d o i :10.3963/j .i s s n .1674-6066.2022.04.017沥青路面抗滑性能检测技术分析李二娜(葛洲坝集团试验检测有限公司,宜昌443002)摘 要: 抗滑性能是评判路面行车安全的重要参考,但路面抗滑性能检测技术多种多样,检测效果及适应场景等也各不相同㊂为促进不同抗滑检测技术的合理应用,保障路面行车安全,该研究在总结影响路面抗滑性能主要因素的基础上,分析了常用沥青路面抗滑性能检测技术特点,并指出了路面抗滑性能检测技术的未来发展趋势㊂主要结论有:路面纹理测试和路面摩擦指标测试是目前检测路面抗滑性能的主要方法,后者可操作性更强,结果更加直观㊂未来趋势主要体现在三个方面,研究环境因素对路面抗滑性能的影响;确定路面纹理与路面抗滑性能间的对应关系;改进现场测试设备,使测试结果更精准,且能满足大型化测试的需求㊂关键词: 沥青路面; 抗滑性能; 检测技术; 未来趋势A n a l y s i s o fA s p h a l t P a v e m e n t S k i dR e s i s t a n c eT e s t i n g T e c h n o l o g yL IE r -n a(C h i n aG e z h o u b aG r o u p T e s t i n g C o ,L t d ,Y i c h a n g 443002,C h i n a )A b s t r a c t : A n t i -s k i d p e r f o r m a n c e i s a n i m p o r t a n t r e f e r e n c e f o r j u d g i n g r o a d s a f e t y .T h e r e a r e v a r i o u s d e t e c t i o n t e c h -n i q u e s t od e t e r m i n e t h e r o a da n t i -s k i d p e r f o r m a n c e ,a n d t h e i r d e t e c t i o ne f f e c t s a n da d a p t a t i o ns c e n a r i o s a r e a l s od i f f e r -e n t .I n o r d e r t o p r o m o t e t h e r a t i o n a l a p p l i c a t i o n o f d i f f e r e n t a n t i -s k i d d e t e c t i o n t e c h n o l o g i e s a n d t o e n s u r e t h e r o a d s a f e -t y ,t h i s s t u d y f i r s t s u mm a r i z e d t h em a i n f a c t o r s a f f e c t i n g t h e a n t i -s k i d p e r f o r m a n c e o f a s p h a l t p a v e m e n t .T h e n t h e c o m -m o n l y u s e dd e t e c t i o n t e c h n o l o g i e s o f a s p h a l t p a v e m e n t a n t i -s k i d p e r f o r m a n c ew e r e c o m p a r e d .F i n a l l y ,t h e f u t u r e d e v e l -o p m e n t t r e n do f p a v e m e n t s k i d r e s i s t a n c e t e s t i n g t e c h n o l o g y w a s p r o p o s e d .R e s u l t s s h o w e d t h a t p a v e m e n t t e x t u r e t e s t a n d p a v e m e n t f r i c t i o n i n d e x t e s tw e r e t h em a i n m e t h o d s t od e t e c t t h e p a v e m e n t a n t i -s k i d p e r f o r m a n c ea t p r e s e n t ,t h e l a t t e rw a sm o r em a n e u v e r a b l e a n d i t s r e s u l t sw e r em o r e i n t u i t i v e .T h e f u t u r e d e v e l o p m e n t t r e n dw a sm a i n l y r e f l e c t e d i n t h r e e a s p e c t s :s t u d y i n g t h e i n f l u e n c eo f e n v i r o n m e n t a l f a c t o r so nt h e p a v e m e n t a n t i -s k i d p e r f o r m a n c e ,d e t e r m i n i n g t h e c o r r e s p o n d i n g r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p a v e m e n t t e x t u r e a n d p a v e m e n t a n t i -s k i d p e r f o r m a n c e ,a n d i m p r o v i n g t h e f i e l d t e s t e q u i p m e n t t om a k e t h e t e s t r e s u l t sm o r e a c c u r a t e a n dm e e t t h en e e d s o f l a r g e -s c a l e t e s t .K e y wo r d s : a s p h a l t p a v e m e n t ; s k i d r e s i s t a n c e ; t e s t i n g t e c h n o l o g y ; f u t u r e t r e n d 收稿日期:2022-06-16.作者简介:李二娜(1989-),工程师.E -m a i l :522413833@q q.c o m 中国自改革开放以来,经济取得了快速发展,公路建设里程数不断增长㊂截至2021年底,我国公路里程已达到528.07万公里,高速公路达到16.91万公里,稳居世界第一㊂公路里程的增长对我国经济发展和人民日常生活品质的改善起到了重要作用㊂但另一方面,我国交通事故量也在不断上升,给人民生命安全带来巨大威胁的同时,也造成不可估量的财产损失㊂研究人员分析大量交通事故后发现,不少交通事故是路面因素造成的,其中路面抗滑性能是对行车安全影响最为显著的因素[1]㊂据不完全统计,在我国与路面抗滑相关的交通事故比例高达81%[2]㊂研究表明路面抗滑性能的提升可以有效降低交通事故发生的概率[3]㊂因此开展路面抗滑相关的研究对于保障道路安全至关重要㊂路面在建设完成的初期都有着良好的抗滑性能,但随着路面服役时间的延长,其抗滑性能会出现不同程度的下降㊂虽然抗滑性能是道路运营部门和相关交管部门关注的重点,但对于目前常见的一些路面抗滑性能检测方法[4-6],在测试设备㊁操作方法㊁适用场景等方面存在很大区别,因此非常有必要对路面抗滑性能检66建材世界 2022年 第43卷 第4期测方法进行总结,整理分析不同路面抗滑检测技术的特点,促进从业人员根据道路实际情况采用合适的路面抗滑性能检测方法㊂综上,为促进不同抗滑检测技术的合理应用,保障路面抗滑性能和行车安全,开展了几个方面的工作:总结了影响路面抗滑性能的主要因素;在此基础上,对比分析了不同抗滑性能检测技术的差异;同时指出了未来路面抗滑性能检测技术的发展趋势㊂1 路面抗滑性能影响因素车辆事故多发生在制动过程中,这主要是因为车辆制动距离过长造成的,因此轮胎和路面间的摩擦特征对路面抗滑性能产生直接的影响㊂轮胎与路面之间的摩擦力包括两部分:黏附力F a 和阻滞力F h ,如图1所示㊂摩擦力与路面㊁轮胎以及环境等多方面因素相关,具体如路面的纹理构造㊁路面材料㊁路面的洁净程度㊁温度㊁湿度以及行车速度等㊂路面纹理构造对路面抗滑性能的影响非常显著,主要表现在两个方面:黏附力F a 与路面微观纹理息息相关,丰富的微观纹理有助于提高黏附力;阻滞力F h 则主要与路面的宏观构造相关,轮胎与路面接触过程中,轮胎会变形产生应变能损耗,而阻滞力就与轮胎压缩-松弛过程中的能量损耗相关㊂除路面纹理构造外,前面已经提到还有很多其他因素影响路面的抗滑性能,例如,潮湿路面的抗滑性能差,车辆制动距离大;行车速度过快也会使车辆制动距离变大㊂因此,影响路面抗滑性能的因素较多,单一检测手段往往难以精准判断路面的抗滑能力,基于这一需求,逐渐发展出了多种路面抗滑性能检测技术,目前以两类检测技术为主:路面纹理测试技术和路面摩擦指标测试技术㊂2 路面纹理测试技术根据构造尺寸划分,可将路面纹理分为微观纹理㊁宏观纹理㊁粗大构造和路面不平度等几个方面,其中微观和宏观纹理是抗滑性能研究的重点㊂微观纹理对应波长1μm~0.5mm ㊁高度1μm~0.5mm 的构造,即集料表面极其微小的构造㊂宏观纹理对应波长为0.5~50mm ,高度0.5~20mm 的构造,宏观纹理与路面空隙㊁集料形状㊁集料粒径等密切相关㊂路面微观纹理的测量难度较大,一方面无明确的测量规定,另一方面受采样率和传感器分辨率的限制㊂因此常见的纹理测试方法主要集中在宏观纹理的测量上,如最为常用的铺沙法㊂宏观纹理虽容易测量,但是传统的铺沙法也存在准确性差㊁效率和可靠性低的问题㊂但随着激光测量㊁图像处理㊁测距技术等的发展,路面纹理测量方法得到了很大补充,主要的新型路面纹理测试方法如表1所示㊂激光扫描技术已广泛应用于路面纹理测量,且随着研究的深入,形成了成熟的路面纹理评估方案㊂当激光技术与G P S 系统相结合时,能够快速扫描路面的纹理,检测路面抗滑性能㊂现阶段雷达传感器测量也已经广泛应用于现场,并可以直接分析出路面的摩擦特性㊂接触测试有着极高的精度,但成本也较高,且测量范围有限,因此多用于实验室研究㊂非接触测试技术现阶段还在不断提升精度过程中㊂近景摄影测量技术可以快捷的获取路面纹理,图像可以用普通相机拍摄,但必须结合使用专业软件对图像进行分析和三维建模,基于三维模型分析路面抗滑性能㊂76建材世界 2022年 第43卷 第4期表1路面纹理检测技术检测方法测试原理优点缺点激光扫描根据预先设计的路径对路面进行扫描,记录宏观或微观纹理数据㊂可用于宏观和微观纹理测量,有较高的扫描效率㊂激光扫描仪的分辨率会随着垂直方向上扫描范围的扩大而降低,难以实现对微结构的高精度扫描㊂接触测试触针沿直线移动,并记录下指针移动的位置数据㊂精度高㊂由于测试范围有限,不能用于路面纹理的多尺度测量㊂非接触探测对光线的反射角度和散射范围等进行跟踪和记录㊂可以实现纳米级无损测试,且测试效率高㊂该测试方法对路表面质量非常敏感,测试精度不稳定㊂近景摄影测量首先用普通相机拍摄纹理图像,用于三维模型的重建;然后基于软件对纹理模型进一步进行量化分析㊂成本低,且可实现表面纹理的三维建模和宏观㊁微观纹理特征的定量分析,结果具有很好的可重复性㊂准确性受图像质量的影响;路面纹理三维模型的重建需要借助专门的软件来完成㊂雷达检测雷达系统检测并计算出与纹理信息有关的参数㊂安装在配套检测车辆上,可以高效和低成本地量化路面的摩擦特性㊂测试的准确性将受道路条件和天气情况等的影响㊂综上可知,虽然各种测试方法或多或少都存在一些缺陷,但新型纹理检测技术使得自动测量路面纹理成为可能,为获得大量路面纹理数据提供了技术支撑,在全线路网抗滑性能检测中有着巨大优势㊂但是路面纹理与路面抗滑性能对应关系难以量化的问题也日益突出,如何基于获取的纹理特征有效地确定路面的抗滑性能一直是个难题㊂因此规范中并未引入激光扫描等纹理检测技术分析路面抗滑性能㊂同时,除了前述的一些缺点外,纹理测试方法在技术层面也存在一些问题㊂如采用光学仪器测量路面纹理时,采集结果会存在数据尖峰问题;另外,沥青路面存在凹陷,这将会产生漏点问题,导致数据不完整㊂因此还需要进一步改进检测设备和丰富设备类型㊂3路面摩擦指标测试技术路面纹理检测技术是一种间接分析路面抗滑性能的方法,主要关注路面的微观纹理和宏观纹理㊂间接测量有着方便快捷的优势,但无法取代直接测量㊂直接测量是通过测量路面摩擦指标来评价路面的抗滑性能㊂例如,轮胎与路面之间的摩擦系数大小,被测试车辆的制动距离长短等都可直接反映路面的抗滑性能㊂目前主要通过测试摩擦系数这类指标来直接反映路面的抗滑性能,而摩擦系数又根据具体的测试方法而不同,常见的几种主要测试方法如表2所示㊂表2路面摩擦指标测试技术测试指标检测设备测试原理及特点设备图片摆式摩擦系数摆式摩擦系数测定仪当橡胶垫与路面接触后,橡胶与路面的摩擦会抵制摆锤的摆动,摆的位能损失等于克服摩擦做的功;可用于室内和现场检测,测量效率约为10k m/h㊂动态摩擦系数动态摩擦系数测试仪转动板上的橡胶垫使之与路表面接触,接触界面产生摩擦,在给定的速度下测量摩擦系数㊂测量效率约为5~89k m/h,可用于室内和现场测试㊂横向力摩擦系数横向摩擦系数测试仪设置测试轮与行驶方向之间的滑移角,可以检测并记录车辆前进时测试轮的横向力㊁轮胎载荷㊁速度和距离;直线㊁曲线和陡坡都可测量㊂测试效率约为50~80k m/h㊂纵向力摩擦系数纵向摩擦系数测试仪测量过程中,为了限制试验车轮的切向滚动,将试验车轮完全锁紧,以模拟无防抱死系统的紧急制动行为,可在车轮锁紧后平均1~3s内测量产生的阻力;用于测试直线路段㊂86建材世界2022年第43卷第4期建材世界2022年第43卷第4期具体来看,目前使用最广泛的是英国摆式摩擦系数测试仪,它具有成本低㊁操作简单㊁便于携带等优点,但该测试仪器的不足之处也很明显,摆锤与路面的接触与实际轮胎与路面的接触有明显差异,测试数据波动性大,特别是在对粗糙路面进行测试时,试验结果不能反映路面的实际摩擦行为㊂因此,许多研究机构一直致力于改进检测方法,动态摩擦系数测试仪就是在不断改进过程中研发的路面摩擦指标测试新设备㊂动态摩擦系数测试仪相比摆式摩擦系数测试仪适应范围更广,可以在各种速度下测试车辆与路面的摩擦指标,尤其是高速下的路面摩擦特性,大大方便了对轮胎与路面间摩擦数据的采集㊂横向力摩擦系数和纵向力摩擦系数测试是常见的现场抗滑性能检测手段㊂测试横向力摩擦系数时,轮胎采用光面轮胎,测试轮胎荷载为(1 960ʃ10)N,测试角度为车辆前进方向20ʎ㊂车辆行进时,测试轮上将会产生横向滑动摩擦力,横向滑动摩擦力与作用在试验轮上的荷载之比,称之为横向力系数S F C㊂纵向力摩擦系数测试时,承受竖向荷载的测试轮与路面紧密接触,并以恒定速度且平行于车辆方向前进,产生纵向滚动摩擦力,纵向摩擦力和竖向荷载的比值就是纵向摩擦系数B F C㊂S F C和B F C都可用于评价路面抗滑性能㊂可见,相比于路面纹理测试方法,路面摩擦指标测试方法可操作性更强,结果更加直观㊂4沥青路面抗滑性能检测技术发展趋势从技术需求来看,当前针对路面抗滑性能开展的研究主要是围绕路面和轮胎两个方面进行,如路面纹理测试和轮胎 路面摩擦指标测试㊂但环境因素对路面抗滑性能也产生直接的影响,如温度㊁湿度和行车速度等㊂因环境因素比较复杂,且往往没有显著的规律,在开展路面抗滑性能研究时,对环境因素造成的影响考虑较少㊂这就使得难以揭示出路面在实际服役环境下的抗滑性能变化特征,因而未来在研究路面抗滑性能时应更多关注路面㊁轮胎㊁环境三方面的相互作用㊂此外,如何科学㊁有效地确定路面纹理与路面抗滑性能间的对应关系也是未来需要重点解决的技术问题之一㊂从现场应用需求来看,主要是检测设备还需要改进㊂一方面,提高设备采集数据的精度,如当前采用光学仪器采集路面纹理数据时,存在数据尖峰和漏点等问题,致使数据结果不能反映出测试路面的真实纹理特征;另一方面,摆式摩擦系数仪和动态摩擦系数仪等小型设备已经越来越难以满足快速㊁大规模测试的需求㊂我国的道路交通在过去的几十年里虽然取得了飞速发展,但离建成四通八达的交通网络还有很长的距离,道路新建和养护任务依然繁重,因此对路面性能检测也提出了快速㊁大规模化的需求㊂开发大型检测车是未来路面抗滑检测设备的发展方向之一,在不影响交通的情况下开展全线路网抗滑检测,提高测试效率的同时,可实现对路面的大规模检测㊂5结语为促进路面抗滑检测技术的合理应用和发展,该研究首先从轮胎与路面的接触方面分析了影响路面抗滑性能的主要因素,进而对常见的路面纹理测试方法和路面摩擦指标测试方法进行了对比分析,同时基于检测技术和现场应用层面的需求,指出了路面抗滑性能检测技术未来的发展趋势㊂a.路面纹理测试和路面摩擦指标测试是目前在研究和现场应用中采用较多的路面抗滑性能检测方法㊂相比于路面纹理测试方法,路面摩擦指标测试方法则可操作性更强,测试结果更加直观㊂b.未来应加强研究环境因素对路面抗滑性能的影响,并尝试确定路面纹理与路面抗滑性能间的对应关系;同时改进现场测试设备,一方面使现场测试结果更精准,另一方面使设备能满足大型化测试的需求㊂参考文献[1]童申家,谢祥兵,赵大勇.沥青路面纹理分布的分形描述及抗滑性能评价[J].中国公路学报,2016,29(2):1-7.[2]邝宏柱,廖志高,柳本民.高速公路隧道路面抗滑性能评价标准研究[J].公路,2007(9):85-88.[3]黄晓明,郑彬双.沥青路面抗滑性能研究现状与展望[J].中国公路学报,2019,32(4):32-49.[4]熊依筱.路面抗滑性能测试方法及指标研究综述[J].四川建材,2017,43(1):89-91.[5]姚思国.路面抗滑标准的研究[J].公路,1986(3):16-23.[6]谭忆秋,肖神清,熊学堂.路面抗滑性能检测与预估方法综述[J].交通运输工程学报,2021,21(4):32-47.96。
