Экспериментальное изучение акустических свойств дорожного покрытия

 

Условия эксперимента

Источник звука и микрофон помещаются на одинаковой высоте, 1.42 м от поверхности дорожного покрытия. Источник звука - точечный, имеющий широкий спектр частоты от 600 до 4000 Гц. Получатель не должен подвергаться постороннему акустическому излучению.

Измерения проводились для трех различных расстояний между источником и микрофоном: 4м, 6м, 8м.

 

Принцип эксперимента

 

 

Зафиксированный результат в точке R включает как воздействие прямой звуковой волны в точке S1 в свободных условиях, так и воздействие отраженной волны, которая может рассматриваться как генерируемая источником отражения S2. Отраженная волна видоизменяется под воздействием звукопоглощающих свойств дороги.

Использовалась акустическое возбуждение в виде синусоидального колебания (колебание с монотонно изменяющейся частотой и постоянной амплитудой).

Зафиксированный результат представляет собой соотношение между звуковым давлением и напряжением возбуждения звука.

 

Математическая модель:

Предполагается, что условия, влияющие на распространение поверхностных волн, незначительны.

 

Y = Y1 + v(G) Y2

 

Полное значение Y (акустический потенциал) представляет из себя сумму свободного значения Y1 и отраженного значения Y2. Потенциал Y2 корректируется значением v(G) которое выражено с учетом акустического сопротивления дорожного покрытия Z(w).

 

Y1 = exp (jkR1) / R1

Y2 = exp (jkR2) / R2

v(G) = [ cos (G) - 1 \ Z(w)] / {cos(G) + 1 / Z(w)]

 

Где, R1 (соответственно R2) является расстоянием между получателем R и прямым источником S1 (соответственно, отраженным источником S2) и k - номер волны.

Измеренный результат подставляется в вычисления частотной области в соответствии с теоретической зависимостью. Рассчитываются акустическое сопротивление дороги и коэффициенты поглощения и отражения.

5.3 Результаты и последствия снижения шума контакта покрышка/дорога:

 

Метод применялся для ряда поверхностей, включая бетонное, травяное, пористый асфальт и битум.

Полученные результаты (с допустимой погрешностью 10%), позволили ранжировать поверхности дорожного покрытия и оценить их влияние на распространение шума контакта покрытие/покрышка.

Для четырех типичных поверхностей ранжирование по коэффициенту поглощения звука выглядит следующим образом:

 

	коэф.поглощения

 

 

- бетонная поверхность

 

					- битумная поверхность
					- травяная поверхность

 

 

 

			- глинистая поверхность

 

Наиболее поглощающей звук поверхностью является глинистая, а наиболее отражающей - бетонная поверхность.

 

Влияние покрытия дороги на уровни шума качения при скорости 80 км/час.

 

 

70

 

рыхлый песок

пористый асфальт

асфальто-бетон

шерохова-тый слой износа

 

 

Взаимодействие: Покрытие - Покрышка - Автомобиль

 

Слои износа

 

Роль слоя износа

Функция дороги - обеспечивать проезд транспортных средств с максимальной безопасностью, а именно:

· выдерживать нагрузки качения, соответственно, те вертикально направленные силы, которые при этом возникают. Эта функция обеспечивается слоями дорожной конструкции, роль которых - распределение вертикальных нагрузок на основание.

· обеспечивать безопасность пользователя и комфорт при любой погоде и времени суток.

Эта функция обеспечивается слоем износа дорожного покрытия, который должен противостоять:

1. вертикальному напряжению и сдвигу от транспортного движения

2. осадкам (дождь, снег, лед)

3. воздействию противогололедных материалов

4. ультрафиолетовым лучам.

Таким образом, качественный слой износа должен выполнять тройную функцию:

1. защиту нижележащих слоев дорожного покрытия, от повреждения и особенно от проникновения воды и химических веществ.

2. обеспечение безопасности пользователя, создавая достаточное сопротивление заносу, независимо от типа покрышек, особенно на мокром покрытии.

3. комфорт водителя, предотвращая:

· механическое напряжение колес транспортного средства,

· вертикальное ускорение корпуса транспортного средства, вызывающее износ подвесок, покрышек, повышенное потребление горючего,

· подбрасывание водителя на сиденье, что создает угрозу безопасности,

· повышенный шум от движения транспортного средства и его распространение в сторону от дороги, создавая неудобства проживающим вблизи дороги.

 

Типы слоя износа

Для того чтобы соответствовать всем требованиям с 50-х годов внедрялись различные технологии, и сегодня можно сказать какие преимущества и недостатки имеют эти технологии. На протяжении длительного времени слой износа был неотъемлемой частью дорожного покрытия и выполнял структурную функцию. Поэтому, он имел достаточную плотность и толщину до 8-10 см. Постепенно слой становился все более специфическим и улучшался специальными технологическими приемами.

 

Поверхностная обработка

Поверхностные обработки были разработаны и широко использовались для второстепенных дорог, используемых легким транспортом. Использование модифицированных битумов позволило расширить применение поверхностных обработок на главные дороги и автомагистрали с тяжелым движением, включая дороги с цементобетонными покрытиями.

Поверхностная обработки предусматривает розлив горячего вяжущего или вяжущего на основе битумных эмульсий, распределение поверх одного или нескольких слоев отсева (мелкозернистого щебня, каменной крошки) и укатки.

Преимущества, которые дает поверхностная обработка:

· невысокие затраты и скорость обработки позволяют улучшать протяженные участки дорог

· обеспечивается хорошая водонепроницаемость для защиты нижележащих слоев покрытия

· достигается высокая степень сопротивления заносу

Недостатки, которые имеет поверхностная обработка:

· комплексность метода требует от подрядчика знания ноу-хау

· ограниченность сезона выполнения работ

· риск выбивания частиц каменного отсева колесами из недавно выполненной обработки

· ограничение потенциальных возможностей восстановить форму покрытия (устранения колеи)

· макротекстура генерирует высокий уровень шума качения и относит поверхностную обработку к наиболее шумным типам поверхности дорожного покрытия.

Определение:

Макротекстура - особенности строения, обусловленные характером расположения составных частей (каменных зерен, вяжущего), видимых невооруженным глазом.

Были испробованы различные типы поверхностных обработок, включая:

· Однослойную поверхностную обработку с одиночным или двойным распределением каменного материала

· Двойную поверхностную обработку (два наложенных друг на друга слоя однослойной обработки)

· Обработку по принципу "сандвич"

· Утолщенная поверхностная обработка с каменным материалом, предварительно обработанным вяжущим в установке.

Устройство слоя износа из асфальтобетонной смеси - все еще наиболее распространенный процесс при содержании и строительстве покрытия.

Усовершенствования в методах устройства слоев износа, сделанные за последние 20 лет, создали возможность:

· уменьшить толщину слоев

· использовать модифицированные вяжущие и добавки для повышения экономичности и соответствия растущим нагрузкам от тяжелого транспорта.

Толщина - базовый параметр для классификации слоев износа из асфальтобетона, которая подразделяется следующим образом:

· 4 см - тонкий слой износа

· 2-3 см - очень тонкие слои износа

· 1.5-2 см- ультратонкий слой износа, появившиеся недавно как промежуточная стадия между поверхностной обработкой и очень тонким слоем износа.

Слои износа из асфальтобетона различаются:

· по типу вяжущего (модификации вяжущего с добавлением резины или полимер-модифицированные вяжущие и т.д.)

· по типу добавок (волокна)

· по гранулометрическому составу: их размеры обычно от 0-6, 0-10 или 0-14 мм.

Преимущества, которые дают тонкие и очень тонкие асфальтобетонные слои износа:

· хорошая макротекстура (0.8 - 1.5 мм песчаная смесь)

· стойкость к агрессивному внешнему влиянию (климат и транспортное движение)

· удовлетворительная водонепроницаемость для защиты нижележащих слоев

· способность к улучшению ровности

· пониженный шум качения по сравнению с поверхностной обработкой

Если защиту нижних слоев обеспечить мембраной, которая действует еще и как связывающая прослойка, то может быть предусмотрено использование слоя износа из пористого асфальтобетона для усиления сопротивляемости заносу на мокром покрытии и для отвода воды не по поверхности покрытия, а внутри пористого слоя.

Уменьшение размеров выступающих зерен каменного материала значительно снижает шум качения, который поглощается взаимосвязанными воздушными пустотами внутри слоя.

Могут использоваться и другие типы слоев износа, среди которых:

· Слой износа с каменной крошкой: втапливание мелкозернистого дробленого каменного материала в разлитое по поверхности вяжущее обеспечивает хорошие характеристики сопротивления заносу, но в то же время, усиливает шум качения.

· Битумные эмульгированные гидроизоляционные мастики (смесь битума, заполнителя, песка и воды), смесь песка и битумной мастики, используемые в городских зонах, где скорости невысоки. Их уменьшенная толщина и размеры зерен заполнителя позволяют решать проблемы превышения пороговых значений шума транспортного движения.

· Холодные микро асфальтобетонные смеси: чистая или модифицированная битумная эмульсия требует применения специального оборудования. Очень тонкие слои этого типа слоя износа обеспечивают сопротивление заносу, водонепроницаемость и снижение шума качения.

В случае покрытий из цементобетона, сборное покрытие из плит толщиной 18 - 25 см: работает одновременно как основание и слой износа.

Для улучшения поверхностных характеристик этих покрытий, разработаны несколько методов, среди которых:

· обработка поверхности свежеуложенного бетона секущей щеткой или грубой джутовой тканью

· устройство продольных или поперечных полос на схватившемся бетоне

· втапливание каменной крошки во вновь уложенный бетон

Эти методы нацелены на обеспечение макротекстуры поверхности покрытия достаточной для сопротивляемости заносу. Одновременно увеличивается шум качения.

Совсем недавно очень тонкие слои износа из асфальтобетона и даже пористого асфальтобетона стали применяться на автомагистралях с цементобетонным покрытием как элемент работ по содержанию дорог для одновременного достижения сопротивляемости заносу и снижения шума качения.