薄层罩面抗滑性能衰变规律与影响因素研究

沥青路面抗滑性能是影响道路安全的主要因素的之一。沥青路面的摩擦系数下降会使汽车的制动距离加大，容易引发交通事故。为确保车辆行驶的安全性，我国对于道路日常养护工作的投入日益增加，但随着经济的高速发展，交通量呈现出了速度快、车流量大、轴载重等特点，新建的沥青路面受到高频率的轴载作用使得集料表面磨光，沥青路面抗滑性能衰减较快。通过调研河北省高速公路检测数据，研究发现大多数高速公路的PCI(路面破损指数)和RQI(路面行驶指数)均大于90，但SRI(抗滑指数)大多数低于71。为了降低路面行驶的安全隐患，交通管理部门每过一段时间就要对抗滑能力不足的路段进行修复，造成资源的浪费，使抗滑性能养护工作成为业内的一个难题。我国养护方法大多是采用具有延长路面寿命、改善行驶质量、校正表面缺陷、提高安全特性的技术特点的薄层罩面技术，但是由于薄层罩面一般比较薄且不易压实，在重载交通下容易造成集料剥落导致路面抗滑能力不足。

目前我国高速公路预防养护通常采用SMA-13薄层罩面、微表处、AC-16薄层罩面和NovaChip超薄磨耗层等，本文依托云南省高速公路养护调研数据，在区分不同交通水平的基础上，研究不同薄层罩面混合料在不同交通量下的抗滑性能衰减规律，分析路面抗滑性能主要影响因素，以期为抗滑养护工作提供参考。

数据采集

本文采用路面调查法对路面抗滑数据进行检测，路面调查法是通过使用SCRIM检测车对横向力系数进行大量采集，此种方法可以通过大数据直观分析抗滑性能的衰减规律。

本文调研道路选用的是不同交通量、不同建成时期、路表结构类型不同的高速公路，数据满足以下的原则:

(1)由于数据量较大，对天气、人员、设备等因素造成的错误数据，进行剔除。

(2)道路工作者未记录养护路段，造成抗滑数据随着年限升高反而有所提升，进行剔除。

(3)交通量水平划分按照《公路沥青路面设计规范》进行划分。将交通量为8.0~19.0×10^6辆认定为重交通水平，交通量为4.0~8.0×10^6辆认定为中等交通水平。

本文主要选取云南省部分高速公路进行分析具体情况见表1。

重交通等级下抗滑衰减规律

采用路网调查方法对云南省重交通下的部分高速公路AC-16、微表处、Novachip、SMA-13从交工验收到通车五年之间的SFC(横向力系数)进行采集，如图1所示。

在重交通水平条件下，AC-16和SMA-13罩面的初始抗滑性能最好，而微表处抗滑初始能力相对较差。AC-16在第二年SFC值衰减最大，达到了27.5%，而SMA-13罩面与Novachip超薄磨耗层处于相对稳定，具有良好的抗滑耐久性。微表处不仅初始抗滑性能相对较低，而且抗滑的耐久性也比较差，不适合用于抗滑要求高的路面。重交通条件下抗滑能力排序为SMA-13薄层罩面＞NovaChip超薄磨耗层＞AC-16薄层罩面＞微表处。

中等交通等级下抗滑衰减规律

在中等交通条件下，云南省大部分高速公路在通车阶段抗滑性能符合规范要求，衰减规律如图2所示，混合料抗滑性相比重交通衰减趋于稳定。

在中等交通水平条件下，AC-13薄层罩面的横向力系数最低，但AC-13衰减率趋于稳定，而Nova-chip超薄磨耗层、AC-16薄层罩面和微表处初始状态下横向力系数SFC都大于60，但这三种方案在通车一年抗滑衰减率分别达到18.5%、15.2%和16.9%。中等交通条件下，AC-16罩面与NovaChip超薄磨耗层初始SFC值和衰减变化率总体上差别不大，微表处在交工验收后，前两年与AC-16罩面、NovaChip超薄磨耗层的SFC相比较低，但通车三至五年后，横向力系数SFC的数值与二者基本相似，在选择养护技术时可针对不同的养护需求进行选择。抗滑能力排序为:NovaChip超薄磨耗层＞AC-16薄层罩面＞微表处＞AC-13薄层罩面。

沥青影响因素分析

在高频交通荷载和超载作用下，沥青混合料逐渐发生老化，从而造成表观防滑系数不足。

级配影响分析

粗集料的分布以及裸露程度的不同影响着沥青路面的构造深度，进而对抗滑表层初始SFC值和抗滑耐久性造成影响。对云南省高速公路选取AC-13、AC-16、SMA-13罩面路面芯样矿料进行研究分析，级配如表2所示。

通过摆式摩擦仪测定车辙试件的抗滑性能，测试结果见图3。

经过对比可以发现，三种不同级配混合料中，抗滑能力AC-16＞SMA-13＞AC-13，分析其原因，AC-13粗集料含量较少，表面粗糙度不足，SMA-13粗集料含量虽然较多，构造深度也较大，但其级配为断级配，与滑块橡胶皮的接触面积相比AC类要小，因此采用摆值作为评价指标时其抗滑能力并非最大。

集料的品质

集料在沥青路面施工中占极大比重，在一般的情况下，粗集料作为骨架，承担着路面荷载，集料的质量占到了总质量的95%，与此同时，裸露在表面的粗集料是影响路面构造深度的主要因素，集料本身的抗滑性能很大程度上决定了沥青路面的抗滑性能，通过对集料的磨耗值与磨光值的研究，分析二者对沥青路面抗滑性能的影响。

(1)磨耗值

沥青路面表层混合料胶结的矿料在高交通量、重轴载的作用下会逐渐剥落，造成裸露在外面的粗集料比例增加，特别是在潮湿天气环境下，会加大集料的磨耗，使集料表面粗糙程度出现改变，使粗集料外部尺寸减小。为了分析集料磨耗值对道路抗滑性能的影响，现选取云南省某高速公路抗滑不良路段，进行钻芯取样，对不同料源的集料进行分类，进行洛杉矶磨耗试验，芯样集料与原始集料试验对比数据见表3。

经过荷载、天气等作用，抗滑能力不良路段芯样集料的洛杉矶磨耗值均有所增大，但都是处于标准值之内，因此洛杉矶磨耗值对于SFC值仅仅是次要影响因素，不是造成抗滑能力不足的主要影响因素。

(2)磨光值影响分析

沥青路面表面粗糙程度，是影响汽车制动性能重要因素，根据事故调查收集的数据，磨光值PSV较低的路面，事故率显著上升，当PSV大于42时事故发生的情况减少。根据高速公路的路面芯样，研究集料磨光值PSV和横向力SFC的关系，见图4，建立一元一次回归模型:

可以发现集料磨光值PSV和路面摩擦系数相关性系数为0.97，高度相关，随着磨光值加大抗滑能力显著上升，因此粗集料的磨光值PSV可作为道路抗滑性能的主要因素。

油石比

在沥青路面施工中，胶结料沥青与集料的用量比值被称为油石比，分别选取AC-13、AC-16、SMA-13罩面的三条高速公路，主要分析不同表层在不同油石比下的横向力系数。结果如表4所示。

由表可以看出，同一配合比下抗滑能力的基本趋势是随着油石比增大而增大，但是在AC-16中当油石比在4.8时，SFC值异常减小，分析原因是沥青用量过多，导致路面泛油，形成光面，降低了路面摩擦系数，严重影响车辆行驶安全。薄层罩面养护时表层混合料应选择最佳油石比，对路面抗滑性能及其路用性能都有一定提高。但当沥青过多时，矿料间形成一层润滑层，使集料产生推移，影响混合料的高温稳定性，同时会降低轮胎与路面的附着系数。油石比不仅影响混合料初始的抗滑性能，还对抗滑的衰变率有着较大的影响。

(1)在重交通条件的作用下，抗滑能力排序为SMA-13＞NovaChip超薄磨耗层＞AC-16＞微表处。若从长期的养护工作考虑，SMA-13罩面的初始性能较高，衰减较为稳定，五年后抗滑性能仍能达到规范要求，SMA-13罩面为最佳选择。

(2)在中等交通条件下，抗滑能力排序为NovaChip超薄磨耗层＞AC-16罩面＞微表处＞AC-13罩面。Novachip超薄磨耗层的抗滑初始性能较好，但通车五年后，SFC值衰减较大，但是仍然满足规范要求。AC-13罩面的初始抗滑性能虽然较差，但衰减较为稳定，可用于抗滑初始性能要求较低的养护工作。

(3)影响路面抗滑能力的主要因素是集料的磨光值、混合料级配和油石比。