沥青路面微观构造与暗冰形成条件研究文献综述
国外研究概况
国外对暗冰的研究起步较早，哈夫曼塔尔教授利用地面测站资料研究了暗冰的天气环流形势以及暗冰地理位置的分布，并提出了两种暗冰发生的机制，分为暖雨机制和冰相机制，暖雨机制里的大气竖直方向温度分布如下：海拔较高和接近地面的范围，温度小于0℃，海拔高度适中的范围温度大于0℃，当冰晶从高空降落时，经过暖层会融化成液态，在接近地面的过程中，水滴的温度不断下降，直至下降到 0℃以下，成为过冷却的水滴，当和地面接触后即发生冻结。冰相机制里的大气温度均小于 0℃，雨滴一直以过冷却的状态降落，接触地面后发生冻结[1]。
同时，众多国外学者对各种气象影响因素下的路面状况监测进行了广泛的研究。诸如美国和欧洲国家等发达国家在路面状况预测方面具有非凡的经验和成就。 诺尔曼建立了一种用于路面滑度分类的专家系统，该系统利用收集的数据（包括路面温度，气温，露点，相对湿度，风速和降水）作为直接观测变量，并结合经验算法来确定结冰状态[2]。克里维耶等人使用专家系统对道路滑度进行分类（ESCSR），应用了有关降水类型，结冰点，路面融化水，蒸发，结露和霜冻位置的信息，讨论了滑冰路面的判别条件[3]。Charles等人使用自动路面观察系统，利用路面结冰传感器收集的气象数据来构建冰厚预测模型，该模型可以预测在冻雨和玻璃化条件下的冰厚[4]。
美国国家气象局（NWS）建立了数据化路面信息监测系统，根据收集的气象数据构建了高速公路冰层厚度估计模型，完成了不同气象条件下冰层厚度的估计研究。美国已经形成了一套较为完善的道路安全运营体系，其建立的公路气象信息系统（Road Weather Information System，RWIS）主要包括信息采集系统、监控中心、专家判别系统、决策服务系统、信息发布系统五大部分，该系统广泛应用于世界各地。K.Korotenko开发了一种数值预报系统，通过云层的覆盖情况以及来自道路观测点的道路温度、湿度、水和冰的观测数据来预测路面结冰状况[5]。Salvatore Martorina 和 Nicola Loglisci 通过对意大利皮埃蒙特地区的主要道路进行热测绘来监测路面温度，从而进行路面结冰预测。Alexander 根据丹麦公路站 2003-2007 年公路天气的观测数据（路面、空气和露点温度）进行公路网道路结冰条件的预测与评估，并进行热测绘，提高预测的准确性[6]。
路面抗滑性的研究可以追溯到20世纪20年代，其中英国运输与道路研究所（TRRL）是最早进行路面抗滑研究的机构之一，TRRL 的研究成果不仅阐述了潮湿状况下发生交通事故的危险与路面滑溜程度的可靠关系，而且还开发了路面抗滑性的测试设备。1949 年，世界道路协会（Word Road Congress）设立了滑溜与平整度技术委员会，并在1958年召开了第一届国际道路防滑研讨会。1968年，在柏林技术大学举办了关于潮湿状况下道路抗滑性与交通安全的研讨会。1973年，英国运输与道路研究所发表了国家抗滑标准指南，并在1976年根据设计公路类型和交通量提出路面构造深度要求。1977年，在美国俄亥俄州召开的第二届国际道路防滑研讨会，进一步讨论了路面表面特性各个因素。第十八届国际道路会议柔性路面委员会，第一次为提高沥青路面抗滑性能提供了明确的思路。
国内研究概况
近年来，李蕊等利用湖北省恩施和金沙两地2009年冬季1，2月土壤、水泥、沥青3种不同下垫面温度和自动气象站的常规气象要素观测资料，研究冬季３种不同下垫面温度与气温等气象要素之间的关系，建立相应的多元回归拟合公式，并分析路面结冰的气象条件[7]。但由于研究目的不同，该研究成果没有系统地阐明影响路面暗冰的因素以及暗冰形成的机理[8]。刘梅等通过对南京地区1984~2003年20年100个降水结冰样本当日温度的统计分析，讨论了南京地区结冰时间变化和各影响温度因素的变化规律，总结了对结冰预报具有指示意义的关键因子[9]；同时利用向量法探讨了南京地区结冰预报方法，该方法具有显著的预报价值[10]。在此基础上根据Norrman提出的路面打滑分类，结合南京地区具体情况得出了南京雨雪天气路面结冰的类别、标准和预测预报方法[11]。该研究最重要的是提出了路面结冰的类别、判别标准，为路面暗冰形成机理以及预警机制提供了一定的借鉴和参考[12]。
2011年周金生等人通过一维开放系统的不同温度梯度人工冻土连续冻结试验,采用动态图像采集和数字分析技术,实现了在冻结过程中获取的分暗冰生长信息在空间和时间分布上的一致性。根据试验中获得的即时图像信息,经过二值化处理后,可以定量的确定分暗冰形成的时间、位置、厚度及发展规律等主要信息[13]。结果表明,图像分析获得的分暗冰厚度与位移计测得的冻胀量基本吻合,分暗冰演化过程可以划分为3个主要阶段:初始阶段几乎不产生分暗冰;第二阶段冻结锋面推进速度减缓,分暗冰以不连续薄冰层形式少量出现;第三阶段冻结锋面趋于稳定,分暗冰的产生主要为末透镜体的生长。在连续冻结试验中,温度梯度与末透镜体的形成时间近似成线性关系,温度梯度越大,出现末透镜体的时间越早[14]。
2015年，朱宝林等人开展了暗冰的物理特征研究，阐述了我国南、北方路面暗冰形成机理[15]。采用自主研发的暗冰环境模拟实验室，模拟了暗冰形成气象因子，温度、湿度、风向、风速等环境条件，将Bayes 判别理论[16]引入气象因素与暗冰预测分析，结果表明: 采用单一环境温度、湿度、风速等气象要素进行暗冰预测，可靠性差，尤其误报率过高，如采用风速进行预测误报率高达247% ; 采用多气象因素进行暗冰预测准确率达 80.7%，误报率、漏报率仅为18%和3%。说明采用多气象要素预测暗冰的形成较为准确。研究各气象要素对形成沥青路面暗冰的影响，据此提出形成沥青路面暗冰的环境条件标准。当气温介于－10～0℃、相对湿度大于75%、风速为0～10m/s、风向比较固定时易形成暗冰[17]。
2019年，孟勇军等人在桂北针对桂北地区道路暗冰所带来的严重危害，通过室内自制低温车辙试验仪，分别研究路面抗滑性能 （BPN）与路面类型及其相关因素如暗冰厚度H、轮载作用次数N和轮胎压力P之间的关系[18]。结果显示：在不同路面类型暗冰试验中，构造深度的增加能提高路面抗滑性能，抗滑性能排序为 OGFC-16＞SMA-16＞AC-16＞AC-13；随着凝冰厚度H的增加，抗滑指数显著降低后变化趋于平缓[19]；随着轮载作用次数N的增加，抗滑指数呈现先逐渐下降后迅速上升最终趋于稳定的趋势；随着胎压P的增加，抗滑指数大致呈现先一定程度降低后逐步上升的变化趋势。
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