Покрытие дороги и генерация шума качения

Шум движения, генерируемый двигателями и трансмиссиями транспортного средства, в последние несколько лет был значительно сокращен за счет технологического прогресса. Шум качения, т.е. шум от контакта покрышки и покрытия, стал иметь большее значение в общем шуме от транспортного движения, особенно при скоростях свыше 50 км/час, что в городских зонах случается обычно ночью, когда дороги становятся более свободными.

Шум контакта покрышка-покрытие зависит от типа покрышки (рисунка протектора и т.д.) и типа слоя износа покрытия. Шум производится следующими явлениями:

· "шум удара": генерируется от удара блоков рисунка протектора о поверхность слоя износа. Сила удара зависит как от геометрии рисунка протектора и каменного заполнителя слоя износа, так и макротекстуры слоя износа.

· "закачивание воздуха": генерируется вибрацией воздуха в бороздах рисунка протектора от сжатия, происходящего из-за деформации покрышки.

· "пробуксовка и прилипание": генерируется подобно шуму от "эффекта присоски" из-за захвата резиной покрышки зерен каменного заполнителя поверхности слоя износа.

Поэтому шум, генерируемый контактом покрытие/покрышка, очень значительно зависит от размеров зерен каменного заполнителя слоя износа.

Снижение шума от контакта покрытие/покрышка - задача непростая, потому что снижение шума от одного из явлений, может усилить шумовое влияние двух других.

Например, очень гладкий слой износа снижает явление "шума удара", но увеличивает шум от явления "пробуксовка и прилипание" и имеет слабое сопротивление заносу.

Дискомфорт, создаваемый окружающей среде шумом транспортного движения может оцениваться как общим индексом, так и замером шума от движения единичного транспортного средства.

В международной практике общий индекс обозначается LАeg и подразумевает постоянный шумовой уровень для определенного периода времени, который равен результату от реального процесса выделения шума.

Существует несколько методов измерения шума от катящейся покрышки, из которых основными являются:

1. ISO 362 - единственный стандартизированный метод измерения полного шума от разгоняющегося транспортного средства;

2. измерение внутри изолированного одноколесного прицепа, закрытого чехлом (Германия, Польша);

3. измерение с помощью микрофона около колеса транспортного средства;

4. метод спуска транспортного средства под уклон, когда скорость транспортного средства постоянна 60 или 80 км/час (двигатель выключен), а микрофон устанавливается сбоку от дороги;

5. Франко-Германский метод: шум качения измеряется с помощью микрофона, расположенного сбоку от дороги. Двигатель работает, и замеры делаются на разных скоростях в диапазоне от 70 до 110 км/час.

Наилучший результат - воспроизведение замеров с точностью плюс/минус 1 дБ. Сопоставимыми являются результаты, полученные в один и тот же период времени.

Замеры различных категорий уровней шума на основных типах слоев износа методом "спуска под уклон" показывают следующее:

 

	1. Ц / б с а / б слоем износа   2. Ц / б и слой износа: отсев и битум   3. Холодные а / б смеси   4. Слои износа из пористого а / б   5. Однослойная пов. обработка   6. Двойная пов. обработка    7. Зубчатая поверхностная обработка   8. Цементобетон

 

 

 

 

 

 

График показывает, что различие между максимальным и минимальным значением довольно значительны, от 3 до 10 дБ.

В целом отмечается:

· общий спектр шумовых уровней для всех типов слоев износа находится между 75 и 77 дБ

· пористый асфальт является наименее шумным слоем износа.

Пористый асфальтобетон

С учетом безопасности движения и комфорта, идеальный слой износа с хорошими эксплуатационными характеристиками означает компромисс между следующими параметрами:

· сопротивляемость заносу

· ровность

· уровень шума

· комфорт водителя (видимость разметки в дождливое время, ночью и т.д.)

Сопротивляемость заносу

При контакте покрышки и поверхности сухого покрытия возникают два типа силы трения, которые создают сопротивляемость заносу:

· трение от деформации покрышки, увеличивающееся с увеличением скорости

· трение от контакта покрытие-покрышка, снижающееся с увеличением скорости

Существует взаимосвязь между общей сопротивляемостью заносу и скоростью транспортного средства.

Измерения, проведенные на мокром покрытии, показывают, что присутствие воды на поверхности делает проблему более комплексной:

На тонких, очень тонких и ультратонких слоях износа из плотных смесей или на поверхностной обработке, поведение поверхности протектора при дожде может быть подразделено на три фазы в соответствии со спецификой зоны контакта покрытие - слой воды - след контакта покрышки:

1-ая зона: покрышка должна нарушить слой воды на покрытии и уменьшить его толщину. Большая часть воды разбрызгивается в стороны вдоль поперечных борозд рисунка протектора, а продольные борозды протектора и макротекстура слоя износа покрытия облегчают отвод воды.

2-ая зона: торможение, вызываемое оставшимся на поверхности слоем воды превышающим возможности макротекстуры и микротекстуры слоя износа покрытия. Торможение измеряется коэффициент усилия продольного торможения (CFL - Coefficient Force Longitudinal).

3-ая зона: контактная зона между покрышкой и слоем износа, чья результативность зависит от микротекстуры.

Определение:

Микротекстура - особенности строения, обусловленные характеристиками использованного материала (прочностью каменных зерен, свойствами вяжущего), невидимые невооруженным глазом.

Для плотного слоя износа с низким содержанием пор, поддержание высокой степени сопротивляемости заносу требует соответствующей макро- и микротекстуры (твердого каменного заполнителя).

 

 

В случае пористого асфальтобетона проблема сопротивляемости заносу меняется, поскольку вода на поверхности покрытия отсутствует.

Пористый асфальтобетон является удачным компромиссом между характеристиками сопротивляемости заносу и шумом качения.

Зона 3 становится наиболее важной зоной, предъявляя требование к микротекстуре по содержанию каменного заполнителя с высокой стойкостью против полирования колесами транспортных средств.

Зависимость между коэффициентом усилия продольного торможения и скоростью транспортного средства также демонстрирует лучшие характеристики покрытия из пористого асфальтобетона при высоких скоростях движения, чем другие типы слоев износа.

 

Эксплуатационный принцип

Подобно другим битумосодержащим слоям износа, пористый асфальтобетон состоит из трех компонентов:

· каменного заполнителя

· вяжущего

· воздуха

По сравнению с обычной плотностью асфальтобетонных смесей, пористый асфальтобетон имеет на 20 и более процентов больше воздуха в своем составе за счет пор в толще слоя.

Поры подразделяются на три вида:

1. "Производительные" пустоты, сообщающиеся друг с другом и по которым просачивается вода.

2. "Полупроизводительные" пустоты, имеющие только единственную функцию впитывать и удерживать воду.

3. "Непроизводительные" пустоты внутри слоя, не имеющие сообщения с другими пустотами.

Для хорошего функционирования пористый асфальт должен иметь:

· высокое содержание производительных пустот (не ниже 20%),

· достаточную толщину слоя

· способность продолжительное время сохранять свои свойства

 

Во время дождя, пористый асфальтобетон действует:

· сначала как губка, впитывая дождевую воду и препятствуя образованию луж на поверхности дороги;

· затем по капиллярам в толще асфальта вода просачивается в боковую дренажную систему.

Таким образом, слой износа из пористого асфальта снижает:

· разбрызгивание воды из-под колес автомобиля

· эффект гидропланирования, одновременно улучшая сопротивление заносу

· эффект отражения света фар от поверхности мокрого покрытия

· шум качения на 2 - 3 дБ по сравнению с асфальтобетонными смесями классической плотности, используемых для слоев износа.

Переход от а/б смесей обычной плотности к пористым асфальтобетонам не вызывает значительного увеличения затрат, если:

· оба типа готовятся из тех же исходных материалов

· на той же установке для приготовления смеси

· используется одинаковое оборудование для укладки смеси

· структура нижележащих слоев не меняется.

Из-за содержания воздушных пустот в пористых а/б смесях наблюдалось ускорение процесса окисления вяжущего, что снижало сопротивляемость смеси усталости и через определенный период делало ее хрупкой.

Благодаря использованию модифицированных вяжущих такие изменения удалось устранить.

 

Состав смеси

Каменный заполнитель

Для обеспечения содержания воздушных пустот не ниже 20% после открытия дорог для транспортного движения асфальтобетонная смесь должна иметь высокое содержание каменных зерен (6-10 или 10-14 мм), но небольшое содержание песка. Как правило, кривая гранулометрического состава находится между 2-6, 4-6 и даже 2-10. При задании подобного распределения по фракциям, важно осознавать риск расслаивания заполнителей в составе смеси.

Вяжущие

В последние годы производители вяжущих и дорожные строители провели ряд исследований по улучшению характеристик вяжущих для пористого асфальтобетона.

В результате на рынке вяжущих появился целый спектр продуктов, от традиционных битумов до модифицированных систем с высокими эксплуатационными качествами.

Определение:

Модификация - видоизменение, характеризующееся появлением новых свойств путем регулирования молекулярной структуры (термической обработкой, введением химических добавок и т.д.).

Модифицированные вяжущие с полимерными добавками улучшают а/б смесь и придают ей:

1.  меньшую уплотняемость под воздействием транспортного движения

2.  уменьшение старения вяжущего в течение срока службы

3.  большую вязкость для увеличения толщины обволакивающего слоя на поверхности каменного заполнителя.

Использование модифицированных битумов в Европе быстро растет и применяется для всех типов асфальтобетонных смесей.