淺談隧道瀝青路面鋪裝抗滑性能影響因素及對策分析

嵇廣宇，樊 煜，徐 然，李雪晨，方睿彧，楊超然，王潤民

（1.河海大學土木與交通學院，江蘇 南京210098；2.河海大學港口海岸與近海工程學院，江蘇 南京210098）

1 前言

根據中國交通運輸部公開的《2018年交通運輸行業發展統計公報》顯示，全國公路隧道有17 738處，長1 723.61萬m，增加1 509處，長195.10萬m，其中特長隧道有1 058處，長470.66萬m，長隧道有4 315處，長742.18萬m。同時隧道行車安全也成為了一個重要的交通安全問題。隧道內比較潮濕，地下水豐富。由于隧道內氣流小，空氣易污染，無陽光，特別容易發生交通事故。除此之外在隧道內發生交通事故后處理難度也很大，對人們的生命財產造成巨大的損失。數據顯示，高速公路隧道交通事故發生率是普通路段的1.34～8倍，而81%的事故與路面抗滑能力不足有關，尤其在雨天，路面表面存在水膜，抗滑能力大大降低，導致車輪與路面摩擦力不足，進而引發交通事故。因此有必要進一步研究隧道路面鋪裝抗滑衰減原因。

2 瀝青路面抗滑性能影響因素分析

路面的抗滑性能即車輛輪胎受到制動時在路表面上出現打滑所承受的路面對它的摩擦阻力，可采用抗滑系數作為評價指標[1]。抗滑性能可以用橫向力系數、動態摩擦系數、構造深度來表示，測試方法對應為橫向力系數、動態摩擦系數DFT儀、鋪砂法或激光法。考慮路面抗滑能力不僅要考慮路面材料、路面使用時長、溫度、濕度等環境因素，還要考慮路面車輛輪胎與路面接觸的情況。路面抗滑性能是路面、車輛、周圍環境等因素的綜合作用結果。本文主要討論隧道特殊環境下，路面抗滑性能的影響因素與應對措施。

2.1 瀝青與礦料級配的影響因素分析

瀝青混凝土由具有一定級配的粗集料、細集料、填充料與瀝青材料，以一定比例組成，是一種黏彈性有機復合材料。應當嚴格控制瀝青混合料中的瀝青含量，特別是應選用含蠟量低的瀝青，以免行車時出現滑溜現象。

合理的礦料級配可使集料顆粒間具有良好的咬合力和內摩阻力。保證瀝青路面具有強度的同時，在荷載作用下可保持原有的空隙率。瀝青路面構造深度與空隙率呈良好的正相關關系，從而保證瀝青路面原有的宏觀構造深度。較好的宏觀構造可以提高車輛高速行駛或者路面潮濕時的瀝青路面抗滑性能，確保瀝青路面的抗滑性能不隨車輛荷載的不斷作用而下降。為了使瀝青路面形成較大的宏觀構造深度，設計人員往往選用半開級配或者開級配的瀝青混合料，但這類混合料的空隙率較大，耐久性較差。

2.2 集料種類、規格的影響因素分析

宏觀構造指路的表面的集料顆粒間構造紋理，而微觀構造指粗集料表層的微觀層面的紋理。瀝青路面抗滑層即擁有優良的宏觀構造，還擁有良好的微觀構造，是瀝青路面良好抗滑性能的基礎。用于瀝青路面表層的粗集料應選用表面粗糙、堅硬、耐磨、抗沖擊性好、磨光值大的碎石或破碎礫石集料。車速較低時，微觀構造對瀝青路面抗滑性能影響較大，而路面宏觀構造深度主要與集料規格有關，車輛高速行駛或路面潮濕時，瀝青路面抗滑性能受到影響較大。增加瀝青混合料中的粗集料含量有助于提高瀝青路面的宏觀構造深度[2]。

2.3 油膜影響因素分析

一般情況下，道路路面的抗滑性能與路表宏觀及微觀構造密切相關，然而，根據近幾年的隧道鋪裝使用情況統計，在隧道投入使用后兩三年內，隧道瀝青路面鋪裝抗滑系數大幅下降，南京有數條過江隧道也出現了這樣的情況，而檢測結果表明，其鋪裝的宏觀、微觀構造均未出現明顯衰減。該現象可能的原因是：隧道內空氣流動性小，尾氣、油煙在潮濕條件下易覆蓋在路面表面形成油膩性膜層。另外，隧道內相對封閉，易污染，隧道內的油煙、輪胎橡膠粉等會覆蓋路面表面形成油膩性膜層，降低輪胎和路面之間的附著作用，此外由于油膩性膜層的存在，輪胎滑動摩擦增大，因此輪胎與路面間摩擦系數小于清潔路面、濕潤路面和有灰塵覆蓋的路面，嚴重降低路面抗滑性能，進而危害交通安全。

2.4 溫度、濕度影響因素分析

溫度變化影響著瀝青路面的抗滑性能。在隧道這樣的特殊環境中，若是通風條件沒做好，溫度過高后路表部分瀝青軟化，可能出現泛油現象。并且若是受到車輛荷載作用，粗集料表面微觀構造可能被一部分瀝青所填充，使瀝青路面抗滑性能下降。濕度增加導致抗滑性能降低以及水滑的產生導致了交通事故明顯增多。同樣發現降雨潮濕天氣路面的抗滑性能明顯下降，最惡劣情況下發生水漂現象導致交通事故。側滑是造成潮濕路面發生交通事故的重要原因。

3 隧道瀝青路面抗滑性能衰減應對措施

為保證路面結構具有足夠的抗滑性能，可分別從瀝青混合料配制與養護、凈化尾氣、配制油膜清洗劑等方面展開預防措施。

3.1 瀝青混合料配制與養護

瀝青路面抗滑性與所用礦料的表面構造深度、顆粒形狀與尺寸、抗磨光性有著密切的關系。隧道瀝青路面表層的粗集料應當選用表面粗糙、堅硬、耐磨、抗沖擊性好、磨光值大的碎石或破碎礫石集料。混合料的最大公稱粒徑應該控制在26.5 mm左右，孔隙率也不應大于19%，不小于14%[3]。滿足這些條件后，基層的水分可以比較流暢地排出，能夠保障道路基層地干燥性。選擇瀝青標號時，可以依據不同的氣候條件、降雨情況選擇。還有一層保證抗滑性能的因素是瀝青的油石比。在施工和設計階段，嚴格控制瀝青的油石比，要求確保用量可以在路面覆蓋完集料的全部表面，粘合而不溢出，在表面處能形成光滑表面。施工時，礦質的骨料可以使用棱角性好的、更加堅硬的材料，這樣做可以提高路面的耐磨性。車輛制動過程中，路面與輪胎可以產生更大的摩擦力。除此之外，若級配采用開級配，合理控制細集料用量，可以提升表面的構造，提高路面在潮濕時的抗滑性能，提高行車安全性。

另外，在路面鋪裝時，可以加入少量的碎石，提高路面的粗糙度。碾壓完瀝青后，可以通過可嵌入石屑，在瀝青表面形成一層防滑封面層，提高路面防滑性能。養護對于路面的防滑性能同樣重要，在路面的損傷較小時就應該采取養護措施，如微表處、霧封層等技術。

3.2 光催化法凈化機動車尾氣

針對機動車尾氣，光催化法是目前應用最為廣泛的從路面角度研究的機動車尾氣凈化技術。將光催化材料添加到瀝青混合料中鋪筑路面，TiO2光催化材料在光照等因素的作用下，能夠催化降解路面工作環境中的包括CO、NOx以及HC在內的絕大部分的機動車尾氣有害氣體，并將這些有害氣體氧化為碳酸鹽或者硝酸鹽，之后再通過雨水沖刷或人工沖洗等措施可以達到凈化氣體環境、清潔瀝青路面的效果。但是，在路面中添加光催化材料的同時會導致瀝青路面路表宏觀構造深度降低，在一定程度上會影響瀝青路面的抗滑性能。因此，在隧道中使用光催化路面還需要進一步的研究。

3.3 配制油膜清洗劑

根據油膜對隧道瀝青路面抗滑性能的影響時，提出了研制高效隧道路面油膜清洗劑，其主要配方組成為易生物降解的廉價表面活性劑和植物性助溶劑，因此不會對路面產生破壞，對人體皮膚基本無刺激性，具有低溫穩定性、環境友好性。清洗劑配方成分為AES、LAS、APG、AEO、桔子油、三乙醇胺、檸檬酸三鈉，首先采用正交實驗對清洗劑配方進行優化。將配方組分作為正交表的因素，通過變換組分組成進行復配，棄去其中分層的樣品，得到透明、穩定均一的樣品進一步篩選，確定最佳實驗配方組成。

4 結論

隧道內瀝青路面抗滑性能不僅與瀝青混合料性質有關，同時瀝青路面的工作環境加劇了瀝青路面抗滑性能的衰減情況。隧道瀝青路面應當合理配制瀝青混合料并做好養護。要注意隧道內的通風情況，減小濕度尾氣等因素對瀝青路面抗滑性能的影響，并配制油膜清洗劑對隧道內瀝青路面進行清洗，提高隧道內瀝青路面的抗滑性能，從而保障行車安全。