影響瀝青路面抗滑性能因素的研究

周磊

(烏魯木齊繞城高速湖南代指揮部,新疆烏魯木齊 830000)

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影響瀝青路面抗滑性能因素的研究

周磊

(烏魯木齊繞城高速湖南代指揮部,新疆烏魯木齊 830000)

摘要:瀝青路面的抗滑性能是影響車輛安全行駛的關鍵性因素之一。文中根據多年工程檢測實踐,對不同路表材料及路表狀況進行檢測分析,找出影響路面抗滑性能的關鍵因素,為提高路面的行駛安全性提供參考。

關鍵詞:公路;瀝青路面;抗滑性能;路表狀況

國內外對瀝青路面抗滑性能的研究主要考慮上面層或磨耗層的抗滑系數。但在實際工程中,抗滑性能不僅與路表層材料有關,還與路面狀況如路面潔凈程度、下雨時水膜厚度、冰凍狀態及路表溫度等有關。該文將針對這些影響路面抗滑性能的因素進行試驗分析,為瀝青路面抗滑性能設計、施工及養護提供參考。

1 路表構造對抗滑性能的影響

首先對不同路段瀝青路面的構造深度和橫向力系數進行測試,根據測試結果按照粗細構造分類標準進行分類。由于輪胎面的附著力主要由細構造提供,粗構造主要是在路表存在水膜時提供一些通道而使水從輪胎與路面接觸的部位迅速排出。粗構造用構造深度表征,若構造深度大于0.5 mm,則認為粗構造處于粗糙狀態。細構造用橫向力系數表征,若橫向力系數大于50,則認為細構造粗糙。

利用摩擦系數車在不同車速下進行檢測,得到路面摩擦系數(見圖1)。

圖1 不同路面構造下的摩擦系數

從圖1可以看出:在不同路面構造狀態下得到的摩擦系數不同,A型與B型、C型與D型差異較明顯,都是粗構造存在差異,說明路面結構影響摩擦系數的主要因素是粗構造。隨著車速的增加,A型的摩擦系數下降不明顯,而D型車速增加1倍其摩擦系數降低近1倍。

2 路面潔凈程度對抗滑性能的影響

中國不管是高速公路還是其他等級公路,在環保方面都存在一些問題。很多車輛攜帶或撒落砂土,對路面表面構造造成一定影響。在干燥路面狀態、25℃條件下,利用擺式儀檢測路表砂粒量對路面摩擦系數的影響,結果見圖2。

圖2 路面潔凈程度對摩擦系數影響

從圖2可以看出:路面的砂含量對路面摩擦系數的影響較大,對不同路面結構的影響存在一定差異。砂含量較少時,砂填充瀝青混合料表面的空隙,使摩擦系數降低較大。隨著其含量的增加,存在多余的砂,這些砂能提高路表的摩擦系數。但超過一定量后,路表摩擦系數下降,這主要是由于過多的砂粒在路表形成一個相對不穩定的夾層。不同類型瀝青路面摩擦系數變化的轉折點有差異,但規律一致。因此,不管是從抗滑角度來講,還是為保證路面耐久使用,都要避免砂土覆蓋。

3 測試時路面溫度對摩擦系數的影響

按照規范要求分別成型AC-16、SMA-16及OGFC-13試件,放入不同溫度控制箱中,利用擺式摩擦儀測試試件在-20～40℃時的擺值,然后通過回歸曲線轉換成相應的路面摩擦系數(見圖3)。

圖3 不同溫度下瀝青路面的摩擦系數

從圖3可看出:3種類型瀝青路面在不同溫度下的摩擦系數的變化規律基本一致,基本上分為3個階段:1)溫度較低時(-20～-5℃),摩擦系數值隨著溫度升高而降低。究其原因,溫度過低時,混合料試件表面與空氣中水分形成薄霜,擺式儀的橡膠與試件接觸時,由于試件溫度過低使橡膠溫度急速降低而使其脆性增加,擺式儀橡膠與瀝青混合料的摩擦力增大,得到的擺值較大;溫度升高時,試件與擺式儀溫差降低,得到的擺值逐漸降低。2)-5 ～25℃時,溫度升高,摩擦系數增大。3)25℃時摩擦系數出現峰值,溫度再升高則摩擦系數降低,但降低幅度不是很顯著。其主要原因是瀝青在高溫條件下軟化,使擺式儀橡膠與瀝青混合料的摩擦力下降。

4 路表水膜厚度對摩擦系數的影響

據統計,下雨天交通事故比平時多52%。這一方面與行車視距有關,另一方面,由于雨天瀝青路面排水不及時而使路表水膜較厚,影響了路面的抗滑性能。對不同路面類型下不同水膜厚度進行模擬試驗,得到水膜厚度對摩擦系數的影響(見圖4)。

從圖4可以看出:不同的路面隨著水膜厚度的增加,路表摩擦系數下降。對于AC-16和SMA路面,水膜厚度小于0.05 mm時,其摩擦系數下降顯著;OGFC路面摩擦系數則在0～0.1 mm時下降較明顯。當水膜厚度超過一定值(0.2 mm)時,雖然摩擦系數下降,但不是很明顯。在相同水膜厚度條件下,OGFC路面的抗滑性能優于其他兩類路面。

圖4 不同水膜厚度對瀝青路面摩擦系數的影響

路面處于干燥狀態時,受水的影響,形成很薄的水層,該水層對路表的空隙進行填充,在輪胎和路面之間產生一定的潤滑效果,同時還存在一定的空隙,輪胎不能形成很大的壓應力將水排開,因而在這個過程中摩擦系數降低較快。但隨著水膜的增厚,這種影響降低。OGFC由于其排水能力較好,水膜厚度小于0.1 mm時摩擦系數降低,但其摩擦系數明顯高于其他類型瀝青路面。

5 路面冰凍對摩擦系數的影響

對AC-16、SMA-16、OGFC-13表面噴水冰凍,在-10℃條件下測定無冰、冰全部覆蓋和部分冰覆蓋(試件50%左右棱角突出,沒有覆蓋冰層)時路面的抗滑值BPN,通過回歸關系得到其摩擦系數。結果見表1。

表1 不同冰凍條件下路面的摩擦系數

從表1可以看出:隨著冰凍的加深,3種路面的摩擦系數都降低,與正常條件下相比,路面抗滑性能基本上都降低50%,這是對路面安全性能的致命危害。3種路面中,OGFC在冰凍條件下的抗滑性能最不理想。

6 結論

在表層材料粗細構造時加速行駛、路面覆蓋部分冰層、路表粗構造填充較多的砂時路面抗滑性能下降50%左右;水膜厚度對抗滑性能的影響較大,當水膜厚度達到0.2 mm時其抗滑性能基本保持穩定;溫度對抗滑性能的影響不是很顯著。可通過鋪筑粗、細構造都粗糙的瀝青混合料、保證路表潔凈等措施提高路面的抗滑性能;對于冰凍,則可采取限制交通、限制車速等措施。

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收稿日期:2015-08-26

中圖分類號:U416.217

文獻標志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0096-02