郁培和，李业根

（1.蚌埠市公路局怀远分局，安徽 蚌埠 233400；2.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 研究背景

路面抗滑性能一直以来被认为是影响道路交通安全性能的重要因素，它对行车速度大小、方向控制以及制动距离作用重大。路面抗滑性能不足将导致车辆产生滑移或水漂等现象，从而引发交通事故。因此，路面抗滑性能对于道路的社会性及经济性都至关重要。

影响路面抗滑性能的因素众多，如路面表面特征、车辆操作因素、轮胎性能以及环境因素等。其中，最为关键的是路面表面特征。实践证明，路表应具有一定的摩擦系数和纹理深度才能够保证路面的抗滑性能。所谓的纹理是指由于路面表面颗粒的分散而形成的凹凸或起伏不平。路面纹理是路面最重要的特征，对轮胎与路面间的相互作用，如摩擦、噪声、飞溅及轮胎磨损等影响巨大。不同的纹理对路面抗滑性能的大小及耐久性作用并不相同，研究表明，良好的纹理是路面抗滑性能的有效保证，对于交通安全有着极为重要的作用，采用合适的工艺及路面结构是获得良好纹理的关键。本文介绍了国内外关于路面纹理的一些研究成果，并对我国水泥混凝土路面常用的饰纹工艺的抗滑效果做了对比。

2 纹理分类及测试方法

路面纹理以波长（λ）及振幅（A）来定义。世界道路组织协会（PIARC）根据以上参数将纹理分成细构造、粗构造、宏构造和平整度四类（见表1）。

路面纹理分类 表1

图1 轮胎—路面间摩擦机理

图2 潮湿状况下不同类型路面抗滑性能同速度之间的关系图

图3 事故率、路面抗滑性能及交通量关系图

研究表明，细构造和粗构造对轮胎与路面的摩擦性能起着重要作用。细构造一般是由于水泥砂浆和集料表面的粗糙而形成的，它可以使残留在路面的薄层水膜破坏，从而维持路面与轮胎间的接触，对车辆低速行驶时的抗滑力作用显著{3]。

细构造测量方法分为直接测量方法和间接测量方法。直接测量方法是在规定时间内对试件进行磨光试验后再用摆式摩擦仪测定其摩擦力，此值即磨光值（PSV），该方法主要用于做室内试验研究；间接测量方法应用较为广泛的有摆式摩擦仪（BPT）及动态摩擦系数仪（DFT）。这两种方法的都是利用能量守恒原理测定路面摩擦对能量的消耗从而获得摩擦值大小。一些测试车也被用来测量路面摩擦系数，如锁轮车、SCRIM等。

路面粗构造主要是和混合料的组成（集料粒径、形状、空隙和排列等）及表面处理方式有关。粗构造为路面积水提供了渠道，使水分可以在轮胎下排出，因此对潮湿路面下行车作用很大，可有效防止或减少车辆的飞溅及打滑现象，提高了行车的安全性。

路面粗构造的测量方法主要分为铺砂法、断面仪法和流出仪法。铺砂法利用一定体积下的砂摊铺于路表面，通过测量铺砂的直径获得路面平均构造深度。激光断面仪是应用较为广泛的粗构造测量方法，该法利用光学原理计算路面构造深度，适用性强，人为因素小。

3 轮胎—路面间摩擦机理

路面摩擦力是产生在轮胎与路面之间阻止两者发生相对运动的力。当轮胎在路面转动或移动时就会有摩擦力产生。路面的摩擦力可分为两部分：一部分源于分子间引力的粘着分量；另一部分源于橡胶形变产生的滞阻分量,如下式所示。

式中：F 为损失总能量；FA为粘着分量；FH为滞阻分量。

粘着分量是由于轮胎橡胶和路面微粒间接触时的啮合和吸引作用所产生的。对轮胎进行磨损试验后，可在轮胎表面找到粘着在其上的路面磨粒。同样,在路面上也可发现粘着在其上的橡胶磨粒。另外,轮胎与路面间发生的静电吸引也是轮胎与路面间发生粘着的一个证明。将轮胎与路面间粘着点剪断所需的力就是摩擦力的粘着分量。由粘着作用而产生的摩擦力主要取决于路面微观构造、轮胎与路面接触面之间的压力及实际接触面积。

滞阻分量是当轮胎经过粗糙的路表时，轮胎橡胶产生变形并在一定的能量恢复下所产生的。因为与金属材料不同，橡胶是一种弹性非常好的材料。在路面较大的微凸体及胎面花纹等的作用下，胎面会反复产生较大的弹性变形，这种弹性变形所产生的变形力与弹性变形恢复力的合力也构成了摩擦力的一部分。由于存在弹性滞后等的影响，弹性变形恢复力总是要小于弹性变形力。不同胎面花纹的轮胎在纵向或横向载荷作用下将产生完全不同的变形情况，这充分说明了橡胶弹性变形对轮胎与路面间摩擦力产生的作用。因此，滞阻分量主要和胎面花纹以及路面较大尺寸的微凸体即粗构造有关[4]（见图1）。

4 纹理对路面抗滑性能及交通安全性的影响

不同的纹理将会对路面抗滑性能产生不同的作用。一般来说，根据路面的细构造和粗构造路面可分为以下几类：

①高质量摩擦，高质量纹理，即粗构造和细构造都良好；

②低质量摩擦，高质量纹理，即粗构造良好、细构造不良；

③低质量纹理，高质量摩擦，即细构造良好、粗构造不良；

④低质量纹理，低质量摩擦，即细构造和粗构造都不良。

以上几种类型在潮湿路面下都具有各自的抗滑性能—速度关系特点，见图2。由上图分析知，低速行车下细构造对路面抗滑性能具有显著的作用。随着速度的增加，路面与轮胎间的有效接触面积减少，抗滑性能也随之减弱，但通过粗构造排除水分，保证了轮胎与路面间一定的接触，所以在良好的粗构造作用下，摩擦系数不会有急剧的变化。而在粗构造不良的状况下，抗滑性能减小的速率要快的多[5]。

路面潮湿的情况下对纹理的要求更加严格，因为水的存在使抗滑性能大幅度降低。有资料显示，一般干线公路上的雨天事故比例为降雨时间的1.9～5.8倍，雨天事故直接损失是晴天事故直接损失的1.1～2.8倍。美国的调查数据表明，美国东部路面处于潮湿状态的时间占总时间的15%，但湿路面事故却占整个事故的30%以上。这说明雨天比晴天的事故发生率要高，而且事故损失也大大高于晴天[6]。图3给出了摩擦值SN、每小时车辆数及1，000，000车辆公里事故率的关系图。

由上图知，交通量越大对路面抗滑性能的要求越高；随着路面抗滑性能增加，交通事故率将会明显降低，这也说明为了获得良好的交通安全性，增强路面的抗滑性能极有必要，而路面的抗滑性能又是良好的细构造和粗构造作用的结果。

5 路面抗滑技术应用

路面铺筑过程中，为增强路面抗滑性能，除从原材料方面严格控制以外，优化施工工艺也起着重要作用。

我国现行水泥混凝土路面饰纹工艺主要有拉毛法、压槽法、刻槽法等。各种方法都从不同程度上改善了路面的抗滑性能，但其作用效果并不完全相同。针对不同的饰纹工艺，试验路主要采用了拉毛、压槽、刻槽法进行路表处理。试验段检测方法采用SCRIM、纵向摩擦系数测试车、铺砂法和摆式摩擦仪法，测试结果见表2。

不同饰纹方法的抗滑参数值 表2

刻槽法在我国逐渐得到推广，因为该方法不但能够获得较好的纹理深度，而且较之拉毛法和压槽法，其抗滑耐久性更好。刻槽法又分为横向刻槽、纵向刻槽及横纵向复合槽型。横向刻槽主要是保证了行车刹车时的制动距离不能过长，而纵向刻槽则有效防止了车辆侧向滑移，对行车的方向控制也起到了一定作用。横向刻槽及纵向刻槽两种方法应用都十分广泛。西班牙多使用纵向刻槽，美国一些州则使用横向刻槽，槽的走向可根据使用环境及具体条件确定。横向刻槽和纵向刻槽相比，摩擦系数略大。见表3。

不同槽走向下的路面附着系数 表3

6 结束语

抗滑性能对于道路的社会性及经济性关系重大，而路面纹理是影响抗滑性能的关键因素。从轮胎—路面摩擦机理分析，细构造和粗构造在路面摩擦产生的过程中起着不同的作用。因此，不同纹理状况的路面在潮湿情况下随着车速提高，摩擦系数衰减的规律各不相同。研究表明，纹理良好的路面，抗滑性能好，事故发生率明显降低。

近年来，我国的水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的抗滑研究有了很大发展，本文比较了水泥混凝土路面饰纹工艺的抗滑效果，更有效的优化抗滑工艺，对抗滑机理进行深层次的认识还需我们进行进一步的探讨和研究。

[1] 刘清泉.路面防滑机理与应用研究[D].南京：东南大学,2000.

[2] 赵桂娟，等.水泥混凝土路面抗滑性能研究[J].山东交通学院学报,2006（2）.

[3] 张兰芳,费建国.高等级公路沥青路面抗滑性能研究[J].林业建设,2004（2）.