Снижение шума от дорожно-транспортного движения

51 Снижение шума от дорожно-транспортного движения ВВЕДЕНИЕ 1. Измер ение уровня шума и существующие правила 1. 1 Шум, п роизводимый транспортным средством 1. 2 Взаи модействие покрышка/дорога 1. 3 Доро жное покрытие и слои износа 2. ИЗУЧЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ 3. ОБЗОР I : ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА 3.1 Окружающая среда 3.2 Возможности дальнейшего снижения шума 3.3 Меры, направленные на уменьшение дискомфорта, вызываемого шумом: 3.4 Стандартизация испытаний на треке 4. ОБЗОР II : ПРОИЗВОДСТВ О ПОКРЫШЕК 4.1 Шум качения в общем контексте диском форта от транспортного шума 4.2 Оптимальное проектирование покрышки: случай шума и сцепление шин с мок рым покрытием дороги 4.3 Определение и оценка шума качения при взаимодействии покрышки и покры тия дороги 4.4 Базовый исследовательский подход к снижению шума качения 4.5 Механизм генерации шума качения 4.5.1 Механизмы генерации 4.5.2 Механизмы распространения 5. ОБЗОР III . ДОРОЖНОЕ ПОК РЫТИЕ И МЕХАНИЗМЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ШУМА 5.1 Основные принципы 5.2 Экспериментальное изучение акустических свойств дорожного покрытия 5.2.1 Условия эксперимента 5.2.2 Принцип эксперимента 5.2.3 Математическая модель 5.3 Результаты и последствия снижения ш ума контакта покрышка/дорога 6. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ : ПОКРЫТИЕ - ПОКРЫШКА - АВТОМОБИЛЬ 6.1 Слои износа 6.1.1 Роль слоя износа 6.1.2 Типы слоя износа 6.1.3 Покрытие дороги и генерация шума качения 6.1.4 Пористый асфальтобетон 6.1.5 Содержание пористого асфальтобетона 7. ОБЗОР IV . ВКЛАД НЕФТЯН ОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В СНИЖЕНИЕ ТРАНСПОРТНОГО ШУМА 7.1 Основные проблемы 7.1.1 Уплотнение 7.1.2 Загрязнение пор 7.1.3 Старение 7.1.4 Дренирование вяжущего 7.1.5 Расслоение 7.2 Эксплуатационные свойства пористо го асфальтобетона 7.2.1 Основные важные характеристики вяжу щего для пористого асфальтобетона 7.2.2 Спецификации Введение Забота современного общества об улучшении качества жизни подразумевае т улучшение окружающей среды и шум, вызываемый транспортом - одно из напр авлений работы. Шум от дорожного движения является суммарным результатом: · шума работающего дви гателя транспортного средства, · шума от контакта покр ышек и поверхности дорожного покрытия. След овательно, вопрос о возможностях снижения шума должен рассматриваться в рамках работы экспертов, представляющих: · производителей транс портных средств, · производителей покры шек, · дорожных строителей, · нефтяную промышленно сть (производителей дорожных битумов и горючего). Совм естная работа экспертов разных отраслей по решению проблем снижения шу ма ставит целью: · Расширение сотруднич ества производителей покрышек и транспортных средств для обеспечения более комплексного подхода в работе по снижению транспортного шума · Гармонизация различн ых методов измерений шума в Европейском масштабе. Опре деление: Комплексный подход - использ ование методов, позволяющих рассматривать предметы и явления во взаимн ой связи и в сочетаниях для получения более точного и верного представле ния о проблеме. Задача нового комплексного подхода - подготовка технических норм и един ых законодательных актов по: · современным методам определения шума, вызываемого взаимодействием дорожного покрытия и по крышки, а также, транспортным средством. · правилам, адресованн ым соответствующим участникам · рекомендациям по исп ользованию соответствующих типов покрытия, таких как пористые асфальт обетоны, которые могли бы внести вклад в снижение шума от движения транс портных средств. 1. Измерение уровня шума и сущес твующие правила Взаимодействие покрышки и дороги производит шум, который воспринимает ся в различной степени внутри и снаружи автомобиля. С точки зрения окружающей среды интерес вызывает шум снаружи автомобил я, который может определяться: 1. измерением общего пок азателя шума 2. измерением шума от дви жения отдельного автомобиля. Общий показател ь шума - постоянный шумовой уровень для определенного периода времени, к оторый равен результату от реального процесса выделения шума. Существует несколько основных методов измерения шума при движении авт омобиля, но ни один из этих методов пока еще не стандартизирован. Производители автомобилей измеряют общие уровни шума при ускорении дв ижения автомобиля путем различных тестов. Измерения шума двигателя необходимы для утверждения типа автомобиля, п оскольку этого требует европейский стандарт для допуска продукции авт омобилестроения на европейский рынок и жестокая конкуренция в отрасли. Производители покрышек измеряют уровень шума от контакта покрышки и по верхности дороги для своих целей, проверяя общие эксплуатационные хара ктеристики покрышки при различных условиях. Дорожные строители определяют акустические свойства поверхностей дор ожных покрытий, но своими методами, не дающими сопоставимых результатов , которые можно было бы увязать с шумом, производимым движущимся транспо ртным средством (с учетом типа покрышки и работы двигателей). Таким образом, в рамках этих трех групп, результаты, выражаемые в физичес ких единицах - децибелах (дБ), не могут быть использованы в одной общей мат ематической модели, которая могла бы стать основой принятия решений. 1.1 Шум, производимый транспортным средством До сих пор для оценки шума, производимого таким источником как транспорт ное средство, использовался слишком обобщенный подход. Фактически этот общий шум можно разложить между двумя основными источн иками: 1. тяговой энергией тран спортного средства (двигатель, карданный вал, зубчатые передачи), 2. контактом покрышки и п окрытия. У последних моде лей тяжелых транспортных средств доминирующей частью общего шума явля ется шум от контакта покрышки и покрытия. С 60-х годов производители двигат елей грузовиков добились снижения в 15 раз шума тяговой энергии путем вве дения проектных усовершенствований. Однако, если общий шум автотранспортного средства определяется станда ртизированными методами, то стандарт, который подходил бы для измерения шума контакта покрышки и покрытия дороги как части общего шума, еще не су ществует. 1.2 Взаимодействие покрышка/дорога Контакт движущейся покрышки и покрытия производит целый спектр звуков ых волн, более или менее различимых, происходящих из-за эффекта качения к олеса. Знание механизма возникновения и распространения этих звуковых волн позволяет снизить степень их воздействия на окружение. Разработаны специальные методы измерения шума для сочетания: покрышка- автомобиль-покрытие. Были идентифицированы составляющие источники шума и изучено влияние к аждого из них на различных параметры, участвующие в генерировании и расп ространении шума. Снижение уровня шума качения состоит в контроле процессов его генериро вания, распространения и поглощения, которые зависят: · от транспортного сре дства (веса, количества колес, вибрации, формы кузова), · от покрышки (давление/ распространение воздуха под поверхностью протектора, его рисунок, конт актная площадь и сцепление поверхности покрышки с поверхностью дороги), · от условия качения (ск орость, вращающий момент, температура окружающего воздуха), · от дороги (поверхност ные характеристики покрытия, конструкция дорожной одежды, поперечный п рофиль). При и зучении различных уровней шума от контакта покрышка/покрытие выявлено, что шум качения: · значительно возраста ет при увеличении скорости (3 дБ + 0.2/0.5 дБ для каждых 15 км/час), · при движении с постоя нной скоростью около 60 км/час шум качения преобладает над шумом двигател я, · при измерении на гран ице покрытия варьируется от 3 дБ в зависимости от того, используются ли гл адкие покрышки или средние (европейских типов) протекторные покрышки, · при измерении на пове рхности покрышки, шум варьируется с 6 дБ в зависимости от проектных харак теристик дороги (измерения проводились на типичных Европейских главны х дорогах). Для ограничения шума требуется изучить комплексную модель контакта покрышка/покрытие, принимая в расчет характеристики покрытия и покрышки. 1.3 Дорожное покрытие и слои износа Цель покрытия - обеспечение движения транспортных средств с максимальн ой безопасностью, а именно покрытие должно: · выдерживать перемеща ющиеся нагрузки, · обеспечивать пользов ателям безопасность и комфорт при любой погоде, как в дневное, так и в ночн ое время. Эта последняя дв ойная функция достигается в основном с помощью слоя износа, поскольку: 1. Безопасность пользов ателя определяется степенью противостояния заносу и шероховатостью по верхности покрытия, особенно важной в дождливую погоду. 2. Комфорт водителя опре деляется ровностью покрытия и шумом качения, который также создает неуд обства жителям домов, находящихся вблизи дороги. Пористый асфаль тобетон представляет один из наиболее современных и экономичных матер иалов для покрытий. Это единственный тип слоя износа, который дает хорош ий результат по снижению шума, одновременно улучшая дорожную безопасно сть. 2. Изучение проблемы Рабочая группа Международной Дорожной Федерации провела исследование и сбор фактов с подготовкой обзора под названием: "Взаимодействие дороги , покрышек и транспортных средств" по четырем областям, имеющим отношени е к шумовому загрязнению окружающей среды: · Автотранспортные сре дства · Покрышки · Автомобильные дороги · Нефтяная промышленно сть Сего дня проектирование транспортных средств и их производство достигли то го состояния, где дальнейший прогресс достижим только при систематизир ованном подходе и координированных действиях в таких областях как: · методология · совместимость резуль татов измерений шумовых уровней · политическая оценка Для этого специа листы по транспортным средствам, покрышкам и дорожному проектированию и строительству должны прийти к некой общей системе, которая станет поли тическим инструментом с целью совершенствования окружающей среды путе м снижения шумовых эмиссий. Определение: Эмиссия - выделение, излучен ие, выбросы отходов, побочных результатов или загрязняющих веществ в окр ужающую атмосферу. 3. ОБЗОР I: Транспортные средства 3.1 Окружающая среда Первая Директива в рамках Общего Европейского рынка по Системе утвержд ения типа транспортного средства была принята в сентябре 1970 года. Целью ее принятия стало снижение шума и стимулирование технического пр огресса таким образом, чтобы грузовые транспортные средства и автобусы снизили уровень шумовой эмиссии на 10 дБ. Таблица 1 . Динамика введения л имитов на шумы от работы двигателей транспортных средств Введ ение лимита, директива 70/157/ ЕЕС (-) 77/212/ЕЕС (-) 84/424/ЕЕС Общее улучшение Категории тр. средств Уровень шума дБ дБ дБ дБ д Б дБ 1 Т р. средства, предназначенные для перевозки пассажиров и оборудованные н е более чем 9 посадочными местами, включая водительское 82 2 80 3 77 5 2 Тр. средс тва, предназначенные для перевозки пассажиров и оборудованные более че м 9 посадочными местами, включая водительское и имеющие разрешенную масс у более 3.5 тонн: 2.1 - с мощностью двигате ля менее 150 кВт - с мощностью двигателя более 150 кВт 89 91 7 6 82 85 2 2 80 83 9 8 3 Тр. сре дства, предназначенные для перевозки пассажиров и оборудованные более чем 9 посадочными местами, включая водительское; транспортные средства, для перевозки грузов: 3.1 - с разрешенной массой не превышающей 2 тонны 3.2 - с разрешенной массой от 2 до 3.5 тонн 84 84 3 3 81 81 3 2 78 79 6 5 4 Тр. средства, предназначенные для перевозки грузов и и меющие разрешенную массу свыше 3.5 тонн: 4.1 - с двигателем мощностью более 75 кВт 4.2 - с двигателем мощностью от 75 до 150 кВт 4.3 - с двигателем мощностью свыше 150 кВт 89 89 91 3 3 3 86 86 88 5 3 4 81 83 84 8 6 7 3.2 Возможности дальнейшего снижения шума Комиссией Европейского Сообщества сформирована специальная рабочая г руппа с целью рассмотрения вопроса с точки зрения технического прогрес са. Из отчета, подготовленного Рабочей группой следует следующее: 1. Группа рассмотрела ка тегории дорожных транспортных средств, одну за другой, а также методы оц енки уровней дискомфорта, который шум городского транспортного движен ия доставляет жителям. 2. Группа пришла к заклю чению, что применение Директивы от 1984 года способствовало тому, что испол ьзованы все возможные, на сегодняшний день, технические усовершенствов ания для снижения шумовой эмиссии всеми источниками, возникающими в про цессе дорожного транспортного движения, за исключением одного - взаимод ействия покрышки и поверхности до рожного покрытия. Было выявлено сл едующее стартовое положение для начала решения проблемы: · Испытания и методы оц енки уровней шума не установлены никакими правилами (т.е. трудно оценить объективно и сравнить уровни шума). · В ряде случаев, снижен ие уровней общего объема шума невозможно достичь путем технических решений (например, если увеличение шум овой эмиссии происходит в результате резкого торможения). · Различия между метод ами оценки уровней шума и условиями испытаний и реальными условиями тра нспортного движения не гарантируют эффекта от принятия мер по снижению дискомфорта от шума (меры, разработанные в условиях испытательного трек а, могут не дать должного эффекта в реальной обстановке). · У тех, кто несет ответс твенность за состояние окружающей среды, отсутствуют соответствующие технологические и экономические инструменты, способствующие контролю и принятию мер для снижения шума (например, установленные законодательс твом уровни ограничений для шума от контакта покрышка/покрытие, достове рные замеры уровней для наложения штрафа за их превышение). Группа рекоменд овала действия в два этапа для дальнейшего снижения дискомфорта, вызыва емого шумом городского транспортного движения. Первый этап - выделить катего рии транспортных средств, где можно не учитывать шум от контакта покрышк а/покрытие. Второй этап - проводить дальн ейшее исследование для разработки воспроизводимых методов определени я результатов взаимодействия характеристик покрышки и дороги, имеющих отношение к появлению шума, для подготовки правил и требований для транс портных средств, покрышек и дорог. Определение Воспроизводимый метод - спо соб решения конкретных задач в некой области (установление уровней шумо вой эмиссии от контакта покрышка/покрытие) путем определенной последов ательности практических операций. Четкое определение степеней влияния покрышки и дороги позволило бы рас пределить обязательства и ответст венность между соответствующими отраслями (производители покрышек и д орожные организации). Существующая система утверждения типа транспортного средства по шумов ым характеристикам сейчас основывается на общем уровне шума транспортного средства. За него и несет ответ ственность производитель транспортных средств. Однако производитель не должен нести ответственность за ту часть шумовой эмиссии, что от него не завис ит. Еще в недалеком прошлом эта логичная связь не имела под собой техниче ского обоснования. Раздражение общественности, вызываемое шумом городского транспортног о движения, связано с общим шумом. Общий шум составляется из шумовых эмис сий, производимых отдельными генераторами шумов. Поэтому для успеха реш ения проблемы в целом, должны быть разработаны условия испытаний и метод ы измерений для определения как общего шума, так и измерения отдельных е го составляющих. Определение: Генератор шума - устройство , аппарат, машина, производящие звуковые сигналы (волновые колебания, имп ульсы). В случае современных, с акустической точки зрения транспортных средств, шум контакта покрышка/покрытие постепенно выходит на передний план. 3.3 Меры, направленные на уменьшение дискомфорта, вызываемого шумом: а. технологии · автотранспортных сре дств · трейлеров · покрышек · поверхности дорожног о покрытия · дорожного проектиров ания (шумовые барьеры, тоннели, мосты, выемки...) б. управление транспортным движением · снижение скоростей · установка знаков, сиг налов, закрытие проездов · контроль транспортно го движения · временное введение о дностороннего движения · меры благоприятствов ания, стимулирующие использование определенных видов транспортных сре дств (например, общественного транспорта, велосипеда) в. политические вопросы · осуществление глобал ьного и комплексного подхода к проблеме через интернациональные орган ы (Комиссия Европейского Союза, различные директораты DG, рабочие группы и з представителей различных отраслей) · информативное сотруд ничество в рамках международных органов (Международная Дорожная Федер ация) · решения на националь ном, региональном, муниципальном уровне 3.4 Стандартизация испытаний на треке Равнозначная и достоверная трактовка результатов испытаний может быть достигнута только в том случае, если все испытания автомобилей проведен ы на одном и том же или на эквивалентных испытательных треках. Поэтому испытательные треки должны бы ть стандартизированы. Устранение дискомфорта, вызываемого транспортным шумом, не может быть д остигнуто принимая во внимание только транспортные средства. 4. ОБЗОР II: Производство покрышек 4.1 Шум качения в общем контексте дискомфорта от транспортного шума В течение последних 10 лет в европейских странах отмечается повышение ин тереса к окружающей среде. И как часть этой общей тенденции, предпринима ются усилия по снижению шума от транспортного движения, особенно в зонах жилой застройки. Индустрия автомобильных покрышек также вовлечена в процесс снижения у ровня транспортного шума, поскольку шум качения, возникающий при взаимо действии покрышки и покрытия дороги, особенно при постоянной скорости с выше 60 км/час, не может игнорироваться. Первые шаги по снижению уровня шума вызываемые взаимодействием покрыш ки и дороги были самыми легкими. В результате, дизайн покрышек достиг так ого уровня, что сейчас нужны титани ческие усилия, чтобы добиться снижения шума качения до 1 дБ. Почему? Потому что шум - только одна из характеристик, принимаемых в расчет при ди зайне качественной покрышки и снижение шума не должно сказываться на др угих эксплуатационных характеристиках покрышек (например, долговечнос ть, сцепление с дорогой). 4.2 Оптимальное проектирование покрышки: случай шума и сцеплен ие шин с мокрым покрытием дороги С одной стороны, покрышка должна обеспечивать безопасную эксплуатацию транспортного средства, для которого эта покрышка была запроектирован а. С другой стороны, пользователи ожидают от этой продукц ии экологичности, комфорта и длительного срока службы при небольших зат ратах. Для оправдания ожидания потребителя проводятся испытани я. Пример 1: Испытания покрышек грузовика Задача испытания: Определение тормозного пути на мокром покрытии при сн ижении скорости от 90 км/час до полной остановки. Материалы эксперимента: Тр. средство 19 тонн Покрышка 295/80 R 22.5 Покрытие трека ц/бетон +1.5 мм воды Используемые расчетные методы: Определение на каждом заезде коэффициента сцепления как функции скорости Расчеты тормозного пути на математических моделях Результаты: покрышка с продольным ребром - 240 м гладкая покрышка - 1200 м тяговая покрышка с повышенным сцеплением - 200 м Проектирование более "тихой" покрышки представляет собой оптимизацион ное решение проблемы со многими ограничениями. Пример 2: Покрышка грузовика Процент вероятности трогания с места грузовика в условиях снегопада на перевале Бреннер (Австрия) покрышка с продольным ребром - 30 - 50 % гладкая покрышка - 0 % тяговая покрышка с повышенным сцеплением - 95 % 4.3 Определение и оценка шума качения при взаимодействии покрышки и покрытия дороги Шум качения можно подразделить на два составляющих шума - внутренний и в нешний шум. Внутренний шум создает дискомфорт для водителя и пассажиров внутри тра нспортного средства. Существует взаимодействие между транспортным сре дством и покрышкой, поэтому требуется понять как воздушную, так и структ урную передачу звуковых волн через кузов транспортного средства. В контексте окружающей среды мы рассматриваем проблемы внешнего шума к ак части общего дискомфорта, вызываемого шумом транспортного движения. Оценка внешнего шума в настоящее время основывается на измерениях на об очине дороги общего уровня шума в дБ (стандарт ISO 362 European regulation). При проведении исследований по снижению шума качения используются изм ерения на обочине для определения улучшений в общем. Используется микрофон, устанавливаемый в 7.5 м от оси дороги на высоте 1.2 м . Шум качения должен определяться следующим образом: транспортное средс тво скатывается под уклон на заданной скорости с выключенным двигателе м и сцеплением. Скорость качения задается точной установкой условий качения (масса тра нспортного средства, угол скатывания). Основные параметры, влияющие на уровень шума по результатам испытаний: · дорога: дорога играет роль в: 1. п роцессе генерации шума (гранулометрия поверхности покрытия) 2. его распространении (свойств акустического поглощения) · транспортное средс тво: 1. п окрышки (масса транспортного средства, давление воздуха в камере, размер ы). Размеры покрышки значительно влияют на генерацию шума (чем больше пок рышка, тем она "шумнее") 2. количество "источников шума от по крышки" 3. эффекты дифракции (рассеивания звуковых волн) происходящие из-за формы кузова транспортного средства · условия качения: 1. шум возрастает с у величением скорости 2. шум снижается с ро стом температуры 3. шум изменяется при заданной скорости под воздействием вращающего момента Пример: На испытательном треке при использовании метода скатывания транспортн ого средства под уклон для сравнения разных типов покрышек, устанавлива емых на то же транспортное средство, использовали два микрофона, установ ленных с каждой стороны дороги. По четыре замера проводилось на скоростя х: 45 км/час, 60 км/час, 80 км/час. Из 24 полученных результатов строилась линейная регрессия (зависимость с реднего значения какой-либо величины от некоторой другой величины или н ескольких величин) для выведения изменения силы звукового давления как функции скорости. Учитывалась температурная коррекция. В таких условиях было доказано, что измерения уровня звука таким методом дает погрешность +/- 0.2 дБ при скорости 60 км/час и +/- 0.5 дБ при скорости 45 км/час и 80к м/час. Метод скатывания транспортног о средства под уклон для ко личественного определения шума качения 51 Условия: · задана скорость · отключен двигатель · отключено сцепление · один исп ытательный трек · температурная коррекция Рез ультат: · линейная регрессия 4.4 Базовый исследовательский подход к снижению шума качения Снижение шума качения для производителей покрышек - трудная задача. Поэтому, для получения ясного понимания различных физических явлений, у частвующих в генерации и распространении шума, требуется фундаменталь ный исследовательский подход. Одновременно с долгосрочным научным подходом, необходимо иметь быстры е результаты от исследований, чтобы обеспечить проведение, шаг за шагом, совершенствование дизайна покрыш ек с коммерческой целью. Для снижения шума качения необходимо установить контроль над источник ами и осознать комплексно окружающую среду, включая: дорогу, транспортно е средство, условия качения. Для этого надо изучить акустический механизм как генерации, так и распро странения шума от движущегося источника в сторону от дороги и затем испо льзовать полученные результаты для определения шумовых критериев. Процесс имеет три фазы: фаза 1 - Выяснение: Проблема анализируется экспериментально и теоретически для того, чтоб ы понять генерацию и распространение. фаза 2 - Прогноз: После того, как проблема понята, надо суметь смоделировать ситуацию для того, чтобы прогнозировать дискомфорт в заданной ситуации, т.е. от глобал ьного уровня шума вдоль дороги подойти к определимой комбинации шумов "п окрышка+дорога+транспортное средство" при определенных условиях качен ия. фаза 3 - Поправка: После того, как дискомфорт становится прогнозируемым, полученные знани я могут быть использованы для достижения цели - улучшить концепцию покры шки для получения оптимального варианта желаемых эксплуатационных характеристик. 4.5 Механизм генерации шума качения Принципиальный фактор генерации шума - рисунок протектора покрышки. Шумовые механизмы: Эффект рупора 51 Резонанс органной трубы Генерация шума: Распространение шума: Удары и вибраци и Ближн ее Нагнетание воздуха Дал ьнее 4.5.1 Механизмы генерации: Размещение источников выделения шума Размещение потенциальных источников шума на покры шке можно определить, используя акустическую фонограмму. Для этих целей используется плоская антенна с двойным микрофоном для изучения качения покрышки с постоянной скоро стью по барабану в резонаторной камере. При этом главные шумовые источники обнаруживаются на входе и выходе кон тактного следа. Явление механической вибрации В результате внезапного взаимодействия между неро вностями дорожного покрытия и рисунка протектора генерируются ударные волны, создающие вибрационное возбуждение в протекторе покрышки. Явление внезапной релаксации на выходе На выходе контактного следа внезапная релаксация и вибрация блоков рисунка резинового протектора может также генериров ать шум. Определение: Релаксация - ослабление, проц есс установления динамического равновесия, полного или частичного, в фи зической системе, состоящего из большого числа частиц. Явление нагнетания воздуха На входе и выходе зоны контактного следа, воздух рез ко нагнетается под и выбрасывается из-под борозд рисунка протектора пок рышки. Однако шум генерируется также и гладкой покрышкой, за счет нагнет ания воздуха в неровности дорожного покрытия. Более того, воздух, сдавленный в бороздах протектора в контактном следе умножает отраженные волны, что приводит к появлению резонанса подобно р езонансу, возникающему в органной трубе. 4.5.2 Механизмы распространения Ближнее распространение, эффект рупора Акустические волны, выделяемые на входе и выходе зо ны контактного следа распространяются так называемым эффектом рупора по геометрии громкоговорителя, определяемой кривизной поверхности пок рышки и поверхностью качения. Дальнее распространение Направленность источника, эффекты дифракции и хар актеристики акустического поглощения дороги должны также учитываться при прогнозировании видоизменения акустических волн при распростране нии в сторону от дороги. 5. ОБЗОР III. Дорожное покрытие и механизмы распростр анения шума 5.1 Основные принципы Из детального изучения распространения можно сделать вывод, что, зная св ойства дороги по акустическому поглощению, можно улучшить свойства пок рышки и снизить шум качения. Контролируя только источник шума, можно пол учить неполную картину, если не учитывать, как генерированная акустичес кая волна распространяется от этого источника. Предполагаем, что нам известно все об источнике шума и мы можем условно з аменить его аналитическим эквивалентом, чтобы сконцентрировать вниман ие только на прогнозе изменения уровня шумового давления при распростр анении его в сторону от дороги. Для прогнозирования необходимо характеризовать акустическое сопроти вление дороги при различных типах дорожных покрытий. Знание акустического сопротивления позволит разработать метод прогно зирования на основе быстрых, простых и не разрушающих дорогу измерениях. Проведено много изучений по акустическим свойствам дороги. Принцип, использованный при этих изучениях, прост: · получение данных изм ерений при испытаниях · обработка данных в со ответствии с математической моделью · выведение результата по акустическому сопротивлению дороги как функции частоты. 5.2 Экспериментальное изучение акус тических свойств дорожного покрытия 5.2.1 Условия эксперимента Источник звука и микрофон помещаются на одинаковой высот е, 1.42 м от поверхности дорожного покр ытия. Источник звука - точечный, имеющий широкий спектр частоты от 600 до 4000 Гц . Получатель не должен подвергаться постороннему акустическому излуче нию. Измерения проводились для трех различных расстояний между источником и микрофоном: 4м, 6м, 8м. 5.2.2 Принцип эксперимента 51 Зафиксированный результат в точке R включает как во здействие прямой звуковой волны в точке S1 в свободных условиях, так и возд ействие отраженной волны, которая может рассматриваться как генерируе мая источником отражения S2. Отраженная волна видоизменяется под воздейс твием звукопоглощающих свойств дороги. Использовалась акустическое возбуждение в виде синусоидального колебания (колебание с монотонно изме няющейся частотой и постоянной амплитудой). Зафиксированный результат представляет собой соотношение между звуко вым давлением и напряжением возбуждения звука. 5.2.3 Математическая модель: Предполагается, что условия, влияющие на распространение поверхностных волн, незначительны . Y = Y 1 + v ( G ) Y 2 Полное значение Y (акустический потенциал) представ ляет из себя сумму свободного значения Y1 и отраженного значения Y2. Потенциал Y2 корректируется значением v(G) которое выражено с учетом акусти ческого 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 с оответствии с теоретической зависимостью. Рассчитываются акустическо е сопротивление дороги и коэффициенты поглощения и отражения. 5.3 Результаты и послед ствия снижения шума контакта покрышка/дорога: Метод применялся для ряда поверхностей, включая бетонное, травяное, пори стый асфальт и битум. Полученные результаты (с допустимой погрешностью 10%), позволили ранжиров ать поверхности дорожного покрытия и оценить их влияние на распростран ение шума контакта покрытие/покрышка. Для четырех типичных поверхностей ранжирование по коэффициенту поглощ ения звука выглядит следующим образом: Наиболее поглощающей звук поверхностью является г линистая, а наиболее отражающей - бетонная поверхность. Влияние покрытия дороги на уровни шума качения при скорости 80 км/час. 6. Взаимодействие: Покрытие - Покрышка - Автомобиль 6.1 Слои износа 6.1.1 Роль слоя износа Функция дороги - обеспечивать проезд транспортных средст в с максимальной безопасностью, а именно: · выдерживать нагрузки качения, соответственно, те вертикально направленные силы, которые при этом возникают. Эта функция обеспечивается слоями дорожной конструкци и, роль которых - распределение верт икальных нагрузок на основание. · обеспечивать безопас ность пользователя и комфорт при любой погоде и времени суток. Эта функция об еспечивается слоем износа дорожного покрытия, который должен противос тоять: 1. вертикальному напряж ению и сдвигу от транспортного движения 2. осадкам (дождь, снег, ле д) 3. воздействию противог ололедных материалов 4. ультрафиолетовым луч ам. Таким образом, ка чественный слой износа должен выполнять тройную функцию: 1. защиту нижележащих сл оев дорожного покрытия, от повреждения и особенно от проникновения воды и химических веществ. 2. обеспечение безопасн ости пользователя, создавая достаточное сопротивление заносу, независ имо от типа покрышек, особенно на мокром покрытии. 3. комфорт водителя, пре дотвращая: · механическое напряже ние колес транспортного средства, · вертикальное ускорен ие корпуса транспортного средства, вызывающее износ подвесок, покрышек, повышенное потребление горючего, · подбрасывание водите ля на сиденье, что создает угрозу безопасности, · повышенный шум от дви жения транспортного средства и его распространение в сторону от дороги, создавая неудобства проживающим вблизи дороги. 6.1.2 Типы слоя износа Для того чтобы соответствовать всем требованиям с 50-х годо в внедрялись различные технологии, и сегодня можно сказать какие преиму щества и недостатки имеют эти технологии. На протяжении длительного вре мени 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 в се более специфическим и улучшался специальными технологическими прие мами. 6.1.2.1 Поверхностная обработка Поверхностные обработки были разработаны и широко исполь зовались для второстепенных дорог, используемых легким транспортом. Ис пользование модифицированных битумов позволило расширить применение поверхностных обработок на главные дороги и автомагистрали с тяжелым д вижением, включая дороги с цементобетонными покрытиями. Поверхностная обработки предусматривает розлив горячего вяжущего или вяжущего на основе битумных эмульсий, распределение поверх одного или н ескольких слоев отсева (мелкозернистого щебня, каменной крошки) и укатки . Преимущества, которые дает поверхностная обработка : · невысокие затраты и с корость обработки позволяют улучшать протяженные участки дорог · обеспечивается хорош ая водонепроницаемость для защиты нижележащих слоев покрытия · достигается высокая степень сопротивления заносу Недо статки, которые имеет поверхностная обработка: · комплексность метода требует от подрядчика знания ноу-хау · ограниченность сезон а выполнения работ · риск выбивания части ц каменного отсева колесами из недавно выполненной обработки · ограничение потенциа льных возможностей восстановить форму покрытия (устранения колеи) · макротекстура генери рует высокий уровень шума качения и относит поверхностную обработку к н аиболее шумным типам поверхности дорожного покрытия. Опре деление: Макротекстура - особенности строения, обусловленные характером расположен ия составных частей (каменных зерен, вяжущего), видимых невооруженным гл азом. Были испробованы различные типы поверхностных обработок, включая: · Однослойную поверхно стную обработку с одиночным или двойным распределением каменного мате риала · Двойную поверхностну ю обработку (два наложенных друг на друга слоя однослойной обработки) · Обработку по принцип у "сандвич" · Утолщенная поверхнос тная обработка с каменным материалом, предварительно обработанным вяж ущим в установке. Устр ойство слоя износа из асфальтобетонной смеси - все еще наиболее распрост раненный процесс при содержании и строительстве покрытия. Усовершенствования в методах устройства слоев износа, сделанные за пос ледние 20 лет, создали возможность: · уменьшить толщину сл оев · использовать модифиц ированные вяжущие и добавки для повышения экономичности и соответстви я растущим нагрузкам от тяжелого транспорта. Тол щина - базовый параметр для классификации слоев изн оса 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 к ак промежуточная стадия между поверхностной обработкой и очень тонким слоем износа. Слои износа из асфальтобетона различаются: · по типу вяжущего (моди фикации вяжущего с добавлением резины или полимер-модифицированные вя жущие и т.д.) · по типу добавок (волок на) · по гранулометрическо му составу: их размеры обычно от 0-6, 0-10 или 0- 14 мм. Преи мущества, которые дают тонкие и очень тонкие асфальтобетонные слои изно са: · хорошая макротекстур а (0.8 - 1.5 мм песчаная смесь) · стойкость к агрессив ному внешнему влиянию (климат и транспортное движение) · удовлетворительная в одонепроницаемость для защиты нижележащих слоев · способность к улучше нию ровности · пониженный шум качен ия по сравнению с поверхностной обработкой Если защиту нижних слоев обеспечить мембраной, которая действует еще и как св язывающая прослойка, то может быть предусмотрено использование слоя из носа 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 значительн о снижает шум качения, который поглощается взаимосвязанными воздушным и пустотами внутри слоя. Могут использоваться и другие типы слоев износа, среди которых: · Слой износа с каменно й крошкой: втапливание мелкозернистого дробленого каменного материала в разлитое по поверхности вяжущее обеспечивает хорошие характеристик и сопротивления заносу, но в то же время, усиливает шум качения. · Битумные эмульгирова нные гидроизоляционные мастики (смесь битума, заполнителя, песка и воды), смесь песка и битумной мастики, используемые в городских зонах, где скор ости невысоки. Их уменьшенная толщина и размеры зерен заполнителя позво ляют решать проблемы превышения пороговых значений шума транспортного движения. · Холодные микро асфал ьтобетонные смеси: чистая или модифицированная битумная эмульсия треб ует применения специального оборудования. Очень тонкие слои этого типа слоя износа обеспечивают сопротивление заносу, водонепроницаемость и снижение шума качения. В слу чае покрытий из цементобетона, сборное покрытие из плит толщиной 18 - 25 см: р аботает одновременно как основание и слой износа. Для улучшения поверхностных характеристик этих покрытий, разработаны несколько методов, среди которых: · обработка поверхност и свежеуложенного бетона секущей щеткой или грубой джутовой тканью · устройство продольны х или поперечных полос на схватившемся бетоне · втапливание каменной крошки во вновь уложенный бетон Эти методы нацел ены на обеспечение макротекстуры поверхности покрытия достаточной для сопротивляемости заносу. Одновременно увеличивается шум качения. Совсем недавно очень тонкие слои износа из асфальтобетона и даже порист ого асфальтобетона стали применяться на автомагистралях с цементобето нным покрытием как элемент работ по содержанию дорог для одновременног о достижения сопротивляемости заносу и снижения шума качения. 6.1.3 Покрытие дороги и генерация шума качения Шум движения, генерируемый двигателями и трансмиссиями т ранспортного средства, в последние несколько лет был значительно сокра щен 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 с коростях свыше 50 км/час, что в городских зонах случается обычно ночью, ког да дороги становятся более свободными. Шум контакта покрышка-покрытие зависит от типа покрышки (рисунка протек тора и т.д.) и типа слоя износа покрытия. Шум производится следующими явлен иями: · "шум удара": генерирует ся от удара блоков рисунка протектора о поверхность слоя износа. Сила уд ара зависит как от геометрии рисунка протектора и каменного заполнител я слоя износа, так и макротекстуры слоя износа. · "закачивание воздуха": генерируется вибрацией воздуха в бороздах рисунка протектора от сжати я, происходящего из-за деформации покрышки. · "пробуксовка и прилип ание": генерируется подобно шуму от "эффекта присоски" из-за захвата резиной покрышки зерен каменного зап олнителя поверхности слоя износа. Поэтому шум, гене рируемый контактом покрытие/покрышка, очень значительно зависит от раз меров зерен каменного заполнителя слоя износа. Снижение шума от контакта покрытие/покрышка - задача непростая, потому ч то снижение шума от одного из явлений, может усилить шумовое влияние дву х других. Например, очень гладкий слой износа снижает явление "шума удара", но увели чивает шум от явления "пробуксовка и прилипание" и имеет слабое сопротив ление заносу. Дискомфорт, создаваемый окружающей среде шумом транспортного движения может оцениваться как общим индексом, так и замером шума от движения еди ничного транспортного средства. В международной практике общий индекс обозначается LАeg и подразумевает постоянный шумовой уровень для опр еделенного периода времени, который равен результату от реального проц есса выделения шума. Существует несколько методов измерения шума от катящейся покрышки, из к оторых основными являются: 1. ISO 362 - единственный стан дартизированный метод измерения полного шума от разгоняющегося трансп ортного средства; 2. измерение внутри изол ированного одноколесного прицепа, закрытого чехлом (Германия, Польша); 3. измерение с помощью м икрофона около колеса транспортного средства; 4. метод спуска транспор тного средства под уклон, когда скорость транспортного средства постоя нна 60 или 80 км/час (двигатель выключен), а микрофон устанавливается сбоку от дороги; 5. Франко-Германский мет од: шум качения измеряется с помощью микрофона, расположенного сбоку от дороги. Двигатель работает, и замеры делаются на разных скоростях в диап азоне от 70 до 110 км/час. Наилучший резул ьтат - 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" пока зывают следующее: График показывает, что различие между максимальны м 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 явл яется наименее шумным слоем износа. 6.1.4 Пористый асфальтоб етон С учетом безопасности движения и комфорта, идеальный слой износа с хорошими эксплуатационными характеристиками означает компро мисс между следующими параметрами: · сопротивляемость зан осу · ровность · уровень шума · комфорт водителя (вид имость разметки в дождливое время, ночью и т.д.) Соп ротивляемость заносу При контакте покрышки и поверхности сухого покрыт ия возникают два типа силы трения, которые создают сопротивляемость зан осу: · трение от деформации покрышки, увеличивающееся с увеличением скорости · трение от контакта по крытие-покрышка, снижающееся с увеличением скорости Существует взаи мосвязь между общей сопротивляемо стью заносу и скоростью транспортного средства. Измерения, проведенные на мокром покрытии, показывают, что присутствие в оды на поверхности делает проблему более комплексной: На тонких, очень тонких и ультратонких слоях износа из плотных смесей ил и на поверхностной обработке, поведение поверхности протектора при дож де 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 т олщину. Большая часть воды разбрызгивается в стороны вдоль поперечных б орозд рисунка протектора, а продольные борозды протектора и макротекст ура слоя износа покрытия облегчают отвод воды. 2-ая зона: торможение, вызываемое оставшимся на поверхности слоем воды пр евышающим возможности макротекстуры и микротекстуры слоя износа покры тия. Торможение измеряется коэффициент усилия продольного торможения (CFL - Coefficient Force Longitudinal). 3-ая зона: контактная зона между покрышкой и слоем износа, чья результатив ность зависит от микротекстуры. Определение: Микротекстура - особенност и строения, обусловленные характеристиками использованного материала (прочностью каменных зерен, свойствами вяжущего), невидимые невооруженн ым глазом. Для плотного слоя износа с низким содержанием пор, поддержание высокой с тепени сопротивляемости заносу требует соответствующей макро- и микро текстуры (твердого каменного заполнителя). 51 В случае пористого асфальтобетона проблема сопротивляемости заносу ме няется, поскольку вода на поверхности покрытия отсутствует. Пористый асфальтобетон является удачным компромиссом между характери стиками сопротивляемости заносу и шумом качения. Зона 3 становится наиболее важной зоной, предъявляя требование к микроте кстуре по содержанию каменного заполнителя с высокой стойкостью проти в полирования колесами транспортных средств. Зависимость между коэффициентом усилия продольного торможения и скоро стью транспортного средства также демонстрирует лучшие характеристик и покрытия из пористого асфальтобетона при высоких скоростях движения, чем другие типы слоев износа. 6.1.4.1 Эксплуатационный принцип Подобно другим битумосодержащим слоям износа, пористый а сфальтобетон состоит из трех компонентов: · каменного заполнител я · вяжущего · воздуха По сравнению с об ычной плотностью асфальтобетонных смесей, пористый асфальтобетон имее т 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 друго м и по которым просачивается вода. 2. "Полупроизводительны е" пустоты, имеющие только единственную функцию впитывать и удерживать в оду. 3. "Непроизводительные" пустоты внутри слоя, не имеющие сообщения с другими пустотами. Для хорошего фун кционирования пористый асфальт должен иметь: · высокое содержание п роизводительных пустот (не ниже 20%), · достаточную толщину слоя · способность продолжи тельное время сохранять свои свойства Во время дождя, пористый асфальтобетон действует: · сначала как губка, впи тывая дождевую воду и препятствуя образованию луж на поверхности дорог и; · затем по капиллярам в толще асфальта вода просачивается в боковую дренажную систему. Таки м образом, слой износа из пористого асфальта снижает: · разбрызгивание воды из-под колес автомобиля · эффект гидропланиров ания, одновременно улучшая сопротивление заносу · эффект отражения све та фар от поверхности мокрого покрытия · шум качения на 2 - 3 дБ по сравнению с асфальтобетонными смесями классической плотности, использ уемых для слоев износа. Пере ход от а/б смесей обычной плотности к пористым асфальтобетонам не вызыва ет значительного увеличения затрат, если: · оба типа готовятся из тех же исходных материалов · на той же установке дл я приготовления смеси · используется одинако вое оборудование для укладки смеси · структура нижележащи х слоев не меняется. Из-за содержания воздушных пустот в пористых а/б смесях наблюдалось ускорение процесса о кисления вяжущего, что снижало сопротивляемость смеси усталости и чере з определенный период делало ее хрупкой. Благодаря использованию модифицированных вяжущих такие изменения уда лось устранить. 6.1.4.2 Состав смеси Каменный заполнитель Для обеспечения содержания воздушных пустот не ни же 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 прав ило, кривая гранулометрического состава находится между 2-6, 4-6 и даже 2-10. При задании подобного распределения по фракциям, важно осознавать риск рас слаивания 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 традиц ионных битумов до модифицированных систем с высокими эксплуатационным и качествами. Определение: Модификация - видоизменени е, характеризующееся появлением новых свойств путем регулирования мол екулярной структуры (термической обработкой, введением химических доб авок и т.д.). Модифицированные вяжущие с полимерными добавками улучшают а/б смесь и п ридают ей: 1. меньшую уплотняем ость под воздействием транспортного движения 2. уменьшение старен ия вяжущего в течение срока службы 3. большую вязкость д ля увеличения толщины обволакивающего слоя на поверхности каменного з аполнителя. Использование м одифицированных битумов в Европе быстро растет и применяется для всех т ипов асфальтобетонных смесей. Разновидности пористого асфальтобетона в зависи мости от типа вяжущего а) Пористый асфальтобетон на основе чистого битум а Кривая гранулометрического состава смеси обычно находится между 2 и 10 мм, но небольшое количество части ц (13-15%) может быть менее 2 мм. Содержание битума 4.2 - 4.8 %. Это максимум, который может быть использован без р иска текучести вяжущего и подвижности смеси при укладке и под действием транспортного движения. В большинстве европейских стран, в основном, используется битум с пенетр ацией 60/70. При исключительных обстоятельствах, могут допускаться битумы с пенетрацией 40/50, 80/100. б) Пористый асфальтобетон на основе чистого битума с добавкой волокон Эта смесь для слоев износа характеризуется содержанием битума 6% и более из-за добавления волокон, что позволяет увеличить ее вязкость. В случае, к огда целью является увеличение толщины пленки вяжущего для увеличения долговечности и снижения разрушений, вызываемых водой и риск образован ия колеи. Кривая гранулометрического состава каменного заполнителя находится м ежду фракциями 0-14 и 0-10 с низким содержанием песка для обеспечения образова ния большого содержания воздушных пустот. в) Пористый асфальтобетон на основе полимер-модифицированного битума Вяжущее производится в заводских условиях и подразделяется на два осно вных типа в зависимости от типа добавок: · на основе термопласт ика SBS (styrene-butadene-sturene) эластомера · на основе EVA (ethylene-vinyl acetate) соп олимера Цель этих добаво к - увеличение долговечности пористого асфальтобетона. По сравнению с обычными битумами, битумы SBS и EVA имеют меньшую чувствительн ость к низким температурам, большую когезию и ряд других свойств. Содерж ание полимер-модифицированных битумов немного выше, чем обычных, от 4.5 до 5.6 %. г) Пористый асфальтобетон на основе битума с добавкой порошка резины. Вяжущее готовится в передвижной установке путем смешения порошка рези ны с битумом. Повышенная вязкость вяжущего позволяет увеличить его соде ржание до 6.5 %, в результате чего, тонкая пленка обволакивает большую площа дь поверхности каменного заполнителя, улучшая долговечность и предотв ращая расслоение смеси. Используется каменный материал фракции 0- 10 мм с пониженным содержанием песк а для получения необходимого количества воздушных пустот. 6.1.4.3 Поведение пористого асфальта при эксплуатации Впервые пористые асфальтобетоны были предложены в 60-х года х, но только в 1977 был уложен первый оп ытный участок дороги. Начал широко применяться с 1985 года. Только во Франции до конца 1990 года было уложено более чем 10 млн. м2 пористого асфальтобетона (около 200 км). На практике, пористость снижается из-за грязи. Загрязнению менее подвержены покрытия, по которым движется с высокой ск оростью тяжелый транспорт, где очищающий эффект дает "явление присоски", возникающее на мокром покрытии под покрышками тяжелых автомобилей. Практика показывает, что на автодороге с интенсивностью движения 6000 авт/с ут и преобладающим тяжелым движением через 7 лет механическое поведение (сопротивляемость образованию колейности и расслоение) слоя износа все еще удовлетворительное. На участках с интенсивным тяжелым движением и самоочищающим эффектом з а счет высасывания воды и грязи из пор покрытия под действием покрышек, с нижение пористости наблюдается 1 20% до 16% в первые 28 месяцев эксплуатации по крытия. В последующий период содержание пустот стабилизируется на уровне 15%. Соответственную эволюцию претерпевает и звукопоглощение покрытием. В любом случае, звукопоглощающие свойства пористого асфальтобетона яв ляются выше по сравнению с обычным за счет наличия внутри смеси "непроиз водительных" воздушных пустот, куда не может попасть грязь, и которые про должают выполнять свою функцию. 6.1.5 Содержание пористого асфальтобетона Практика показывает, чем менее интенсивно движение, чем он о легче, чем ниже скорости движения, тем быстрее засоряется пористый асф альтобетон. Существуют два типа содержания пористого асфальтобетона: · промывка пористого а сфальта водой под давлением чтобы сохранить высокую всасывающую способность асфальта. Требуется специ альная техники и расчетные интервалы для проведения промывки. · проведение регенерац ии слоя износа для восстановления первоначальных свойств. Метод регенерац ии может применяться к концу эксплуатационного периода пористого асфа льтобетона 6.1.5.1 Зимнее содержание покрытия из пористого асфальт обетона Из-за присутствия воздушных пустот слой пористого асфаль та имеет более низкую теплопроводность, чем слой из классического асфал ьтобетона. В результате поведение поверхности покрытия имеет отличия п ри погодных условиях с резкой сменой температур. Мороз и образование льд а не особенно увеличивается, но лед появляется раньше и остается дольше, чем на поверхности слоя из классического асфальтобетона. Разница в темп ературе покрытия по сравнению с обычными асфальтобетонами составляет +/- 2 О С. На сухом покрытии при температуре около 0 замерзание, в первую очередь, на блюдается по следу колес транспортного движения. На мокром покрытии, лед формируется в виде более тонких пленок, чем на обы чных покрытиях. Снег проникает в поры и уплотняется колесами транспорта. Покрытие будет дольше оставаться белым, но это не обязательно означает снижение сопрот ивляемости заносу, поскольку контакт осуществляется между покрышкой и выступающим каменным заполнителем. Поэтому график зимнего содержания и использования химических противог ололедных продуктов требует учета специфики поведения пористых асфаль тобетонов зимой. В этом случае следует помнить, что преимущества пористых асфальтобетон ов при дождливой погоде и шумопоглощающие свойства перевешивают незна чительные изменения в привычках зимнего содержания дорог. Статистика: 2% ДТП со смертельным исходом случаются из-за гололеда и 20% из-за мокрого покрытия. 7. ОБЗОР IV. Вклад нефтяной промыш ленности в снижение транспортного шума Вклад нефтяной промышленности в снижение транспортного шума заключает ся в разработке подходящего состава вяжущего для пористого асфальтобе тона. Производители битумов, в последние годы, сфокусировали свои исследован ия на изучении взаимодействия между частицами каменного заполнителя и вяжущим с целью получения подходящего материала, удовлетворяющего пов ышенным требованиям. 7.1 Основные проблемы Главными областями исследований являются следующие: · как предотвратить уп лотнение асфальтобетона под воздействием движения тяжелых транспортн ых средств · как уменьшить засоре ние пор, связанное с износом дорожного покрытия · как предотвратить от слаивание вяжущего от поверхности каменного заполнителя при транспорт ировке смеси от места приготовления смеси до строительной площадки · как предотвратить от слаивание вяжущего от поверхности каменного заполнителя при эксплуата ции покрытия. Проверка каждог о из этих факторов обусловливает основные свойства вяжущего и его оптим ального содержания в смеси. 7.1.1 Уплотнение Для пористых асфальтобетонов, проектный состав имеет кри тическое значение для обеспечения высоких эксплуатационных качеств. О днако, даже при хороших проектных характеристиках, уплотнение под возде йствием нагрузок от движения тяжелых транспортных средств неизбежно и приводит к увеличению деформации вяжущего. Если нагрузку убрать, деформированный участок восстанавливается как с ледствие эластичности вяжущего. Для обычных вяжущих (чистый битум с недо статочной эластичностью), чем выше интенсивность движения тяжелых тран спортных средств, тем быстрее происходит уплотнение слоя износа. Эластичность битума снижается с повышением температуры (практически д ля всех битумов), поэтому, уплотнение увеличивается с повышением темпера туры. Использование высокоэластичного вяжущего уменьшает чувствительност ь пористого асфальтобетона к уплотняющему воздействию транспортного д вижения, увеличивая долговечность покрытия. Способность к уплотнению пористого асфальтобетона снижают добавкой по лимер-модифицированных битумов, увеличивающих жесткость вяжущего и те м самым снижающих его текучесть при высоких температурах. 7.1.2 Загрязнение пор Наиболее общей проблемой пористого асфальтобетона являе тся очень быстрое загрязнение пор транспортным мусором, таким как: · резина от покрышек, · листья, пыль, почва, · выкрашивающиеся част ицы каменного заполнителя и другие продукты износа дорожного покрытия. По мнению некото рых дорожных властей, наиболее эффективным решением является проектир ование смеси с очень высокой пористостью, обеспеченной еще большим коли чеством пустот, чем 20%. Смесь такого состава менее подвержена проникновен ию транспортного мусора. Однако, чем больше пористость смеси, тем больше требований предъявляетс я к вяжущему в отношении поверхностного обволакивания каменного запол нителя и сопротивления уплотнению. Большее количество воздуха в смеси т акже способствует старению вяжущего. Необходимо, чтобы скорость старен ия вяжущего была сведена до минимума. На дорогах с высокой интенсивностью движения тяжелого транспорта, возд ействие покрышек вызывает эффект самоочищения слоя износа от транспор тного мусора, тем самым сохраняя дренирующую способность асфальтобето на. Пористая асфальтобетонная смесь подходящего состава, уложенная на гла вных дорогах или автомагистралях, будет сохранять дренирующую способн ость, по крайней мере, 7-8 лет до критического уплотнения и загрязнения пус тот. Следует также заметить, что на обеспечение шумопоглощающего эффект а потеря водоотводящих свойств из-за загрязнения пустот не оказывает ос обого влияния. Пример Некоторые покрытия во Франции из пористого асфальтобетона имеют порис тость 10-12 % (имея неудовлетворительную дренирующую способность), но при это м обеспечивают удовлетворительное снижение шума от контакта покрытие/ покрышка. 7.1.3 Старение Старение пористого асфальтобетона связано с окислением в яжущего. Поскольку пористый асфальтобетон имеет высокое содержание пу стот, большая поверхность подвержена воздействию воздуха. Следствием э того является быстрое старение вяжущего. Когезия стареющего битума уме ньшается, что приводит к потере сцепления вяжущего и зерен каменного зап олнителя. Существует два потенциальных решения этой проблемы: 1. использовать вяжущее , мало подверженное окислению 2. обеспечить большую то лщину битумной пленки вокруг каменного заполнителя для уменьшения пло щади контакта с воздухом. Однако, увеличение толщины пленки влечет за со бой другие проблемы: · чрезмерное дренирова ние (стекание) вяжущего от каменного заполнителя во время транспортиров ки асфальтобетона до места укладки (когда смесь теряет однородность) · более быстрое уплотн ение под действием транспорта, поскольку толстая пленка является более текучей в вязком состоянии. Особенно это касается вяжущих, в которых отс утствуют эластомерные добавки. Таким образом, дл я избежания этих проблем, большое значение имеет правильный подбор вяжу щего. 7.1.4 Дренирование вяжущего Дренирование вяжущего - наиболее распространенная пробле ма пористого асфальтобетона. Во время транспортировки, если количество вяжущего в смеси превышает норму (в зависимости от вязкости вяжущего), не которое его количество будет дренироваться (стекать) от каменного запол нителя, сверху вниз, на дно грузовика (этот процесс носит название "сегрег ация" (разделение)). Вследствие этого, когда уложенная на месте смесь остынет, окажется, что с одержание вяжущего в некоторых областях объема смеси очень низкое. В результате - быстрое старение вяжущего в этих областях и, недостаточна я когезия из-за уменьшения толщины слоя обволакивания каменного заполн ителя. Некоторые лаборатории (например, лаборатория TRRL в Великобритании) разраб отали тесты по дренированию вяжущего с целью оптимизации содержания вя жущего в смеси. Очень эффективной мерой по снижению дренирования вяжуще го является повышение его вязкости при температуре транспортировки за счет использования модифицирующих добавок, таких как: эластомеры, полим еры или растительные волокна. Чистым эффектом от увеличения вязкости би тума при высоких температурах будет: · уменьшение дренирова ния вяжущего от каменного заполнителя · обеспечение требуемо й толщины битумной пленки и высокой когезии с каменным заполнителем Оба эти результа та приводят к увеличению продолжительности срока службы пористого асф альтобетона. 7.1.5 Расслоение Вследствие увеличения площади контакта обработанного вя жущим каменного заполнителя с водой (в пористом асфальтобетоне), происхо дит отслоение вяжущего от поверхности каменного заполнителя. Эта пробл ема особенно характерна для районов с повышенной влажностью. Очень важн о обеспечивать долговременную адгезию вяжущего с каменным заполнителе м. В этой связи эффективным решением является применение специальных до бавок, увеличивающих адгезию и, тем самым, повышающих эксплуатационный с рок службы. Для увеличения адгезии чаще всего используют гашеную извест ь (минеральный порошок). 7.2 Эксплуатационные свойства пористого асфальтобетона Большое внимание уделяется таким специфическим свойствам вяжущего для пористого асфальтобетона как реология, старение и адгезия. Многие решения по вышеуказанным проблемам предложены нефтяной промышл енностью и включают в себя: использование битумов обычного состава, поли мер-модифицированных битумов и битумов, содержащих органические и мине ральные добавки. Но ни одно из предложенных решений не является универса льным. Это может быть связано с комплексностью проблемы, включающей в се бя два главных фактора: · Во-первых, широкая обл асть применения таких покрытий (от городских дорог с преобладающей инте нсивностью движения легкого транспорта до европейских автомагистрале й с движением тяжелых контейнеровозов) · Во-вторых, широкий спе ктр климатических условий Европы 7.2.1 Основные важные характеристики вяжущего для пори стого асфальтобетона Для обеспечения удовлетворительного срока службы порист ого асфальтобетона, вяжущее должно полностью удовлетворять определенн ым критериям. 7.2.1.1 Реология Очевидно, что реология вяжущего представляет собой перво степенную важность. Требуется вяжущее, которое не будет дренироваться о т каменного заполнителя при транспортировке, обеспечит удобоукладывае мость смеси и эксплуатационные свойства в широком диапазоне температур окружающей среды. Очевидно, что эти реологические требования более актуальны в странах и р егионах, где диапазон температур очень широк. В этом случае вяжущее должно обладать: · высокой сопротивляем остью уплотнению при высоких температурах летом · низкой хрупкостью пр и низких температурах зимой. В районах, где диа пазон колебания температур широк, хорошо зарекомендовали себя вяжущие на основе модифицированных битумов, обладающих хорошими пластичными с войствами и пониженной восприимчивостью к перепадам температур. Реологические свойства обычных битумов определяются следующими измер ениями: 1. Пенетрация при 25 О С 2. Точка размягчения, оп ределяемая по методу “кольцо и шар” 3. Вязкость при различны х температурах Хотя эти тесты до вольно точно позволяют определить реологические свойства обычных биту мов, они не могут с абсолютной точностью определить свойства пластичных битумов (с эластомерными добавками). Реологические характеристики этих вяжущих при температуре окружающей среды не могут быть описаны с помощью традиционных тестов по определени ю пенетрации и точки размягчения. 7.2.1.2 Адгезия Вяжущее в пористом асфальтобетоне должно обеспечивать хо рошую адгезию с каменным заполнителем в течение всего срока службы покр ытия, для сохранения его эксплуатационных качеств при любых условиях (вл ажности, перепадах температур). Для обеспечения лучшей адгезии необходимо использовать специальные до бавки для улучшения влагостойкости, поверхностно-активные вещества (ПА В), полимер-модифицированные добавки. Существует много тестов для измерения адгезии вяжущего по отношению к к аменному заполнителю. При воспроизведении результатов тестов важным ф актором является характеристика поверхности каменного заполнителя. По этому при проведении испытаний необходимо подобрать “стандартный” кам енный материал. Выбор “стандартного” каменного материала затруднен из- за большого разнообразия образцов с различными поверхностными характе ристиками, даже из одного карьера. В качестве решения предложено провест и серию тестов с использованием стандартного вяжущего но разных образц ов каменного заполнителя, с последующей корреляцией результатов. 7.2.1.3 Старение Быстрое старение вяжущего является специфической для пор истого асфальтобетона проблемой. Для решения этой проблемы предлагает ся использовать анти-окислители. По мнению некоторых специалистов, испо льзование утилизированных автомобильных покрышек в качестве добавок к вяжущему обеспечиваем замедление процесса старения, поскольку резина сама по себе является анти-окислит елем. Кроме того, срок службы покрытия можно увеличить за счет увеличени я толщины битумной пленки, обволакивающей каменный заполнитель. В США существует иное мнение по поводу использования резиновой крошки о т отработанных покрышек, сформировавшееся по данным наблюдений за учас тками дорог с добавкой резины. Наличие резины в составе смеси не позволяет повторно использовать (реге нерировать) уложенную асфальтобетонную смесь и поэтому приводит к допо лнительным издержкам в процессе содержания дорог. Степень старения битума обычно оценивается по изменениям их свойств пр оведением специальных тестов: RTFOT , TFOT , DIN . Все эти методы позволяют определить изменения в свойствах битума для сл учаев, когда битум добавляется к очень горячему каменному заполнителю в асфальтобетонной установке, но не для случая, когда он пролежит уже неск олько лет в покрытии. Учитывая, что в пористом асфальтобетона очень большая часть поверхност и открыта для проникновения воздуха, очень важное значение имеет феноме н старения в процессе эксплуатации. К сожалению, для изучения этого проц есса пока еще не существует подходящих тестов. 7.2.2 Спецификации В настоящее время не существует универсального соглашения на специфик ации вяжущего для пористого асфальтобетона. В большинстве стран, где исп ользуется пористый асфальтобетон, применяются традиционные тесты по и спытанию битумов, которые, к сожалению, не позволяют адекватно определит ь важные эксплуатационные критерии, необходимые для выбора вяжущего дл я пористого асфальтобетона. Однако установлено, что любые спецификации для вяжущего в пористом асфальтобетоне должны включать в себя тесты на и змерение реологических свойств, адгезии и старения, а также тест по сохр анению стабильности. Для вяжущих, пластичные свойства которых имеют бол ьшое значение для характеристики способности к уплотнению, обязательн ым должен быть тест на определение пластичности (испытание проводиться на дуктилометре). В настоящее время, вопрос спецификации для битумных вяжущих, включая вяж ущие, используемые в пористом асфальтобетоне, решается Комитетом TC19 SCI. Ожи дается, что будут даны конкретные рекомендации для Европейских специфи каций битумов, и некоторые из них окажутся подходящими для использовани я с пористыми асфальтобетонами.