Что такое шероховатость асфальта
Всё об асфальтировании / Дорожно-строительный дайджест
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:
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:
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:
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:
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).
Что такое шероховатость асфальта
ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ
ТЕХНИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО УСТРОЙСТВУ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
С ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
Дата введения 1991-01-01
ВНЕСЕНЫ Московским научно-производственным центром НПО Росдорнии Минавтодора РСФСР
УТВЕРЖДЕНЫ Министерством автомобильных дорог РСФСР 1 февраля 1989 года.
ВЗАМЕН «Технических указаний по устройству дорожных покрытий с шероховатой поверхностью» ВСН 38-77
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Одним из главных способов повышения сопротивления дорожного покрытия скольжению шины, т.е. обеспечения требуемых значений коэффициента сцепления*, является создание шероховатой поверхности.
* Коэффициентом сцепления называют отношение реактивной силы, действующей на колесо автомобиля в плоскости его контакта с покрытием, к вертикальной нагрузке, передаваемой колесом на покрытие.
1.2. Шероховатой называют поверхность дорожного покрытия, образуемую равномерно чередующимися выступами скелетных частиц и впадинами между ними, а также собственной шероховатостью выступов и впадин либо специально созданными бороздками на поверхности покрытия.
Шероховатость, создаваемую скелетными частицами (зернами), называют макрошероховатостью. Собственную шероховатость зерен называют микрошероховатостью.
1.3. Макрошероховатость (далее по тексту «шероховатость») покрытия характеризуют тремя основными параметрами:
средней высотой выступов , мм;
коэффициентом шага шероховатости 
Порядок определения указанных параметров изложен в приложении 3.
1.4. Макрошероховатые покрытия, имеющие >0,5, называются макрошипованными.
1.5. Классификация дорожных покрытий* в зависимости от значений параметров шероховатости приведена в табл.1.1.
* Классификация дорожных покрытий по шероховатости впервые предложена Л.Г.Паниной, Л.Г.Марьяхиным, А.Я.Эрастовым, А.П.Васильевым.
Тип шероховатых покрытий
2. ТРЕБОВАНИЯ К ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
2.1. Минимально допустимые в течение всего срока службы значения коэффициентов продольного сцепления и средней глубины впадин шероховатости приведены в табл.2.1.
Характеристики участков дорог
Участки прямые или кривые радиусом 1000 м и более, горизонтальные или с продольным уклоном не более 30‰, с элементами поперечного профиля, установленными для дорог соответствующих категорий и с укрепленными обочинами без пересечений в одном уровне и примыканий, при коэффициенте загрузки не более 0,3
Участки на кривых в плане с радиусами 250-1000 м; на спусках и подъемах с уклонами от 30 до 60‰. Участки в зонах сужений проезжей части (при реконструкции), а также участки дорог, отнесенные к легким условиям движения, при коэффициенте загрузки 0,3-0,5
Участки с видимостью менее расчетной (для соответствующих категорий дорог); на спусках и подъемах с уклонами более 50‰ при длине более 100 м; участки в зонах пересечений в одном уровне, а также участки, отнесенные к легким и затрудненным условиям при коэффициенте загрузки свыше 0,5
2. Коэффициент сцепления следует измерять при следующих нормированных условиях (в соответствии с Государственным реестром Госстандарта N 10912-87 и 10913-87):
скорость скольжения полностью заблокированного измерительного колеса должна быть (60±3) км/ч;
вертикальная нагрузка на измерительное колесо должна быть (2943±50) Н;
измерительное колесо должно быть оборудовано шиной с протектором без рисунка (гладкая шина) размером 6,45-13 при внутреннем давлении воздуха в шине (0,17±0,1) МПа;
дорожное покрытие должно быть искусственно увлажнено, при этом расход воды должен быть таким, чтобы обеспечить на покрытии расчетную пленку воды толщиной 1 мм (под «расчетной пленкой» следует понимать условную величину, являющуюся отношением расхода воды к площади увлажнения).
2.2. Для дорог I категории, а также трехполосных дорог, расположенных на европейской территории СССР, допустимую макрошероховатость, установленную по табл.2.1, проверяют по условиям удаления воды из зоны контакта шины с покрытием по методике, изложенной в приложении 4.
2.3. Начальную макрошероховатость покрытия (т.е. шероховатость в момент сдачи дороги в эксплуатацию после строительства или ремонта) назначают в зависимости от условий движения, категории дороги, климатического района и применяемого способа устройства шероховатости.
2.4. Для обеспечения безопасности движения встречных автомобилей на двухполосных дорогах и движущихся по смежным полосам многополосных дорог, а также при съездах автомобилей на укрепительные полосы или прикромочные зоны обочин изменение коэффициента сцепления в поперечном профиле дорожного полотна не должно превышать 0,10.
2.5. Во избежание усиления вибрации автомобилей во время движения расстояние между соседними выступами макрошероховатости не должно быть более 40 мм.
3. КЛАССИФИКАЦИЯ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ УСТРОЙСТВА
ШЕРОХОВАТЫХ ПОКРЫТИЙ
3.1. Методы устройства различных типов шероховатых поверхностей на покрытиях приведены в табл.3.1.
Типы
шероховатости дорожных покрытий (по табл.1.1)
Методы устройства шероховатых поверхностей на покрытиях
асфальтобетонных и других черных
при новом строительстве
в процессе эксплуатации
при новом строительстве
в процессе эксплуатации
1. Устройство верхнего слоя покрытий из асфальтобетонов типов Б, Бх, Г и типа Дх с использованием в смесях щебня и дробленого песка из труднополирующихся горных пород или щебня разной прочности
Обработка поверхности свежеуложенного бетона специальными щетками поперек проезжей части
1. Обработка поверхности покрытия высокотемпературным пламенем, кислотой или другими химическими веществами
2. Поверхностная обработка битумным щебеночным шламом с содержанием до 40% щебня размером менее 15 мм
2. Поверхностная обработка с применением эпоксидного вяжущего и дробленого песка из труднополирующихся горных пород
3. Втапливание черного щебня размером до 15 мм в количестве 7-10 кг/м в поверхность слоя асфальтобетона типов В, Вх или Дх
4. Устройство слоя износа из песчано-резино-битумных смесей по ТУ 218 РСФСР 596-88
1. Устройство верхнего слоя покрытия из горячего или теплого асфальтобетона типа А с содержанием в смеси 50-65% щебня из труднополирующихся горных пород размером до 15 мм
1. Втапливание прочного щебня размером до 15 мм в поверхность свежеуложенного бетона*
1. Нарезка бороздок в поверхностном слое покрытия алмазными дисковыми нарезчиками
2. Устройство верхнего слоя покрытия из открытых битумоминеральных смесей по ТУ 218 РСФСР 601-88 с содержанием в смеси 55-65% щебня размером до 15 мм
2. Устройство двухслойных цементобетонных покрытий с верхним слоем из специально подобранных смесей бетона с цементным раствором пониженной прочности и щебнем из труднополирующихся горных пород*
3. Поверхностная обработка с применением битума, эмульсий и мелкого щебня размером до 15 мм
1. Втапливание черного щебня размером 15-20 или 20-25 мм в количестве 9-12 кг/м в поверхность слоя асфальтобетона типов В, Вх или Дх
2. Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей по ТУ 218 РСФСР 601-88 с использованием щебня размером до 20 мм в количестве 55-65%
3. Поверхностная обработка щебеночным битумным шламом с использованием щебня размером 15-20 мм в количестве до 40%
1. Поверхностная обработка с применением битума (в том числе улучшенного различными добавками) или эмульсии и щебня размером 15-20 мм (в том числе разнопрочного)
Втапливание прочного щебня размером до 20 мм в поверхность свежеуложенного бетона*
Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей по ТУ 218 601-88 с использованием щебня размером до 20 мм в количестве 66-85%
2. Поверхностная обработка битумным шламом с использованием щебня размером до 20 мм в количестве не менее 55%
3. Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей по ТУ 218 РСФСР 601-88 с использованием щебня размером до 20 мм в количестве 66-85%
Втапливание черного щебня размером 20-25 мм в количестве 9-12 кг/м в поверхность слоя асфальтобетона типов В, Bх или Дх
Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей по ТУ 218 РСФСР 601-88 с использованием щебня размером до 25 мм в количестве 55-65%
1. Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей по ТУ 218 РСФСР 601-88 с использованием щебня размером до 25 мм в количестве 65-85%
1. Устройство верхнего слоя из открытых битумоминеральных смесей по ТУ 218 РСФСР 601-88 с использованием щебня размером до 25 мм в количестве 65-85%
2. Поверхностная обработка с применением битума (в том числе улучшенного различными добавками) и щебня размером 20-25 мм (в том числе и разнопрочного)
2. Двойная поверхностная обработка с применением резинобитумного вяжущего и черного щебня размером 20-25 мм для нижнего слоя и 15-20 мм для верхнего
* Указанные методы следует рассматривать как перспективные. Во избежание увеличения уровня шума от проезжающих автомобилей крупношероховатые поверхности не следует применять в пределах населенных пунктов.
3.2. Тип шероховатой поверхности (см. табл.1.1) назначают в зависимости от категории дороги:
3.3. При создании шероховатой поверхности способом поверхностной обработки необходимо выполнять следующие условия:
применять щебень узких фракций: 5-10, 10-15, 15-20, 20-25 мм. При выборе той или иной фракции щебня необходимо учитывать твердость покрытия (приложение 5). На дорогах I и II категорий щебень фракций 5-10 и 10-15 мм разрешается использовать при условии добавления к вяжущему стабилизирующих полимеров;
в районах с зимними расчетными условиями движения автомобилей следует применять щебень, обработанный органическими вяжущими преимущественно фракций 15-20, 20-25 мм.
Поверхностные обработки на эмульсиях прямого типа ЭБА-1 и ЭБA-2 устраивают на дорогах II-IV категорий.
3.5. Устройство шероховатой поверхности с применением горячих и теплых асфальтобетонных смесей с повышенным содержанием щебня следует предусматривать на автомобильных дорогах I-III категорий.