高速公路微表处抗滑能力衰减原因浅析

    1.前言 
    某江南高速公路，为提供良好的路面抗滑性能，其沥青路面上面层为4cmAK-16抗滑表层。但通车后不久便发现路面出现不同程度的水损害，随着营运时间的增长、雨水的增多，路面水损害日益发展，经在通车后实测路面渗水情况是渗水仪开关打开后，基本上是秒表记时来不及，水就全部流出渗水仪。而路面结构层设计时，没有充分考虑路面结构内部排水，雨水经路表渗入后，没有良好的排水通路，积聚在路面结构内，在行车动荷载作用下，造成路面的水损害。为此对路表进行封水处理，同时考虑到流量大、主车多、对路面抗滑性能要求高的情况，于2003年8月至2004年9月对该高速公路实施了大面积的微表处工程。实施微表处工程后，达到了路面封水的目的，路面水损害基本解决，但经过3年多运营，发现路面抗滑性能下降较快，在2006年底对路面抗滑指标的检测，证实抗性能有显著的降低。
    2.工程实施概况 
    由于该路段路面防水性差，出现水损害，经取芯分析，水损害还未进入路面的中、下面层，路面结构未受破坏，其他严主病害尚未发生。决定对路面进行病害处理后实施微表处，充分考虑防水功能和抗滑要求后，采用MS－III型，厚度9.5mm。由于在2005年前，微表处还没有行业标准，除了改性乳化沥青和矿料采用沥青路面相应的指标外，其他指标主要参考日本的微表处技术指南和路面稀浆封层施工规程，具体指标如表2-1~2-2。实际施工时，石料采用当地产玄武岩，沥青采用壳牌改性乳化沥青。
　　　　 微表处级配          表2.2.3

粒径(mm)	9.5	4.75	2.36	1.18	0.6	0.3	0.15	0.075
混合料通过率(%)	100	72.5	47.8	30.4	22.3	15.6	10.2	7.3
要求通过率(%)	100	70-90	45-70	28-50	19-34	12-25	7-18	5-15

    经湿轮磨耗试验、负荷车轮试验和粘聚力试验，最终确定该路段微表处施工配合比如表2-2。

骨料（g）	用水量（g）	熟石灰（g）	添加剂（g）	乳化沥青（g）
100	4.5-6	0.5-3	1-1.5	8

微表处工程实施后，解决路面渗水问题，渗水系数基本在30~50ml/min之间，路面水损害得到基本解决，路面的抗滑性能比实施前有所提高。但随着营运时间的增长，发现路面抗滑性能下降较快，尤其是在大流量的路段，抗滑性能下降更为明显。 
    3.路面抗滑指标的检测与统计 
    由于发现路面抗滑性能下降，故对其指标进行跟踪，从2003年12 月至2007年6月共在不同的代表路段跟踪检测5次，摩擦系数采用摆式仪检测，构造深度采用铺砂法，检测位置均为主车道轮迹带位置，共检测52处，检测结果汇总后见表3.1。
    注：统计时保证率取95%。 
    4.微表处路面抗滑性能衰减原因分析上表统计汇总
    结果表明，微表处实施完成后在刚刚开通的半年内摩擦系数基本无大变化、构造深度的下降的幅度也较小；通车二年左右，构造深度急剧下降，而通车三年后下降幅度不大，经研究分析下。
    4.1路面抗滑能力的大小主要取决于路面的粗糙度，路面粗糙度由路表的微观构造、宏观构造及防止滑溜|来源|考试|大|性污染三个要素构成。微观构造指石料表面水平方向0-0.5mm，垂直方向0-0.2mm的微小构造，即石料表面的纹理。它决定了路面的基本摩擦力，即在一定车速下的摩擦总体水平，在低速行驶下，对车辆的抗滑能力起主要作用，微观构造主要取决于石料的磨光值，通常采用摆式仪测定。宏观构造指路面表面的凹凸，即路面表面的粗糙度，它是由面层表面石料间的空隙构成（一般水平方向为0.5-50mm，垂直方向为0.2-10mm）。它决定了路面摩擦力随车速而衰减的幅度，在高速行车下对路面抗滑性能起决定作用。宏观构造主要取决于表面层混合料的级配、颗料的大小、形状和棱角，所用的施工方法及表面处理方法。通常用铺砂法测定。
    4.2根据相关粘着与分子效应理论，车辆在行驶中，车辆胎面和路面间摩擦力产生的主要因素包括胎面与路面间的粘着效应，分子引力效应以及路面小尺寸微凸体对胎面的切削作用等。路面小尺寸微凸体的不断“切削”，造成表面石料的微小构造被磨光，引起路面抗滑能力-微观粗糙度的衰减。微表处封层，采用最大粒径较小的碎石，大部分在4.75 mm左右，小粒径石料的表面比大粒径石料更宜被磨光。
    4.3骨料的飞落、高温季节骨料的“倒伏”及大骨料“下沉”。工程实践经验表明，为保证合理的沥青用量，在微表处实施后的一段时间内，出现大骨料在车辆荷载作用下的散落属于正常现象，否则表明沥青用量可能较大，在高温季节易出现泛油现象。这里的骨料飞落主要找在高速公路高速行车的轮胎对石料切削力的反作用下，石料产生的剥落；另一方面，由于微表处封层厚度只有9.5mm，其骨料难以形成有效的嵌挤作用，本身不会有结构强度，在行车反作用下，骨料容易剥落。同时由于该高速公路处于江南地区，夏季持续高温，沥青路面温度可达摄氏70度，远大于所采用沥青材料的软化点，在高温及重车的挤揉作用下，使微表处表面骨料位置及状态进行重新排列，部分大骨料被压入下层沥青路面中，引起宏观构造的衰减。
    4.4原路面的平整、表面富余沥青及污染的影响。由于该路段在2000年底通车，路表出现沉陷、车辙等不平整情况，微表处在沉陷处厚度相对其他部位较厚，因乳液往低洼处流动，沥青含量就高，细集料积聚，因此，这些位置构造深度就小，含油量高易出现光滑。原路面另一情况是表面富余沥青及污染也是造成抗滑性能下降的原因 之一，路面在高温季节因车辆轮胎的“泵吸”作用，沥青往表面迁移，使得路表富油，以及路面被溶济（如柴油、机油等）污染，沥青也会往表面富集。这些原路面沥青富集处，在夏节高温沥青软化，一方面使骨料下沉，另一方面是沥青再往上富集，这也是造成抗滑性能下降的原因之一。
    4.5行车对路面的磨损是导致抗滑性能下降的外因。车流量越大，作用次数越多，车辆轮胎对路面的“切削”作用和“泵吸”作用越明显，粗糙度的衰减也越显著。目前该高速公路断面流量为2.5-3.0万，其中主车比例占30%以上。
    5、结论及建议
    路面抗滑性能与行车安全密切相关，特别是在行车速度较快的高速公路上更加明显，据国外文章介绍，车速从50km/h增加到130km/h时SFC的降低百分率与构造深度（TD）的关系为：SFC降低百分率＝40-20TD，根据检测结果推算，当TD＝0.74时，路面横向力系数SFC将降低24%.（前后不通）
    5.1为保证微表处封层的抗滑能力，除采用磨光值大的石料外，还应严格控制其石料级配及采用合适的沥青用量，避免出现“光板路”，及降低主车吸附作用对抗滑能力的影响，同时减少运营过程中石料的飞散。
    5.2高温因素也是降低微表处表面抗滑性能的因素之一，《微表处和稀浆封层技术指南》（下称“指南”）规定沥青的软化点要求不小于53，江南地区夏季高温持续时间长，温度高，为减少温度对路面抗滑性能的影响，在微表处设计时应适当采用软化点较高的沥青材料。
    5.3微表处的级配为连续级配，由于沥青用量较高，指南规定单层|来源|考试|大|微表处MS－III型沥青用量（沥青占干矿料的质量百分比）为5.5-8.5，除微表处级配中的较大骨料外，其他等级的骨料近似于悬浮在沥青材料中，这种“悬浮”对保证微表处的施工和易性、防洒落和封水效果具有一定作用，但不利于抗滑性能的持久，建议尝试间断级配并加纤维的微表处。
    5.4在特大、大交通流量的高速公路上采用微表处技术要慎重对待。