Макрошероховатость асфальта

Макрошероховатость асфальта — это характеристика дорожного покрытия, определяемая наличием неровностей, выступов и впадин на его поверхности с размерами от 0,5 до 50 мм. Она является одним из ключевых параметров сцепных свойств дорожного покрытия, влияя на безопасность движения, особенно в условиях дождя, снега или гололёда. В отличие от микрошероховатости (неровности менее 0,5 мм), макрошероховатость обеспечивает отвод воды из зоны контакта шины с дорогой и механическое зацепление на макроуровне.

Физическая сущность и механизм действия

Макрошероховатость формируется за счёт текстуры поверхности асфальтобетона, создаваемой зёрнами минерального материала (щебня, песка) и связующего (битума). Выступы и впадины образуют каналы и поры, которые выполняют две основные функции:

1. Дренажную — при движении автомобиля по мокрой дороге вода выдавливается из-под шины в эти каналы, что предотвращает образование водяной плёнки и аквапланирование (потерю сцепления).
2. Фрикционную — неровности макрорельефа входят в зацепление с рисунком протектора шины, создавая механическое сопротивление скольжению.

Эффективность макрошероховатости оценивается по глубине текстуры (средняя глубина впадин) и её равномерности. Оптимальные значения для асфальтобетонных покрытий составляют от 0,5 до 1,5 мм. При недостаточной глубине (менее 0,3 мм) ухудшается отвод воды, при избыточной (более 2 мм) — возрастает износ шин и шум.

Классификация

Макрошероховатость классифицируют по происхождению и способу формирования.

По происхождению

• Естественная — формируется в процессе укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси за счёт зернового состава (крупности щебня). Характерна для плотных и пористых асфальтобетонов.
• Искусственная — создаётся путём специальной обработки поверхности: нанесения шероховатых слоёв (например, поверхностной обработки), вдавливания щебня в свежеуложенный асфальт, фрезерования или нанесения шероховатых пропиток.

По типу текстуры

• Отрицательная — преобладают впадины (углубления) над выступами. Типична для плотных асфальтобетонов с мелким заполнителем.
• Положительная — преобладают выступы (выступы щебня). Характерна для щебёночно-мастичных асфальтобетонов (ЩМА) и поверхностных обработок.
• Смешанная — чередование выступов и впадин примерно равной площади.

Методы измерения и оценки

Для количественной оценки макрошероховатости применяют несколько методов, регламентированных государственными стандартами (в России — ГОСТ Р 50597-2017, ГОСТ 32825-2014).

Песчаный метод (метод «пятна»)

На поверхность дороги насыпают определённое количество сухого песка (обычно 25 см³) и разравнивают резиновым диском до заполнения всех впадин. Диаметр полученного пятна измеряют, и среднюю глубину текстуры (MTD — Mean Texture Depth) рассчитывают по формуле:

\[ MTD = \frac{4V}{\pi D^2} \]

где \( V \) — объём песка, \( D \) — средний диаметр пятна. Метод прост, но даёт усреднённую оценку и зависит от плотности песка.

Лазерное сканирование

Современные профилометры (например, лазерные сканеры) позволяют получить трёхмерную карту поверхности с разрешением до 0,1 мм. Оцениваются параметры: средняя глубина текстуры (MTD), средняя высота выступов (MPD — Mean Profile Depth), а также статистические характеристики (среднеквадратическое отклонение, асимметрия). Этот метод точен, но требует дорогостоящего оборудования.

Визуальная оценка

В полевых условиях инспекторы используют эталонные образцы (шаблоны) с известной шероховатостью или сравнивают покрытие с фотографиями. Метод субъективен и применяется для предварительного контроля.

Факторы, влияющие на макрошероховатость

Состав асфальтобетонной смеси

• Крупность щебня — чем крупнее зёрна (например, фракция 5–20 мм), тем выше макрошероховатость. Мелкозернистые смеси (до 5 мм) дают гладкую поверхность.
• Форма зёрен — кубовидный щебень (дроблёный) создаёт более выраженный рельеф, чем окатанный (гравий).
• Содержание битума — избыток битума затекает в поры, снижая шероховатость; недостаток — приводит к выкрашиванию.

Технология укладки

• Температура смеси — при низкой температуре битум быстро остывает, не успевая заполнить поры, что может увеличить шероховатость, но снижает прочность.
• Уплотнение — чрезмерное уплотнение (катками) сглаживает рельеф; недостаточное — оставляет рыхлую поверхность.
• Скорость укладки — медленная укладка может привести к расслоению смеси и неравномерной текстуре.

Эксплуатационные факторы

• Износ — под воздействием шин и погодных условий (дождь, снег, химические реагенты) выступы сглаживаются, а впадины заполняются пылью и грязью. Макрошероховатость со временем уменьшается.
• Колейность — образование колей (продольных углублений) нарушает равномерность текстуры.
• Ремонт — ямочный ремонт, если не выровнен по уровню, создаёт локальные перепады.

Значение для безопасности дорожного движения

Макрошероховатость напрямую влияет на коэффициент сцепления шины с дорогой (φ). При сухом покрытии этот коэффициент слабо зависит от макрорельефа (основную роль играет микрошероховатость), но на мокрой дороге разница становится критической.

• При дожде — глубокая текстура (MTD > 1,0 мм) обеспечивает отвод воды, сохраняя сцепление на уровне 0,4–0,6 (сравнимо с сухим покрытием). При MTD < 0,3 мм сцепление падает до 0,2–0,3, что увеличивает тормозной путь в 2–3 раза.
• При гололёде — макрошероховатость улучшает сцепление шипованных шин, так как шипы зацепляются за выступы.
• При снегопаде — рыхлый снег заполняет впадины, снижая эффективность, но глубокая текстура всё же помогает шинам «пробивать» снежный слой.

В России требования к макрошероховатости установлены в ГОСТ Р 50597-2017: для дорог I–II категорий (автомагистрали, скоростные дороги) средняя глубина текстуры должна быть не менее 0,5 мм, для III–IV категорий — не менее 0,4 мм. При несоответствии покрытие подлежит ремонту.

Методы улучшения макрошероховатости

Для повышения сцепных свойств на старых или гладких покрытиях применяют:

• Поверхностную обработку — нанесение тонкого слоя битумной эмульсии с последующей россыпью щебня (фракция 5–10 мм). Щебень вдавливается катками, создавая искусственный макрорельеф. Метод распространён в России на дорогах III–IV категорий.
• Укладку ЩМА — щебёночно-мастичный асфальтобетон содержит до 70–80% крупного щебня, что обеспечивает высокую макрошероховатость (MTD до 1,5 мм) и долговечность.
• Фрезерование — снятие верхнего слоя асфальта фрезой с алмазными насадками создаёт рифлёную поверхность. Применяется на мостах и эстакадах.
• Нанесение пропиток — жидкие составы (например, эпоксидные смолы с песком) наносятся на гладкий асфальт, образуя шероховатую плёнку. Метод дорогой, но эффективный для локальных участков (повороты, перекрёстки).

Влияние на окружающую среду и комфорт

Высокая макрошероховатость увеличивает шум от движения автомобилей (на 3–5 дБ по сравнению с гладким асфальтом) из-за вибрации шин и воздуха в порах. Это может быть проблемой в жилых зонах. Для снижения шума применяют «тихие» асфальтобетоны с пористой структурой (например, дренирующие смеси), которые, однако, быстрее засоряются.

Кроме того, износ шин на шероховатых покрытиях выше, что увеличивает выбросы резиновой пыли. В России в крупных городах (Москва, Санкт-Петербург) при строительстве новых дорог отдают предпочтение ЩМА, который обеспечивает баланс между сцеплением и акустическим комфортом.

Источники

1. ГОСТ Р 50597-2017 «Дороги автомобильные и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения».
2. ГОСТ 32825-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Методы измерения сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием».
3. Справочник «Асфальтобетонные покрытия» под редакцией В. А. Золотаря, 2018.
4. Научные статьи: «Влияние макрошероховатости на коэффициент сцепления» (журнал «Автомобильные дороги», № 5, 2020).
5. Методические рекомендации Росавтодора «Оценка шероховатости дорожных покрытий», 2019.