摘要 為了提高瀝青路面在不利氣候條件下的交通安全性，該研究設(shè)計(jì)了一系列的溫度、濕度梯度試驗(yàn)及不同積水條件下的瀝青路面滑動(dòng)摩擦測(cè)試，深入探討了溫度、濕度以及積水條件下瀝青路面抗滑性能的變化規(guī)律。研究結(jié)果顯示：溫度升高和濕度增加均會(huì)導(dǎo)致瀝青路面擺值降低，其中高溫對(duì)瀝青材料的軟化作用和濕度對(duì)水膜形成的促進(jìn)作用是主要影響因素；積水條件下，瀝青路面的抗滑性能進(jìn)一步降低，尤其是在積水初期，擺值下降幅度更為顯著；骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的SMA-13混合料比密級(jí)配瀝青混合料在高溫高濕環(huán)境具有更好的抗滑性能。

關(guān)鍵詞 溫度；濕度；瀝青路面；抗滑性能；擺值

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）04-0040-03

0 引言

瀝青路面的抗滑性能是保證行車安全的關(guān)鍵因素之一，直接關(guān)系到車輛的操控性和緊急制動(dòng)性能[1-3]。然而，路面的抗滑表現(xiàn)在很大程度上受環(huán)境因素的影響，在高溫高濕條件下，路面水膜的形成及瀝青混合料的軟化會(huì)顯著降低摩擦系數(shù)，從而影響路面的抗滑性[4]。此外，高溫高濕條件還可能加速路面材料的老化過程，進(jìn)一步降低其長(zhǎng)期穩(wěn)定性能[5，6]。因此，研究高溫高濕條件對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響對(duì)于設(shè)計(jì)更耐久、更安全的交通基礎(chǔ)設(shè)施具有重要意義。盡管已有研究探討了環(huán)境因素對(duì)瀝青路面性能的影響，但針對(duì)高溫高濕條件下抗滑性能變化的分析仍相對(duì)有限。鑒于此，該研究旨在通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論分析，探討在極端氣候條件下瀝青路面抗滑性能的變化機(jī)理，為改善和提升瀝青路面的設(shè)計(jì)和維護(hù)策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 原材料

（1）基質(zhì)瀝青。

瀝青采用70#道路石油瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

（2）粗集料。

粗集料采用石灰?guī)r碎石，其技術(shù)指標(biāo)見表2。

（3）細(xì)集料。

細(xì)集料采用石灰?guī)r現(xiàn)場(chǎng)加工而成的機(jī)制砂，其技術(shù)指標(biāo)見表3。

（4）礦粉。

礦粉采用石灰石自制磨制的礦粉，其技術(shù)指標(biāo)見表4。

1.2 級(jí)配

該研究所用礦料級(jí)配見表5。

1.3 試驗(yàn)方案

為了全面評(píng)估溫度、濕度、積水量以及高溫高濕條件下對(duì)瀝青路面擺值的影響，該研究設(shè)計(jì)一系列試驗(yàn)，系統(tǒng)地分析這些因素在單獨(dú)及共同作用下瀝青路面的抗滑性能。

（1）研究不同溫度條件下瀝青路面擺值的變化，在恒定濕度（40% RH）下，溫度擬選擇如10℃、20℃、30℃、40℃、50℃，在每個(gè)溫度下測(cè)量瀝青路面擺值。

（2）研究不同濕度條件下瀝青路面擺值的變化，在恒定溫度（20℃）下，環(huán)境濕度擬選擇40 RH、50 RH、60 RH、70 RH、80 RH、90 RH、100 RH，測(cè)量不同濕度條件下的擺值。

（3）研究積水量對(duì)瀝青路面擺值的影響，以模擬雨水積聚后的路面性能。

積水量擬選擇0 mL、10 mL、20 mL、30 mL、40 mL，測(cè)量擺值。

（4）綜合分析高溫高濕對(duì)瀝青路面擺值的影響，模擬極端氣候條件下的路面性能，溫度擬選擇40℃、50℃，濕度擬選擇70 RH、80 RH、90 RH、100 RH，測(cè)量瀝青路面的擺值。

1.4 試驗(yàn)方法

（1）試件制備：采用輪碾儀制備瀝青混合料車轍板試件，車轍板尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，每組試驗(yàn)需制備至少3個(gè)試件，瀝青混合料密度2.6 g/cm3。

（2）環(huán)境控制：使用恒溫恒濕環(huán)境箱，拌和溫度為150℃，成形后試件需在室溫（25±2℃）條件下養(yǎng)護(hù)24 h以上。

（3）擺值測(cè)量：將試件置于規(guī)定溫度、濕度條件下的環(huán)境箱中2 h后取出，采用標(biāo)準(zhǔn)的擺式摩擦儀進(jìn)行擺值的測(cè)量。

2 單因素作用下路面抗滑性能

2.1 溫度對(duì)路面抗滑性能的影響

在高溫條件下，瀝青混合料的物理性質(zhì)發(fā)生顯著變化，這加速瀝青的老化過程，使材料變硬和脆化，老化效應(yīng)在長(zhǎng)期作用下會(huì)影響路面的摩擦性能和耐久性，導(dǎo)致抗滑性能下降。研究溫度對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著溫度升高，瀝青路面擺值的線性呈下降趨勢(shì)，原因在于溫度升高使瀝青變得更加柔軟，導(dǎo)致混合料整體的硬度下降，這種軟化作用一方面減少了路面與擺錘之間的機(jī)械嵌擠和摩擦作用，另一方面瀝青的流動(dòng)性增加填充了路面的微觀紋理，從而影響瀝青表面的粗糙度，使瀝青路表變得更光滑。此外，長(zhǎng)期的高溫條件還會(huì)加速瀝青的老化，導(dǎo)致瀝青混合料變硬和脆化，這種老化雖然可能在一定程度上提高初期的抗滑性能，但隨著時(shí)間的推移，老化導(dǎo)致的裂紋和表面破損會(huì)嚴(yán)重降低路面摩擦系數(shù)和耐久性。除此之外，SMA-13由于其高骨料含量、粗骨料框架結(jié)構(gòu)及增強(qiáng)的瀝青漿料含量的使用，在高溫條件下表現(xiàn)出更好的抗滑性能。

2.2 濕度對(duì)路面抗滑性能的影響

濕度是影響瀝青路面抗滑性能的關(guān)鍵環(huán)境因素，其通過改變表面水膜的形成和特性，直接影響路面與輪胎的摩擦系數(shù)。該文研究濕度對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，濕度增加對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響主要體現(xiàn)在水膜的形成和集料的潮濕效應(yīng)。濕度的增加對(duì)瀝青路面的抗滑性能有著顯著的影響，抗滑性能下降規(guī)律呈S形趨勢(shì)。這一現(xiàn)象反映了隨著濕度的升高，瀝青路面表面特性如何逐漸變化，進(jìn)而影響到路面的抗滑性。在初始階段，濕度的增加對(duì)瀝青路面的抗滑性能影響較小，這可能是因?yàn)闉r青表面的粗糙度足以提供初始的防滑力。然而，隨著濕度繼續(xù)上升，路面的水膜厚度增加，水膜的存在導(dǎo)致輪胎與路面之間的接觸效果減弱，降低了摩擦系數(shù)，抗滑性能開始迅速下降。此外，路面上的水分可能會(huì)滲透到瀝青層中，改變其質(zhì)地和結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低抗滑性。當(dāng)濕度達(dá)到一定程度后，瀝青路面的抗滑性能下降趨于平緩。這可能是因?yàn)樵诟邼穸拳h(huán)境下，路面和輪胎之間形成了一層穩(wěn)定的水膜，其抗滑性表現(xiàn)受限于這一穩(wěn)定狀態(tài)，不再隨濕度的微小變化而顯著變化。SMA-13良好的構(gòu)造深度可顯著提高路面在高濕條件下的抗滑性能。

2.3 積水量對(duì)路面抗滑性能的影響

積水量對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響顯著，尤其在多雨季節(jié)或易積水的路段，其對(duì)行車安全的潛在威脅不容忽視，這主要是因?yàn)榉e水在路面上形成的水層改變了輪胎與路面之間的摩擦條件。因此，該文研究積水量對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，隨著積水量的增大，瀝青路面擺值先迅速下降后趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)樵诜e水初期，水分開始填充路面的微小裂縫和空隙，減少了輪胎與路面的直接接觸面積，輪胎與路面接觸的主要部分變成了水，由于水的潤(rùn)滑作用，輪胎與路面之間的摩擦力減小，導(dǎo)致路面的摩擦系數(shù)迅速下降。然而，當(dāng)積水量達(dá)到一定水平后，瀝青路面的擺值下降趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)橐坏┞访嫔闲纬闪诉B續(xù)的水層，輪胎與路面之間的接觸已經(jīng)完全由這層水介導(dǎo)，此時(shí)擺值的進(jìn)一步下降受到限制。即便如此，較低的擺值仍然揭示了在濕滑條件下行車的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

3 溫度、濕度綜合作用下路面抗滑性能

溫度和濕度的綜合作用對(duì)瀝青路面的抗滑性能具有顯著的負(fù)面影響，這種影響在極端氣候條件下尤為明顯，其復(fù)雜性主要體現(xiàn)在二者對(duì)路面材料和水膜形成的雙重作用上。因此，該文研究溫度、濕度綜合作用對(duì)瀝青路面抗滑性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖4可知，在高溫條件下，瀝青混合料的擺值隨濕度增加呈現(xiàn)出線性下降的趨勢(shì)，特別是在50℃時(shí)，這種下降的斜率更為顯著，反映了高溫加劇了濕度對(duì)瀝青混合料抗滑性能的負(fù)面影響。分析原因可知，隨著濕度的增加，水分在瀝青表面形成的薄膜降低了輪胎與路面之間的直接接觸，從而減少靜摩擦系數(shù)，導(dǎo)致擺值下降，此時(shí)在50℃的高溫下，瀝青的熱軟化點(diǎn)降低，進(jìn)一步增加了路面變形的可能性，同時(shí)也使得瀝青更易于吸收水分，加劇了濕度對(duì)擺值的影響。

4 結(jié)論

該文深入探討了溫度、濕度以及積水條件下瀝青路面抗滑性能的變化規(guī)律，主要結(jié)論如下：

（1）溫度升高和濕度增加均會(huì)導(dǎo)致瀝青路面擺值降低，瀝青路面擺值隨溫度增大呈線性下降趨勢(shì)，隨濕度增大呈S形下降趨勢(shì)，其中高溫對(duì)瀝青材料的軟化作用和濕度對(duì)水膜形成的促進(jìn)作用是主要影響因素；

（2）隨著積水量的增大，瀝青路面擺值先迅速下降后趨于穩(wěn)定，可見一旦路面上形成了連續(xù)的水層，輪胎與路面之間的接觸已經(jīng)完全由這層水介導(dǎo)，此時(shí)擺值的進(jìn)一步下降受到限制；

（3）相比于AC-13和AC-16，SMA-13在高溫高濕及積水條件下具有更好的抗滑性能。原因在于SMA-13通過優(yōu)化排水性和減少水膜形成，增強(qiáng)了在濕滑路面條件下的安全性。盡管SMA-13的成本可能略高，但其在極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)，特別是在保障行車安全方面的優(yōu)勢(shì)，使其成為重載交通路段和易積水區(qū)域的理想選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]熊劍平，劉可，翟龍，等.石灰?guī)r瀝青混合料抗滑性能衰變特性研究[J].材料導(dǎo)報(bào)， 2018（z1）：495-499+505.

[2]章佩佳，崔通，王永平.基于加速加載試驗(yàn)不同級(jí)配的路面抗滑性能研究[J].中外公路， 2016（2）：58-61.

[3]胡力群，王守科，周嘉瑋，等.不同溫度和磨耗次數(shù)下的瀝青路面抗滑能力[J].中國(guó)科技論文， 2021（12）：1324-1330.

[4]鄭冬，錢振東，劉長(zhǎng)波.多種氣候作用下環(huán)氧瀝青混凝土表面抗滑性能試驗(yàn)研究[J].公路， 2016（1）：1-5.

[5]職雨風(fēng)，蘇堪祥.南方多雨地區(qū)SMA路面摩擦系數(shù)變化規(guī)律研究[J].公路工程， 2019（3）：176-180.

[6]梁慶慶，易斌，李萌.高溫環(huán)境對(duì)潮濕地區(qū)瀝青路面抗滑性能影響的實(shí)驗(yàn)分析[J].公路工程， 2019（3）：228-233.

收稿日期：2024-08-06

作者簡(jiǎn)介：曹方雷（1985—），男，本科，工程師，研究方向：瀝青在不利氣候條件下的運(yùn)用。