采用抗滑性能衰减率设计抗滑耐久型沥青混合料

陈晓梅, 郭健禹, 李莹

(长春工程学院 土木工程学院，吉林 长春 130012)

1 引言

中国高等级公路基本都采用沥青路面，由于设计、原材料、施工等多方面原因其抗滑性能均不理想，表现为抗滑性能衰减过快，如何解决沥青路面抗滑衰减过快一直是迫在眉睫的难题。近年来以压力胶片技术的沥青路面抗滑性能研究较新颖，张肖宁及张淑文等结合三维激光轮廓检测仪和压力胶片，研究了轮胎与路面的接触特性及应力分布，具有较好的探索意义，但研究中均未能提出新的沥青路面抗滑及耐久性评价指标；王端宜及李智等采用压力胶片技术评价沥青混合料的抗滑耐久性，提出了两个较新颖的抗滑评价指标，具有很好的指导意义，但这两个指标仅用来评价沥青路面的抗滑性能，没有考虑将该指标用于沥青路面的抗滑设计。该文正是基于压力胶片研究成果，提出采用王端宜教授提出的抗滑性能衰减率来设计抗滑耐久型沥青混合料，从级配设计的角度来提高沥青路面的抗滑性能。

2 采用抗滑性能衰减率设计抗滑及耐久型沥青混合料

沥青路面抗滑层(上面层)的抗滑性能及其耐久性直接关系到道路交通的行驶安全，然而现阶段沥青混合料设计阶段并没有进行专门的抗滑设计，该文利用压力胶片技术，采用抗滑性能衰减率作为沥青混合料设计阶段的抗滑性能评价指标，以此弥补现阶段抗滑层沥青混合料设计阶段无抗滑设计的缺陷。

2.1 试验设计方案及过程

通常上面层骨架密实型SMA和GAC级配的沥青混合料抗滑性能优于密实悬浮型AC，该节主要以SMA和GAC级配为研究对象，试图设计不同骨架嵌挤级配的沥青混合料，通过抗滑性能衰减率对其抗滑性能及耐久性进行评价，进而比选出最佳的抗滑层级配。石立万通过对SMA混合料内部主骨架接触力链的研究发现，2.36 mm以下的集料几乎不参与主力链骨架的构成。因此，该节试验中SMA的级配设计重点围绕9.5、4.75 mm两档集料来研究理想的抗滑级配，鉴于同样属于骨架密实型的级配组成，GAC-13也按此设计理念，并辅助密实悬浮型AC级配作为参照对比。

沥青混合料的原材料均采用辉绿岩和SBS改性沥青。各个试件均选择公称最大粒径13.2 mm，SMA矿粉用量10.0%，GAC-13和AC矿粉用量均为4.0%；SMA使用木质素纤维，掺量为混合料重的0.3%，集料内掺；SMA的沥青用量为6.0%，GAC和AC的沥青用量为4.8%；按上述设计要点，成型沥青混合料车辙板，每种级配成型3块，分别进行0、2、4、6、8 h加速加载搓揉试验[试验装置增加了恒温水浴，可控温度从室温到70 ℃；试件横向移动速度10 cm/min；车轮行走次数：(42±1)次/min；碾压轮轮重：42～100 kg(可调)。加速加载搓揉试验是为了在室内模拟沥青路面在行车作用下沥青路面的抗滑性能变化过程]，在不同搓揉阶段进行压力胶片试验，统计分析抗滑性能衰减率，并取3组平行试验的均值作为最终分析结果。设计的各级配各档质量通过百分率见表1、2。

表1 SMA不同级配各档质量通过百分率

表2 GAC不同级配各档质量通过百分率

2.2 数据分析

不同级配不同搓揉试验阶段抗滑性能衰减率统计结果如表3、4所示，分为大量程(0.5～2.5 MPa)和小量程胶片(0.2～0.6 MPa)，大量程胶片应力检测范围大，小量程胶片应力检测范围小，但小量程检测精度更高，由于应力集中存在，会有一部分应力超过小量程的最大量程0.6 MPa，因此用大量程做辅助及补充，两者对照也更能凸显出检测结果的准确性。根据压力胶片检测的轮胎与车辙板的接触面积，采用压力胶片专业软件，可实现数据采集、处理和分析等一系列过程，采用式(1)计算抗滑性能衰减率：

(1)

式中：AΔ为抗滑性能衰减率(%)；a0为初始接触面积(mm2)；ai为搓揉第ih阶段的接触面积(mm2)。

由表3可以看出：① 通过大小量程胶片试验结果对比，搓揉8 h后SMA的抗滑性能衰减率都远远低于AC，说明作为抗滑层SMA具有更优的抗滑性能及耐久性能；② 通过对比SMA 的7种不同配比路面板抗滑性能衰减率的递增趋势，1～3号路面级配中9.5、4.75 mm两档筛孔通过率较大，即混合料总体偏细，随着1～3号级配粗集料增加，抗滑性能衰减率确实有递减现象，递增递减较明显，而且最终搓揉8 h后抗滑性能衰减率依然是1～3号逐渐递减，伴随1～4号路面随集料级配逐渐增粗，抗滑性能衰减率明显递减，搓揉后期亦表现同种规律，说明1～4号SMA路面抗滑性能及耐久性能随混合料级配变粗而递增；然而通过4～7号数据统计发现，即使同样增粗混合料级配，搓揉8 h后最终的抗滑性能衰减率有递增趋势，大小量程胶片采集数据的变化趋势表现基本一致；因此，尽管继续增粗5～7号混合料配比，但对路面抗滑性能及抗滑耐久性能并无实质性贡献，反而会降低路面后期的抗滑性能，即抗滑耐久性有所损失；③ 综合分析推荐采用SMA-4号配比作为路面抗滑层级配，在保证有效的抗滑性能及耐久性的前提下，可适当调整此级配中9.5、4.75 mm两档筛孔通过率为路面工程所使用。

表3 SMA不同阶段抗滑性能衰减率统计表

表4 GAC不同阶段抗滑性能衰减率统计表

由表4可以看出：① 通过大小量程胶片试验结果对比，搓揉8 h后GAC的抗滑性能衰减率均低于AC，说明作为抗滑层GAC具有更优的抗滑性能及耐久性能；② 通过对比GAC 的7种不同配比路面板抗滑性能衰减率的变化趋势，1～3号路面级配中9.5、4.75 mm两档筛孔通过率较大，即混合料总体偏细，随着1～4号级配粗集料增加，最终抗滑性能衰减率确实有递减现象，递减趋势较明显，说明1～4号GAC路面抗滑性能及耐久性能随混合料级配变粗而递增；然而通过4～7号数据统计发现，即使同样增粗混合料级配，搓揉8 h后最终的抗滑性能衰减率有递增趋势，大小量程胶片采集数据的变化趋势表现基本一致；因此，尽管继续增粗5～7号混合料配比，但对路面抗滑性能及抗滑耐久性能并无实质性贡献，反而会降低路面后期的抗滑性能，即抗滑耐久性有所损失；③ 综合分析推荐采用GAC-4号配比作为路面抗滑层级配，在保证有效的抗滑性能及耐久性的前提下，可适当调整此级配中9.5、4.75 mm两档筛孔通过率为路面工程所使用；④ 对于GAC-13和SMA-13路面，两者1～3号配比中只改变9.75 mm档筛孔通过率，3～5号改变4.75 mm档筛孔通过率，5～7号配比再次改变9.75 mm档筛孔通过率，以此不断增粗混合料级配，发现改变4.75 mm档筛孔通过率时沥青路面的抗滑性能变化显著，即合理控制4.75 mm档筛孔通过率是沥青混合料抗滑性能设计的关键；⑤ 总结发现抗滑性能方面：SMA>GAC>AC，SMA-4和GAC-4及GAC-5具有优良的抗滑性能及耐久性，推荐其作为路面抗滑层，条件具备时优先选用SMA-4。

3 结论

(1)设计不同级配类型的沥青路面抗滑层，重点通过改变9.5、4.75 mm两档筛孔通过率，采用抗滑性能衰减率评价其抗滑性能及耐久性，最终总结发现：改变4.75 mm档筛孔通过率时沥青路面的抗滑性能变化显著，即合理控制4.75 mm档筛孔通过率是沥青混合料抗滑性能设计的关键。抗滑性能方面：SMA>GAC>AC，SMA-4和GAC-4及GAC-5具有优良的抗滑性能及耐久性，推荐其作为路面抗滑层，条件具备时优先选用SMA-4。并可适当调整此级配中9.5、4.75 mm两档筛孔通过率为路面工程所使用。

(2)该文采用抗滑性能衰减率设计抗滑耐久型沥青混合料可以为沥青路面的抗滑设计提供新思路。