沥青路面抗滑性能影响因素探讨

傅学宽，迟旭，张娟娜，程辉

（1.浙江交工集团股份有限公司 ，浙江 杭州 310059；2.中路交科检测技术有限公司 ，浙江 杭州 310059）

在对沥青路面抗滑性的研究中，科研人员通常情况下主要从路面磨耗层的抗滑参数和上面层的抗滑效果两个方面进行考量，然而，在现实的应用中，路面的抗滑性能和生产材料质量、路面清洁度以及雨水天气路面温度等多种情况都有着直接的联系，为了保证沥青路面的抗滑管理水平，充分发挥其车辆行驶期间噪音小、施工建设周期短以及维修养护方便等诸多优势，应严格按照交通运输标准，采取合理的管控措施，确保车辆行驶期间的安全性和稳定性。

1 沥青路面施工项目概述

本文以浙江省某个主线、文成枢纽匝道4cm厚SMA-13上面层+6cm厚Sup-20中面层+8cm厚Sup-25下面层+20cm厚水稳基层+34cm厚水稳底基层沥青路面为主要研究对象，该条线路的主线收费广场采用28cm厚砼面层，互通收费广场采用26cm厚砼面层；挖方段路面增加15cm厚级配碎石，施工作业人员在对施工现场进行实地勘察之后，采购了符合国家建设标准型号为42.5的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥，通过规范的施工操作建设后，建设路面结构可以达到行车要求；与此同时，经过管理人员不断调整，此次施工建设采用改性沥青，其各项技术指标应达到SBS改性沥青I-D型标准，改性沥青的基质沥青及下面层沥青均采用A级70号道路石油沥青，施工建设路段基本完工，经过质检有关部门核验审批，在三个月养护处理完毕后，方可投产使用。

2 沥青路面抗滑性能的变化机理研究

2.1 轮胎与沥青路面间接触机理研究

据有关资料显示，沥青路面结构一旦和形行驶的车辆轮胎进行摩擦接触时，可以将轮胎假设为一个弹性物体，路面视为一个刚体结构，两者经过一定的冲击碰撞之后，接触面致使轮胎形变假定为轮胎变形，车胎变形导致和路面结构产生摩擦效果。其中，路面构造结构尖峰高度和压实密度、轮胎的型号大小以及主要材质都是影响摩擦力大小的主要影响因素。车辆在长期使用的情况下，路面的构造纹理相继减少，路面会变得光滑平坦，在车胎减少一定的摩擦效果后，路面抗滑性会随之降低。如图1所示，为具体的轮胎与路面接触图。一旦路面结构受到雨雪天气的干扰，在车辆行驶速度、路表结构以及水膜厚度等诸多条件共同影响下，会产生不同的行车效果。首先，下沉区(Sinkage Zone）即区域A，路面结构和车辆轮胎没有接触时，水膜上部会一直存置于轮胎，在静水压力的影响下，水膜厚度会随着负荷压力增加而相继减少，因为水膜内部会含有一些纹理结构，一旦路面和轮胎没有正面接触，就不会形成太多摩擦力；过渡区（Transition Zone）即区域B，它主要是在A区和C区之间，此时，集料的突出部分会刺破水膜的外部结构，轮胎和路表形成摩擦后对集料顶端围观原理造成影响；牵引区（Tractvie Zone）即区域C，形成此区域时，接触界面的水分已经基本不存在，路表结构和车辆轮胎完全接触。

图1 轮胎与路面接触形式图

简单来讲，路面结构的排水能力、降雨大小、轮胎与路面接触面积胎内气压以及车辆行驶速度等诸多因素有着直接联系，例如，车速的增加会使得路面和轮胎接触时间减少，进而充分彰显水分的润滑效果，在车速从55km/h提升至105km/h时，牵引区的将减少33%～73%，这就也导致路面摩擦力下降；如果区域C的面积为0时，车辆在行驶期间非常有可能出现飘滑状态，这时水膜层、轮胎都不会和路表结构有直接接触，在水分不能形成剪切力时，摩擦系数仅仅为0.05，最后严重时引起交通安全事故，可见轮胎表面纹理对路面抗滑性起着巨大作用。

2.2 路面抗滑性能的评价方法研究

车辆行驶方向和整体速度在受到路面抗滑性能的同时，还应紧密联系短制动距离等相关条件。在轮胎和路面结构处于静态的动态时，产生的相关阻滞力可以简单地称为路面抗滑性能，摩擦系数越大，由此产生的抗滑力越高。

在实际的生活中，通过相关实验模拟或者行车测试可以获取一定的路面摩擦系数，可以采用横向力系数测试和摆式摩擦设备来采集相关信息，其中，利用摆时的势能损失确保和摆臂末端橡胶片路面时摩擦产生的力度系数相同，相关数据信息可以用105倍摩擦系数来代表，用BPN或者SVR来表示，此种摩擦系数获取方式在各类环境下普遍通用，其以操作流程简单等优势被广泛应用，但是也存在许多不足。例如，此种方式要耗费一定的人力资源，不能在短时间内获取大量信息；而横向力系数测试与其有所不同，它主要是在对行车方向和测试轮角度进行适当调试后，在实际行车期间和测试轮形成横向摩擦阻力，测试轮和摩擦数值施加在路面的竖向压载之比称为横向力系数。通过一定的管控措施后，就可以对路面抗滑性进行及时测量。

其次，对路面摩擦系数进行快速测量后，还需要对路表纹理几何特点作出路面抗滑性能的综合性分析，从而确定纹理特点和摩擦系数存在相关联系。通常情况下，路面不平整结构的几何模型简称为路表纹理，根据纹理形状、大小以及实际作用可以分为宏观纹理、微观纹理、大构造以及不平整度等四个部分，在保证轮胎接触面积逐渐增加后，在湿润的情况下，纹理将水膜刺穿而导致摩擦力系数随之增大是微观原理的主要功能；而宏观纹理的铺设，可以快速地对路面的积水进行排除，对处于高速行驶的车辆行车安全具有很大的保证；不平整度和大构造对路面抗滑性能影响相对较小。

2.3 路面洁净程度对摩擦系数的影响

针对不同等级的公路，都会含有一定的泥土和砂土碎石，这就直接影响了路面结构的平整度，针对此种情况，相关人员借助摆式仪等设备，在24℃的路面环境下来分析摩擦系数受到表层结构砂砾量的约束情况，根据有关数据信息可以得出以下结论，具体如下：路面的砂石量的多少会使得路面结构的变化程度有所不同，一旦砂石含量相对较小，在还没有填充沥青混合料的路面结构下，相关空隙会造成摩擦系数相对减少，当含砂量不断增加，将路表缝隙填充后，过多的砂石会使得路表摩擦系数不断升高，当超过一定限度时，摩擦系数逐渐下降，产生此种情况主要是因为砂石形成的不稳定夹层结构引起的，所以在以后的路面维修养护工作中，为了提高路表结构的使用周期，提升其耐用效果，应及时对砂土进行清扫。

3 环境因素对路面抗滑性的影响

环境因素、污染物的掉落导致路面温度、湿度出现诸多变化，对路面抗滑性能产生很大的影响。例如，在车辆行驶过程中，路面结构受到污染后产生许多不利于交通运输的影响因素，加上落在路面上的污染碎尘对凹凸不平的路表结构进行填充后，会改变路表纹理结构，使得路面和轮胎之间的摩擦力有所不同，同时，车辆泄漏的机油、风沙、油脂、橡胶颗粒、有机碎片以及泥浆都会对内部结构进行改变。

行驶期间的轮胎橡胶会产生和黏弹材料性质相似的温等特效性能，在高温状态下减小轮胎橡胶滞后摩擦力，国外的研究学者AnupamK等人应用有限元法后在不同结构的沥青路面放置轮胎进行基础操作，建立超薄表层路面结构部分位移和完全滑移状态下反复实践，通过多种接触模型都得到了相同的实验结果，此外，当路面温度没有变化时，高滞后的摩擦效应会随着路面宏观结构的粗糙程度而随之变化，轮胎滑移率较低时摩擦力更大。值得重点说明的是，国内外相关学者还考虑不同速度对路面抗滑性能的综合作用，在密切观察后，发现在速度较低的行车速度时，路面摩擦会随着路面温度升高而逐渐降低，反之，在高速时路面摩擦却随着路面温度的降低而增大。

4 车辆特性对路面抗滑性的影响

众所周知，沥青路面结构是不同车辆行驶的主要载体，在实际的道路路面抗滑性研究分析过程中，工作人员应对沥青材料的特点、路面结构以及其他施工条件进行妥善处理，并重点关注沥青路面结构和车轮之间产生的相互作用力，当路面结构和轮胎产生一定的摩擦效果后，在不同的空气环境（主要分为干燥和潮湿两种）下，通过有效的管理，确保交通运输等工作顺利进行，避免安全意外事故出现的概率。然而，在现实生活中，车辆在行驶期间可能产生一系列的倾覆、打滑及翻车不良现象，使得轮胎对沥青路面结构产生一定的附着力影响后，一般会在路面产生摩擦效果后，经过多个部门全面交流的基础上，准确及时地分析和评估轮胎横向力、纵向力、制动距离以及制动减速度等数据内容，并在有效地结合沥青路面抗滑性能后，减少车辆行驶期间的碰撞情况。例如，科研人员可以将运动摩擦阻力除以垂直于路面界面的压力负荷，进而自动实时地获取摩擦系数，在具体分析路面抗滑性时，不仅要重点关注路面特性，还要意识到车轮特性、荷载条件以及交通运输量的约束，在建立科学的管理架构后，提升路面抗滑性效果。

在大量的实践下，静态荷载、匀速移动荷载步骤、2D轮胎模型和3D轮胎模型是车辆荷载模拟实验的主要阶段，通过反复实验和操作模拟后，前三者荷载操作方式不能对轮胎内部的结构、路面结构和轮胎之间的非线性接触行为进行实时监控，随着计算机处理技术的推广以及大数据时代的到来，科研人员借助有限元商软件，在全面的计算分析下，建立轮胎三维模型结构来应用到实际的运动相互作用分析、仿真处理工作。2001年，意大利某个高校的教授根据轮胎的内部生产材料，考虑轮胎化合物对轮胎制动性能影响等诸多内容进行分析，在800多次的实验基础操作后，得出了沥青路面结构会直接导致车辆制动性能的结论，2007年，我国的道路管理人员在对隧道附着力效果、车辆在隧道内的运行流量等情况进行了全面研究，根据结合行车动力学主要内容，提出以车辆制动时路面的临界附着系数作为隧道路面抗滑能力的不可接受水平，据此制定了隧道路面的抗滑评价标准，进而采取隧道抗滑管理的主要措施，其他科研人员对路面结构产生的摩擦力进行实验后，确定某路段车辆交通量是否对热拌沥青路面摩擦力产生影响，通过一系列的验证发现，平均日交通量对摩擦阻力的影响大于等效单轴载荷。值得说明的是，当地路政管理部门应加强对路面结构的养护，在定期的养护管理后，提升路面抗滑效果，确保公路的整体功能可以为人民群众提供更多的便利。

5 结语

总而言之，沥青路面抗滑性能影响因素是受到多种条件共同形成的，对路面抗滑性的分析应综合考虑外部环境、路面的交通车辆以及沥青路面等诸多方面，与此同时，国内外的相关学者更应紧密联系国内外的抗滑性实践案例，在统筹规划的基础上，顺应时代发展潮流，结合先进的施工处理技术，建立适合车辆通行的交通环境，在确保行车安全的基础上，拓宽路面摩擦力管理措施，定期集中地对公路结构进行全方位的养护维修管理，在确保路面抗滑效果最佳的基础上，提升整体的交通运输水平。