摘要

隧道水泥路面加铺SMA是改善路面路用性能，尤其是提升其抗滑性能的主要技术措施之一。为研究不同粒径SMA加铺材料的抗滑及其抗滑耐久性，选择SMA-5、SMA-10和SMA-13作为水泥路面加铺材料，采用加速加载设备MMLS3 (MLS11)对其进行百万次加载试验，通过测试不同加载次数下SMA加铺层摆值(BPN)变化，分析了不同粒径SMA抗滑性能的衰变规律。结果表明，水泥路面SMA罩面加铺技术可有效提升原路面的抗滑耐久性；随着加载次数的增加，SMA-5、SMA-10和SMA-13沥青罩面BPN值均缓慢衰减；SMA-5初始BPN接近SMA-10和SMA-13，但其在加载过程中BPN衰减相对显著。该研究可为后续隧道水泥路面沥青罩面加铺技术提供理论研究基础。

关键词：隧道水泥路面 | SMA | 加速加载试验 | 抗滑性能 | 抗滑耐久性

水泥混凝土路面由于具有强度高、稳定性好、使用年限长、防火性能优越等优点，在我国早期建设的部分隧道路面上得到广泛的应用[1-2]。经过长期的运营后，由于车轮对路面的磨损以及水损害、燃油污染等方面的原因，隧道水泥路面抗滑性能明显衰减。水泥路面的抗滑性能不足严重影响着行车。测试表明，浙江省任胡岭隧道雨天摩擦系数仅为29[3]；某隧道进出口道路雨天摩擦系数仅为正常道路的30%~50%[4]。湿滑路面易造成驾驶人情绪和车辆状态的不稳定，是诱发交通事故的主要原因之一。据浙江省统计，2001年隧道内发生交通事故433起且全部发生在水泥路面铺装的隧道内[5]。

隧道水泥路面抗滑性能不足是诱发交通事故的主要因素之一[6]。近年来，国内外开展了大量的隧道路面抗滑性能提升技术的研究和实践，其技术措施主要有水泥路面处治法和和罩面加铺法。表面处治法主要有旧水泥路面精铣刨、抛丸、刻槽等技术；罩面加铺法主要有加铺稀浆封层、微表处、超薄磨耗层、薄层罩面等技术[7-9]。由于SMA沥青混合料的良好的耐久性和抗滑性已经得到大量试验研究和工程应用所验证，成为隧道水泥路面加铺层的主要铺装材料之一[10-12]。但不同粒径的SMA加铺层在轮胎反复作用下的长期耐久性及其抗滑性能的衰变规律仍需要进一步深入研究。

本研究选择SMA-5、SMA-10和SMA-13作为水泥路面加铺材料，采用加速加载设备MMLS3 (MLS11)对三种SMA进行百万次加载试验，测试了不同加载次数下SMA加铺层摆值(BPN)变化，以期明确不同粒径SMA抗滑耐久性及其抗滑性能的衰变规律。

试验原材料及配合比设计

SBS改性沥青

SBS改性沥青主要技术指标依据JTGE20一2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规范》试验方法测定，结果见表1

集料与填料

粗集料采用玄武岩碎石，细集料采用石灰岩碎石，填料采用石灰石矿粉。集料规格分别为10-15mm玄武岩，5~10mm玄武岩，3-5mm玄武岩和0~3mm石灰岩。集料和矿粉的密度测试结果见表2，筛分试验结果见表3

粘结层

修复型防水粘结剂(Caticoat)为水泥混凝土专用的溶剂型粘结剂，可渗透入水泥表面细孔中，有效地封住细孔。chao高黏度改性沥青(Freshcoat)为一种加热型涂膜防水材料，具有优异的防水性、冲击性、粘结性、耐老化能力和应力吸收效果，其相关技术指标见表4

配合比设计

水泥混凝土标号为C40，配合比设计见表5。SMA-5、SMA-10、SMA-13沥青混合料配合比设计采用马歇尔设计方法，三种沥青混合料配合比设计及zui佳油石比结果见表6，其合成级配曲线见图1-3

SMA抗滑性能及抗滑耐久性能试验

试件制备

水泥混凝土标号为C40，各组料经称量、拌和后，放人MMLS3(MLS11)模具中振捣成型，待振捣完毕后，置于(20±2)CC，相对湿度95%以上的养护室养护7d。待养护完毕后，分层涂布双层粘结材料，即先分两次涂抹Caticoat,每次0.2L/㎡，待Caticoat凝固后，再涂抹chao高黏度改性沥青(Freshcoat)，涂布量为1.2kg/㎡，并撒布0.7kg/㎡的硅砂，后分别加铺15mmSMA-5沥青混合料、30mrnSMA-10沥青混合料、40mmSMA-13沥青混合料，并保证复合试件总厚度为100mm，成型后的复合试件见图4

SMA抗滑磨耗层抗滑性能及抗滑耐久性能试验

本试验基于MMLS3(MLS11)小型加载设备对SMA沥青罩面进行加载试验，MMLS3(MLS11)加载条件为：胎压0.7MPa,加载速率为5000r/h,单轮荷载2.6kN,总加载次数100X10^4次。加载一定次数后，用摆式摩擦系数测定仪测定并记录车辙轮迹部位的摆值。随后继续进行MMLS3加载试验。重复此操作过程，依次获得在不同加载次数时复合试件层表的BPN值。

试验结果与分析

（1）SMA沥青混合料抗滑性能分析

基于摆式摩擦系数测定仪对SMA-5、SMA-10、SMA-13沥青罩面的初始BPN值进行测定，如图6所示。可以看出，SMA-5、SMA-10、SMA-13沥青混合料的初始BPN值分别为63、65、66,随着SMA混合料粒径的扩大，其初始BPN值呈现缓慢扩大的趋势。因此，选择公称粒径较大的沥青混合料作为抗滑罩面有助于提高面层抗滑性能。

（2）加载次数对SMA沥青混合料抗滑耐久性能分析

基于MMLS3小型加载设备对SMA-5、SMA-10、SMA-13沥青罩面在25℃下经过百万次加载试验，以摆式仪对加载过程中沥青罩面抗滑性能衰减情况进行测定，如图7所示。

由图7可以看出，随着加载次数的增加，SMA-5超薄沥青磨耗层、SMA-10薄层沥青罩面、SMA-13薄层沥青罩面的BPN值均逐渐减小。在3种SMA材料中，SMA-5抗滑耐久性能相对较差，其BPN值衰减速率较快，经过80X10^4左右加载后，其BPN值已不满足规范要求(BPN>42)；经过100X10^4次加载后，其BPN值约衰减39.7%。SMA-10、SMA-13抗滑耐久性能相对较好，经过百万次加速加载试验后，SMA-10和SMA-13薄层磨耗层的BPN值衰减分别为20.0%和15.2%，但其抗滑BPN值仍能满足规范要求。分析原因，主要是由千SMA-10和SMA-13中粗集料含量相对较多，BPN值衰减速率较慢，因此具有较好的抗滑性能保持能力。

结论

采用加速加载设备MMLS3 (MLS11)对SMA-5、SMA-10、SMA-13进行百万次加速加载试验，分析了三种粒径的SMA材料抗滑耐久性，基于本文采用的试验材料，得出以下结论：

（1）SMA-13沥青混合料初始摆值(BPN)略高于SMA-10、SMA-5沥青混合料，表现出良好的抗滑性能；

（2）随着加载次数增加，SMA抗滑罩面BPN值缓慢衰减，但SMA-5沥青磨耗层BPN值衰减速率明显快于SMA-10、SMA-13沥青罩面；

（3）经过百万次加载试验后，SMA-10、SMA-13薄层沥青罩面BPN值仍可维持在较高水平上，具有较好的抗滑耐久性能。

参考文献

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[2]柯文豪，水泥混凝土路面抗滑性能及评价模型研究[D].西安：长安大学，2010.

[3]耶维挺，熊辉斌，高速公路隧道水泥路面“白改黑＂施工技术探讨[J].中国高新技术企业，2014(巧）：92-94.

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[5]黄志义，特长隧道沥青路面火灾过程燃烧机理与安全性试验研究[D].杭州：浙江大学，2007.

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[11]姜海燕、贺鸿，沥青混凝土路面铺策技术在公路隧道中的应用[J].城市建设理论研究，2014,(12):57-61.

[12]部进良，沥青混凝土路面铺茉技术在公路隧道中的应用[J].河北建筑工程学院学报，2005,23(2):54一57.

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设备名称：Pave小型1/3尺寸路面加速加载测试设备
型       号：PaveMLS11 
制  造  商：英国PaveTesting

通常的车辙测试设备，仅对路面材料进行非常慢速的加载测量，不能模拟真实交通情况，不能模拟真实车轮碾压，也不能进行反复加载。相比之下，PaveMLS11这一套路面加速加载测试设备，可在路面上进行实际加载。通过PAVETEST®操作软件，PaveMLS11的荷载可进行成比例计算加载，以确保轮压和真实路面状态上的全部尺寸车辆车轮加载保持同一水平。因此，PaveMLS11的试验结果可用于模拟常规的真实荷载状态，设备可直接用于研究路面上层125mm厚的沥青层路面性能（无论是实验室路面还是现场路面）。因此，此小型加速加载设备对于研究现场真实路面状态上的全部尺寸车辆车轮加载下路面性能研究，具有非常宝贵的价值。

缩小比例的加速加载设备PaveMLS11，也可以用于研究沥青材料面层的疲劳特性。如果具备某些条件，如：荷载频率、温度、横向摆动在内的荷载应用及老化PaveMLS11对路面材料/沥青混合料的突出研究效果，可用于预测和评价路面车辙等性能。如果相对于常规的加速加载试验状态，需要和普通车辙测试设备一样评估慢速加载时路面性能的状况，PaveMLS11也可以简单实现，只需调整它的加载速度即可，然而加载方向却始终模拟真实行车状态而进行单向的加载模式。

PaveMLS11小型加速加载设备，采用标准卡车轮胎的1/3比例尺寸轮胎进行加载，安装有4个加载轮，测试长度接近1.1m，可施加7200次/每小时加载。作用于300mm直径试样上的荷载可至2.7kN（短时间可达2.9kN），轮压700kPa（短时间可达800kPa）。

满足规范：SANS 3001-PD1 :2016，SOUTH AFRICA N NATIONAL STA NDARD

产品特点

▍设备配置有横向移动系统，可以模拟实际路面轮迹带上轮迹的正态分布，横移宽度左右可达各75mm

▍加载轮宽度80mm，在横向移动系统启动后加载宽度可达230mm

▍特殊巧妙的荷载单元设计结构，使得路面不平的情况下加载轮对地荷载依然是稳定的

▍设备有本地手动和远程自动两种控制方式 ，在远程模式下软件可以记录设备高度，环境温度，路面温度和道路内部温度及加载速度、次数等信息

▍设备配置有胎压监测系统，在发生爆胎或者胎压不足的情况设备自动警报并停机

▍设备有多种试验方式，可以在实际道路上进行试验，也可以使用配置的大尺寸震动轮碾成型机，在实验室内成型试验道路进行试验，或者在实际道路上取芯，将芯样放置在实验室底座内进行试验，或者直接将实际道路取样到实验室内进行试验

▍设备可以使用配置的温控系统进行多种温度模式试验，可以进行路面干式加热试验，湿式水循环加热试验，路面制冷低温试验

▍小型加速加载设备配置断面仪，可以在加载后测量路面车辙，同时可以利用车辙与加载次数的关系预测实际道路车辙发展规律

▍设备通体由不锈钢构成，以防止潮湿环境下的腐蚀

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