谈高速公路抗滑性能衰减评价方法

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摘要：针对高速公路抗滑性能衰减问题，从宏观及微观两方面简要概述了高速公路路面抗滑性能衰减评价方法，得出结论：路表纹理磨光是导致抗滑性能衰减的最直接因素，目前研究方法对路面形貌表征不足，无法将磨光过程中的表面变化与路面抗滑性能很好的关联起来。

关键词：高速公路；抗滑性能；抗滑衰减；评价方法

1前言

沥青路面以其建设维修成本低、噪声小、抗震性能好、平整度高等优点在高速路面铺装中得到广泛应用［1］，而高速公路作为交通运输系统的一个重要组成部分，自然也要面对交通安全问题这个世界性的难题。毫无疑问，高速公路路面抗滑能力对交通安全有着至关重要的影响。但目前我国规范对于高速公路抗滑指标的要求尚未考虑到抗滑能力的衰减，这会成为我们对高速公路路面抗滑能力认知的掣肘之处。因此，本文简述了高速公路抗滑性能衰变评价方法。

2高速公路抗滑衰减

目前，对于路面抗滑指标而言，国内主要注重于粗集料的磨光值与路面的构造深度、横向力系数，但这些指标仅仅代表了路面原材料的抗滑指标及路面服役初期的抗滑性能［2］，但实际工程应用中，沥青路面在承受反复的车辆荷载后，其表面沥青膜被磨光，此时集料的表面纹理承担抗滑作用，路面抗滑性能达到顶峰；随着时间推移，集料表面纹理也被磨耗，抗滑性能又逐步衰减。因此，对于高速公路路面而言，其长期使用过程中抗滑性能的衰减更应受到关注，使得其在衰减过后达到稳定状态仍有一定的抗滑性。总体而言，沥青路表纹理磨光是导致其抗滑性能衰减的最直接因素，因此，合理地揭示其磨光行为，不仅可以指导路面材料的组成设计，使其拥有足够的抗滑性能，还能够根据路面材料特性预测沥青路面表面抗滑性能，提前进行养护处理或其他防护措施，提高行车安全，具有重要意义［3］。对高速公路路面表面纹理磨光行为的研究一般通过室内加速模拟试验，从宏观、微观两个方面对其进行探索。宏观方面，主要通过测量沥青路面的宏观抗滑性能指标如BPN随着荷载作用下的变化来探索其抗滑性能衰减规律；微观方面则侧重于集料表面纹理相关参数在重复荷载下的变化规律，以此表征抗滑性能的衰减规律。宏观方面，Khasawneh［4］通过加速磨光机对沥青试件进行磨光，测量磨光进程中混合料构造深度（MTD）与摆式摩擦系数（BPN）的变化情况。结果表明在磨光的第一个小时，MTD的下降是最快的，且在磨光的第5到6个小时稳定下来；MTD与BPN具有一定的正相关性，MTD是控制沥青试件BPN的重要因素。陈惠萍［5］经对比分析国内外开发过的路面磨光仪的特点，在吸收以往经验的基础上，开发了简易便携式室内磨光仪，并采用磨光、测试摩擦系数的循环操作方法，结果表明，抗滑性能的衰减速度随着时间增长慢慢减缓：0~2h时，其衰减速度较快，在2~10h时，衰减速度慢慢减慢，10h后，抗滑指标几乎不再变化。刘明智［6］研究了温度对沥青路面摆值的影响，并通过Asymptotic模型拟合试验数据，发现混合料摆值衰减速率随着温度的降低而增加。微观方面，2011年，CHEN对不同级配的沥青混合料使用亚琛磨光机进行磨光，并使用表面形态测定仪获取不同磨光程度下的混合料断面，发现威布尔函数最适合描述混合料的断面高程随着磨光加剧的变化［7］。功率谱密度函数也被用来验证断面高程的观测结果，发现功率谱曲线仅在小波长范围变化明显，这意味着集料的差异磨耗可能是导致磨光产生摩擦变化的主要原因。随后，他对不同磨光程度的集料表面进行观察，得出结论：集料的磨光主要为凸起部位纹理被磨光、表面软弱矿物晶体被移除。ZhenyuQian［8］为了研究集料在磨光过程中的微观纹理变化，使用光学显微镜对不同集料磨光前后的表面进行观察，并基于观察结果，使用了二维参数、三维参数、分形维数及谱参数等12种参数描述其特征变化，在这基础之上，选取平均粗糙度(Ra)、纹理峰值(Sku)和平均峰谷曲率(Ssc)建立了微观纹理和抗滑性能之间的二次多项次回归模型。周兴林、祝媛媛［9］等通过分段变维分形理论，建立了表面纹理分段变维评价模型。为了验证此模型，使用三维激光扫描仪获取了不同磨光进程的集料表面纹理信息，结果表明分段变维高差函数可以良好表达磨光前后集料纹理参数变化。他们的实验结果表明，矿物种类越多、硬度差距越大，粒径分布越广的混合料，在相同磨光作用与进程下，抗滑性能下降越慢。这是因为上述条件有利于差异磨耗，产生次生纹理，延缓下降速率。通过对国内外相关研究进行分析，可以看出国内外大多使用加速磨光机模拟轮胎对路面的作用，利用光学显微镜或激光扫描仪获得试件的表面纹理信息，最后利用几何分析、分形理论或者谱分析对其进行评价，或者使用宏观指标如构造深度、摆式摩擦系数来计算磨光前后的抗滑性能变化。但是，如何表征集料磨光进程中的表面形貌变化、如何将其与路面抗滑性能进行关联，还需要进一步研究探讨。

3结论

本文初步总结了高速公路抗滑衰减后的宏观微观变化、高速公路抗滑性评价模型及测试方法，结论如下：（1）沥青路表纹理磨光是导致其抗滑性能衰减的最直接因素，而对纹理磨光的研究主要有宏观、微观两个方面。（2）抗滑性能衰减的研究中，如何表征集料磨光进程中的表面形貌变化、如何将其与路面抗滑性能进行关联，还需要进一步研究探讨。

参考文献

［1］刘连国，刘豪斌，侯剑楠，等.基于沥青路面抗滑性能评价的新指标研究［J］.低温建筑技术，2019，41（02）：46-49.

［2］陈先华，陈胜霞，黄晓明，等，B.Steinauer.沥青路面的磨光研究：从宏观到微观尺度［J］.中外公路，2013，33（02）：45-50.

［3］黄晓明，郑彬双.沥青路面抗滑性能研究现状与展望［J］.中国公路学报，2019，32（04）：32-49.

［5］陈惠萍.混合料磨光对沥青路面抗滑性能影响研究［J］.城市道桥与防洪，2017（07）：233-236，247，25.

［6］刘明智.环境因素对沥青路面抗滑性能影响研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2015.

［9］周兴林，祝媛媛，冉茂平，等.基于分段变维的沥青路表纹理磨光行为分析［J］.中国公路学报，2019，32（04）：187-195，242.

作者：徐国成 单位：重庆交通大学