷載、道路服役環(huán)境等多種因素影響，路面抗滑性能會(huì)不可避免地出現(xiàn)衰減，會(huì)增加公路行車安全隱患發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[2]。為克服這一問題，該文提出了分異型瀝青混合料的概念。

3.1 分異型礦料對(duì)抗滑性能的影響

選用玄武巖材質(zhì)礦料的SMA-13級(jí)配類型混合料進(jìn)行分異處理的試驗(yàn)分析：

（1）該次分異配比為30%，即將SMA-13級(jí)配類型混合料中玄武巖集料，替換部分為抗磨性能較差的石灰?guī)r;將分異處理后的混合料在加速磨耗儀上打磨62 h，對(duì)比分析分異處理前后的混合料抗滑性能變化。D41E497D-D11C-49CB-A865-CCC9F5409D0A

（2）圖3給出了SMA-13骨架密實(shí)型混合料分異前后，抗滑性能指標(biāo)值的變化趨勢(shì)。圖例“SMA-13（H）-30%”中“H”表示混合料經(jīng)過分異處理，“30%”表示混合料中另一種較差的分異礦料所占配比。

（3）從圖3可以看出，經(jīng)分異處理后的混合料在打磨30 h時(shí)，抗滑性能出現(xiàn)較大波動(dòng)現(xiàn)象，表明通過分異處理的方式，能持續(xù)改善抗滑性能。

（以SMA-13級(jí)配類型混合料為例）

分析可知，由于集料之間抗磨性能存在差異，導(dǎo)致不同集料磨損速率差異。在磨損初始階段，輪胎作用力均勻作用于所有集料表面，此時(shí)由于軟質(zhì)集料磨損較快，混合料表面形貌可得到較好保持，進(jìn)而保證路面具有較好抗滑性能[3]。此后由于軟質(zhì)集料磨損，車輛輪胎摩擦主要作用于硬質(zhì)集料表面，對(duì)硬質(zhì)集料磨損較為嚴(yán)重。待硬質(zhì)集料磨損到一定程度，又會(huì)重新回到類似初始階段的磨損過程，如此反復(fù)，造成分異后SMA-13混合料抗滑性能出現(xiàn)波動(dòng)的現(xiàn)象。

3.2 混合料中礦料不同分異比例處治對(duì)抗滑性能的影響

以玄武巖材質(zhì)礦料的SMA-13級(jí)配類型混合料為基準(zhǔn)，以石灰?guī)r礦料為分異組合添加材料，研究了0、10%、30%、50%分異配比下的混合料抗磨性能變化。

（1）在加速磨耗儀上加速打磨到62 h，測(cè)試加速打磨62 h條件下抗滑性能的變化情況，見圖4。

抗滑性能的影響

（2）為了定量分析這些變化的具體情況，平均衰變速率指標(biāo)ADR和平均波動(dòng)幅度AAF，經(jīng)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析回歸模型計(jì)算，結(jié)果見表1。

（3）由圖4、表1可知：1）BPN、DF60指標(biāo)及平均波動(dòng)幅度AAF值，均隨分異配比值增加而增加;2）當(dāng)H-10%（分異配比值為10%）時(shí)，平均衰變速率指標(biāo)ADR值略有增加，但增值較小;3）當(dāng)H-30%時(shí)，BPN指標(biāo)的ADR值降幅為7.2%，DF60指標(biāo)的ADR值降幅達(dá)17.8%;4）當(dāng)H-50%時(shí)，BPN和DF60指標(biāo)的ADR值明顯增加，表明混合料抗滑性能衰減速率明顯增加。

4 結(jié)論

該文在研究了提高路面抗滑性能的常見措施的基礎(chǔ)上，通過試驗(yàn)分析的方式，重點(diǎn)研究了不同礦料種類、不同級(jí)配類型、分異型礦料不同配比下的礦料對(duì)瀝青混合料抗滑性能的影響，結(jié)論如下：

（1）通過對(duì)不同礦料種類混合料進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)礦料耐磨性能可對(duì)混合料動(dòng)摩擦系數(shù)DF60產(chǎn)生較大影響;因此可采用抗磨性能更好的礦料，提高集料的磨光值和磨耗值，以提升路面抗滑性能。

（2）通過對(duì)不同級(jí)配類型的瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)骨架型級(jí)配有助于提高混合料的抗滑性能，但受制于其結(jié)構(gòu)特性，該結(jié)構(gòu)抗滑性能衰變較快，難以有效保持。而骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)密實(shí)，具備良好的抗滑性能衰減抑制能力，而且該級(jí)配類型路面紋理構(gòu)造優(yōu)良，應(yīng)作為優(yōu)先考慮的級(jí)配類型。

（3）通過對(duì)分異化處理后的混合料進(jìn)行試驗(yàn)，采用提升分異配比值的方式，有利于路表新的紋理形貌構(gòu)造的形成。但軟質(zhì)集料過多，會(huì)顯著增加抗滑性能衰減速率。因此應(yīng)根據(jù)原始集料、分異組合添加的材料抗磨性能差異，合理設(shè)計(jì)配比值。該試驗(yàn)分異型礦料按30%取值，可使路面抗滑性能得到較好保持。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2022-03-14

作者簡(jiǎn)介：陳光寅（1981—），男，本科，助理工程師，研究方向：路面工程施工。D41E497D-D11C-49CB-A865-CCC9F5409D0A