影响道路路面抗滑性的因素分析

　　摘要：目前道路安全问题是交通事故重要影响因素，本文对于轮胎与路面之间摩擦力的产生机理及其影响因素进行分析，从而奠定了路面抗滑性能对交通安全影响分析的基础。最后重点提出了路表构造特征、潮湿状况、介质影响、车速的影响和配料影响等几个方面的影响因素。
　　关键词：路面抗滑，轮胎摩擦机理，抗滑因素
　　
　　路面因素是道路条件因素的一方面，对道路安全有很重要的影响。一般在分析交通事故的影响因素时，很少甚至几乎没有考虑路面因素。现代道路的发展对路面提出了越来越高的要求，不仅仅满足于通行这一基本要求，更要求路面具有安全、经济、舒适的功能和使用品质，而其中最重要的就是路面的安全性能。
　　一、轮胎与路面间的摩擦机理
　　轮胎与路面间摩擦力的作用机理较复杂，轮胎与路面之间的相对移动不能仅仅认为是两个物体之间的滑动，目前关于轮胎与路面摩擦作用及其影响因素一般认为有以下：1)轮胎与路面间的分子力作用。这种摩擦力主要取决于轮胎与路面间的接触面积的大小，并且受路面状态、湿度、污染、水膜、灰尘等的影响较大。2)轮胎与路面间的粘着作用。指轮胎与路面问粘着点剪断所需的摩擦力，主要取决于轮胎与路面材料的性能、接触面之间的压力、路面状态以及轮胎与路面间的实际接触面积。3)胎面橡胶的弹性变形。轮胎橡胶是一种弹性材料。在路面较大微凸体及胎面花纹等的作用下，胎面橡胶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。不同胎面花纹的轮胎在纵向或横向荷载作用下将产生完全不同的变形情况，因此它们产生纵向或横向摩擦力的能力也完全不同，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。这种摩擦力主要取决于胎面花纹和路面上较大尺寸微凸体的性能等。4)路面上小尺寸微凸体的微切削作用。在荷载作用下，路面上较小尺寸的微凸体会在胎面的局部产生较大的应力集中。当胎面上所产生的局部应力超过了其断裂强度时，在切向力的作用下，路面上尺寸较小的微凸体就会对胎面形成微切削作用。微切削过程中产生的阻力是轮胎与路面间摩擦力的一部分。许多轮胎摩擦表面的扫描电镜照片都证明了轮胎与路面间微切削作用的存在。由微切削作用产生的摩擦力除与轮胎及路面的材料性能有关外，它主要取决于路面上较小尺寸微凸体的大小、分布情况及锋利性等。
　　二、影响道路路面抗滑性的因素分析
　　1路表构造
　　路面表面构造分为两类：路面微观构造和路面宏观构造。微观构造又称细构造，指表层石料表面水平向O~0.5mm，垂直方向0~0.2mm的微小构造，表示集料本身凹凸构造，与集料的品质及集料抵抗交通磨光作用的能力有关，受气候、季节以及交通的影响。沥青混凝土石料颗粒形状及棱角构成、沥青胶浆构造和接合料对其有一定影响。由于水泥混凝土正常表面粗集料裸露比例不超过12％，所以微观构造主要取决于水泥砂浆。微观构造对轮胎与路面表面的附着力有很大影响并影响交通安全，在潮湿条件下，没有微观构造，车辆制动几乎没有抗滑阻力。微观构造的尖峰值对于保证集料在潮湿状况下穿透路表的水膜、排除水分并保持轮胎与路面的紧密接触是必要的。从抗滑的要求出发，最佳的尖峰高度为0.01~0.1mm。微观构造的密度或间距直接影响路面的摩擦力，粗糙密度越大，轮胎与路面的接触点越多，轮胎与路面间的附着力越大。宏观构造又称粗构造，其水平方向为0.5~50mm、垂直方向0.2~10mm。路面的宏观构造由很多因素决定，主要取决于粗集料的形状、矿料的级配和施工工艺，也与粗集料的形态、间距、排列分布以及级配类型有关闭。集料的强度、韧性与抗磨能力则会影响到宏观构造的持久能力，因此，抗滑层主要通过材料的选择、合理的级配设计与施工工艺来实现。
　　2潮湿状况
　　当路面由于雨、雪天气而形成湿路面时，轮胎与路面之间的接触面积的有效性会降低，主要是水分在路表形成润滑水膜，隔阻了轮胎与路面问的接触。积水达到一定程度，车速较高时甚至会造成车轮与路面的附着几乎消失，车辆会出现“打漂”。当水膜厚度大于1mm，速度大于60km／h时，宏观构造对抗滑性能有很大影响。由于水膜的润滑作用，轮胎与路砸的附着系数显著降低，制动失控，转向不灵，汽车很容易发生侧滑，偏离正常的行驶方向，当水膜厚度较深时，只要汽车的速度超过某一临界速度，车辆的前轮就会发生水漂，失去转向功能。
　　3介质影响
　　介质主要是路面污染和雨雪天气导致路面的积水、积雪等。污染源主要有：泥土、油类滴漏、橡胶粉末积聚和工业粉尘(如粉煤灰、煤粉等)。污染物一方面污染路面，尤其在雨雪天气一些水溶性污染物，如路面尘土与积水易形成润滑剂，降低路面的抗滑性能；另一方面，污染物填充路面表面构造，降低路面的排水能力，致使路面抗滑性能大幅度降低，从而影响行车安全。受污染的路面测试摩擦系数，摆值降低达5-20。‘
　　4车速影响
　　实际检测和研究发现，路面抗滑系数并不是一个固定的静态指标，而是一个与行车速度有关的动态指标。一般路面随着速度的升高，摩擦系数呈现衰减趋势。被测路面的摩擦系数随速度的升高而降低，但不同路面摩擦系数随速度变化不一样。一些研究认为，在较低的车速时，路面的抗滑能力主要由路面结构的微观构造来提供，因为有集料表面的尖峰可以刺破水膜，同时尖峰之间的凹槽可以将路面水及时排除，从而保证车轮与集料之间的良好接触，并使面层抗滑水平提高；在车速较高的路面上，路面抗滑水平主要取决于宏观构造的特征，这是由于路面的积水来不及排除，而在车轮与路面之间形成了一层水膜，此时必须借助于构造深度所提供的较大通道，才可以保证轮胎与路面的良好接触，进而形成较高的抗滑能力。
　　5路面材料及级配的影响
　　路面受到行驶车辆轮胎不断地撞击、剪切和摩擦，会产生松动、破坏，因此路面材料的耐久性，特别是表面的耐磨性对抗滑性能有很大的影响。抗滑耐久性很大程度上取决于粗集料的抗磨光性，抗磨光性采用石料磨光值(简称PSV)来表示。石料磨光值愈高，说明路面抗滑耐久性能愈好。因此通常采用如玄武岩、灰绿岩、安山岩或花岗岩碎石作为粗集料。当采用酸性石料时，为提高石料与沥青的粘结力，一般采用粘结力强的改性沥青或在拌和时掺入适量的水泥、石灰、抗剥落剂以提高混合料的粘结性和强度。水泥混凝土路面的抗滑耐久性取决于混凝土粗集料、细集料水泥胶体的强度和耐磨性以及混凝土路面表面人工压(刻)槽的质量。由于水泥混凝土经振捣、做面后，或多或少会形成一层l～5mm厚的水泥浆即细集料水泥胶体，如果这一薄层的耐磨性不强，混凝土表面将很快被磨耗，此时混凝土表面平整度和人工压(刻)槽将受到影响，从而降低混凝土路面平整度、抗滑性和耐久性。

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