沥青路面-抗滑性能-衰减规律-小型加速加载设备-交通荷载-卓致力天

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沥青路面抗滑性能衰减规律研究

发布日期：

2025-07-01

摘要

为研究沥青路面抗滑性能衰减规律，依据实际道路交通量参数进行室内模拟并检测路面抗滑性能变化情况。首先，室内成型与北京市怀柔区杨雁路路面类型和技术指标相同的沥青混合料试件；其次，结合实际交通量参数利用MMLS3小型加速加载设备进行交通荷载模拟；zui后，在不同测试周期下测试其抗滑性能。结果表明，在长期车辆荷载作用下路面抗滑性能先上升后下降，在服役一定时间后路面抗滑性能衰减趋于平缓，选用粗级配沥青混合料和高品质集料能提供较好的路面宏微观纹理，可有效改善路面抗滑性能。

关键词：沥青路面 | 抗滑性能 | 衰减规律

路面抗滑性能是评价路面安全性的重要因素，良好的路面抗滑性能为路面安全行车提供保障[1]。在长期车辆荷载作用下沥青路面抗滑性能发生较快衰减，不能满足道路行车安全性的需求，因此针对沥青路面抗滑性能衰减规律开展研究对提升道路行车安全具有重要意义。近年来，国内外学者对路面抗滑性能衰减规律进行了大量研究。申爱琴等[2]、谢群等[3]利用室内加速加载、磨光机等设备模拟车辆荷载，并利用铺砂法、摆式仪法测试不同车辆作用下的试件表面抗滑性能，研究了不同磨耗情况下路面抗滑性能变化情况，得出了路面抗滑性能在不同时期衰减速率不同的结论。许新权等[4]、郑天罡等[5]、殷建军等[6]、高伟等[7]对实际道路进行了监测，利用传统抗滑性能测试方法测得不同路面类型、交通量和施工质量等影响因素均对路面抗滑性能衰减有较大影响的结论。

目前针对路面抗滑性能监测主要采用室内模拟和室外长期监测的方法，但室内模拟主要采用自主改装或研发的车辙仪、磨光机等设备模拟车辆荷载，其模拟的行驶轨迹多为圆周或直线作用，不能完全模拟路面所受车辆的揉搓作用。因此笔者选取北京市怀柔区城市主干路杨雁路路面沥青混合料配合比设计指标和交通量参数等调查资料，在试验室内成型与实际道路面层指标相同的沥青混合料试件，按实际交通量参数进行道路交通作用模拟试验并进行路面抗滑性能检测，研究沥青路面抗滑性能随服役时间的变化规律，为类似工程提供参考。

试验材料

原材料性能

杨雁路面层采用70号基质沥青和石灰岩集料[8]，为保证室内、外混合料性能指标一致，选择与杨雁路相同的沥青和集料制作室内试件。按照JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》[9]和JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[10]对原材料进行性能测试，结果见表1。沥青混合料设计中采用的粗、细集料均为石灰岩，按照JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》[11]对石灰岩集料进行原材料性能测试，结果见表2、3。

沥青路面抗滑性能衰减规律研究

从表1~3可以看出，所有原材料技术性能均符合规范要求。

配合比设计

采用筛分级配进行AC-13沥青混合料配合比设计，保证室内成型试件与实际道路面层混合料通过率一致。依据马歇尔试验确定zui佳油石比为4.8%时的沥青混合料配合比设计，马歇尔试验结果见表4，沥青混合料配合比设计检验结果见表5。

沥青路面抗滑性能衰减规律研究

从表4、5可以看出，该沥青混合料配合比设计满足规范要求。

试验方法

为满足MMLS3仪器使用需要，按设计配合比成型6个试件，完成养护后将其切割成为符合仪器尺寸要求的试件，试件成型示意见图1。

沥青路面抗滑性能衰减规律研究

根据杨雁路服役初期的交通量数据，按式(1)[10]计算出其服役第1年双向年平均日交通当量轴次为12317次，按式(2)[12]计算其设计年限内单方向单个车道累计当量轴次，车道数为双向4车道。

沥青路面抗滑性能衰减规律研究

该试验选取服役后1、2、3、4、5、6、8、11、14个月共10个周期进行路面抗滑性能测试，依据式(2)计算出各测试周期下累计当量轴次见表6。

沥青路面抗滑性能衰减规律研究

将成型好的试件放入加速加载设备试件槽中，调整接地压强为0.7MPa开始车辆荷载模拟。在每个测试周期时取出试件对每个试件分别在轮迹带处按文献[13]完成抗滑性能测试，待试件表面干燥后继续将其放入试件槽中进行后续周期车辆荷载模拟。MMLS3仪器理论zui大荷载作用次数为7200次/h，受试验条件所限，经调整和测试zui终确定加载效率为5200次/h。

试验结果及分析

不同车辆荷载作用下路面抗滑性能测试结果见图2。

沥青路面抗滑性能衰减规律研究

从图2可以看出，随着车辆荷载作用次数的增加，路面抗滑性能在55.2万次前逐渐上升，55.2万次后逐渐下降。这可能是由于道路建成初期路面抗滑能力主要由波长为0~0.5mm的微观纹理和波长为0.5~5mm的宏观纹理共同提供，而宏观纹理主要影响车辆高速下的抗滑性能，其主要受沥青混合料级配影响。随着路面服役时间的增长，道路表面沥青逐渐脱落，暴露出纹理更为丰富的集料表面，为路面提供了新的纹理，此时路面抗滑性能由宏观纹理和波长为0~0.5mm的微观纹理共同提供，在沥青逐渐脱落而轮胎能完全接触到集料表面纹理时路面抗滑性能达到峰值。随着磨耗次数的增加，集料表面纹理逐渐趋于平缓，尖峰逐渐被磨平导致微观纹理作用水平下降，而随着长期车辆荷载作用下沥青混合料被压密，内部不能形成骨架作用的沥青胶浆和细集料流动至路面，路面纹理趋于平缓，导致宏观纹理作用水平下降，宏微观纹理作用同时下降则表现为路面抗滑性能降低。在抗滑性能下降至一定水平后逐渐趋于平缓，这可能是因为集料表面被磨光及混合料被压密至一定程度后随车辆荷载作用次数增加的衰变速率减小，在道路通车服役后期抗滑性能变化较大。

通过观察可以发现，经过模拟车辆荷载作用后，车轮与路面接触位置出现磨光情况，磨光程度随车辆荷载作用次数增加而增大。轮迹带明显可看出裸露的花白集料，证明集料表面的微观纹理暴露能使路面抗滑性能提升。同时，集料表面随车辆荷载作用次数增加逐渐光滑，且轮迹带位置与未磨耗处出现明显高差，表明长期荷载作用下混合料被压密及集料表面被磨光导致的宏微观纹理作用下降会导致路面抗滑性能下降。车辆在高速行驶下的抗滑性能主要受宏观纹理影响，在低速行驶下的抗滑性能主要受微观纹理影响[6]，试验表明在长期车辆荷载作用下路面的宏观、微观纹理均有不同程度磨损。宏观纹理主要受集料级配影响，微观纹理主要受集料性质影响，因此提升路面抗滑性能可考虑选用粗型级配或高品质集料。

结论

1)随着服役时间的增加，路面抗滑性能呈现先上升后下降后趋于平缓的趋势，在车辆荷载作用次数达到55.2万次时路面抗滑性能达到zui大。

2)路面宏观和微观纹理均对路面抗滑性能有着重要影响，其中宏观纹理主要受混合料级配影响，微观纹理主要受集料品质影响，因此建议选择粗型级配及高品质集料以提供良好的路面抗滑性能。

参考文献：

[1]王辉.SMA-13沥青路面抗滑表层抗滑性能分形评价方法研究[J].公路交通技术,2018,34(1):28-31.

[2]申爱琴,刘波,郭寅川,等.隧道路面钢渣沥青混合料抗滑性能衰减试验研究[J].建筑材料学报,2019,22(2):284-291.

[3]谢群,王全磊,王火明,等,双组分环氧树脂抗滑薄层抗滑及力学性能研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2020,39(12):74-79

[4]许新权,吴传海,李善强.湿热地区隧道路面抗滑性能衰减原因分析及对策研究[J].广东公路交通,2016(5):1-6.

[5]郑天罡,周晓华,秦国彪,等.薄层罩面抗滑性能衰变规律与影响因素研究[J].公路交通科技(应用技术版)2020.16(6):136-138,145.

[6]殷建军,彭馨彦,洪晶.抗滑环氧沥青混凝土超薄面层设计与施工[[J].市政技术,2017,35(1):51-54.

[7]高伟,石红星,陆山峰,等.SMA与极薄磨耗层抗滑性能比较[J].市政技术,2016,34(3):28-30.

[8]杨跃琴,沥青路面宏观纹理的精确表征及抗滑性能衰减规律研究[D].北京:北京建筑大学,2021.

[9]交通部公路科学研究所.公路沥青路面施工技术规范:JTGF40-2004[S].北京:人民交通出版社,2004.

[10]交通部公路科学研究所.公路工程沥青及沥青混合料试验规程:JTG E20-2011[S].北京:人民交通出版社,2011.

[11]交通部公路科学研究所.公路工程集料试验规程:JTG E42-2005[S].北京:人民交通出版社,2005.

[12]中交路桥技术有限公司.公路沥青路面设计规范:JTG D50-2017[S].北京:人民交通出版社,2019.

[13]交通部公路科学研究所.公路路基路面现场测试规程:JTG 3450-2019[S].北京:人民交通出版社,2019.

全文完发布于《市政技术》2022年1月。作者简介：李宇轩，男，工程师，硕士，主要从事路面养护技术、路面结构与材料研究工作

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通常的车辙测试设备，仅对路面材料进行非常慢速的加载测量，不能模拟真实交通情况，不能模拟真实车轮碾压，也不能进行反复加载。相比之下，PaveMLS11这一套路面加速加载测试设备，可在路面上进行实际加载。通过PAVETEST®操作软件，PaveMLS11的荷载可进行成比例计算加载，以确保轮压和真实路面状态上的全部尺寸车辆车轮加载保持同一水平。因此，PaveMLS11的试验结果可用于模拟常规的真实荷载状态，设备可直接用于研究路面上层125mm厚的沥青层路面性能（无论是实验室路面还是现场路面）。因此，此小型加速加载设备对于研究现场真实路面状态上的全部尺寸车辆车轮加载下路面性能研究，具有非常宝贵的价值。

缩小比例的加速加载设备PaveMLS11，也可以用于研究沥青材料面层的疲劳特性。如果具备某些条件，如：荷载频率、温度、横向摆动在内的荷载应用及老化PaveMLS11对路面材料/沥青混合料的突出研究效果，可用于预测和评价路面车辙等性能。如果相对于常规的加速加载试验状态，需要和普通车辙测试设备一样评估慢速加载时路面性能的状况，PaveMLS11也可以简单实现，只需调整它的加载速度即可，然而加载方向却始终模拟真实行车状态而进行单向的加载模式。

PaveMLS11小型加速加载设备，采用标准卡车轮胎的1/3比例尺寸轮胎进行加载，安装有4个加载轮，测试长度接近1.1m，可施加7200次/每小时加载。作用于300mm直径试样上的荷载可至2.7kN（短时间可达2.9kN），轮压700kPa（短时间可达800kPa）。