摘要：以我国南方某省S60、S43、S52及G6517四条典型高速公路为例，在对沥青路面抗滑性能进行常规测试的基础上，提出常规测试方式存在的弊端，并应用自主研发的沥青混合料加速加载试验机进行了沥青路面抗滑性能测试，根据测试结果提出抗滑性能衰减模型，分析了矿料类型、级配、荷载等因素对沥青路面抗滑衰减特性的影响，相关结论可作为南方高温多雨地区沥青路面混合料设计及抗滑性能提升的参考。
关键词：沥青路面;抗滑性能;构造深度;摩擦系数;
作者简介：邹无边（1985—），男，工程师，江西宜春人，从事公路桥梁检测方面工作。;
0引言1工程背景本研究对我国南方某省S60、S43、S52及G6517四条典型的高速公路抗滑性能衰减过程及趋势规律进行分析。根据该省公路管理部门检测计划，每两年进行1次抗滑检测和数据采集，并根据收集的数据进行路面技术状况及性能评价，提出针对性的养护维修方案。本文沥青路面抗滑衰减数据对应的自然衰减年限为3年，以体现路面抗滑性能指数SRI的衰减变动。各高速公路路段沥青路面抗滑衰减数据汇总见图1。所选取的四条典型高速公路路面抗滑性能衰减期间并未出现通车后因集料表面沥青膜磨损、粗集料外露而使摩擦系数短时间内提高的现象。
2沥青路面抗滑性能常规测试试验用仪器主要包括激光构造深度仪、手工铺砂仪和动态摩擦系数测定仪，分别进行试验路段纵断面构造深度、点构造深度及摩擦系数检测。测试路段应选择保留原貌的长直或大转弯路段，避开路面破损及加铺维修区域。
图1各路段路面抗滑性能指数SRI衰减趋势下载原图
手工铺砂法测定的路面构造深度在所测路段通车运行后的1年内维持在一个较高水平。其原因为，新建路表面沥青膜较厚，集料处于包裹状态；随着运行时间的推移和路面加载次数的增大，路表面沥青膜逐渐磨平，集料外露，路面粗构造持续增大，抗滑性能快速衰减；在继续运行2～3年后路表面粗构造则快速衰退；到第4年，沥青路面抗滑性能指数较低。
应用激光构造深度测试仪法测定试验路段构造深度均值，根据测试结果，构造深度随路龄变化的变动趋势如下：公路建成运行的0～3个月内构造深度呈上升趋势，3个月～7年内逐年下降，7年后随着路表面结构破损加剧而小幅回升。
3路面抗滑性能衰减规律3.1试验准备本试验采用公路工程所在省交通研究所研制的沥青混合料加速加载试验机进行沥青路面抗滑性能衰减试验。该试验仪器能较好地模拟轮载对沥青路面的作用过程。加速加载试验机共包括驱动、加载轮轴、数据采集等系统和试件固定平台四个部分，在驱动电机的带动下试验轮能以不超出65km/h的速度前行；试验加载轮轴一侧为单轮设计，另一侧为双轮设计，为减少轮胎内外侧速度差，两侧轮轴对称错位布置。在试验固定平台上设置9块尺寸为30cm×30cm×5cm的车辙试件，当试验轮沿圆周轨迹运动时，便会在试件中心产生轮痕，便于进行摩擦系数和构造深度检测。试验环境温度控制在30～35℃，按照1～2h间隔进行1次试件表面摆值、构造深度的测定。
3.2抗滑性能衰减模型沥青路面具有基本一致的抗滑性能衰减趋势规律，即均从初值迅速降低，并最终趋于稳定。这种共性衰减趋势规律体现的是沥青路面在服役过程中抗滑性能变动的内在规律，且可通过数学模型进行衰变过程的拟合。但是不同路面材料及运行条件下抗滑性能衰减规律存在一定的差异性，这一特征可以通过数学模型中相关参数的不同取值得到体现。结合试验结果，沥青路面抗滑性能衰减曲线为非线性指数函数，可通过Asymptotic模型[1]表示：
式（1）中：y为抗滑性能指标；x为轴载作用次数；A、B、C为常数项，且A、C0,B0。
以上沥青路面抗滑性能衰减模型中，路面抗滑曲线主要表现出以下特征：（1）当轴载作用次数x=0时，沥青路面初始抗滑水平y=A+C，体现的是沥青路面在建成后的抗滑水平，其取值主要与沥青混合料类型及压实施工质量有关；（2）当轴载作用次数趋于∞时，衰减终值y=C，即公路沥青路面经过较长时间运营和车轮磨光后，达到相对平衡状态，各种抗滑性能指标取值基本趋于稳定；（3）衰减幅度A体现的是衰减初始值和衰减终值之间抗滑指标变动范围；衰减速率B体现的是从衰减初始值开始达到衰减稳定的速度快慢。
3.3混合料抗滑性能衰减规律3.3.1集料对抗滑性能衰减的影响路表粗集料对构造深度形成及摩擦系数大小十分关键，路表抗滑性能衰减程度主要受到路表粗集料种类的影响。试验中使用粗集料的性能指标具体见表1。根据试验数据绘制构造深度、摆值随着轮载作用次数增大的衰减曲线，对应的衰减模型回归参数取值具体见表2。
表1集料路用性能指标下载原图
表2衰减模型回归参数取值下载原图
根据以上分析可知，不同类型粗集料下构造深度和摆值起初均衰减较快，而后逐渐趋于稳定，且三种粗集料对应混合料衰减初值较为接近，这主要与相同级配和相同用油量有关[2]，此后随着轮载作用次数的增加，构造深度和摆值差异逐渐增大。其中石灰岩试件表面在轮载作用下受磨损情况最为严重，构造深度衰减速率也最快，达到稳定状态的时间最短；磨光值最低，达到稳定状态后摆值和构造深度取值均最小。玄武岩磨光值较大，衰减速率和幅度均较小，达到稳定状态所需的轮载次数更多，时间更长，衰减终值也较高。安山岩衰减性能介于玄武岩和石灰岩之间。
沥青路面抗滑性能较大程度上取决于路表构造特征，其中宏观构造特征可由构造深度表征，其衰减规律主要受粗集料磨耗值的影响；微观构造特征由摩擦系数表征，其衰减规律受粗集料磨耗值的影响[3]。
3.3.2级配对抗滑性能衰减的影响为研究级配对沥青路面抗滑性能衰减的影响程度，特选用OGFC-13、SMA-13、SJ-13、AC-13典型级配曲线。根据对不同级配混合料摆值和构造深度曲线的分析，得出的抗滑性能衰减模型回归参数取值汇总至表3。
表3衰减模型回归参数取值下载原图
根据试验结果，不同级配混合料抗滑性能衰减过程中构造变动表现出不同深度趋势，试验用四种级配混合料差异较大，所以衰减前后构造深度排名一致。OGFC-13属于空隙率至少为18%的骨架空隙结构，初始构造深度较大，粗集料之间互相嵌挤形成骨架的基础上使用改性沥青使集料间沥青膜厚度增大，混合料黏聚力和内摩擦角等同时发挥作用，因此混合料具有较好的结构稳定性；受到轮载作用后虽然构造深度表现出最大的衰减，但衰减速率低，衰减后仍维持在较高水平。SMA-13虽然属于骨架密实型结构，但受到轮载持续挤压后混合料内部胶浆会持续上浮，降低构造深度，且构造深度衰减速率更大，衰减终值更小。SJ-13属于多级嵌挤型结构，稳定性高，胶浆含量少，构造深度衰减幅度和衰减速率明显比SMA-13小；但SMA-13混合料中粗集料含量高，衰减前后构造深度比SJ-13略大。DAC-13属于悬浮密实性结构，构造深度初值小，轮载作用下构造深度衰减速度最快，衰减终值最小。
3.3.3荷载对抗滑性能衰减的影响沥青路面在建成初期均能达到规范要求的抗滑水平，但是运行一段时间后因轴载的长期作用，抗滑性能可能达不到要求。因此，在室内试验时通过车辙仪模拟路面承受实际荷载的作用过程，得到不同轴载作用下摆值的衰减趋势规律，具体见图2。轮压分别为0.7MPa、0.9MPa、1.1MPa、1.2MPa及1.4MPa时轮载作用75600次后的摆值依次为57.5BPN、55.5BPN、54.3BPN、53.2BPN、52.0BPN。
图2不同荷载作用下沥青混合料衰减情况下载原图
由试验结果可知，经过轮载4000～5040次的磨光作用后，沥青混合料表面沥青膜几乎磨去，粗集料外露。试验初期摆值表现出较快的衰减趋势，此后随着轮载次数的增加，摆值逐渐趋于稳定。不同荷载下沥青混合料摆值衰减初值相差不大，而随着轮载作用次数的增加，摆值方面的差异逐渐增大。在重载1.4MPa的情况下沥青混合料衰减幅度最大，轮载对试件的磨损程度也最为严重，并伴随着明显的集料压碎，混合料表面甚至表现出严重的泛油现象[4]。重载1.2MPa下混合料集料也存在压碎问题，表面也有泛油现象，但情况明显比重载1.4MPa好。其余荷载水平下的混合料在轮载作用次数内无集料压缩，但泛油程度与荷载大小有关。
4结语综上所述，通过常规测试仪器和方法得出的沥青路面抗滑性能指标参数值因路面材料及运行状况不同而缺乏可比性。本文采用沥青路面抗滑模拟试验机进行混合料抗滑性能衰减规律的研究，提出的Asymptotic指数模型与实际路面抗滑性能衰减过程拟合度较好，参数也均具有较为明确的物理意义，计算方便。总之，为提升沥青路面抗滑性能，必须从集料类型、矿料级配及公称最大粒径等方面综合考虑，并充分重视和遵循沥青混合料抗滑性能衰减趋势规律。
参考文献[1]谢俊，胡猛辉.沥青路面抗滑性能现场检测问题探析[J].交通世界，2022(8):96-97.
[2]李宇轩，董元帅，苑举民，等.沥青路面抗滑性能衰减规律研究[J].市政技术，2022,40(1):54-57,61.
[3]郭永盛.公路沥青路面抗滑性能检测方法[J].四川建材，2021,47(4):52,56.
[4]樊浩.公路沥青路面抗滑性能影响关键因素与改善措施研究[J].工程质量，2020,38(9):80-85,97.
