книги / Техническое нормирование макрошероховатости дорожных покрытий автомобильных и лесовозных дорог

Таблица 1.13 Требования и допустимые отклонения для уложенной смеси

Таблица 1.14 Список стандартов ЕС, включенных в стандарт РБ

71

Даны следующие определения: посыпной материал – грубый породный зернистый состав с очень узкой областью изменения размера зерен, который практически свободен от мелких частиц; мозаика – такое размещение посыпного материала, при котором он касается граней и тем самым оказывается защищенным с боковых сторон.

Начальная стабильность обработки поверхности зависит от образования замкнутой мозаики, а также от когезии и адгезионной способности вяжущего вещества.

Долговечность достигается путем нового размещения посыпного материала в виде плотной мозаики вследствие воздействия движения транспортных средств и при таком количестве вяжущих веществ, которого будет достаточно, чтобы связывать посыпной материал на имеющейся поверхности дорожного полотна (рис. 1.24).

Макротекстуру необходимо декларировать в соответствии с указанными категориями не ранее чем после одиннадцати месяцев и не позднее истечения тринадцати месяцев после выполнения.

Выборочное испытание является базовым испытанием, за исключением того, когда измерение макротекстуры должно проводиться вдоль колесного следа, если такой обнаруживается (наиболее сильно используемая часть полосы движения – колесный след, ближайший к краю дорожного покрытия).

72

Могут применяться и другие способы испытаний (например, лазерные измерения текстуры, EN ISO 13473-1), если предположить, что они коррелируютсяс выборочным испытанием, какс базовымиспытанием.

Адгезионная способность вяжущих средств и посыпного материал. Ее необходимо указывать согласно стандарту EN 12272-3 и деклариро-

вать [134].

Характеристика шумовых свойств. Если на основе макротекстуры необходимо характеризовать шумовые свойства, то они должны измеряться согласно стандарту EN 13036-1 [139]. Если позволяют местные условия, то может применяться и стандарт EN ISO 11819–1.

а

б

в

г

д

Рис. 1.24. Виды обработки поверхности (схематическое представление): а – обработка поверхности с простой посыпкой; б – обработка поверхности с двойной посыпкой;

в– двойная обработка поверхности; г – двойная обратная обработка поверхности;

д– обработка поверхности типа сэндвич (пример обработки поверхности предварительной посыпкой)

Полировальный коэффициент посыпного материала выбирается из стандарта EN 13043 [141].

73

Производитель должен выполнить пробный участок для подтверждения характеристик (TAIT), для того чтобы перекрыть все семейства продуктов обработки поверхности, которые поступают на рынок.

Пробный участок для подтверждения характеристик должен включать в себя полный комплект результатов испытаний технических условий на свойства продукта, приведенных в таблице данного документа, подтвержденных на определенном отрезке с выполненной обработкой поверхности согласно техническим условиям стандарта.

Минимальная длина отрезка составляет 200 м, а ширина для неразделенных дорог составляет всю ширину дороги, для дорог со средней полосой или автобанами – ширину полосы движения.

Пробный участок для подтверждения характеристик должен быть выполнен в рамках репрезентативного договора об обработке поверхности, альтернативным образом пробный участок может быть выполнен на определенном отрезке обработки поверхности, который является репрезентативным для определенного вида обработки поверхности.

Пробный участок для подтверждения характеристик завершается с проведением испытаний характеристик обработки поверхности на месте, один год после завершения ее нанесения. К проводимым измерениям относятся визуальная оценка повреждений и макротекстура.

Производитель должен запланировать и выполнить обработку поверхности, для которой на пробном участке для подтверждения характеристик представляется репрезентативный отрезок в соответствии с документированной системой заводского производственного контроля. Он должен документировать все данные, требуемые заводским производственным контролем, и дополнительные данные, требуемые настоящим Европейским стандартом.

Производитель может изменить выполнение семейства продуктов, для того чтобы учесть местные условия, предполагая, что пробный участок для подтверждения характеристик останется репрезентативным для обработки поверхности в условиях предусмотренной цели применения.

В Болгарии разработано национальное приложение (NА) БДС EN 13043:2005+АС:2005 [124]. Аналогичные приложения действуют в Исландии, Австрии, Дании и других странах Европейского союза. Сформирован перечень стандартов Европейского союза по минеральным материалам (песку ищебню), определяющих технические требования кним.

74

Согласно EN 12272-2:2003 «Обработка поверхности. Способы испытаний» оценку неоднородности распределения вяжущего и щебня производят визуально [133].

Согласно СТБ EN 13055-2:2009 «Заполнители легкие. Часть 2. Заполнители для битумоминеральных смесей и поверхностных обработок покрытий дорог, а также для связанных и несвязанных материалов» установлено сопротивление крупнозернистых легких заполнителей в поверхностных обработках абразивному изнашиванию под действием шипованных шин. При необходимости следует определить и продекларировать сопротивление абразивному изнашиванию под действием шипованных шин (нордическое испытание) согласно EN 1079-9. Настоящий стандарт содержит текст европейского стандарта EN 13055- 2:2004 на языке оригинала и его перевод на русский язык [142].

Наиболее близкими нормативными аналогами были выбраны два стандарта Европейского союза: EN ISO 13473-3:2002 «Определение характеристик структур дорожных покрытий с использованием профиля поверхностей. Часть 3. Технические характеристики и классификация профилометров» и EN ISO 13473-5:2009 «Определение характеристик структур дорожных покрытий с использованием профиля поверхностей. Часть 5. Определение мегатекстуры».

ISO 13473 определяет термины, выражения и параметры, которые связаны с анализом текстуры дорожных покрытий. Анализ числового ряда результатов измерения геометрии обработанных поверхностей в стандарт не входит, так как эта тема рассматривается в других международных стандартах, например ISO 3274, ISO 4287, ISO 4288, ISO 5436-1 и ISO 12085 [168, 169].

Дано определение текстуры дорожного покрытия. Профиль поверхности описывается двумя координатами: первая вдоль плоскости поверхности, называется «расстояние» (абсцисса), а вторая в направлении, нормальном к плоскости поверхности, называется «амплитуда» (ордината).

Профиль может рассматриваться в качестве неподвижной случайной функции расстояния вдоль поверхности. С помощью анализа Фурье такая функция может быть математически представлена в виде бесконечной серии синусоидальных компонентов различных частот (и длин волн), каждый из которых имеет заданную амплитуду и начальную фазу. Для типичных непрерывных и профилей поверхности,

75

профиль анализируется компонентами Фурье содержит непрерывное распределение длин волн. Длина волны текстуры в ISO 13473 является обратным по отношению к пространственной частоте.

Определяют отклонение дорожного покрытия от истинной плоской поверхности с характерными размерами вдоль поверхности от 0,5 до 50 мм, что соответствует длинам волн текстурного покрытия с одной трети октавы полосы, включая диапазон от 0,63 до 50 мм от центра длин волн. Глубина полученной текстуры основывается не на «плоскости», а на анализе несколько изогнутой поверхности, которая имитирует контакт шины с дорожным покрытием (рис. 1.25).

2

1

Рис. 1.25. Трехмерная аппроксимация текстуры макрошероховатого дорожного покрытия: 1 – текстура (аппроксимация геометрии макрошероховатости); 2 – расстояние от базовой плоскости

Измерение среднего профиля (глубина) определяется в соответст-

вии ISO 13473-1 и ASTM E1845) [168, 169].

Объемный метод измерения микротекстуры (метод патч) стандар-

тизирован в ISO 10844: 1994, приложение, EN 13036-1 и ASTM E965.

Альтернативным материалом, который был использован вместо теперь стандартизированных стеклянных сфер, является песок. «Песок патч тест» (метод «песчаного пятна») традиционный термин, используемый для описания этого метода, который использовался во всем мире на протяжении многих десятилетий.

Специально указывается, что определения периодических и случайных текстур предназначены для обывателя. Для математически корректных определений случайных и периодических сигналов предлагается обратиться к книгам по случайной обработке сигналов.

76

Чтобы получить кривую профиля, полезную для математических расчетов, необходимо удалить любой наклон или длинноволновый компонент (подавление наклона), а также довести средний уровень профилем по длине оценки к нулю (смещение, подавление). Это может быть достигнуто либо путем фильтрации верхних частот, либо путем вычитания наименьших квадратов из профиля (ИСО 13473-1). Полученная средняя линии профиля выполняет роль нулевого уровня. Взаимодействие колеса и макрошероховатости посредством огибающей представлено на рис. 1.26.

Рис. 1.26. Иллюстрация взаимодействия колеса и макрошероховатасти посредством огибающей

Согласно стандарту кривая профиля анализируется с помощью цифровых или аналоговых методов фильтрации для того, чтобы определить величину его спектральных компонентов на разных длинах волн или пространственных частот.

Согласно EN ISO 13473-5: 2009 «Определение характеристики структур дорожных покрытий с использованием профиля поверхностей. Часть 5. Определение мегатекстуры» текстура подразделяется на микро-, макро- и мегатекстуры в соответствии с ISO 13473-2 [168, 169].

Методика разработана, чтобы дать содержательные и точные измерения тротуарной мегатекстуры. Шероховатость поверхности с бо́льшими длинами волн, чем магатекстура, упоминается как неровности и обычно принимает форму неровностей в поверхности.

Продольная неравномерность является одним из видов шероховатости поверхности, которая, например, в виде вибрации влияет на комфорт поездки и на транспортные средства. Профиль может рассматриваться в качестве стационарной случайной зависимости от расстояния вдоль поверхности. С помощью анализа Фурье такая функция может быть математически представлена в виде бесконечной серии синусоидальных компонентов различных частот (и длин волн), каждый из которых имеет заданную амплитуду и начальную фазу.

77

Анализ нормативно-технического обеспечения, связанного с оценкой состояния дорожных покрытий в США, показал, что типовыми являются ASTM E950-98 «Метод измерений продольного профиля поверхности пройденного пути инерционной установкой».

Анализ показывает, что использование логарифмических шкал амплитуды является широко распространенным способом представления результатов измерения амплитуды.

ASTM E1274–03 «Измерение неровностей тротуара» позволяет выделить составляющую макрошероховатости из общего измерительного сигнала, получаемого с первичного измерительного преобразователя

[119, 121, 180, 181, 179].

Также известен стандарт ASTM E274-06 «Метод испытаний сопротивления проскальзывания при помощи полномасштабной автомобильной шины», который позволяет оценить коэффициент сцепления аналогично ГОСТ 30413-96 «Методы определения коэффициентов сцепления колес автомобилей с дорожными покрытиями» и СТБ 1566-2005 «Методы испытаний»; СТ РК 1279-2004 [120].

Также известен стандарт ASTM STM C672/C672M-12 «Стандартный метод испытаний для вычисления сопротивления шероховатых покрытий с учетом удаления льда химическим способом».

Этот метод испытаний может использоваться для оценки эффекта распределения смеси, поверхностной обработки, ремонта или других дорожных работ [122].

Важно отметить, что в стандартах многих штатов США среднее значение и мера изменчивости показателя были совмещены в один показатель (аналог критерия Тейлора), уровень качества определялся на основе уровня надежности и коэффициента вариации. При этом оплата выполненных работ поставлена в зависимость от коэффициента вариации, чтобы сократить разброс показателей, влияющих на долговечность дорожного покрытия (плотность, толщина, содержание битума и др.).

Анализ этих способов определения макрошероховатости (макротекстуры) позволяет сделать вывод о сильной зависимости изменения полученных результатов от изменения базы данных, т.е. результат измерения не является инвариантом по отношению к базе измерения.

Кроме того, не решен вопрос о нерегулярных текстурах и применении статистического анализа. Объемный же метод может быть ис-

78

пользован только для вновь устроенных макрошероховатых дорожных покрытий. Как определять коэффициенты приведения для эксплуатируемых макрошероховатых дорожных покрытий, в стандартах не установлено.

Выводы по разделу 1

1.В настоящее время существуют различные виды ШПО, которые можно устраивать разнообразными методами с использованием разнообразного оборудования. Современные технологии применения БЩР позволяют синхронно распределять битум и щебень. Существуют также дорожные покрытия с макрошероховатостью, устраиваемые без операции прикатки дорожными катками. Например, покрытия из мате-

риала SafeLane™.

2.Особенностью устройства ШПО ездового полотна на мостовых сооружениях является технологии применения распределителей литой асфальтобетонной смеси на основе полимерно-битумных вяжущего,

атакже с использованием сероасфальтобетона.

3.Находят применение разнообразные автоматизированные диагностические лаборатории для оценки и контроля качества ШПО, которые могут снимать параметры макрошероховатости в движении, сканируя и строя профиль поверхности, в том числе и в 3D.

4.Во время выполнения технологических операций по устройству ШПО выявляются различные виды дефектов поверхности, связанные с неравномерностью распределения щебня, битума и перемешивания материалов. В результате появляется изменение коэффициента сцепления на отдельных участках ШПО. Поэтому необходимы анализ причины возникновения этих отклонений, а также совершенствование методов нормирования, устройства и контроля качества ШПО дорожных покрытий.

5.Применение параметра «средняя высота выступов Нср» в дорожном хозяйстве ранее вполне отвечало возможностям нормирования для обычных дорожных покрытий: на этих покрытиях колесо полностью контактирует с поверхностью дороги. Однако на макрошероховатом дорожном покрытии колеса контактируют по-другому – по выступам макрошероховатых зерен щебня.

79

6. Ранее определялась величина коэффициента шага выступов: Kш = Нср/Rz. Между тем использование этого коэффициента обладает существенной неопределенностью. Возможны варианты, равные нулю, а также деления на ноль. Поэтому этот показатель, предложенный в ВСН 38-90, для целей нормирования макрошероховатых дорожных покрытий в настоящей работе из рассмотрения исключен.

7.Показатели глубины впадин и степень заполнения их вяжущим, снегом или водой и другими загрязнениями не являются главными факторами. Значит, для достоверности результатов измерений и уменьшения зависимости их от выбранного сечения дорожного профиля необходимо считать не среднее значение, а переходить к определению дисперсии высоты выступов или глубины впадин.

8.Критический анализ зарубежных нормативных документов по определению макрошероховатости (макротекстуры) позволяет сделать вывод о сильной зависимости изменения полученных результатов от изменения базы данных. Результат измерения не является инвариантом по отношению к базе измерения.

9.Не решен вопрос о нерегулярных текстурах и применении статистического анализа. Объемный же метод может быть использован только для вновь устроенных макрошероховатых дорожных покрытий. Как определять коэффициенты приведения для эксплуатируемых макрошероховатых дорожных покрытий, в стандартах также не установлено.

10.Результаты аналитического обзора позволили обосновать перспективность дальнейшего исследования макрошероховатых дорожных покрытий, которые отличаются относительной повышенной разновысотностью выступов и разноглубинностью впадин. Значительная изменчивость высоты активных шероховатых выступов и объема глубин впадин (структурных пор) дорожных покрытий определяют, в свою очередь, изменчивость и вариативность относительных максимальных разноглубинности и разновысотности.

80