沥青路面抗滑性能衰变的试验研究

宫秀青，苗英豪，王文涛，宋萍萍

（北京工业大学 交通研究中心，北京 100124）

摘  要：选取了北京市怀柔区境内的沥青马蹄脂碎石混合料（SMA）、超薄磨耗层（UTWC）、密级配沥青混凝土（AC）、橡胶沥青混合料（RAC）4种不同路面类型、不同等级公路上的32个测点，利用动态摩擦系数测试仪（DFT）对这些测点从道路建成初期开始进行了历时2年多的抗滑性能的跟踪测试。通过分析这4种不同类型路面的DFT20、DFT60随通车时间的衰变情况，对比分析了不同类型路面低速与高速下的抗滑性能的衰变情况，建立了抗滑性能衰变模型来描述抗滑性能随通车时间的衰变规律。

关键词：道路；路面类型；抗滑性能；衰变模型；动态摩擦系数测试仪

中图分类号：U416.217               文献标志码：A    文章编号：1009-7767（2014）01-0023-04 

 

Experimental Research on Attenuation of Anti-Sliding Performance of Asphalt Pavement

Gong Xiuqing，Miao Yinghao，Wang Wentao，Song Pingping

    沥青路面经过长时间的行车作用以及环境因素的影响，抗滑性能会逐渐发生衰变，进而影响行车安全。如何使沥青路面的抗滑性能长期维持在良好水平，控制沥青路面抗滑性能的衰变是众多研究人员所关注的问题。影响沥青路面抗滑性能衰变的因素有很多。目前，对于路面抗滑性能衰变的研究主要集中在混合料级配和集料的选择等方面^[1]，而路面在实际行车状态下抗滑性能衰变情况的研究也很重要。因此，对新建公路路面的抗滑性能进行长期的跟踪检测，研究路面在真实车辆荷载作用下的抗滑性能衰变，具有重要意义。

1 现场试验

    笔者在北京市怀柔区的一级和二级公路上，选取了4种不同类型的沥青路面，共计32个测点，利用动态摩擦系数测试仪（DFT），从公路建成初期开始，进行了历时2年多的抗滑性能的跟踪检测。4种路面类型分别为沥青马蹄脂碎石混合料（SMA）、超薄磨耗层（UTWC）、密集配沥青混凝土（AC）、橡胶沥青混合料（RAC）。抗滑性能测试共进行了7次，时间分别是2010年11月、2011年4月、2011年8月、2011年11月、2012年4月、2012年8月、2012年11月。测点的相关信息见表1。

表1 测点的基本信息表

2  不同类型路面抗滑性能衰变的对比分析

    许多试验研究表明，路面抗滑性能与速度有密切关系^[2-4]。在对沥青路面抗滑性能评价时，应充分考虑速度的影响。笔者选择20km/h对应的摩擦系数DFT20和60km/h对应的摩擦系数DFT60分别作为沥青路面在低速与高速下的抗滑指标，通过分析上述4种类型路面的DFT20和DFT60的衰变趋势来探讨不同类型路面在低速与高速下的抗滑性能的衰变情况。

    为了对比不同类型路面抗滑性能衰变的差异，将DFT20和DFT60按照路面类型和通车时间求取平均值，结果列于表2。通车时间为试验检测时间距离道路建成通车时间的时间间隔。由于试验包含了2009年9月和2010年9月通车的UTWC路段，因此该类型路面的平均值个数多于其他类型路面。图1给出了DFT20和DFT60随通车时间的衰变趋势。

表2 4种类型路面所对应的DFT20和DFT60

    由图1可以发现，道路建成初期（通车时间为100 d左右时），不同类型路面的DFT20和DFT60的大小顺序都为UTWC ＞ SMA＞ AC ＞ RAC。AC和RAC的DFT20大小相当，SMA的DFT20明显高于二者。对于DFT60，道路建成初期SMA、AC、RAC三者相差不大。在建成初期，无论是DFT20还是DFT60最低的都为RAC。

    在通车时间为800d左右时，UTWC与SMA的DFT20大小相当，UTWC略低于SMA，UTWC路面低速下的抗滑性能已不如道路建成初期时的优势明显。AC与RAC的DFT20大小基本相等，且明显低于UTWC和SMA。对于DFT60， UTWC稍高于SMA，两者均明显高于AC和RAC，AC与RAC的DFT60大小基本相等。

    从衰变趋势来看，每种类型路面的DFT20衰变曲线都与其对应的DFT60衰变曲线呈现出了相似的趋势，即每种类型路面低速与高速下的抗滑性能衰变规律都是相似的。其中，UTWC的DFT20和DFT60的衰变趋势与其他3种类型路面相比最明显，衰变速度也最快。不论是DFT20还是DFT60，AC与RAC的衰变趋势都很相似。虽然从整个试验过程来看，AC和RAC低速与高速下抗滑性能都呈现出衰变的趋势，但整体衰变速度都比UTWC弱。整个试验过程中，SMA的DFT20和DFT60变化曲线与其他3种类型路面相比，无明显起伏变化，相对稳定，即SMA低速与高速下的抗滑性能都无明显衰变。虽然在道路建成初期， SMA低速与高速下的抗滑能力都比UTWC低，但却明显高于AC、RAC，且此后的时间段内，由于抗滑性能无明显减小，与UTWC的差值逐渐变小，甚至超过UTWC路面。

    虽然各类型路面的DFT20衰变曲线均与其对应的DFT60衰变曲线呈现相似的趋势，但衰变幅度及速度还是存在明显差异的。对UTWC路面来说，DFT20衰变曲线与DFT60衰变曲线都呈现出初期衰变较快，随后衰变速度逐渐减缓的规律。但整个试验过程中，DFT20的衰变速度及衰变幅度都比DFT60要大，且到试验最后阶段，DFT60无明显衰变，趋于稳定，而DFT20仍有较明显的衰变趋势。对于AC和RAC这两种类型路面，DFT20和DFT60都有一些波动，但DFT20在各个时间段的变化幅度都比其对应的DFT60明显。在通车时间为800 d左右时，AC和RAC的DFT20都比通车初期有明显减小，而DFT60的衰变并不明显。对于SMA路面，整个试验过程中，DFT20与DFT60起伏程度都很小，在通车时间为800 d左右时，DFT20略有减小，而DFT60无明显变化。总体来讲，整个试验过程中，这4种类型路面低速下的抗滑性能都比高速下的抗滑性能衰变程度明显。

    从图中还可看出，4种类型路面的DFT20基本上都高于DFT60，表明4种类型路面低速下的抗滑性能优于高速下的抗滑性能。但由于UTWC、AC、RAC这3种类型路面的DFT20均比DFT60衰变程度大，在通车时间为800 d左右时，这3种类型路面的DFT20与DFT60的差异已不如通车初期时明显。而SMA路面在整个试验过程中，DFT20与DFT60之间的差值一直保持在相对稳定的状态。

3  沥青路面抗滑性能衰变模型

    笔者欲通过建立抗滑性能随通车时间变化的衰变模型，来探讨沥青路面抗滑性能的衰变规律。首先根据表2中的数据计算了各类型路面DFT20和DFT60与通车时间的相关系数，见表3。

表3 DFT20和DFT60与通车时间的相关系数

    由表3可以发现，AC、RAC、UTWC路面的DFT20和DFT60与通车时间之间都为负相关且相关系数的绝对值较大，说明在整个试验过程中，这3种类型路面的DFT20和DFT60随通车时间变化有较明显的衰变；SMA路面的DFT20与通车时间之间也为负相关，但相关系数的绝对值仅为0.502，表明它的DFT20随通车时间的变化也有一定的衰变，但在整个试验过程中其衰变不如其他3种类型路面明显。而SMA路面的DFT60与通车时间之间呈现了正相关且相关系数很小，仅为0.118，表明在整个试验过程中，SMA路面的DFT60与时间的相关性很弱，基本不随时间变化。

    依据表2中的数据，笔者尝试选取指数函数模型来描述抗滑性能随通车时间变化的衰变规律。模型如下式所示。

                                                                       （1）

式中：F为摩擦系数；D为通车时间，d；a、b为回归系数。                                     

    笔者利用统计分析软件SPSS，依据上述模型，分别对存在显著衰变的AC、RAC和UTWC路面进行了回归分析。回归分析结果见表4。

表4   回归分析结果

    由表4可以看出，UTWC路面DFT20和DFT60的回归判定系数较大，分别为0.906和0.891。图2直观描述出了UTWC路面的回归效果，说明UTWC路面的DFT20和DFT60衰变曲线拟合效果良好；表明式（1）的指数函数模型在整个试验过程中能很好地描述UTWC路面低速和高速下的抗滑性能随通车时间变化的衰变规律。而AC和RAC路面的DFT20和DFT60的回归判定系数较低，主要是由于试验过程中，这2种路面的数据波动较大，且衰变幅度较UTWC小，尚需取得更长时间的观测数据进行研究。

4   结论

    通过2年多的跟踪试验，分析了沥青路面抗滑性能衰变特征，发现：

    1）道路建成初期，UTWC路面的抗滑性能明显好于AC、RAC和SMA路面，但其抗滑性能衰变速度也最快，在通车时间800 d左右时，UTWC路面的抗滑性能与SMA路面相当，稍差于SMA路面，但仍显著高于AC和RAC路面。

    2）整个试验过程中，SMA路面低速与高速下的抗滑性能都无明显衰变，相对稳定，一直保持着较高的抗滑能力。

    3）沥青路面低速下的抗滑性能优于高速下的抗滑性能，但低速下的抗滑性能比高速下的抗滑性能衰变明显。

    4）对于试验过程中存在显著衰变的UTWC路面而言，指数函数模型可以很好地描述其抗滑性能随通车时间变化的衰变规律，其他类型路面抗滑性能随时间变化的衰变规律有待补充更长时间的数据做进一步研究。

 

收稿日期：2013-10-19

基金项目：国家自然科学基金资助项目（50908004，51178013）

作者简介：宫秀青，女，在读硕士研究生，主要研究方向为路面工程。

注：本文刊载于《市政技术》2014年第1期，第23页至第26页。