罗伦英等

摘要：为了掌握沥青路面抗滑表层抗滑性能的作用机理及影响因素，从摩擦学角度详细阐述了行车轮胎与路面表层间的摩擦机理，并分析了交通量、车辆轮胎特性、气候因素、道路设计这四个方面对沥青路面抗滑表层抗滑性能的影响。

关键词：沥青路面；抗滑表层；抗滑性能；抗滑机理；影响因素

“人-车-路-环境”是相互协调相互影响的行车环境，车辆的行驶安全性除与人的操作不当、恶劣的天气环境有关外，关键在于车辆与道路的关系，而与这种关系联系最紧密的是车辆轮胎与路表层间的摩擦特性[1]。本文将对沥青路面抗滑表层的抗滑机理及影响路面抗滑性能的因素进行详细的分析，以便于深入认识轮胎与沥青路面抗滑表层之间的摩擦特性。

1 沥青路面抗滑机理

摩擦理论将轮胎与路面间的摩擦分为四个方面，即：轮胎与路面间的分子引力作用、轮胎与路面间的黏着作用、轮胎橡胶的弹性变形、路表面微凸体的切削作用[2]。此处将结合沥青路面抗滑表层构造特点对其与轮胎间的抗滑机理进行分析。

1.1 路表构造

沥青路面材料是由不同粒径的粗骨料、细集料、填料及沥青粘结材料拌合而成的混合料，集料之间存在间隙而凹凸不平。

这些凹凸体能够减少路面水膜，提高轮胎与路面间的摩擦力，尤其是车辆高速行驶时对路面的抗滑性能有决定性影响。其主要可分为微观构造和宏观构造[3]。

1）微观构造

微观构造是指沥青路面表面在垂直方向0～0.2mm，在水平方向上0～0.5mm范围内的微小构造，表征的是“微凸体”的规模与大小，反映沥青路面表层集料表面的粗糙程度，为沥青路面提供了最基本的抗滑力，也决定了路面摩擦性能的总水平。在目前现有的评价指标中，集料磨光值是评价路面微观构造水平的重要指标，石料的磨光值越大，说明路面的抗滑能力越强，轮胎与路面间的附着力就越大，行驶车辆的安全性系数也大大提高。因此，在为高速公路表层选择石料时，一般优先考虑具有较高磨光值的石料。微观构造尖峰值是衡量沥青路面潮湿状态下抗滑水平的重要参数，可以使车辆轮胎与沥青路面接触紧密。一般来说，最佳尖峰值为0.01～0.1mm。

2）宏观构造

宏观构造指的是沥青路面各集料颗粒之间的空隙程度以及由此产生的排水能力，垂直方向0.2～10mm，水平方向0.5～50mm。

当轮胎在路面上行驶时，会从多方面引起路面宏观构造趋于平滑，进而导致路面摩擦系数的降低。潮湿路面时轮胎与路表面的摩擦系数要比干燥路面拥有较低的摩擦系数。宏观构造越大说明路面越粗糙，雨水可以快速地排出路面，进而增加轮胎与路面的接触面积，不至于摩擦系数降低过大，抗滑能力保持在可以接受的范围内。

1.2 接触摩擦

当轮胎胎面橡胶与凹凸不平的路面接触时，由于橡胶质地较软，在混合料的凸起部分会引起橡胶的变形，同时与微凸体真实接触。在此将会发生两种摩擦力作用：一种是与实际接触面积呈一定比例的黏着摩擦力u1；另一种是橡胶滑动时因变形移动迟滞损失引起的变形损失摩擦力u2。

1）在路面处于潮湿状态时，有水膜存在于轮胎与路面间并在尖峰值处水膜破裂，这时虽然保持了轮胎与路面的真实接触，但由于接触面积变小，故u1降低，路面的抗滑能力下降。

2）在当代超重超载的车辆越来越多，路表混合料表面被逐渐磨光，微凸体渐渐被磨平甚至消失不见。这时虽然局部的接触面积变大，但因接地压力减小，存在的水膜不那么容易破裂，故u1会变小，紧急制动时需要的距离就会变大，致使路面抗滑能力变小。

3）在雨量不大的情况下，对于宏观构造而言，雨水能从凹凸的底部流走排出，这样基本没有积水的存在，突出部沾水就不多，摩擦系数也不致降低太多。另一方面，如果路面表面层上有2～3mm的水膜，水会受到轮胎胎面的挤压而被排出，因此摩擦系数降低幅度不大。

2 沥青路面抗滑表层抗滑性能影响因素分析

2.1 交通量

在柔性路面上，集料颗粒在交通车辆的移动下而发生位移，从而影响路面摩擦性能。当车辆轮胎行驶在路面上时，路面表面层发生局部变化，致使路面表层变得光滑，同时路表层的微观构造发生改变。路面表面的集料颗粒提高了轮胎与路面间的剪应力，集料表面特性的磨损磨耗导致路面抗滑性能下降。随着交通车辆速度的加大，轮胎的扭转力也相应增大，使得轮胎和路面间的剪应力也必须增加。研究表明交通量是引起路面表层微观结构发生改变的主要因素。一般地，随着交通量的逐渐增加，路面抗滑性能呈下降趋势。

2.2 车辆轮胎特性

轮胎类型、轮胎花纹形状、轮胎胎压等都与路面的摩擦有影响，车辆轮胎的滑动、轮胎特性对车辆在潮湿路面上的抗滑性影响非常大。不同轮胎胎面花纹的轮胎在纵、横向荷载的作用下会产生不同的变形，故它们产生纵、横向摩擦力的能力大小也不同。轮胎特性是影响车辆在路面上的摩擦系数大小的重要因素，国内外开展了车辆轮胎性能研究，例如米其林轮胎制造公司就从轮胎特性的角度详细分析了车辆轮胎特性的影响因素，并对轮胎与路面间摩擦特性的研究设计提出针对性建议[4]。随着对车辆轮胎的深入研究，车辆轮胎的转弯性能、刹车防抱死系统等大大改进，使得车辆的摩擦性能得到不断提高。

2.3 气候环境

在特定的时间内，气候是导致路面表层抗滑性能变化的关键因素，影响抗滑性有关气候的主因素主要包括路面潮湿状态、季节性和温度。长时间的降雨能够冲刷掉路面上的污染物，提高路面表面构造，同时也可以降低路面温度，改善轮胎与路面间的相互作用，使路面抗滑性能有所增大。研究表明，轮胎橡胶与路面之间的摩擦系数随温度的增大而有所减小，一般冬季路表面的摩擦系数大于夏季路表面的摩擦系数[5]。路表面的污染程度对路面的抗滑性能也有很大影响，比如道路表面层有灰尘、油渍等污染物时，路表面的抗滑性能明显下降。

2.4 道路设计

除上述因素外，路面表面的抗滑性还取决于某些道路设计特性，如曲线半径、横纵坡度等，路面表面构造（即微观构造和宏观构造）以及沥青性质等。宏观构造主要影响高速行车的抗滑性，尤其是潮湿状况时，它可以扩散并排走车轮下的路表水，使微观构造所提供的低速抗滑能力在高速时依然保持。微观构造的抗滑能力主要表现在路面表面或者是集料表面的磨光程度，它与集料的品质及集料抵抗交通磨光作用的能力有关。

3 结语

本文通过对沥青路面抗滑表层抗滑机理及影响因素的分析，发现路表微观构造、宏观构造及其与车辆轮胎之间接触摩擦作用是沥青路面抗滑性能产生的关键，而交通量、车辆轮胎特性、气候因素、道路设计是影响沥青路面抗滑性能的关键因素。在后续的研究中，从道路设计、车辆轮胎胎面构造的角度去提升沥青路面抗滑性能具有一定的可行性和现实价值。

参考文献：

[1] 刁斌.道路因素与高速公路行车安全[C].//第二届全国公路交通安全设施设计与安全保障工程研讨会论文集.2004：98-104.

[2] 孙建林，萧田国，黄立宇等.橡胶轮胎与路面间摩擦模型及分析[J].青海大學学报（自然科学版），2004，22（2）：1-5.

[3] 张新天，高金岐，原文生等.沥青路面抗滑表层构造特征及其影响因素分析[J].北京建筑工程学院学报，2005，21（2）：33-36.

[4] 许洪国，马彬，许言等.考虑轮胎和路面特性的车辆制动稳定性分析[J].哈尔滨工程大学学报，2013，（10）：1287-1293.

[5] 朱云升，向会伦，张谢东等.沥青路面结冰条件下抗滑性能[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2012，36（1）：6-10.