Зниження шуму від дорожньо-транспортного руху

Зниження шуму від дорожньо-транспортного руху

ВСТУП

1. Вимірювання рівня шуму та існуючі правила

1.1 Шум, вироблений транспортним засобом

1.2 Взаємодія покришка / дорога

1.3 Дорожнє покриття і шари зносу

2. ВИВЧЕННЯ ПРОБЛЕМИ

3. ПЕРЕГЛЯД I: ТРАНСПОРТНІ ЗАСОБИ

3.1 Навколишнє середовище

3.2 Можливості подальшого зниження шуму

3.3 Заходи, спрямовані на зменшення дискомфорту, що викликається шумом:

3.4 Стандартизація випробувань на треку

4. ПЕРЕГЛЯД II: ВИРОБНИЦТВО ПОКРИШОК

4.1 Шум кочення в загальному контексті дискомфорту від транспортного шуму

4.2 Оптимальне проектування покришки: випадок шуму і зчеплення шин з мокрим покриттям дороги

4.3 Визначення та оцінка шуму кочення при взаємодії покришки і покриття дороги

4.4 Базовий дослідницький підхід до зниження шуму кочення

4.5 Механізм генерації шуму кочення

4.5.1 Механізми генерації

4.5.2 Механізми поширення

5. ПЕРЕГЛЯД III. ДОРОЖНЄ ПОКРИТТЯ І МЕХАНІЗМИ ПОШИРЕННЯ ШУМУ

5.1 Основні принципи

5.2 Експериментальне вивчення акустичних властивостей дорожнього покриття

5.2.1 Умови експерименту

5.2.2 Принцип експерименту

5.2.3 Математична модель

5.3 Результати та наслідки зниження шуму контакту покришка / дорога

6. ВЗАЄМОДІЯ: ПОКРИТТЯ - покришки - АВТОМОБІЛЬ

6.1 Шари зносу

6.1.1 Роль шару зносу

6.1.2 Типи шару зносу

6.1.3 Покриття дороги і генерація шуму кочення

6.1.4 Пористий асфальтобетон

6.1.5 Зміст пористого асфальтобетону

7. ПЕРЕГЛЯД IV. ВКЛАД НАФТОВОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ У ЗНИЖЕННЯ ТРАНСПОРТНОГО ШУМУ

7.1 Основні проблеми

7.1.1 Ущільнення

7.1.2 Забруднення пір

7.1.3 Старіння

7.1.4 Дренування в'яжучого

7.1.5 Розшарування

7.2 Експлуатаційні властивості пористого асфальтобетону

7.2.1 Основні важливі характеристики в'яжучого для пористого асфальтобетону

7.2.2 Специфікації

Введення

Турбота сучасного суспільства про поліпшення якості життя передбачає поліпшення навколишнього середовища та шум, що викликається транспортом - один з напрямків роботи.

Шум від дорожнього руху є сумарним результатом:

• шуму працюючого двигуна транспортного засобу,

• шуму від контакту покришок і поверхні дорожнього покриття.

Отже, питання про можливості зниження шуму має розглядатися в рамках роботи експертів, що представляють:

• виробників транспортних засобів,

• виробників покришок,

• дорожніх будівельників,

• нафтову промисловість (виробників дорожніх бітумів і пального).

Спільна робота експертів різних галузей за рішенням проблем зниження шуму ставить за мету:

• Розширення співпраці виробників покришок і транспортних засобів для забезпечення більш комплексного підходу в роботі по зниженню транспортного шуму

• Гармонізація різних методів вимірювань шуму в Європейському масштабі.

Визначення:

Комплексний підхід - використання методів, що дозволяють розглядати предмети і явища у взаємному зв'язку і в поєднаннях для отримання більш точного і вірного уявлення про проблему.

Завдання нового комплексного підходу - підготовка технічних норм і єдиних законодавчих актів з:

• сучасним методам визначення шуму, що викликається взаємодією дорожнього покриття і покришки, а також, транспортним засобом.

• правилами, адресованим відповідним учасникам

• рекомендацій щодо використання відповідних типів покриття, таких як пористі асфальтобетони, які могли б зробити внесок у зниження шуму від руху транспортних засобів.

1. Вимірювання рівня шуму та існуючі правила

Взаємодія покришки і дороги виробляє шум, який сприймається в різному ступені всередині і зовні автомобіля.

З точки зору навколишнього середовища інтерес викликає шум зовні автомобіля, який може визначатися:

1. виміром загального показника шуму

2. виміром шуму від руху окремого автомобіля.

Загальний показник шуму - постійний шумовий рівень для певного періоду часу, який дорівнює результату від реального процесу виділення шуму.

Існує кілька основних методів вимірювання шуму при русі автомобіля, але жоден з цих методів поки ще не стандартизовано.

Виробники автомобілів вимірюють загальні рівні шуму при прискоренні руху автомобіля шляхом різних тестів.

Вимірювання шуму двигуна необхідні для затвердження типу автомобіля, оскільки цього вимагає європейський стандарт для допуску продукції автомобілебудування на європейський ринок і жорстока конкуренція в галузі.

Виробники покришок вимірюють рівень шуму від контакту покришки і поверхні дороги для своїх цілей, перевіряючи загальні експлуатаційні характеристики покришки при різних умовах.

Дорожні будівельники визначають акустичні властивості поверхонь дорожніх покриттів, але своїми методами, що не дають порівнянних результатів, які можна було б пов'язати з шумом, виробленим рухомим транспортним засобом (з урахуванням типу покришки і роботи двигунів).

Таким чином, в рамках цих трьох груп, результати, що виражаються у фізичних одиницях - децибелах (дБ), не можуть бути використані в одній загальній математичної моделі, яка могла б стати основою прийняття рішень.

1. Шум, вироблений транспортним засобом

До цих пір для оцінки шуму, виробленого таким джерелом як транспортний засіб, використовувався занадто узагальнений підхід.

Фактично цей загальний шум можна розкласти між двома основними джерелами:

1. тягової енергією транспортного засобу (двигун, карданний вал, зубчасті передачі),

2. контактом покришки і покриття.

В останніх моделей важких транспортних засобів домінуючою частиною загального шуму є шум від контакту покришки і покриття. З 60-х років виробники двигунів вантажівок домоглися зниження в 15 разів шуму тягової енергії шляхом введення проектних удосконалень.

Однак, якщо загальний шум автотранспортного засобу визначається стандартизованими методами, то стандарт, який підходив би для вимірювання шуму контакту покришки і покриття дороги як частини загального шуму, ще не існує.

2. Взаємодія покришка / дорога

Контакт рухається покришки і покриття виробляє цілий спектр звукових хвиль, більш-менш помітних, що походять з-за ефекту кочення колеса. Знання механізму виникнення і розповсюдження цих звукових хвиль дозволяє знизити ступінь їх впливу на оточення.

Розроблено спеціальні методи вимірювання шуму для поєднання: покришка-автомобіль-покриття.

Були ідентифіковані складові джерела шуму і вивчено вплив кожного з них на різних параметри, які беруть участь у генеруванні та поширення шуму.

Зниження рівня шуму кочення полягає в контролі процесів його генерування, розповсюдження та поглинання, які залежать:

• від транспортного засобу (ваги, кількості коліс, вібрації, форми кузова),

• від покришки (тиск / поширення повітря під поверхнею протектора, його малюнок, контактна площа і зчеплення поверхні покришки з поверхнею дороги),

• від умови кочення (швидкість, обертаючий момент, температура навколишнього повітря),

• від дороги (поверхневі характеристики покриття, конструкція дорожнього одягу, поперечний профіль).

При вивченні різних рівнів шуму від контакту покришка / покриття виявлено, що шум кочення:

• значно зростає при збільшенні швидкості (3 дБ + 0.2/0.5 дБ для кожних 15 км / год),

• при русі з постійною швидкістю близько 60 км / год шум кочення переважає над шумом двигуна,

• при вимірюванні на кордоні покриття варіюється від 3 дБ в залежності від того, чи використовуються гладкі покришки або середні (європейських типів) протекторні покришки,

• при вимірюванні на поверхні покришки, шум варіюється з 6 дБ залежно від проектних характеристик дороги (вимірювання проводилися на типових Європейських головних дорогах).

Для обмеження шуму потрібно вивчити комплексну модель контакту покришка / покриття, беручи до уваги характеристики покриття і покришки.

3. Дорожнє покриття і шари зносу

Мета покриття - забезпечення руху транспортних засобів з максимальною безпекою, а саме покриття повинне:

• витримувати переміщаються навантаження,

• забезпечувати користувачам безпеку і комфорт при будь-якої погоди, як у денний, так і в нічний час.

Ця остання подвійна функція досягається в основному за допомогою шару зносу, оскільки:

1. Безпека користувача визначається ступенем протистояння занесення і шорсткістю поверхні покриття, особливо важливою в дощову погоду.

2. Комфорт водія визначається рівністю покриття і шумом кочення, який також створює незручності мешканцям будинків, що знаходяться поблизу дороги.

Пористий асфальтобетон представляє один з найбільш сучасних і економічних матеріалів для покриттів. Це єдиний тип шару зносу, який дає хороший результат щодо зниження шуму, одночасно покращуючи дорожню безпеку.

2. Вивчення проблеми

Робоча група Міжнародної Дорожньої Федерації провела дослідження і збір фактів з підготовкою огляду під назвою: "Взаємодія дороги, покришок і транспортних засобів" по чотирьом областям, які мають відношення до шумового забруднення навколишнього середовища:

• Автотранспортні засоби

• Покришки

• Автомобільні дороги

• Нафтова промисловість

Сьогодні проектування транспортних засобів та їх виробництво досягли того стану, де подальший прогрес досяжний тільки при систематизованому підході і координованих діях у таких областях як:

• методологія

• сумісність результатів вимірювань шумових рівнів

• політична оцінка

Для цього фахівці з транспортним засобам, покришкам і дорожньому проектування та будівництва повинні прийти до якоїсь загальної системі, яка стане політичним інструментом з метою вдосконалення навколишнього середовища шляхом зниження шумових емісій.

Визначення:

Емісія - виділення, випромінювання, викиди відходів, побічних результатів або забруднюючих речовин у довкілля.

3. ПЕРЕГЛЯД I: Транспортні засоби

1. Навколишнє середовище

Перша Директива в рамках Спільного Європейського ринку по Системі затвердження типу транспортного засобу була прийнята у вересні 1970 року.

Метою її прийняття стало зниження шуму і стимулювання технічного прогресу таким чином, щоб вантажні транспортні засоби та автобуси знизили рівень шумової емісії на 10 дБ.

Таблиця 1. Динаміка введення лімітів на шуми від роботи двигунів транспортних засобів

2. Можливості подальшого зниження шуму

Комісією Європейського Співтовариства сформована спеціальна робоча група з метою розгляду питання з точки зору технічного прогресу. Із звіту, підготовленого Робочою групою слід наступне:

1. Група розглянула категорії дорожніх транспортних засобів, одну за одною, а також методи оцінки рівнів дискомфорту, який шум міського транспортного руху доставляє жителям.

2. Група прийшла до висновку, що застосування Директиви від 1984 року сприяло тому, що використані всі можливі, на сьогоднішній день, технічні удосконалення для зниження шумової емісії всіма джерелами, що виникають у процесі дорожнього транспортного руху, за винятком одного - взаємодії покришки і поверхні дорожнього покриття.

Було виявлено таке стартове положення для початку вирішення проблеми:

• Випробування і методи оцінки рівнів шуму не встановлені жодними правилами (тобто важко оцінити об'єктивно і порівняти рівні шуму).

• У ряді випадків, зниження рівнів загального обсягу шуму неможливо досягти шляхом технічних рішень (наприклад, якщо збільшення шумовий емісії відбувається в результаті різкого гальмування).

• Відмінності між методами оцінки рівнів шуму та умовами випробувань і реальними умовами транспортного руху не гарантують ефекту від вжиття заходів щодо зниження дискомфорту від шуму (заходи, розроблені в умовах випробувального треку, можуть не дати належного ефекту в реальній обстановці).

• У тих, хто несе відповідальність за стан навколишнього середовища, відсутні відповідні технологічні та економічні інструменти, що сприяють контролю та вжиття заходів для зниження шуму (наприклад, встановлені законодавством рівні обмежень для шуму від контакту покришка / покриття, достовірні виміри рівнів для накладення штрафу за їх перевищення ).

Група рекомендувала дії в два етапи для подальшого зниження дискомфорту, що викликається шумом міського транспортного руху.

Перший етап - виділити категорії транспортних засобів, де можна не враховувати шум від контакту покришка / покриття.

Другий етап - проводити подальше дослідження для розробки відтворюваних методів визначення результатів взаємодії характеристик покришки і дороги, що мають відношення до появи шуму, для підготовки правил і вимог для транспортних засобів, покришок і доріг.

Визначення

Відтворений метод - спосіб вирішення конкретних завдань в якійсь області (встановлення рівнів шумовий емісії від контакту покришка / покриття) шляхом певної послідовності практичних операцій.

Чітке визначення ступенів впливу покришки і дороги дозволило б розподілити зобов'язання і відповідальність між відповідними галузями (виробники покришок і дорожні організації).

Існуюча система затвердження типу транспортного засобу за шумовим характеристикам зараз грунтується на загальному рівні шуму транспортного засобу. За нього і несе відповідальність виробник транспортних засобів.

Проте виробник не повинен нести відповідальність за ту частину шумовий емісії, що від нього не залежить. Ще в недалекому минулому ця логічна зв'язок не мала під собою технічного обгрунтування.

Роздратування громадськості, викликаного шумом міського транспортного руху, пов'язане із загальним шумом. Загальний шум складається з шумових емісій, вироблених окремими генераторами шумів. Тому для успіху вирішення проблеми в цілому, повинні бути розроблені умови випробувань і методи вимірювань для визначення як загального шуму, так і вимірювання окремих його складових.

Визначення:

Генератор шуму - пристрій, апарат, машина, що виробляють звукові сигнали (хвильові коливання, імпульси).

У разі сучасних, з акустичної точки зору транспортних засобів, шум контакту покришка / покриття поступово виходить на передній план.

3. Заходи, спрямовані на зменшення дискомфорту, що викликається шумом:

а. технології

• автотранспортних засобів

• трейлерів

• покришок

• поверхні дорожнього покриття

• дорожнього проектування (шумові бар'єри, тунелі, мости, виїмки ...)

б. управління транспортним рухом

• зниження швидкостей

• встановлення знаків, сигналів, закриття проїздів

• контроль транспортного руху

• тимчасове запровадження одностороннього руху

• заходи сприяння, стимулюючі використання певних видів транспортних засобів (наприклад, громадського транспорту, велосипеда)

в. політичні питання

• здійснення глобального і комплексного підходу до проблеми через інтернаціональні органи (Комісія Європейського Союзу, різні директорати DG, робочі групи з представників різних галузей)

• інформативне співробітництво в рамках міжнародних органів (Міжнародна Дорожня Федерація)

• рішення на національному, регіональному, муніципальному рівні

4. Стандартизація випробувань на треку

Рівнозначна і достовірна трактування результатів випробувань може бути досягнута тільки в тому випадку, якщо всі випробування автомобілів проведені на одному і тому ж або на еквівалентних випробувальних треках. Тому випробувальні треки повинні бути стандартизовані.

Усунення дискомфорту, що викликається транспортним шумом, не може бути досягнуто беручи до уваги тільки транспортні засоби.

4. ПЕРЕГЛЯД II: Виробництво покришок

1. Шум кочення в загальному контексті дискомфорту від транспортного шуму

Протягом останніх 10 років в європейських країнах відзначається підвищення інтересу до навколишнього середовища. І як частина цієї загальної тенденції, робляться зусилля по зниженню шуму від транспортного руху, особливо в зонах житлової забудови.

Індустрія автомобільних покришок також залучена до процесу зниження рівня транспортного шуму, оскільки шум кочення, що виникає при взаємодії покришки і покриття дороги, особливо при постійній швидкості понад 60 км / год, не може ігноруватися.

Перші кроки щодо зниження рівня шуму викликаються взаємодією покришки і дороги були найлегшими. У результаті, дизайн покришок досяг такого рівня, що зараз потрібні титанічні зусилля, щоб домогтися зниження шуму кочення до 1 дБ.

Чому?

Тому що шум - лише одна з характеристик, що беруться до уваги при дизайні якісної покришки і зниження шуму не повинно позначатися на інших експлуатаційних характеристиках покришок (наприклад, довговічність, зчеплення з дорогою).

2. Оптимальне проектування покришки: випадок шуму і зчеплення шин з мокрим покриттям дороги

З одного боку, покришка повинна забезпечувати безпечну експлуатацію транспортного засобу, для якого ця покришка була запроектована.

З іншого боку, користувачі очікують від цієї продукції екологічності, комфорту і тривалого терміну служби при невеликих витратах.

Для виправдання очікування споживача проводяться випробування.

Приклад 1: Випробування покришок вантажівки

Завдання випробування: Визначення гальмівного шляху на мокрому покритті при зниженні швидкості від 90 км / год до повної зупинки.

Матеріали експерименту: Тр. засіб 19 тонн

Покришка 295/80 R 22.5

Покриття треку ц / бетон +1.5 мм води

Використовувані

розрахункові методи: Визначення на кожному заїзді

коефіцієнта зчеплення як функції швидкості

Розрахунки гальмівного шляху на математичних моделях

Результати: покришка з поздовжнім ребром - 240 м

гладка покришка - 1200 м

тягова покришка з підвищеним

зчепленням - 200 м

Проектування більш "тихою" покришки являє собою оптимізаційне рішення проблеми з багатьма обмеженнями.

Приклад 2: Покришка вантажівки

Відсоток ймовірності зрушення з місця вантажівки в умовах снігопаду на перевалі Бреннер (Австрія)

покришка з поздовжнім ребром - 30 - 50%

гладка покришка - 0%

тягова покришка з підвищеним

зчепленням - 95%

3. Визначення та оцінка шуму кочення при взаємодії покришки і покриття дороги

Шум кочення можна підрозділити на дві складових шуму - внутрішній і зовнішній шум.

Внутрішній шум створює дискомфорт для водія і пасажирів всередині транспортного засобу. Існує взаємодія між транспортним засобом і покришкою, тому потрібно зрозуміти як повітряну, так і структурну передачу звукових хвиль через кузов транспортного засобу.

У контексті навколишнього середовища ми розглядаємо проблеми зовнішнього шуму як частини загального дискомфорту, що викликається шумом транспортного руху.

Оцінка зовнішнього шуму в даний час грунтується на вимірах на узбіччі дороги загального рівня шуму в дБ (стандарт ISO 362 European regulation).

При проведенні досліджень щодо зниження шуму кочення використовуються вимірювання на узбіччі для визначення поліпшень в загальному.

Використовується мікрофон, що встановлюється в 7.5 м від осі дороги на висоті 1.2 м.

Шум кочення повинен визначатися таким чином: транспортний засіб скочується під ухил на заданій швидкості з вимкненим двигуном і зчепленням.

Швидкість кочення задається точною установкою умов кочення (маса транспортного засобу, кут скочування).

Основні параметри, що впливають на рівень шуму за результатами випробувань:

• дорога: дорога грає роль у:

1. процесі генерації шуму (гранулометрія поверхні покриття)

2. його поширення (властивостей акустичного поглинання)

• транспортний засіб:

1. покришки (маса транспортного засобу, тиск повітря в камері, розміри). Розміри покришки значно впливають на генерацію шуму (чим більше покришка, тим вона "гучніше")

2. кількість "джерел шуму від покришки"

3. ефекти дифракції (розсіювання звукових хвиль) походять з-за форми кузова транспортного засобу

• умови кочення:

1. шум зростає із збільшенням швидкості

2. шум знижується із зростанням температури

3. шум змінюється при заданій швидкості під впливом моменту, що обертає

Приклад:

На випробувальному треку при використанні методу скочування транспортного засобу під ухил для порівняння різних типів покришок, що встановлюються на той же транспортний засіб, використовували два мікрофони, встановлених з кожного боку дороги. За чотири виміри проводилося на швидкостях: 45 км / год, 60 км / год, 80 км / год.

З 24 отриманих результатів будувалася лінійна регресія (залежність середнього значення якої-небудь величини від деякої іншої величини або декількох величин) для виведення зміни сили звукового тиску як функції швидкості. Враховувалася температурна корекція.

У таких умовах було доведено, що вимірювання рівня звуку таким методом дає похибку + / - 0.2 дБ при швидкості 60 км / год і + / - 0.5 дБ при швидкості 45 км / годину і 80км/час.

Метод скочування транспортного засобу під ухил для кількісного визначення шуму кочення

Умови:

• задана швидкість

• відключений двигун

• відключено зчеплення

• один випробувальний трек

• температурна корекція

Результат:

• лінійна регресія

4. Базовий дослідницький підхід до зниження шуму кочення

Зниження шуму кочення для виробників покришок - важке завдання.

Тому, для отримання чіткого розуміння різних фізичних явищ, що беруть участь в генерації та поширення шуму, потрібно фундаментальний дослідницький підхід.

Одночасно з довгостроковим науковим підходом, необхідно мати швидкі результати від досліджень, щоб забезпечити проведення, крок за кроком, вдосконалення дизайну покришок з комерційною метою.

Для зниження шуму кочення необхідно встановити контроль над джерелами і усвідомити комплексно навколишнє середовище, включаючи: дорогу, транспортний засіб, умови кочення.

Для цього треба вивчити акустичний механізм як генерації, так і поширення шуму від рухомого джерела в бік від дороги і потім використовувати отримані результати для визначення шумових критеріїв.

Процес має три фази:

фаза 1 - З'ясування:

Проблема аналізується експериментально і теоретично для того, щоб зрозуміти генерацію і поширення.

фаза 2 - Прогноз:

Після того, як проблема зрозуміла, треба зуміти змоделювати ситуацію для того, щоб прогнозувати дискомфорт в заданій ситуації, тобто від глобального рівня шуму вздовж дороги підійти до визначної комбінації шумів "покришка + дорога + транспортний засіб" за певних умов кочення.

фаза 3 - Поправка:

Після того, як дискомфорт стає прогнозованим, отримані знання можуть бути використані для досягнення мети - поліпшити концепцію покришки для отримання оптимального варіанту бажаних експлуатаційних характеристик.

5. Механізм генерації шуму кочення

Принциповий фактор генерації шуму - малюнок протектора покришки.

Шумові механізми:

Ефект рупора

Резонанс органної труби

Генерація шуму: Поширення шуму:

Удари і вібрації Ближнє

Нагнітання повітря Дальнє

1. Механізми генерації:

Розміщення джерел виділення шуму

Розміщення потенційних джерел шуму на покришці можна визначити, використовуючи акустичну фонограму. Для цих цілей використовується плоска антена з подвійним мікрофоном для вивчення кочення покришки з постійною швидкістю по барабану в резонаторної камері.

При цьому головні шумові джерела виявляються на вході і виході контактного сліду.

Явище механічної вібрації

У результаті раптового взаємодії між нерівностями дорожнього покриття і малюнка протектора генеруються ударні хвилі, що створюють вібраційне збудження в протекторі шини.

Явище раптової релаксації на виході

На виході контактного сліду раптова релаксація і вібрація блоків рисунка гумового протектора може також генерувати шум.

Визначення:

Релаксація - ослаблення, процес встановлення динамічної рівноваги, повного або часткового, у фізичній системі, що складається з великого числа частинок.

Явище нагнітання повітря

На вході і виході зони контактного сліду, повітря різко нагнітається під і викидається з-під борозен малюнка протектора покришки. Проте шум генерується також і гладкою покришкою, за рахунок нагнітання повітря у нерівності дорожнього покриття.

Більш того, повітря, здавлений в борознах протектора у контактному сліді примножує відбиті хвилі, що призводить до появи резонансу подібно резонансу, що виникає в органної трубі.

2. Механізми поширення

Ближнє поширення, ефект рупора

Акустичні хвилі, що виділяються на вході і виході зони контактного сліду поширюються так званим ефектом рупора з геометрії гучномовця, яка визначається кривизною поверхні покришки і поверхнею кочення.

Дальнє поширення

Спрямованість джерела, ефекти дифракції і характеристики акустичного поглинання дороги повинні також враховуватися при прогнозуванні видозміни акустичних хвиль при поширенні в бік від дороги.

5. ПЕРЕГЛЯД III. Дорожнє покриття і механізми поширення шуму

1. Основні принципи

З детального вивчення розповсюдження можна зробити висновок, що, знаючи властивості дороги по акустичного поглинання, можна поліпшити властивості покришки і знизити шум кочення. Контролюючи тільки джерело шуму, можна отримати неповну картину, якщо не враховувати, як генерована акустична хвиля поширюється від цього джерела.

Припускаємо, що нам відомо все про джерело шуму і ми можемо умовно замінити його аналітичним еквівалентом, щоб сконцентрувати увагу тільки на прогнозі зміни рівня шумового тиску при поширенні його в бік від дороги.

Для прогнозування необхідно характеризувати акустичний опір дороги при різних типах дорожніх покриттів.

Знання акустичного опору дозволить розробити метод прогнозування на основі швидких, простих і не руйнують дорогу вимірах.

Проведено багато досліджень за акустичними властивостями дороги.

Принцип, використаний при цих вивченнях, простий:

• отримання даних вимірювань при випробуваннях

• обробка даних у відповідності з математичною моделлю

• виведення результату по акустичному опору дороги як функції частоти.

2. Експериментальне вивчення акустичних властивостей дорожнього покриття

1. Умови експерименту

Джерело звуку і мікрофон поміщаються на однаковій висоті, 1.42 м від поверхні дорожнього покриття. Джерело звуку - точковий, що має широкий спектр частоти від 600 до 4000 Гц. Одержувач не повинен піддаватися сторонньому акустичному випромінюванню.

Виміри проводилися для трьох різних відстаней між джерелом і мікрофоном: 4м, 6м, 8м.

2. Принцип експерименту

Зафіксований результат у точці R включає як вплив прямий звукової хвилі в точці S1 у вільних умовах, так і вплив відбитої хвилі, яка може розглядатися як генерується джерелом відображення S2. Відбита хвиля видозмінюється під впливом звукопоглинальних властивостей дороги.

Використовувалася акустичне збудження у вигляді синусоїдальної коливання (коливання з монотонно частотою, що змінюється і постійною амплітудою).

Зафіксований результат являє собою співвідношення між звуковим тиском і напругою збудження звуку.

3. Математична модель:

Передбачається, що умови, які впливають на поширення поверхневих хвиль, незначні.

Y = Y 1 + v (G) Y 2

Повне значення Y (акустичний потенціал) представляє з себе суму вільного значення Y1 та відбитого значення Y2. Потенціал Y2 коригується значенням v (G) яке виражене з урахуванням акустичного опору дорожнього покриття Z (w).

Y1 = exp (jkR1) / R1

Y2 = exp (jkR2) / R2

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

Де, R1 (відповідно R2) є відстанню між одержувачем R і прямим джерелом S1 (відповідно, відбитим джерелом S2) і k - номер хвилі.

Виміряний результат підставляється в обчислення частотній області відповідно до теоретичної залежністю. Розраховуються акустичний опір дороги і коефіцієнти поглинання і відображення.

3. Результати та наслідки зниження шуму контакту покришка / дорога:

Метод застосовувався для ряду поверхонь, включаючи бетонне, трав'яне, пористий асфальт і бітум.

Отримані результати (з допустимою похибкою 10%), дозволили ранжирувати поверхні дорожнього покриття і оцінити їх вплив на поширення шуму контакту покриття / покришка.

Для чотирьох типових поверхонь ранжування по коефіцієнту поглинання звуку виглядає наступним чином:

Найбільш поглинає звук поверхнею є глиниста, а найбільш відбиває - бетонна поверхня.

Вплив покриття дороги на рівні шуму кочення при швидкості 80 км / год.

6. Взаємодія: Покриття - Покришка - Автомобіль

1. Шари зносу

1. Роль шару зносу

Функція дороги - забезпечувати проїзд транспортних засобів з максимальною безпекою, а саме:

• витримувати навантаження кочення, відповідно, ті вертикально спрямовані сили, які при цьому виникають. Ця функція забезпечується шарами дорожньої конструкції, роль яких - розподіл вертикальних навантажень на підставу.

• забезпечувати безпеку користувача і комфорт при будь-якої погоди і часу доби.

Ця функція забезпечується шаром зносу дорожнього покриття, який повинен протистояти:

1. вертикальному напрузі і зрушення від транспортного руху

2. опадам (дощ, сніг, лід)

3. впливу протиожеледних матеріалів

4. ультрафіолетовим променям.

Таким чином, якісний шар зносу повинен виконувати потрійну функцію:

1. захист нижележащих шарів дорожнього покриття, від пошкодження і особливо від проникнення води і хімічних речовин.

2. забезпечення безпеки користувача, створюючи достатній опір заносу, незалежно від типу покришок, особливо на мокрому покритті.

3. комфорт водія, запобігаючи:

• механічне напруження коліс транспортного засобу,

• вертикальне прискорення корпусу транспортного засобу, що викликає знос підвісок, покришок, підвищене споживання пального,

• підкидання водія на сидінні, що створює загрозу безпеки,

• підвищений шум від руху транспортного засобу та його поширення в бік від дороги, створюючи незручності проживають поблизу дороги.

2. Типи шару зносу

Для того щоб відповідати всім вимогам з 50-х років впроваджувалися різні технології, і сьогодні можна сказати які переваги та недоліки мають ці технології. Протягом тривалого часу шар зносу був невід'ємною частиною дорожнього покриття і виконував структурну функцію. Тому, він мав достатню щільність і товщину до 8-10 см. Поступово шар ставав все більш специфічним і поліпшувався спеціальними технологічними прийомами.

1. Поверхнева обробка

Поверхневі обробки були розроблені і широко використовувалися для другорядних доріг, використовуваних легким транспортом. Використання модифікованих бітумів дозволило розширити застосування поверхневих обробок на головні дороги та автомагістралі з важким рухом, включаючи дороги з цементобетонних покриттів.

Поверхнева обробки передбачає розлив гарячого в'яжучого або в'яжучого на основі бітумних емульсій, розподіл поверх одного або декількох шарів відсіву (дрібнозернистого щебеню, кам'яної крихти) і укочування.

Переваги, які дає поверхнева обробка:

• невисокі витрати і швидкість обробки дозволяють покращувати протяжні ділянки доріг

• забезпечується хороша водонепроникність для захисту нижележащих шарів покриття

• досягається висока ступінь опору заносу

Недоліки, які має поверхнева обробка:

• комплексність методу вимагає від підрядника знання ноу-хау

• обмеженість сезону виконання робіт

• ризик вибивання часток кам'яного відсіву колесами з недавно виконаної обробки

• обмеження потенційних можливостей відновити форму покриття (усунення колії)

• макротекстура генерує високий рівень шуму кочення і відносить поверхневу обробку до найбільш гучним типами поверхні дорожнього покриття.

Визначення:

Макротекстура - Особливості будови, зумовлені характером розташування складових частин (кам'яних зерен, в'яжучого), видимих ​​неозброєним оком.

Були випробувані різні типи поверхневих обробок, включаючи:

• Одношарову поверхневу обробку з одиночним або подвійним розподілом кам'яного матеріалу

• Подвійну поверхневу обробку (два накладених один на одного шару одношарової обробки)

• Обробку за принципом "сандвіч"

• Стовщена поверхнева обробка з кам'яним матеріалом, попередньо обробленим в'яжучим в установці.

Пристрій шару зносу з асфальтобетонної суміші - все ще найбільш поширений процес при утриманні та будівництві покриття.

Удосконалення в методах влаштування шарів зносу, зроблені за останні 20 років, створили можливість:

• зменшити товщину шарів

• використовувати модифіковані в'яжучі та добавки для підвищення економічності та відповідності зростаючим навантаженням від важкого транспорту.

Товщина - базовий параметр для класифікації шарів зносу з асфальтобетону, яка поділяється наступним чином:

• 4 см - тонкий шар зносу

• 2-3 см - дуже тонкі шари зносу

• 1.5-2 см-ультратонкий шар зносу, що з'явилися недавно як проміжна стадія між поверхневою обробкою і дуже тонким шаром зносу.

Шари зносу з асфальтобетону різняться:

• за типом в'яжучого (модифікації в'яжучого з додаванням гуми або полімер-модифіковані в'яжучі і т.д.)

• за типом добавок (волокна)

• по гранулометричному складу: їх розміри звичайно від 0-6, 0-10 або 0-14 мм.

Переваги, які дають тонкі і дуже тонкі асфальтобетонні шари зносу:

• хороша макротекстура (0.8 - 1.5 мм піщана суміш)

• стійкість до агресивного зовнішнього впливу (клімат і транспортний рух)

• задовільна водонепроникність для захисту нижележащих шарів

• здатність до поліпшення рівності

• знижений шум кочення в порівнянні з поверхневою обробкою

Якщо захист нижніх шарів забезпечити мембраною, яка діє ще й як зв'язує прошарок, то може бути передбачено використання шару зносу з пористого асфальтобетону для посилення опірності заносу на мокрому покритті і для відведення води не по поверхні покриття, а всередині пористого шару.

Зменшення розмірів виступаючих зерен кам'яного матеріалу значно знижує шум кочення, що поглинається взаємопов'язаними повітряними порожнинами всередині шару.

Можуть використовуватися й інші типи шарів зносу, серед яких:

• Шар зносу з кам'яною крихтою: втапливанием дрібнозернистого дробленого кам'яного матеріалу в розлите по поверхні в'язке забезпечує гарні характеристики опору заносу, але в той же час, посилює шум кочення.

• Бітумні емульговані гідроізоляційні мастики (суміш бітуму, заповнювача, піску і води), суміш піску та бітумної мастики, використовувані в міських зонах, де швидкості невисокі. Їх зменшена товщина і розміри зерен заповнювача дозволяють вирішувати проблеми перевищення порогових значень шуму транспортного руху.

• Холодні мікро асфальтобетонні суміші: чиста або модифікована бітумна емульсія вимагає застосування спеціального устаткування. Дуже тонкі шари цього типу шару зносу забезпечують опір заносу, водонепроникність і зниження шуму кочення.

У разі покриттів з цементобетону, збірне покриття із плит товщиною 18 - 25 см: працює одночасно як підставу і шар зносу.

Для поліпшення поверхневих характеристик цих покриттів, розроблені декілька методів, серед яких:

• обробка поверхні свіжоукладеного бетону січної щіткою або грубої джутовою тканиною

• влаштування поздовжніх чи поперечних смуг на схопився бетоні

• втапливанием кам'яної крихти в знову покладений бетон

Ці методи націлені на забезпечення макротекстури поверхні покриття достатньою для опірності заносу. Одночасно збільшується шум кочення.

Зовсім недавно дуже тонкі шари зносу з асфальтобетону та навіть пористого асфальтобетону стали застосовуватися на автомагістралях з цементобетонним покриттям як елемент робіт з утримання доріг для одночасного досягнення опірності занесення і зниження шуму кочення.

3. Покриття дороги і генерація шуму кочення

Шум руху, генерований двигунами й трансмісіями транспортного засобу, в останні кілька років був значно скорочений за рахунок технологічного прогресу. Шум кочення, тобто шум від контакту покришки і покриття, став мати більше значення в загальному шумі від транспортного руху, особливо при швидкостях понад 50 км / год, що в міських зонах трапляється зазвичай вночі, коли дороги стають більш вільними.

Шум контакту покришка-покриття залежить від типу покришки (малюнка протектора і т.д.) і типу шару зносу покриття. Шум проводиться такими явищами:

• "Шум удару": генерується від удару блоків малюнка протектора об поверхню шару зносу. Сила удару залежить як від геометрії малюнка протектора і кам'яного заповнювача шару зносу, так і макротекстури шару зносу.

• "Закачування повітря": генерується вібрацією повітря в борознах малюнка протектора від стиснення, що відбувається із-за деформації покришки.

• "Пробуксовка і прилипання": генерується подібно шуму від "ефекту присоски" через захоплення гумою покришки зерен кам'яного заповнювача поверхні шару зносу.

Тому шум, генерований контактом покриття / покришка, дуже значно залежить від розмірів зерен кам'яного заповнювача шару зносу.

Зниження шуму від контакту покриття / покришка - завдання непросте, тому що зниження шуму від одного з явищ, може посилити шумове вплив двох інших.

Наприклад, дуже гладкий шар зносу знижує явище "шуму удару", але збільшує шум від явища "пробуксовка і прилипання" і має слабкий опір заносу.

Дискомфорт, створюваний навколишньому середовищу шумом транспортного руху може оцінюватися як загальним індексом, так і виміром шуму від руху одиничного транспортного засобу.

У міжнародній практиці загальний індекс позначається LАeg і має на увазі постійний шумовий рівень для певного періоду часу, який дорівнює результату від реального процесу виділення шуму.

Існує кілька методів вимірювання шуму від котиться покришки, з яких основними є:

1. ISO 362 - єдиний стандартизований метод вимірювання повного шуму від розгониться транспортного засобу;

2. вимір всередині ізольованого одноколісного причепа, закритого чохлом (Німеччина, Польща);

3. вимірювання за допомогою мікрофона близько колеса транспортного засобу;

4. метод спуску транспортного засобу під ухил, коли швидкість транспортного засобу постійна 60 або 80 км / год (двигун вимкнений), а мікрофон встановлюється збоку від дороги;

5. Франко-німецький метод: шум кочення вимірюється за допомогою мікрофона, розташованого збоку від дороги. Двигун працює, і заміри робляться на різних швидкостях в діапазоні від 70 до 110 км / год.

Найкращий результат - відтворення вимірів з точністю плюс / мінус 1 дБ. Порівнянними є результати, отримані в один і той же період часу.

Заміри різних категорій рівнів шуму на основних типах шарів зносу методом "спуску під ухил" показують наступне:

Графік показує, що різниця між максимальним і мінімальним значенням досить значні, від 3 до 10 дБ.

У цілому зазначається:

• загальний спектр шумових рівнів для всіх типів шарів зносу знаходиться між 75 і 77 дБ

• пористий асфальт є найменш гучним шаром зносу.

4. Пористий асфальтобетон

З урахуванням безпеки руху та комфорту, ідеальний шар зносу з хорошими експлуатаційними характеристиками означає компроміс між наступними параметрами:

• опірність заносу

• рівність

• рівень шуму

• комфорт водія (видимість розмітки в дощову пору, вночі і так далі)

Опірність заносу

При контакті покришки і поверхні сухого покриття виникають два типи сили тертя, які створюють опірність занесення:

• тертя від деформації покришки, що збільшується зі збільшенням швидкості

• тертя від контакту покриття-покришка, знижується зі збільшенням швидкості

Існує взаємозв'язок між загальною опірністю занесення і швидкістю транспортного засобу.

Виміри, проведені на мокрому покритті, показують, що присутність води на поверхні робить проблему більш комплексною:

На тонких, дуже тонких і ультратонких шарах зносу із щільних сумішей або на поверхневій обробці, поводження поверхні протектора при дощі може бути підрозділене на три фази відповідно до специфіки зони контакту покриття - шар води - слід контакту покришки:

1-а зона: покришка повинна порушити шар води на покритті і зменшити його товщину. Велика частина води розбризкують в сторони уздовж поперечних борозен малюнка протектора, а поздовжні борозни протектора і макротекстура шару зносу покриття полегшують відведення води.

Друга зона: гальмування, яке викликається залишилися на поверхні шаром води перевищує можливості макротекстури і Мікротекстура шару зносу покриття. Гальмування вимірюється коефіцієнт зусилля поздовжнього гальмування (CFL - Coefficient Force Longitudinal).

3-а зона: контактна зона між покришкою і шаром зносу, чия результативність залежить від Мікротекстура.

Визначення:

Мікротекстура - особливості будови, обумовлені характеристиками використаного матеріалу (міцністю кам'яних зерен, властивостями в'яжучого), невидимі неозброєним оком.

Для щільного шару зносу з низьким вмістом пір, підтримання високого ступеня опірності заносу вимагає відповідної макро-і Мікротекстура (твердого кам'яного заповнювача).

У разі пористого асфальтобетону проблема опірності заносу змінюється, оскільки вода на поверхні покриття відсутня.

Пористий асфальтобетон є вдалим компромісом між характеристиками опірності занесення і шумом кочення.

Зона 3 стає найбільш важливою зоною, пред'являючи вимогу до Мікротекстура за змістом кам'яного заповнювача з високою стійкістю проти полірування колесами транспортних засобів.

Залежність між коефіцієнтом зусилля поздовжнього гальмування і швидкістю транспортного засобу також демонструє кращі характеристики покриття з пористого асфальтобетону при високих швидкостях руху, ніж інші типи шарів зносу.

1. Експлуатаційний принцип

Подібно до інших бітумосодержащие верствам зносу, пористий асфальтобетон складається з трьох компонентів:

• кам'яного заповнювача

• в'яжучого

• повітря

У порівнянні зі звичайною щільністю асфальтобетонних сумішей, пористий асфальтобетон має на 20 і більше відсотків більше повітря у своєму складі за рахунок пір в товщі шару.

Пори поділяються на три види:

1. "Продуктивні" порожнечі, що повідомляються один з одним і з яким просочується вода.

2. "Полупроізводітельние" порожнечі, що мають тільки єдину функцію вбирати і утримувати воду.

3. "Непродуктивні" порожнечі всередині шару, що не мають сполучення з іншими порожнинами.

Для гарного функціонування пористий асфальт повинен мати:

• високий вміст продуктивних порожнеч (не нижче 20%),

• достатню товщину шару

• здатність тривалий час зберігати свої властивості

Під час дощу, пористий асфальтобетон діє:

• спочатку як губка, вбираючи дощову воду і перешкоджаючи утворенню калюж на поверхні дороги;

• потім по капілярах в товщі асфальту вода просочується в бічну дренажну систему.

Таким чином, шар зносу з пористого асфальту знижує:

• розбризкування води з-під коліс автомобіля

• ефект гідропланування, одночасно покращуючи опір заносу

• ефект відбиття світла фар від поверхні мокрого покриття

• шум кочення на 2 - 3 дБ у порівнянні з асфальтобетонними сумішами класичної щільності, використовуваних для шарів зносу.

Перехід від а / б сумішей звичайної щільності до пористих асфальтобетонів не викликає значного збільшення витрат, якщо:

• обидва типи готуються з тих самих вихідних матеріалів

• на тій же установці для приготування суміші

• використовується однакове устаткування для укладання суміші

• структура нижележащих шарів не змінюється.

Через вміст повітряних порожнеч в пористих а / б сумішах спостерігалося прискорення процесу окислення в'яжучого, що знижувало опірність суміші втоми і через певний період робило її крихкою.

Завдяки використанню модифікованих в'яжучих такі зміни вдалося усунути.

2. Склад суміші

Кам'яний заповнювач

Для забезпечення утримання повітряних пустот не нижче 20% після відкриття доріг для транспортного руху асфальтобетонна суміш повинна мати високий вміст кам'яних зерен (6-10 або 10-14 мм), але невеликий вміст піску. Як правило, крива гранулометричного складу знаходиться між 2-6, 4-6 і навіть 2-10. При завданні подібного розподілу по фракціях, важливо усвідомлювати ризик розшаровування заповнювачів у складі суміші.

В'язкі

В останні роки виробники в'яжучих і дорожні будівельники провели ряд досліджень щодо поліпшення характеристик в'яжучих для пористого асфальтобетону.

У результаті на ринку в'яжучих з'явився цілий спектр продуктів, від традиційних бітумів до модифікованих систем з високими експлуатаційними якостями.

Визначення:

Модифікація - видозміна, що характеризується появою нових властивостей шляхом регулювання молекулярної структури (термічною обробкою, введенням хімічних добавок і т.д.).

Модифіковані в'яжучі з полімерними добавками покращують а / б суміш і надають їй:

1. меншу уплотняемость під впливом транспортного руху

2. зменшення старіння в'яжучого протягом терміну служби

3. велику в'язкість для збільшення товщини огортаючого шару на поверхні кам'яного заповнювача.

Використання модифікованих бітумів в Європі швидко зростає і застосовується для всіх типів асфальтобетонних сумішей.

Різновиди пористого асфальтобетону в залежності від типу в'яжучого

а) Пористий асфальтобетон на основі чистого бітуму

Крива гранулометричного складу суміші зазвичай знаходиться між 2 і 10 мм, але невелика кількість часток (13-15%) може бути менше 2 мм.

Зміст бітуму 4.2 - 4.8%. Це максимум, який може бути використаний без ризику плинності в'яжучого і рухливості суміші при укладанні і під дією транспортного руху.

У більшості європейських країн, в основному, використовується бітум з пенетрацією 60/70. За виняткових обставин, можуть допускатися бітуми з пенетрацією 40/50, 80/100.

б) Пористий асфальтобетон на основі чистого бітуму з добавкою волокон

Ця суміш для шарів зносу характеризується змістом бітуму 6% і більше з-за додавання волокон, що дозволяє збільшити її в'язкість. У випадку, коли метою є збільшення товщини плівки в'яжучого для збільшення довговічності і зниження руйнувань, викликаних водою і ризик утворення колії.

Крива гранулометричного складу кам'яного заповнювача знаходиться між фракціями 0-14 і 0-10 з низьким вмістом піску для забезпечення освіти великого вмісту повітряних порожнеч.

в) Пористий асфальтобетон на основі полімер-модифікованого бітуму

В'яжуче виробляється в заводських умовах і підрозділяється на два основних типи в залежності від типу добавок:

• на основі термопластика SBS (styrene-butadene-sturene) еластомеру

• на основі EVA (ethylene-vinyl acetate) сополімеру

Мета цих добавок - збільшення довговічності пористого асфальтобетону.

У порівнянні зі звичайними бітумами, бітуми SBS та EVA мають меншу чутливість до низьких температур, велику когезию і ряд інших властивостей. Зміст полімер-модифікованих бітумів трохи вище, ніж звичайних, від 4.5 до 5.6%.

г) Пористий асфальтобетон на основі бітуму з добавкою порошку гуми.

В'яжуче готується у пересувній установці шляхом змішування порошку гуми з бітумом. Підвищена в'язкість в'яжучого дозволяє збільшити його зміст до 6.5%, в результаті чого, тонка плівка обволікає велику площу поверхні кам'яного заповнювача, покращуючи довговічність і запобігаючи розшарування суміші. Використовується кам'яний матеріал фракції 0-10 мм зі зниженим вмістом піску для отримання необхідної кількості повітряних порожнеч.

3. Поведінка пористого асфальту при експлуатації

Вперше пористі асфальтобетони були запропоновані в 60-х роках, але тільки в 1977 був покладений перший досвідчений ділянку дороги. Почав широко застосовуватися з 1985 року.

Тільки у Франції до кінця 1990 року було укладено понад 10 млн. м2 пористого асфальтобетону (близько 200 км).

На практиці, пористість знижується через бруд.

Забруднення менш схильні покриття, по яких рухається з високою швидкістю важкий транспорт, де очищає ефект дає "явище присоски", що виникає на мокрому покритті під покришками важких автомобілів.

Практика показує, що на автодорозі з інтенсивністю руху 6000 авт. / добу і переважаючим важким рухом через 7 років механічна поведінка (опірність утворення колійності та розшарування) шару зносу все ще задовільний.

На ділянках з інтенсивним рухом важким й самоочищатися ефектом за рахунок висмоктування води і бруду з пор покриття під дією покришок, зниження пористості спостерігається 1 20% до 16% у перші 28 місяців експлуатації покриття.

У наступний період зміст порожнеч стабілізується на рівні 15%.

Відповідну еволюцію зазнає і звукопоглинання покриттям.

У будь-якому випадку, звукопоглинальні властивості пористого асфальтобетону є вищими у порівнянні зі звичайним за рахунок наявності всередині суміші "непродуктивних" повітряних порожнеч, куди не може потрапити бруд, і які продовжують виконувати свою функцію.

5. Зміст пористого асфальтобетону

Практика показує, чим менш інтенсивно рух, ніж воно легше, чим нижче швидкості руху, тим швидше засмічується пористий асфальтобетон.

Існують два типи змісту пористого асфальтобетону:

• промивка пористого асфальту водою під тиском щоб зберегти високу всмоктувальну здатність асфальту. Потрібна спеціальна техніки та розрахункові інтервали для проведення промивки.

• проведення регенерації шару зносу на відновлення початкових властивостей.

Метод регенерації може застосовуватися до кінця експлуатаційного періоду пористого асфальтобетону

1. Зимове утримання покриття з пористого асфальтобетону

Через присутність повітряних порожнеч шар пористого асфальту має більш низьку теплопровідність, ніж шар з класичного асфальтобетону. У результаті поведінку поверхні покриття має відмінності при погодних умовах з різкою зміною температур. Мороз і освіта льоду не особливо збільшується, але лід з'являється раніше і залишається довше, ніж на поверхні шару з класичного асфальтобетону. Різниця в температурі покриття в порівнянні зі звичайними асфальтобетонами становить + / - 2 ^О С.

На сухому покритті при температурі близько 0 замерзання, в першу чергу, спостерігається по сліду коліс транспортного руху.

На мокрому покритті, лід формується у вигляді більш тонких плівок, ніж на звичайних покриттях.

Сніг проникає в пори і ущільнюється колесами транспорту. Покриття буде довше залишатися білим, але це не обов'язково означає зниження опірності заносу, оскільки контакт здійснюється між покришкою і виступаючим кам'яним заповнювачем.

Тому графік зимового утримання та використання хімічних протиожеледних продуктів вимагає врахування специфіки поведінки пористих асфальтобетонів взимку.

У цьому випадку слід пам'ятати, що переваги пористих асфальтобетонів при дощовій погоді і шумопоглинаючі властивості переважують незначні зміни в звичках зимового утримання доріг.

Статистика: 2% ДТП зі смертельним результатом трапляються через ожеледицю і 20% через мокрого покриття.

7. ПЕРЕГЛЯД IV. Внесок нафтової промисловості в зниження транспортного шуму

Внесок нафтової промисловості в зниження транспортного шуму полягає у розробці відповідного складу в'яжучого для пористого асфальтобетону.

Виробники бітумів, в останні роки, сфокусували свої дослідження на вивченні взаємодії між частинками кам'яного заповнювача та в'яжучим з метою отримання відповідного матеріалу, що задовольняє підвищеним вимогам.

1. Основні проблеми

Головними областями досліджень є наступні:

• як запобігти ущільнення асфальтобетону під впливом руху важких транспортних засобів

• як зменшити засмічення пір, пов'язане з зносом дорожнього покриття

• як запобігти відшаровування в'яжучого від поверхні кам'яного заповнювача при транспортуванні суміші від місця приготування суміші до будівельного майданчика

• як запобігти відшаровування в'яжучого від поверхні кам'яного заповнювача при експлуатації покриття.

Перевірка кожного з цих факторів обумовлює основні властивості в'яжучого і його оптимального вмісту в суміші.

1. Ущільнення

Для пористих асфальтобетонів, проектний склад має критичне значення для забезпечення високих експлуатаційних якостей. Однак, навіть при хороших проектних характеристиках, ущільнення під впливом навантажень від руху важких транспортних засобів неминуче і призводить до збільшення деформації в'яжучого.

Якщо навантаження прибрати, деформований ділянку відновлюється як наслідок еластичності в'яжучого. Для звичайних в'яжучих (чистий бітум з недостатньою еластичністю), чим вище інтенсивність руху важких транспортних засобів, тим швидше відбувається ущільнення шару зносу.

Еластичність бітуму знижується з підвищенням температури (практично для всіх бітумів), тому, ущільнення збільшується з підвищенням температури.

Використання високоеластичного в'яжучого зменшує чутливість пористого асфальтобетону до ущільнюючої впливу транспортного руху, збільшуючи довговічність покриття.

Здатність до ущільнення пористого асфальтобетону знижують добавкою полімер-модифікованих бітумів, що збільшують жорсткість в'яжучого і тим самим знижують його текучість при високих температурах.

2. Забруднення пір

Найбільш загальною проблемою пористого асфальтобетону є дуже швидке забруднення пір транспортним сміттям, таким як:

• гума від покришок,

• листя, пил, грунт,

• викришуються частки кам'яного заповнювача та інші продукти зносу дорожнього покриття.

На думку деяких дорожніх влади, найбільш ефективним рішенням є проектування суміші з дуже високою пористістю, забезпеченої ще більшою кількістю пустот, ніж 20%. Суміш такого складу менш схильна проникненню транспортного сміття.

Однак, чим більше пористість суміші, тим більше вимог пред'являється до в'яжучому щодо поверхневого обволікання кам'яного заповнювача та опору ущільненню. Більша кількість повітря в суміші також сприяє старінню в'яжучого. Необхідно, щоб швидкість старіння в'яжучого була зведена до мінімуму.

На дорогах з високою інтенсивністю руху важкого транспорту, вплив покришок викликає ефект самоочищення шару зносу від транспортного сміття, тим самим зберігаючи дренуючу здатність асфальтобетону.

Пориста відповідного складу, покладена на головних дорогах або автомагістралях, буде зберігати дренуючу здатність, принаймні, 7-8 років до критичного ущільнення і забруднення порожнеч. Слід також зауважити, що на забезпечення шумопоглинального ефекту втрата водовідвідних властивостей через забруднення пустот не надає особливого впливу.

Приклад

Деякі покриття у Франції з пористого асфальтобетону мають пористість 10-12% (маючи незадовільну дренуючу здатність), але при цьому забезпечують задовільний зниження шуму від контакту покриття / покришка.

3. Старіння

Старіння пористого асфальтобетону пов'язане з окисленням в'яжучого. Оскільки пористий асфальтобетон має високий вміст порожнеч, велика поверхня піддається впливу повітря. Наслідком цього є швидке старіння в'яжучого. Когезія старіючого бітуму зменшується, що призводить до втрати зчеплення в'яжучого і зерен кам'яного заповнювача. Існує два потенційні вирішення цієї проблеми:

1. використовувати в'яжучий, мало піддане окислення

2. забезпечити більшу товщину бітумної плівки навколо кам'яного заповнювача для зменшення площі контакту з повітрям. Однак, збільшення товщини плівки тягне за собою інші проблеми:

• надмірне дренування (стікання) в'яжучого від кам'яного заповнювача під час транспортування асфальтобетону до місця укладання (коли суміш втрачає однорідність)

• більш швидке ущільнення під дією транспорту, оскільки товста плівка є більш текучої у в'язкому стані. Особливо це стосується в'яжучих, в яких відсутні еластомірні добавки.

Таким чином, для уникнення цих проблем, велике значення має правильний підбір в'яжучого.

4. Дренування в'яжучого

Дренування в'яжучого - найбільш поширена проблема пористого асфальтобетону. Під час транспортування, якщо кількість в'яжучого в суміші перевищує норму (залежно від в'язкості в'яжучого), деяке його кількість буде дренувати (стікати) від кам'яного заповнювача, зверху вниз, на дно вантажівки (цей процес носить назву "сегрегація" (поділ)).

Внаслідок цього, коли укладена на місці суміш охолоне, виявиться, що вміст в'яжучої деяких областях обсягу суміші дуже низька.

У результаті - швидке старіння в'яжучого в цих областях і, недостатня когезія через зменшення товщини шару обволікання кам'яного заповнювача.

Деякі лабораторії (наприклад, лабораторія TRRL у Великобританії) розробили тести з дренуванню в'яжучого з метою оптимізації вмісту в'яжучого в суміші. Дуже ефективним заходом щодо зниження дренування в'яжучого є підвищення його в'язкості при температурі транспортування за рахунок використання модифікуючих добавок, таких як: еластомери, полімери або рослинні волокна. Чистим ефектом від збільшення в'язкості бітуму при високих температурах буде:

• зменшення дренування в'яжучого від кам'яного заповнювача

• забезпечення необхідної товщини бітумної плівки і високої когезії з кам'яним заповнювачем

Обидва ці результату приводять до збільшення тривалості терміну служби пористого асфальтобетону.

5. Розшарування

Внаслідок збільшення площі контакту обробленого в'яжучим кам'яного заповнювача з водою (в пористому асфальтобетоні), відбувається відшарування в'яжучого від поверхні кам'яного заповнювача. Ця проблема особливо характерна для районів з підвищеною вологістю. Дуже важливо забезпечувати довготривалу адгезію в'яжучого з кам'яним заповнювачем. У зв'язку з цим ефективним рішенням є застосування спеціальних добавок, які збільшують адгезію і, тим самим, підвищують експлуатаційний термін служби. Для збільшення адгезії найчастіше використовують гашене вапно (мінеральний порошок).

2. Експлуатаційні властивості пористого асфальтобетону

Велика увага приділяється таким специфічним властивостям в'яжучого для пористого асфальтобетону як реологія, старіння і адгезія.

Багато рішення з вищезазначених проблем запропоновані нафтовою промисловістю і включають в себе: використання бітумів звичайного складу, полімер-модифікованих бітумів і бітумів, що містять органічні і мінеральні добавки. Але жодне із запропонованих рішень не є універсальним. Це може бути пов'язано з комплексністю проблеми, що включає в себе два головні чинники:

• По-перше, широка область застосування таких покриттів (від міських доріг з переважною інтенсивністю руху легкого транспорту до європейських автомагістралей з рухом важких контейнеровозів)

• По-друге, широкий спектр кліматичних умов Європи

1. Основні важливі характеристики в'яжучого для пористого асфальтобетону

Для забезпечення задовільного терміну служби пористого асфальтобетону, в'яжуче повинно повністю відповідати певним критеріям.

1. Реологія

Очевидно, що реологія в'яжучого представляє собою першорядну важливість. Потрібно в'яжуче, яке не буде дренувати від кам'яного заповнювача при транспортуванні, забезпечить легкоукладальність суміші та експлуатаційні властивості в широкому діапазоні температур навколишнього середовища.

Очевидно, що ці реологічні вимоги більш актуальні в країнах та регіонах, де діапазон температур дуже широкий.

У цьому випадку в'яжуче повинно мати:

• високою опірністю ущільнення при високих температурах влітку

• низькою крихкістю при низьких температурах взимку.

У районах, де діапазон коливання температур широкий, добре зарекомендували себе в'яжучі на основі модифікованих бітумів, що мають хороші пластичними властивостями і зниженою сприйнятливістю до перепадів температур.

Реологічні властивості звичайних бітумів визначаються наступними вимірами:

1. Пенетрація при 25 ^О С

2. Точка розм'якшення, що визначається за методом "кільце і куля"

3. В'язкість при різних температурах

Хоча ці тести досить точно дозволяють визначити реологічні властивості звичайних бітумів, вони не можуть з абсолютною точністю визначити властивості пластичних бітумів (з еластомірними добавками).

Реологічні характеристики цих в'яжучих при температурі навколишнього середовища не можуть бути описані за допомогою традиційних тестів з визначення пенетрації і точки розм'якшення.

2. Адгезія

В'яжуче пористому асфальтобетоні повинно забезпечувати хорошу адгезію з кам'яним заповнювачем протягом усього терміну служби покриття, для збереження його експлуатаційних якостей при будь-яких умов (вологості, перепадах температур).

Для забезпечення кращої адгезії необхідно використовувати спеціальні добавки для поліпшення вологостійкості, поверхнево-активні речовини (ПАР), полімер-модифіковані добавки.

Існує багато тестів для вимірювання адгезії в'яжучого по відношенню до кам'яного заповнювача. При відтворенні результатів тестів важливим фактором є характеристика поверхні кам'яного заповнювача. Тому при проведенні випробувань необхідно підібрати "стандартний" кам'яний матеріал. Вибір "стандартного" кам'яного матеріалу утруднений з-за великої різноманітності зразків з різними поверхневими характеристиками, навіть з одного кар'єру. В якості вирішення запропоновано провести серію тестів з використанням стандартного в'яжучого але різних зразків кам'яного заповнювача, з подальшою кореляцією результатів.

3. Старіння

Швидке старіння в'яжучого є специфічною для пористого асфальтобетону проблемою. Для вирішення цієї проблеми пропонується використовувати анти-окислювачі. На думку деяких фахівців, використання утилізованих автомобільних покришок в якості добавок до в'яжучому забезпечуємо уповільнення процесу старіння, оскільки гума сама по собі є анти-окислювачем. Крім того, термін служби покриття можна збільшити за рахунок збільшення товщини бітумної плівки, що огортає кам'яний заповнювач.

У США існує інша думка з приводу використання гумової крихти від відпрацьованих покришок, що сформувалося за даними спостережень за ділянками доріг з добавкою гуми.

Наявність гуми в складі суміші не дозволяє повторно використовувати (регенерувати) покладену асфальтобетонну суміш і тому призводить до додаткових витрат у процесі утримання доріг.

Ступінь старіння бітуму зазвичай оцінюється щодо змін їх властивостей проведенням спеціальних тестів: RTFOT, TFOT, DIN.

Всі ці методи дозволяють визначити зміни у властивостях бітуму для випадків, коли бітум додається до дуже гарячого кам'яного заповнювача в асфальтобетонної установки, але не для випадку, коли він пролежить вже кілька років в покритті.

Враховуючи, що в пористому асфальтобетону дуже велика частина поверхні відкрита для проникнення повітря, дуже важливе значення має феномен старіння в процесі експлуатації. На жаль, для вивчення цього процесу поки що не існує відповідних тестів.

2. Специфікації

В даний час не існує універсальної угоди на специфікації в'яжучого для пористого асфальтобетону. У більшості країн, де використовується пористий асфальтобетон, застосовуються традиційні тести з випробування бітумів, які, на жаль, не дозволяють адекватно визначити важливі експлуатаційні критерії, необхідні для вибору в'яжучого для пористого асфальтобетону. Проте встановлено, що будь-які специфікації для в'яжучого в пористому асфальтобетоні повинні включати в себе тести на вимірювання реологічних властивостей, адгезії і старіння, а також тест щодо збереження стабільності. Для в'яжучих, пластичні властивості яких мають велике значення для характеристики здатності до ущільнення, обов'язковим повинен бути тест на визначення пластичності (випробування проводитимуться на дуктілометре).

В даний час, питання специфікації для бітумних в'яжучих, включаючи в'яжучі, які використовуються в пористому асфальтобетоні, вирішується Комітетом TC19 SCI. Очікується, що будуть дані конкретні рекомендації для Європейських специфікацій бітумів, і деякі з них виявляться придатними для використання з пористими асфальтобетонами.