为了有效提高SMA路面使用初始阶段的抗滑性能

为了有效提高SMA路面使用初始阶段的抗滑性能，本文着眼于SMA路面施工阶段，选择沥青用量、纤维品质与用量、不同钢轮碾压工艺组合等影响因素，设计不同施工工艺，铺筑试验路段，采用铺砂法构造深度、摆值法摩擦系数和横向力系数等指标，开展了沥青路面铺筑后(即使用初期)的抗滑性能影响规律研究。结果显示:在各压实阶段施工温度得到有效控制的情况下，SMA路面不宜过多或过度采用振动压实，不宜采用胶轮碾压，此外，减少沥青用量可以在一定程度上提高抗滑能力。
 
 
SMA(沥青玛碲脂碎石)混合料具有优良的抗疲劳、耐水损坏、抗高温等性能，也具有良好的抗滑性能。但是受沥青膜厚度较厚、钢轮碾压工艺等因素的影响，SMA路面交工阶段的抗滑性能检测结果常常不太理想，例如珠三角某高速公路SMA路面的横向力系数交工结果约介于50～60左右，甚至局部路段不足50，这样的局面对于多雨地区路面的行车安全十分不利。长期以来，人们都认为SMA的抗滑性能，特别是使用了一段时间后的抗滑性能是相对很好的，即便交工阶段指标上相对差些，在开放交通后，很快就会改善的。但是，对于广东地区，高等级公路通车时间大都选择在年底，春运期间的交通量大，加之气温较低，SMA较厚的沥青膜还会造成一定程度的“镜面”效应，路面行车安全问题尤显突出。显然，探索有效提高SMA开放交通初期的抗滑性能的技术措施十分必要和迫切。本文着眼于SMA路面施工阶段，通过开展相关施工工艺研究，总结技术经验，形成更合理的SMA施工碾压等工艺，以改善路面开放交通初期的抗滑性能。
SMA路面抗滑性能关键因素分析
一般认为，沥青路面的抗滑性能作用机理主要是，不同尺度下的路面构造(或纹理)与轮胎相互接触、摩擦作用的结果:轮胎与大尺度(宏观)下的路面构造(粗集料颗粒相互嵌挤而形成的凸凹轮廓)，细观尺度下细集料颗粒或粗集料棱角与轮胎的相互作用，以及微观尺度下粗集料颗粒破碎面的微观纹理与轮胎的接触作用等。
 
对于SMA沥青路面，混合料具有断级配的特点，粗集料骨架作用突出，获得良好的高温性能的同时，也形成了优良的路面轮廓形态:宏观尺度下的丰富抗滑构造，一定的粗集料棱角(细观)，相对更丰富的裸露的粗集料破碎面(微观)。理论上，SMA确实应当具有十分优良的抗滑性能，那么为什么其抗滑交通初期(交工阶段)的横向力系数等指标的检测结果偏低?
 
首先，为了获得更好的疲劳性能和耐水损坏性能，SMA相对普通混合料具有更多的沥青含量，其沥青膜厚度可达到10μm左右(普通AC约为6～8μm)，加之拌合及施工因素的影响，局部位置沥青较多，沥青膜厚度相对偏大，就会形成粗集料颗粒裹附较多沥青胶浆的局面。由于开放交通初期集料的棱角和细观纹理结构尚未充分显露，在气温偏低的环境下，路面横向力系数一般相对偏低;
 
其次，压实工艺的影响。关于SMA的压实工艺，一直以来都在被热议，即除了钢轮碾压的吨位、振动频率之外，再有就是是否需要采用胶轮碾压措施，以及胶轮碾压时机等。
 
最后，纤维种类和用量也可能给路面初期抗滑性能带来影响，例如，自身分散效果不理想或吸油效果不好，存在沥青结团现象，或形成的沥青纤维交联膜结构，不利于抗滑性能等。
 
综上，试验段主要考虑的因素:沥青含量、纤维，以及碾压方式。
试验方案设计
针对上述关键因素，设计并实施了不同试验路段，开展SMA初期抗滑性能改善技术研究。依托工程位于广东潮惠高速公路TJ1合同段(榕江桥南段)左幅k54+020～k55+710及右幅k54+000～k54+565，全长为1255m。试验段设计宽度为15.250m，厚度为4cm，结构类型为SMA-13，沥青为改性沥青SBS(I－D)。通过设置不同的材料因素和不同碾压工艺，共9种施工方案，具体可见表1。
 
(1)沥青用量的变化考虑了3个情况，油石比6.2%(最佳油石比)、6.0%、5.8%，希望通过减少沥青用量，适当降低沥青膜厚度，评价沥青膜厚度适当降低后，粗集料的细观纹理和细集料颗粒形成的纹理，能否提高SMA路面验收检测阶段的抗滑性能(效果)。
 
(2)通过纤维的种类(絮状、颗粒状)和用量的变化，评价哪种情况下分散形成沥青胶浆体(膜)，裹附颗粒表面时，能够提供相对更好的初始抗滑性能。
 
(3)碾压工艺优化设计。针对初压、复压和收光阶段，变换不同钢轮组合碾压工艺，以期获得更适合提高初始抗滑性能的碾压工艺，即保证压实度的同时，尽可能少损伤颗粒棱角。另一方面，也尝试了不同胶轮碾压工艺方案。

试验数据及分析
试验段施工
施工设备见表2。施工过程采用“紧跟快压”，钢轮压路机采用高频低幅等基本工艺，初压、复压及终压(收光)等各阶段混合料温度均满足规范要求。

抗滑试验检测与数据分析
针对上述9个方案的SMA路面试验段，分别对其常规抗滑性能指标:构造深度、摆值摩擦系数等以及压实度指标进行了检测，各路段路用性能检测结果(代表值)见表3。显然，从压实度的角度来分析，各方案结果都能够满足规范要求。

(1)沥青用量因素(沥青膜)
SMA材料设计的最佳油石比为6.2%，以及对比方案6.0%、5.8%等。其中4号试验段(油石比5.8%)比3号试验段的构造深度相对大0.15mm，比9号试验段相对大0.25mm，也就是说:整体上随着沥青用量的降低，沥青油膜厚度的减少，构造深度增大，数值由大约1.2mm左右增加到1.3～1.4mm左右。由于三种方案的压实工艺一致，摆值摩擦系数与横向力系数的结果相差不大，约在80左右。同时要注意到，所有试验段的横向力系数的最大值81，出现在4号试验段，即其他因素不变的情况下，减少沥青用量可以在一定程度上提高抗滑性能。
 
(2)纤维因素
相对掺量0.35%时，变化不同纤维种类(颗粒、絮状)，5号试验段较1号试验段的摩擦系数相差不大(前者略大)，前者(5号)的横向力系数结果相对稳定，后者(1号)变异性比较大，说明增加纤维含量时，絮状纤维的拌合效果相对颗粒状纤维不理想。同时也注意到，方案1和方案5，采用较大量的纤维，导致构造深度相对较低(大约在1.16～1.19mm左右)。对于絮状纤维，掺量由0.35%(1号)调整到0.3%%(3号)时，摆值摩擦系数显著提高，横向力系数结构也比较理想:数值在所有路段中处于中上水平，且各车道结果分布均匀稳定。
 
(3)碾压工艺(棱角)
针对压实工艺的试验段设计主要体现在钢轮振动压实的时间节点变化，以及胶轮压实工艺使用与否。试验段6与试验段9(采用相对合理的组合压实工艺，见表1)比较时，主要是通过将振动压实前移(一般复压阶段采用振动压实，现从初压阶段就开始)，结果显示:构造深度和摆值摩擦系数相差不大(略小些)，但是横向力系数减少2个点。8号试验段的思路是将振动压实工艺后移(模拟路面温度相对较低时的压实情况)，相比较9号试验段，其构造深度基本相当，但是摆值摩擦系数和横向力系数下降较多，说明路面棱角损伤较多。试验段7采用更多的压实功作用(振动与静压次数)，结果显示:构造深度、摆值摩擦系数和横向力系数结果都下降的非常明显。也就是说，增加振动压实工艺的或压实功，或在路面压实后期采用振动压实，十分不利于路面抗滑性改善。
 
同时，还设计了胶轮压实工艺的2号试验段，即在收光阶段增加胶轮碾压工艺。最初的目的是希望采用胶轮作用，让路面的沥青膜变薄些，细集料形成的路表纹理充分展现出来，已获得相对更好的抗滑性能。检测结果显示:构造深度相差不大，但是摆值摩擦系数和横向力系数下降严重。究其原因，该工艺虽然改善了路表细观纹理结构，但是胶轮作用让原本直立的颗粒倾倒了，粗集料棱角的对抗滑的贡献下降了。
结论
(1)随着沥青用量的降低，沥青油膜厚度的减少，
构造深度增大，数值由大约1.2mm左右增加到1.3～1.4mm左右，摆值摩擦系数和横向力系数相对略有提高，即其他因素不变的情况下，减少沥青用量可以在一定程度上提高抗滑性能。
 
(2)在各阶段温度有保证的情况下，振动压实工艺前移对抗滑性能影响不大，反而收光阶段采用胶轮碾压工艺或振动碾压工艺，对抗滑性能损伤十分突出。其中，同等条件下，采用胶轮压实工艺比采用钢轮压实工艺，其摆式摩擦系数下降8.44BPN;其他压实工艺不变的情况下，仅在收光阶段增加一遍振动，摆式摩擦系数下降3.35BPN，横向力系数下降了约9SFC;进一步在初压和复压阶段增加振动压实变数，抗滑性能损伤愈加严重，摩擦系数下降到63.5，横向力系数下降到68SFC左右。
 
(3)纤维的种类对SMA沥青路面的初始抗滑性能影响，在常规指标方面并不是特别突出，而过多的纤维含量、过多或过度增加振动碾压作用次数等，也不是特别有利于初始抗滑性能的提高。
 
总之，为了提高SMA路面初期抗滑性能，在保证紧跟快压工艺的同时，应避免过压、低温压实等碾压陋习，通过降低沥青含量的技术措施，效果不一定理想，纤维用量的增加可能带来拌合质量不均匀，局部油斑，反而影响抗滑性能。