浅谈混凝土路面抗滑特性

　　[摘要]路面抗滑能力为影响公路安全行车的重要因素之一，特别是雨天时影响更为显著。本文在简要地分析混凝土路面湿摩擦机理和路面抗滑性影响因素的基础上，介绍了改善路表纹理增加混凝土路面抗滑性措施，对混凝土路面抗滑性的研究和施工提供一定借鉴作用。
　　[关键词]抗滑性；湿摩擦机理；影响因素；改善措施
　　
　　
　　上世纪40年代末50年代初，随着交通量的增加和车速的提高，雨天车祸数量也随之增加，人们开始逐渐认识路表纹理特征对道路安全性的重要作用。因此，为了深入了解混凝土路表特征对道路行车安全的影响，减少雨天车辆事故，改善行车条件很多道路研究机构开始对混凝土路面表面特征展开了研究。可是，到目前为止还没有形成一套行之有效的混凝土路面抗滑方法。因此，如何提高水泥混凝土路面的抗滑能力，成为道路工程技术人员的当务之急。本文从路表纹理对混凝土路面抗滑性影响的角度分析了轮胎—路面湿摩擦机理，总结了影响路面抗滑能力的主要因素和国内外混凝土路面纹理改善的方法，为混凝土路面抗滑性的研究和施工提供一定借鉴作用。
　　1、轮胎—路面湿摩擦机理
　　路表摩阻力（以前称之为抗滑性）是车辆轮胎受到制动时沿路表滑行所产生的抗滑力。一般来说，干燥的路面上轮胎和路面可以保持充分的摩阻力，但是在雨天特别是路面上存有大量雨水时，如果水膜变得比较厚或者车速比较高，轮胎和路面的接触将会减弱，从而使路面产生湿路打滑产生危险。图1绘示了路表面有降水形成的水膜时，轮胎与路表面的接触情况。可以看出，在一定的速度条件下，在轮胎踏面与路面的接触区内存在着三种不同的润滑形式因而可以分为三个区。轮胎前沿为第1区，路面有连续的水膜；第2区的水因挤压排泄而变薄，余下间断性的薄水膜；第三区内，水被挤走，轮胎面与路表面的细构造处于干燥接触状态，为行车提供抗滑能力。当车速增加时第一区范围扩大，第二区向第三区移动乃至完全消失。这种现象称为完全动力水漂。因此，为在高速行驶时能及时挤走路表水，以保证3区有足够的接触面积，一方面轮胎胎面花纹要提供排水通路，另一方面路表面的粗构造也要提供足够的排水能力。
　　
　　
　　图1轮胎与路表相互作用区
　　
　　2、影响路面抗滑能力的因素
　　路面抗滑能力之高低主要受到路面表面纹理的特性影响，但其亦受到交通量与气候以及车辆特性等其他因素影响。
　　2.1路表纹理特性
　　轮胎—路面相互作用主要通过路表构造实现，因此，在研究轮胎－路面相互作用之前，必须对路表构造有清晰地认识。1987年，国际道路协会定义了三种路表构造——细构造、粗构造以及宏构造。通过研究，研究人员认为轮胎—路面之间摩擦力主要是由附着分量和阻滞分量构成，要增大轮胎—路面之间的摩擦力，路面必须具有足够的细构造和粗构造。
　　一般认为，细构造主要由水泥混凝土砂浆中的细集料提供，波长在1um～0.5mm。细构造最主要的功能是为路面提供基本抗滑力，好的细构造可以使混凝土路面在干燥条件下或雨天车速不大于80km/h的情况下具有充足的摩阻力；当然，它也是轮胎磨耗和油耗增加的主要影响因素之一，同时对轮胎与路面间的高频接触噪声也有一定的影响。
　　粗构造指水平方向尺度(波长)在0.5～50mm之间的构造，它的波幅(竖向尺寸)为波长的0.1～0.01。它主要是施工时混凝土路表经过拉毛、压槽、刻槽等处理后形成的细沟槽。粗构造对路面使用品质的影响是多方面的。因其有利于抗滑性能和视觉性能的改善而对安全性有较大贡献，这是粗构造诸多作用中最为重要的。粗构造可以造成轮胎橡胶变形和迟滞能量损失而产生摩擦力，但更重要的是它可以在轮胎与路面的接触界面上提供有效的积水渲泄通道，使轮胎与路面能处于“干燥接触”状态，因而能减缓路面抗滑力在高车速下的衰减并能抑制水漂现象的发生。
　　2.2环境因素：
　　影响路面抗滑能力大小之环境因素主要包括交通量与气候。由于车辆轮胎与铺面表面之直接接触将对骨材之细构造产生磨光作用；而在重车行驶频繁之路段，骨料更可能产生磨损或转位等现象，造成抗滑能力降低之情况。而对于沥青路面来讲，路面表面之沥青成分于完工初期可能因通车后车辆轮胎带离，而形成抗滑能力上升之情况，但随后其抗滑能力则亦因上述原因而下降。因此，英国运输道路研究室(transportationroadresearchlaboratory,TRRL)制定的公路抗滑能力标准是按照货车日交通量予以分级。气候因素方面主要是公路或机场之降雨(或雪)量之高低。在降雨(雪)量比较大的地区，相对而言路面抗滑能力之维护显得重要，需采用更高养护门槛，因此我国公路抗滑标准相关规范建议对降雨量较高或易结薄冰路段采较严格标准。
　　2.3车辆因素
　　车辆因素包括车辆行驶速度、胎压、胎纹及轮荷重等项目，根据国外研究指出，车辆行驶速度与胎压之高低对于抗滑能力皆呈现反向关系，亦即较高车速或较高胎压将导致抗滑能力降低。同一研究亦显示轮荷重与抗滑能力亦呈现反向关系，若轮荷重提高将使单位荷重之接触面积减低，因而使摩擦系数降低。此外，车辆胎纹亦对抗滑能力有所影响，胎纹之功能原为提供雨天时铺面与轮胎接触面之排水而设计，故设计良好之胎纹将可避免表面产生水滑现象，提高抗滑能力，亦可提高车辆之刹车效能。
　　综合上述各项因素可知，路面抗滑能力之优劣可主要有路表纹理特性予以量测与控制，如果要提高抗滑特性，增进车辆或飞行器之刹车效能，则可由车辆特性加以控制，另外，在制定路面竣工或养护抗滑标准时，也需要结合当地环境条件，以符合所需。
　　3、混凝土路面纹理改善方法
　　混凝土路面的纹理，通常可以采用拉毛、压槽、刻槽等传统方法形成。近年来一些新工艺、新方法也用于改善混凝土路面表面纹理，增加抗滑性，减低轮胎—路面噪声。各种方法具有不同的排水能力和耐久性，同时，也会产生不同程度的交通噪声。因此，应依据行车速度、交通繁重程度和环境要求，选择兼顾安全和噪声限制的措施，以优化混凝土路表功能。

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