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[分享]路面磨耗指数PWI在高速公路养护中的应用
自2018年底交通运输部颁布了新版《公路技术状况评定标准》以来，路面磨耗指数PWI（Pavement Surface Wearing Index）已逐步开始应用于高速公路的路况评定和养护设计中。
PWI指数通过分别测定左右轮迹带和无磨损车道中线的路面平均构造深度（MPD）得到路面磨耗率WR，并经过历史大数据推导出的经验模型计算得到。
作为丰富公路技术状况评定标准体系的新指标成员，路面磨耗指数反映了路面的总体粗糙程度，是沥青混合料表面微观构造的几何特征指标。路面的磨耗性能主要影响路面的摩擦阻力、滚动阻力、降噪能力和驾驶舒适度、路表面颗粒物的飞散、轮胎磨损以及轮胎磨损引起的热量和温室气体的增排。
对于高速公路沥青路面来说，路面抗磨耗特性最重要的功能为提供和维持路面的抗滑性能。
路面构造深度MPD的自动化检测主要通过激光构造深度仪测定，研究表明，激光断面类仪器测定的结果主要反映路面的粗构造情况，而粗构造是决定雨天路面车辆高速行驶下抗滑性能的主要路面特性。
目前已有大量学者通过研究轮胎-路面摩擦机理，对如何通过表面构造参数（如高度和凹凸形状）来进行路面摩擦性能的表征进行了讨论。但是由于路面材料、车轮材料与纹理特性、气温等多种考虑因素的影响下，尚没有能够简便普适的路面构造与路面抗滑特性关联模型，或路面磨耗磨光与路面抗滑性能下降的关联模型。
此外，到目前为止，PWI值在使用过程中还存在诸多问题，参照2019年浙江省内多条高速公路的检测结果，PWI值的应用主要存在以下问题：
1. PWI的测定值波动较大，部分路段由于轮迹带处构造深度相对中间车道更大导致PWI无法计算。
2. 相比其他路面状况评定指标，不同沥青路面的材料类型易显著影响PWI值的测试结果。
3. 根据新版评定规范，PQI值的其中一项评定分项采用路面磨耗PWI值或路面抗滑SRI值二者选一，两类指标的相关性或可替代性未知。
为了探究和解决以上问题，本文通过研究高速公路沥青路面不同养护措施后的磨耗指数，对不同养护措施的抗磨耗性能及磨耗性能和路面抗滑性能的关系进行了讨论，并为未来PWI指数在高速公路养护上的应用做出建议。
研究对象
本次研究对象为浙江省金丽温高速公路，国高网编号G25+G1513，全长234.053km。全线路段为双向四车道，设计速度100km/h，2019年日平均车流量约20700辆/日。
近年来，金丽温高速主要采用的修复养护措施主要包括SMA-13罩面及AC-13罩面等，预防养护措施主要包括超薄磨耗层Novachip及就地热再生等。本研究主要选取了2018年金丽温高速专项养护工程中实施不同养护措施或材料的路段，并经过一年的使用年限后分析其磨耗指数和典型路段（SMA-13路段）抗滑指数的变化。此外，使用年限为三年的微表处路段和排水沥青路面路段也作为参考值进行比较。
本研究以百米的路况指标为数据单元，不同措施的应用里程和数据采集单元如表二所示。对路面构造深度和横向力系数的测试依照《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）进行，PWI值和SRI值的评定依照《公路技术状况评定标准》（JTG 5210-2018）进行。
养护材料的构造深度比较
比较不同养护措施后在车道中线路面的平均构造深度，平均结果如图一所示。
结果表明，SMA-13和AC-13作为两类目前最常用的罩面材料，SMA-13的构造深度主要分布在0.8mm至1.15mm之间，平均构造深度为0.91mm；AC-13的构造深度主要分布在0.65mm至0.9mm之间，平均构造深度为0.75mm，说明间断级配的SMA-13相比密级配AC-13具有更粗糙的表面构造，增加约15%的表面构造性能。超薄磨耗层Novachip的构造深度波动较小，基本在0.9mm至1.1mm之间，平均构造深度相对较高（1mm）。而PAC路面由于其开级配中粒式的骨料框架，具有最高的平均构造深度1.46mm，总体范围在1.35mm至1.8mm之间。
就地热再生、厂拌热再生、微表处的平均构造深度相对最低，分别为0.64mm，0.64mm与0.66mm。再生类沥青混合料平均构造深度较低的原因可能在于两个方面：一是由于再生过程中对路面铣刨旧料RAP的使用存在回收料表面的沥青脱附不足，棱角性集料难以外露，导致再生后的混合料沥青膜较厚且团聚体较多，总体粗糙度下降；二是由于棱角性较好的新料仅占再生料的一部分，而回收料由于经过较长时间路面荷载的作用，存在棱角性和表面粗糙度下降等情况，特别是对于就地热再生，由于新料比例较低，旧集料棱角性对整体构造深度影响更大。而微表处或其他封层类养护措施由于集料偏细，易导致其表面构造深度降低。
图一 不同养护材料的构造深度比较
养护材料的抗磨耗性能比较
不同养护材料的平均路面磨耗指数如图二所示。由于PWI是表征轮迹带和非轮迹带路面构造深度差异的相对指标，所以PWI与路面的构造深度MPD无直接联系。从测定结果来看，高速公路由于轮迹带处受到较多的累积荷载摩擦作用，轮迹带处的构造深度相比公路中间处的构造深度总体下降10%至30%，PWI值总体在80分至90分区间，较难和其他公路技术状况指标一样达到“优”的等级。
图二表明SMA-13和AC-13在超车道的平均PWI值分别为87.65与88.38分，但在主车道PWI值分别降低8.3分与10分，说明SMA-13和AC-13易受到货车及重载车的磨耗作用，路面构造深度衰变较快。类似的，Novachip在超车道的磨耗值接近SMA-13与AC-13，且主车道的抗磨耗性能较差，PWI由87.16分降低至75.97分。
就地热再生后的路面具有最佳的抗磨耗性能，且主车道PWI值下降较少，说明就地热再生在重载行车条件下可以较好的维持其构造深度，其原因可能在于再生后路表面集料裹附的沥青较厚，外露的棱角集料较少，相对光滑的表面导致不易受到轮胎的磨损作用。相比之下，厂拌热再生在超车道的PWI同样较高，但主车道的PWI值下降速率较快。PAC路面由于其级配中缺少细料和骨架空隙的结构，主车道相比超车道PWI值的下降最少，总体抗磨耗性能处于中等水平。
本研究主要对使用一年后（短期使用）的不同养护材料路面的磨耗指数进行评价比较，尚无法代表不同养护材料的长期抗磨耗性能。根据研究，路面的磨耗系数在使用初期下降较快，尤其对于重交通和中交通交通量等级路面，其构造深度衰减更加迅速。随着使用年限的增加，路面磨耗系数下降速率逐渐趋于平缓。所以不同路面材料在长期使用条件下的磨耗性能下降速率比较将在之后工作中继续跟踪观测。
图二 不同养护材料的PWI值比较
路表特性与抗滑性能比较
如背景介绍，路表面构造深度是影响潮湿路面抗滑性能的主要因素之一，比较路面构造深度和路面摩擦力系数的关系如图三所示。
结果表明轮迹带的构造深度与路面横向摩擦力系数有一定的相关关系，总体上随着轮迹带构造深度的增大，路面横向摩擦力系数也一定程度的增加，但关联性不强。
图三 路面轮迹带构造深度与路面横向摩擦力系数的比较（SMA-13）
对养护后路面的磨耗指数和抗滑指数进行比较，结果表明磨耗指数和抗滑指数没有较好的关联关系，比较结果如图四所示。
总体来说，影响PWI指数的因素较多，如路面的材料类型、原材料和施工的控制情况、路面的清洁程度等，此外轮迹带处的病害如裂缝、车辙、松散、泛油等均会对影响PWI值的测定。以上因素导致高速公路沥青路面的PWI值总体分布较离散，性质相同的路面在不同路段出现PWI指标差异较大的情况。
图四 路面磨耗指数与路面抗滑指数的比较（SMA-13）
结论与建议
本文通过分析新评定标准下浙江省金丽温高速公路的路面磨耗指数的测定情况，对不同养护措施后经过一年使用的路面构造深度、磨耗指数PWI及磨耗指数PWI和抗滑指数SRI的关系进行了探讨，主要结论与建议如下：
1. Novachip和SMA-13路面具有相对较好的路面粗糙度，构造深度高于AC-13路面。再生类养护的路面由于表面胶结、团聚的混合料相对较多及原RAP料的棱角性不足，导致构造深度最低。
2. 与构造深度相反，再生类养护后的路面PWI值相对最高，抗磨耗性能较好，但厂拌热再生后主车道的PWI值下降较快。Novachip、AC-13和SMA-13的PWI值相对接近，但相比超车道，三类养护材料路面主车道的PWI值均有明显降低，特别是Novachip路面。
3. PWI和SRI没有较好的关联性，不能作为路面抗滑性能的评判依据。但在PWI出现明显低值时，建议仍应检查路面的磨光情况并对抗滑性能进行复查；同时在出现轮机带构造深度大于公路中间位置构造深度导致PWI值无法计算时，应检查路面是否存在松散、麻面的情况并进行相应养护需求的调查。
4. 本次研究主要针对不同路面养护措施使用一年后的构造深度变化和相应的磨耗指数，下一步工作将对不同路面材料的长期抗磨耗性能进行进一步的跟踪和评估。
综上所述，路面磨耗指数PWI可以作为判断路面养护措施效果的辅助指标，尤其是对于磨耗磨光敏感的封层类养护技术。此外，可以考虑将路面的构造深度和PWI值分开考虑，针对路面抗滑性能的评定宜更多的参考构造深度测试结果。
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