Всё об асфальтировании / Дорожно-строительный дайджест

Шероховатость асфальтированного дорожного покрытия

Шероховатость дорожного покрытия и ее роль в обеспечении сцепных качеств

Шероховатость дорожного покрытия — совокупность микро- и макронеровностей на поверхности дорожного покрытия, обеспечивающая его сцепные качества (степень сцепления дорожного покрытия с колесом автомобиля), но при этом не вызывающая низкочастотных колебаний и толчков на подвеске транспортного средства.

Поверхность любого дорожного покрытия (как асфальтированного, так и цементобетонного) всегда имеет неровности различных форм и размеров: от микроскопических, невидимых невооруженным глазом и не ощущаемых в процессе движения автомобиля, до крупных, после проезда через которые автомобиль испытывает толчки и колебания.

В отличие от неровностей образуемых вследствие износа и/или повреждения дорожного покрытия (трещины, сколы, колейность, проломы, выбоины и др.), шероховатость не является дефектом покрытия и играет существенную роль в обеспечении безопасности дорожного движения.

Типы шероховатости и ее основные параметры

В зависимости от геометрических параметров, шероховатость дорожного покрытия бывает двух типов:

  • Макрошероховатости — неровности на поверхности дорожного покрытия (длиной более 2 мм и высотой более 0,2 мм) формируемые зернами крупного минерального заполнителя (щебня, гравия и др.) входящего в состав асфальтобетонной, щебеночно-мастичной, цементобетонной или другой смеси, применяемой для устройства верхнего слоя дорожного покрытия (слоя износа или тонкого шероховатого слоя).
  • Микрошероховатости — неровности на поверхности дорожного покрытия (существенно меньшего по сравнению с макронеровностями размера), обусловленные собственной шероховатостью поверхности зерен минерального материала (щебня, гравия и др.). При асфальтировании и поверхностной обработке верхних слоев дорожного покрытия предпочтение, как правило, отдается асфальтобетонным смесям приготовленным с использованием каменного материала, обладающего более крупной микрошероховатостью.

Коэффициент сцепления дорожного покрытия обеспечиваются сочетанием макро- и микрошероховатости, но так как микрошероховатость имеет меньшие размеры и играет существенно меньшую роль в обеспечении сцепных качеств, то нормируется только макрошероховатость, которую, в практике дорожного строительства обычно и принимают за общую шероховатость дорожного покрытия.

Шероховатость дорожного покрытия характеризуется тремя основными параметрами:

  • средняя высота выступов, мм;
  • средняя глубина впадин, мм;
  • коэффициент шага шероховатости.

Классификация дорожных покрытий в зависимости от параметров шероховатости

Смежные выступы и впадины шероховатого покрытия хотя и могут быть примерно одинакового размера и создавать равномерно шероховатую поверхность, в большинстве случаев все же значительно отличаются друг от друга так, что отдельные выступы выделяются над средней поверхностью как шипы. Исходя из параметров шероховатости асфальтированные дорожные покрытия классифицируют следующим образом:

  • гладкие — средняя высота выступов 0,1…0,5 мм, средняя глубина впадин — 0,02…0,25 мм;
  • мелкошероховатые — средняя высота выступов 0,5…3,0 мм, средняя глубина впадин — 0,25…2,5 мм;
  • среднешероховатые — средняя высота выступов 3,0…6,0 мм, средняя глубина впадин — 1,0…5,0 мм;
  • крупношероховатые — средняя высота выступов 6,0…9,0 мм, средняя глубина впадин — 2,0…7,0 мм.

При качении колес автомобиля, неровности шероховатости не увеличивают износ протектора автомобильных шин, однако при резком ускорении или торможении такие неровности помимо деформации шины способны вызвать и ее повреждение. Также, с увеличением шероховатости покрытия увеличивается уровень шума (минимальный уровень шума наблюдается при средней глубине впадин до 1 мм) и уровень вибраций в салоне автомобиля.

Способы оценки шероховатости дорожного покрытия

Наиболее распространенным, хотя и несовершенным методом оценки геометрических показателей шероховатости дорожного покрытия, будь то асфальтированное или цементобетонное покрытие, является метод «песчаного пятна». Суть его состоит в том, что небольшое количество сухого мелкого песка (с крупностью частиц менее 0,3 мм), объем которого точно замерен, рассыпают по поверхности дорожного покрытия кучкой и разравнивают так, чтобы весь песок разместился между выступами каменных частиц.

Среднее значение шероховатости определяется по формуле Hср=V/S где V — объем песка, а S — площадь пятна. На каждом однотипном участке дорожного покрытия проводят несколько измерений (5 измерений на 1000 м одной полосы наката по каждой полосе движения) и принимают среднее их значение. Усредненная глубина впадин между выступами шероховатостей должна составлять 0,3…0,35 мм для легких и 0,4…0,45 мм для опасных участков.

Существует ряд других способов измерения шероховатости покрытия, которые используются преимущественно в исследовательских целях (гипсовые слепки, игольчатые профилографы и др.).

Роль шероховатости дорожного покрытия в обеспечении его сцепных качеств

Именно шероховатость дорожного покрытия в значительной степени определяет фактическую площадь контакта шины транспортного средства с поверхностью, а через это и общий коэффициент сцепления колес транспортного средства с асфальтированным или цементобетонным дорожным покрытием.

Контурная площадь контакта — площадь контакта колеса автомобиля с покрытием по выступам протектора шины. Контурная площадь контакта зависит от конструкции шины, ее жесткости, давления воздуха в шине и нагрузки на колесо.

Фактическая площадь контакта — реальная площадь контакта шины с поверхностью, определяемая степенью макрошероховатости покрытия. Чем больше неровности макрошероховатости, из-за которых выступы протектора не везде касаются материала покрытия, тем меньше фактическая площадь контакта.

Увеличение неровностей макрошероховатости приводит не только к количественному, но и к качественному изменению процесса контактирования шины с дорожной поверхностью (меняется характер деформации шины). Так, при малых значениях высоты выступов неровностей макрошероховатости происходит равномерное их внедрение в резину без воздействия на сам каркас шины. Но начиная с некоторой высоты неровности, при внедрении ее в шину она начинает воздействовать не только на протектор, но и на вес каркас шины. Более того, при большой высоте неровностей, они уже не вдавливаются в резину протектора, а шина просто перекатывается по ним. Таким образом, при увеличении высоты выступов шероховатости, уменьшается площадь контакта с шиной и происходит снижение общего коэффициента сцепления (снижается суммарная сила трения).

Независимо от высоты выступов неровностей, на чистых сухих покрытиях коэффициент сцепления практически всегда находится на достаточном для безопасного движения автомобилей уровне. Однако с возрастанием скорости движения, коэффициент сцепления снижается ввиду того, что уменьшается фактическая площадь контакта. На неровной дорожной поверхности эта площадь уменьшается еще больше. Помимо снижения коэффициента сцепления, на сухом покрытии увеличение шероховатости приводит к росту коэффициента сопротивления качению в среднем на 4 % на 1 мм высоты неровностей шероховатости на асфальтобетонных покрытиях и на 13 % на цементобетонных покрытиях, а также к увеличению шума, повышению износа шин и расхода топлива.

На мокрых, грязных или заснеженных покрытиях сцепные качества снижаются, особенно с увеличением скорости. В этом случае не помогает даже макрошероховатость, поскольку грязь или снег забивают впадины между выступами и такая поверхность уже мало отличается от гладкого покрытия.

Важность равномерного распределения шероховатости по ширине дорожного покрытия

При наличии на поверхности дороги слоя воды или снега на безопасность движения в существенной мере влияет равномерность распределения коэффициента сцепления по ширине проезжей части. Для безопасного движения, значение коэффициента сцепления под левыми и правыми колесами автомобиля должно быть примерно одинаковым. В противном случае при резком торможении произойдет разворот автомобиля, при этом, с ростом разности коэффициентов сцепления под левыми и правыми колесами, угол разворота будет увеличиваться. Занос автомобиля на высокой скорости может произойти из-за резкого перехода с одной полосы движения на другую при обгоне, повороте, порыве ветра или неровности покрытия. Лужи на покрытии также являются частой причиной заносов. Опасным является чередование участков покрытия с различными коэффициентами сцепления. Таким образом, очень важно, чтобы дорожное покрытие по всей ширине имело однородную шероховатость.

Основные способы создания шероховатого дорожного покрытия

Шероховатость поверхности асфальтобетонных покрытий создается путем строительства шероховатых слоев износа или строительства покрытий из многощебенистых асфальтобетонных смесей. На цементобетонных покрытиях шероховатость создается в процессе строительства путем соответствующей обработки поверхности свежеуложенного бетона.

Шероховатость асфальтированных дорожных покрытий может достигаться несколькими путями:

  • устройство верхнего слоя дорожного покрытия из щебеночно-мастичной асфальтобетонной смеси;
  • устройство верхнего слоя дорожного покрытия из литой асфальтобетонной смеси с последующим распределением и втапливанием в еще не остывшую смесь черного щебня или необработанного щебня фракции 5–10 мм;
  • устройство тонкого поверхностного слоя износа толщиной до 3 см из открытых битумоминеральных смесей (БМО);
  • обработка покрытия литой эмульсионно-минеральной смесью (ЛЭМС), производимая путем синхронного розлива битумного вяжущего и распределения каменного материала по поверхности асфальтированного покрытия (шероховатость которого является недостаточной);

Дорожные покрытия устроенные из щебеночно-мастичного асфальта (ЩМА) характеризуются устойчивыми во времени показателями шероховатости и коэффициента сцепления с колесом автомобиля. Щебеночно-мастичный асфальтобетон обеспечивает в 1,5…1,8 раза более высокую шероховатость покрытия по сравнению с обычным асфальтобетоном типа А на щебне той же крупности. Так, при использовании для устройства верхнего слоя дорожного покрытия смеси ЩМА-10 средняя глубина впадин шероховатости оказывается не менее 0,8 мм, ЩМА-15 — не менее 1,1 мм, ЩМА-20 — не менее 1,5 мм.

Создание шероховатости на цементобетонных дорожных покрытиях

В случае с цементобетонным дорожным покрытием, шероховатость достигается путем обработки его поверхности с помощью специальных щеток. Фактура обработанного щетками покрытия должна быть однородной, а средняя глубина бороздок шероховатости должна быть более 1,0 мм. Направление бороздок от щетки должно быть, как правило, перпендикулярным к оси покрытия.

Также, шероховатость бетонному покрытию может придаваться путем накатки или обработкой дорожной фрезой холодного типа оборудованной микрофрезерным барабаном. Такой барабан имеет линейное расстояние между резцами от 3 до 6 мм, а максимальная глубина фрезерования не превышает 3 мм.

Изменение шероховатости дорожного покрытия в процессе эксплуатации

Так как в процессе эксплуатации дороги происходит постепенный износ верхнего слоя дорожного покрытия, то соответственно уменьшается и его шероховатость и, как следствие, коэффициент сцепления. Снижение шероховатости характеризуется уменьшением высоты выступов и шлифовкой неровностей шероховатости.

Уменьшение шероховатости покрытия вызвано воздействием колес проходящих автомобилей и протекает в два этапа. На асфальтированных покрытиях, после окончания процесса асфальтирования и открытия движения транспорта макрошероховатость быстро уменьшается в результате погружения щебня, формирующего неровности макрошероховатости. На втором этапе (после прекращения процесса погружения щебня) основной причиной уменьшения шероховатости становится шлифовка неровностей макрошероховатости, в результате которой объем выступающей части зерен щебня постепенно уменьшается, а сами они приобретают окатанную форму.

Характер и интенсивность этих двух процессов находятся в прямой зависимости от интенсивности движения транспорта, состава транспортного потока (преобладание грузового или легкового транспорта), погодно-климатических условий, а также характеристик самого дорожного покрытия (размера и содержания щебня в асфальтобетонной или цементобетонной смеси).

Фото по теме

Типы шероховатости асфальта Набор для оценки шероховатости Создание шероховатости дорожного покрытия Поверхностная обработка асфальта Шероховатое щебеночно-мастичное покрытие Микрофрезерный барабан для получения шероховатого дорожного покрытия Придание шероховатости цементобетонному дорожному покрытию

Обратный звонок

Ваше имя

Ваш номер телефона

* Укажите ваше имя, ваш номер телефона и мы свяжемся с вами в течение часа