Грапавост на пътната настилка

Грапавостта на пътната настилка и нейната роля за осигуряване на сцепление

Грапавост на пътната настилка - набор от микро- и макронеравности на повърхността на пътната настилка, осигуряващи нейното сцепление (степента на сцепление на пътната настилка с колелото на автомобила), но в същото време не причиняват нискочестотни трептения и удари върху окачването на превозното средство.

Повърхността на всяка пътна настилка (както асфалт, така и циментобетон) винаги има неравности с различни форми и размери: от микроскопични, невидими с просто око и не се усещат по време на движение на автомобила, до големи, след преминаване през които автомобилът изпитва удари и вибрации.

За разлика от неравностите, образувани поради износване и/или повреда на пътната настилка (пукнатини, стърготини, коловози, счупвания, дупки и др.), грапавостта не е дефект на настилката и играе съществена роля за осигуряване на пътната безопасност.

Видове грапавост и нейните основни параметри

В зависимост от геометричните параметри грапавостта на пътната настилка може да бъде два вида:

Макрограпавост - неравности по повърхността на пътната настилка (с дължина над 2 mm и височина над 0,2 mm), образувани от зърна от голям минерален агрегат (натрошен камък, чакъл и др.), Който е част от асфалтобетон, натрошен камък-мастика, циментобетон или друга смес, използвана за изграждане на горния слой на пътната настилка (слой за износване или тънък груб слой).
Микронеравности - неравности по повърхността на пътната настилка (значително по-малки в сравнение с макронеравностите) поради собствените имповърхностна грапавост на зърна от минерален материал (натрошен камък, чакъл и др.). При асфалтиране и повърхностна обработка на горните слоеве на пътната настилка по правило се предпочитат асфалтобетонови смеси, приготвени от каменен материал с по-груба микрограпавост.

Коефициентът на сцепление на пътната настилка се осигурява от комбинация от макро- и микрограпавини, но тъй като микрограпавостта е по-малка и играе значително по-малка роля за осигуряване на сцепление, се нормализира само макрограпавостта, която в практиката на пътното строителство обикновено се приема за обща грапавост на пътната настилка.

Грапавостта на пътната настилка се характеризира с три основни параметъра:

средна височина на издатините, mm;
средна дълбочина на вдлъбнатините, mm;
фактор на грапавост.

Класификация на пътните настилки в зависимост от параметрите на грапавостта

Съседните издатини и вдлъбнатини на грапавото покритие, въпреки че могат да бъдат с приблизително еднакъв размер и да създават еднакво грапава повърхност, в повечето случаи все още се различават значително една от друга, така че отделните издатини се открояват над средната повърхност като шипове. Въз основа на параметрите на грапавостта асфалтовите пътни настилки се класифицират, както следва:

гладка - средната височина на издатините е 0,1 ... 0,5 mm, средната дълбочина на вдлъбнатините е 0,02 ... 0,25 mm;
фино груб - средната височина на издатините е 0,5 ... 3,0 mm, средната дълбочина на вдлъбнатините е 0,25 ... 2,5 mm;
средно груб - средната височина на издатините е 3,0 ... 6,0 mm, средната дълбочина на вдлъбнатините е 1,0 ... 5,0 mm;
грубо груб - средната височина на издатините е 6,0 ... 9,0 mm, средната дълбочина на вдлъбнатините е 2,0 ... 7,0мм.

Когато колелата на автомобила се търкалят, неравностите по грапавостта не увеличават износването на протектора на автомобилната гума, но по време на рязко ускорение или спиране такива неравности, в допълнение към деформацията на гумата, могат също да причинят повреда на гумата. Също така, с увеличаване на грапавостта на покритието се увеличава нивото на шума (минималното ниво на шум се наблюдава при средна дълбочина на вдлъбнатините до 1 mm) и нивото на вибрациите в салона на автомобила.

Методи за оценка на грапавостта на пътната настилка

Най-разпространеният, макар и несъвършен метод за оценка на геометричните параметри на грапавостта на пътната настилка, независимо дали става дума за асфалтова или циментобетонна настилка, е методът на „пясъчните петна“. Същността му е, че малко количество сух фин пясък (с размер на частиците по-малък от 0,3 mm), чийто обем е точно измерен, се разпръсква върху повърхността на пътната настилка в купчина и се изравнява така, че целият пясък да се намира между первазите на каменните частици.

Средната стойност на грапавостта се определя по формулата Hav=V/S, където V е обемът на пясъка, а S е площта на петна. На всеки участък от еднотипна пътна настилка се правят няколко измервания (5 измервания на 1000 m от една лента за движение за всяка лента) и се взема тяхната средна стойност. Средната дълбочина на вдлъбнатините между издатините на грапавостта трябва да бъде 0,3 ... 0,35 mm за светлина и 0,4 ... 0,45 mm за опасни зони.

Съществуват редица други методи за измерване на грапавостта на покритието, които се използват предимно за изследователски цели (гипсови отливки, иглени профилографи и др.).

Ролята на грапавостта на пътната настилка за осигуряване на нейното сцепление

Именно грапавостта на пътната настилка до голяма степен определя действителната контактна площ на гумата.превозно средство с настилка, а чрез това и общия коефициент на сцепление на колелата на превозното средство с асфалтова или циментобетонова пътна настилка.

Контурна контактна зона - зоната на контакт на автомобилно колело с покритие по протежение на издатините на протектора на гумата. Контурната контактна зона зависи от дизайна на гумата, нейната твърдост, налягането на въздуха в гумата и натоварването на колелото.

Действителна контактна площ - действителната площ на контакт между гумата и повърхността, определена от степента на макрограпавост на покритието. Колкото по-големи са макронеравностите, поради които издатините на протектора не докосват навсякъде покриващия материал, толкова по-малка е действителната контактна площ.

Увеличаването на макронеравностите води не само до количествена, но и до качествена промяна в процеса на контакт на гумата с пътната настилка (естеството на деформацията на гумата се променя). Така че, при малки стойности на височината на издатините на макронеравностите, те се въвеждат равномерно в гумата, без да засягат самата гума. Но започвайки от определена височина на неравности, когато се въведе в гумата, тя започва да влияе не само на протектора, но и на теглото на каркаса на гумата. Освен това, с голяма височина на неравностите, те вече не се притискат в гумата на протектора и гумата просто се търкаля върху тях. По този начин, с увеличаване на височината на издатините на грапавостта, контактната площ с гумата намалява и общият коефициент на сцепление намалява (общата сила на триене намалява).

Независимо от височината на неравностите, върху чисти сухи повърхности, коефициентът на сцепление почти винаги е на ниво, достатъчно за безопасно движение на превозни средства. Въпреки това, с увеличаване на скоростта, коефициентът на сцепление намалява поради факта, че намалявадействителна контактна площ. При неравни пътни настилки тази зона намалява още повече. В допълнение към намаляването на коефициента на триене, на суха настилка, увеличаването на грапавостта води до увеличаване на коефициента на съпротивление при търкаляне със средно 4% на 1 mm неравномерна височина на асфалтобетонови настилки и с 13% на циментобетонни настилки, както и до увеличаване на шума, износването на гумите и разхода на гориво.

На мокри, кални или заснежени повърхности сцеплението намалява, особено с увеличаване на скоростта. В този случай дори макрограпавостта не помага, тъй като мръсотията или снегът запушват вдлъбнатините между издатините и такава повърхност се различава малко от гладкото покритие.

Значение на равномерното разпределение на грапавостта по ширината на настилката

Ако върху пътната настилка има слой вода или сняг, безопасността на движението се влияе значително от равномерността на разпределението на коефициента на сцепление по ширината на пътното платно. За безопасно шофиране стойността на коефициента на триене под лявото и дясното колело на автомобила трябва да бъде приблизително еднаква. В противен случай при внезапно спиране колата ще се завърти, докато с увеличаване на разликата в коефициентите на триене под лявото и дясното колело ъгълът на завиване ще се увеличи. Плъзгане с висока скорост може да възникне поради внезапна смяна от една лента в друга по време на изпреварване, завой, пориви на вятъра или неравна настилка. Локвите по настилката също са честа причина за нанасяне. Опасно е редуването на участъци от настилката с различен коефициент на сцепление. Затова е много важно настилката да има еднаква грапавост по цялата ширина.

Основните начини за създаване на груба настилка

Грапавостта на повърхността на асфалтобетонните настилки се създава чрез изграждане на груби износващи се слоеве или чрез изграждане на настилки от многокаменни асфалтови смеси. При циментобетонните настилки грапавините се създават още в строителния процес чрез подходяща повърхностна обработка на прясно положения бетон.

Грапавостта на асфалтовите пътни настилки може да се постигне по няколко начина:

подреждане на горния слой на пътната настилка от трошено-мастикова асфалтобетонна смес;
подреждане на горния слой на пътната настилка от лята асфалтобетонна смес, последвано от разпределяне и вграждане на черен трошен камък или суров трошен камък с фракция 5-10 mm във все още неохладената смес;
устройството на тънък повърхностен износващ слой с дебелина до 3 cm от отворени битумно-минерални смеси (BMO);
обработка на покритие с лята емулсионно-минерална смес (LEMS), получена чрез синхронно изливане на битумно свързващо вещество и разпределение на каменен материал върху повърхността на асфалтовата настилка (чиято грапавост е недостатъчна);

Пътните настилки от трошено-мастиков асфалт (SMA) се характеризират със стабилни във времето показатели за грапавост и коефициент на сцепление с колелото на автомобила. Мастиковият асфалтобетон осигурява 1,5…1,8 пъти по-висока грапавост на настилката в сравнение с конвенционалния асфалтобетон тип А върху трошен камък със същия размер. Така че, когато се използва смес SchMA-10 за изграждане на горния слой на пътната настилка, средната дълбочина на вдлъбнатините на грапавостта е най-малко 0,8 mm, SchMA-15 - най-малко 1,1 mm, SchMA-20 - най-малко 1,5 mm.

Създаване на грапавини върху циментобетонни настилки

В случай на циментов бетонпътна настилка, грапавостта се постига чрез обработка на повърхността й със специални четки. Текстурата на полираното покритие трябва да е еднородна, а средната дълбочина на грапавите канали трябва да бъде повече от 1,0 mm. Посоката на жлебовете встрани от четката обикновено трябва да е перпендикулярна на оста на покритието.

Също така, бетоновата настилка може да бъде грапава чрез набраздяване или чрез обработка със студена пътна фреза, оборудвана с микрофрезов барабан. Такъв барабан има линейно разстояние между фрезите от 3 до 6 mm, а максималната дълбочина на фрезоване не надвишава 3 mm.

Промяна в грапавостта на пътната настилка по време на работа

Тъй като по време на експлоатацията на пътя има постепенно износване на горния слой на пътната настилка, неговата грапавост и в резултат на това коефициентът на сцепление намалява съответно. Намаляването на грапавостта се характеризира с намаляване на височината на издатините и шлайфане на неравностите на грапавостта.

Намаляването на грапавостта на покритието се дължи на удара на колелата на преминаващите автомобили и протича на два етапа. На асфалтовите настилки, след приключване на процеса на асфалтиране и отваряне на движението, макронеравностите бързо намаляват в резултат на потапянето на трошен камък, който образува неравности на макронеравностите. На втория етап (след спиране на процеса на потапяне на трошен камък) основната причина за намаляване на грапавостта е смилането на неравностите на макрограпавостта, в резултат на което обемът на изпъкналата част на зърната от трошен камък постепенно намалява, а самите те придобиват заоблена форма.

Характерът и интензивността на тези два процеса са в пряка зависимост от интензивността на трафика, състава на транспортния поток (преобладаването на товарен или пътническитранспорт), метеорологични и климатични условия, както и характеристиките на самата пътна настилка (размер и съдържание на трошен камък в асфалтобетонната или циментобетонната смес).