譚 利， 易 文， 何賢鋒， 劉 威

(1.中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.長沙市公路管理局， 湖南 長沙 410007)

防滑降噪瀝青路面降噪效果淺析

譚 利1， 易 文1， 何賢鋒2， 劉 威1

(1.中南林業(yè)科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 2.長沙市公路管理局， 湖南 長沙 410007)

通過現(xiàn)場實測防滑降噪瀝青路面試驗路段的汽車噪聲，并與相鄰試驗路段密級配瀝青路面的測量結(jié)果進行對比，分析結(jié)果表明，防滑降噪瀝青路面具有較明顯的降噪性能，但是在路面的后期使用過程中，降噪性能有所衰減?？偟膩碚f，防滑降噪瀝青路面比普通密級配瀝青路面的降噪效果好，在城市道路中具有廣泛的應(yīng)用前景。

瀝青路面； 防滑降噪； 降噪性能； 應(yīng)用前景

0 引言

近年來，隨著公路交通事業(yè)的快速發(fā)展，交通噪聲污染日益嚴重，已經(jīng)嚴重影響到人們的正常生活和工作。長期受噪聲影響的人會出現(xiàn)頭昏頭疼、神經(jīng)衰弱、消化不良、高血壓和心血病等多重疾病危害。近20多年來，國內(nèi)外對低噪聲瀝青路面進行了許多研究，主要是在級配、材料、厚度、空隙率等方面，并且自2000年以來鋪筑了很多試驗路段進行實踐研究[1]。自20世紀50年代以來，開級配在美國、日本很多地方得到了廣泛的運用，技術(shù)也越來越成熟[2]。我國許多城市交通噪聲污染嚴重，并且很多繁華地段的噪聲多數(shù)在80 dB以上[3]。隨著時代的進步，車輛的機械噪聲得到了很大的控制，輪胎與地面之間的噪聲成為了交通噪聲的主要來源。目前有研究顯示，再對輪胎研究設(shè)計也只能達到1～2 dB的降噪效果，所以要想進一步改善噪聲污染，最有效的辦法就是從路面上改善其性能，其中最主要的是降低其放射噪聲。

多孔性降噪瀝青路面的室內(nèi)聲學(xué)研究表明，多孔性材料理論上的確具有一定的吸聲的效果，為了能夠減少交通噪聲，尋找一個適應(yīng)湖南當?shù)囟嘤隁夂虻囊粭l道路，湖南省交通科技計劃鋪筑一條南方多雨條件下防滑降噪瀝青路面。本文在新鋪筑的開級配試驗路段與相鄰密集配瀝青路面試驗路段進行現(xiàn)場噪聲測量，通過對比兩種路面的測量結(jié)果進行降噪效果淺析。

1 防滑降噪瀝青路面及其降噪原理

1.1 防滑降噪瀝青路面簡介

防滑降噪瀝青路面是指用大空隙、能迅速從其上面層內(nèi)部向兩側(cè)排走路表雨水，具有抗滑、抗車轍及降噪性能的瀝青路面結(jié)構(gòu)層。這種結(jié)構(gòu)層屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)型，通常空隙率為15%～25%左右，有的特殊可高達30%[4]，比普通的密級配瀝青混合料的空隙率(3%～6%)大得多，具有很好的排水、抗滑、降噪性能，但同時這種瀝青路面的耐久性很難保證，所以空隙率設(shè)計中不宜過大也不宜過小。防滑降噪瀝青混合料的粗集料要比密集配多得多，細集料較少，形成的大孔隙結(jié)構(gòu)的瀝青混合料容易受到陽光、空氣、雨水等不利因素的作用，易使混合料上的瀝青老化和剝落，導(dǎo)致瀝青失去性能和石料的松散，最終導(dǎo)致路面的破壞，所以防滑降噪瀝青混合料的性能特殊性要求選用具有強裹覆力、抗老化、抗水害等特性的高粘度改性瀝青。防滑降噪瀝青路面的路用性能越來越受到很多國家的重視，并總結(jié)了一些經(jīng)驗，其優(yōu)點有： ①提高行車安全性。由于路面能及時排走路表的雨水，從而提高了路面雨天的抗滑性能和提高了行車的可視性。 ②減少噪聲污染。由于混合料的空隙率高，連通性好，可以吸收部分噪音，從而使行車舒適，減少噪聲污染。其缺點有： ①由于空隙率較大，所以其耐久性成為發(fā)展的瓶頸，對粘結(jié)料的要求較高。 ②使用一段時間后空隙極易被垃圾污泥等物堵塞，從而造成排水降噪的功能受到限制。所以在使用該種路面過程中得考慮其耐久性和孔隙堵塞等問題。

1.2 噪聲產(chǎn)生的機理與分類

交通噪聲的來源主要有汽車發(fā)動機噪聲、汽車輪胎與路面摩擦制動噪聲、車體與空氣流作用的噪聲，而路面最主要的噪聲為輪胎與路面噪聲。當車速大于50 km/h時，隨著車速的增大，輪胎與路面噪聲成為小汽車和輕型車的主要噪聲源[5]，對于大、中型載貨車則相反。輪胎/路面的噪聲和路面結(jié)構(gòu)、輪胎類型、行車速度等有關(guān)，目前公認的輪胎噪聲形成機理[6，7]主要概括為以下幾類。

1.2.1 氣泵噪聲

當輪胎與地面開始接觸前，前緣空氣會被輪胎瞬間地從外胎溝槽和路面空隙里擠壓出來，使氣體沿著輪胎的走向產(chǎn)生聲波，此時后緣空氣瞬時被吸入溝槽和路面的空隙里，從而形成“撲”聲。如防滑降噪路面空隙率比較大，輪胎接觸地面時會把空氣擠入有效孔隙中，并且空隙與空隙之間相通，氣壓達到平衡，從而削弱了氣泵噪聲。

1.2.2 振動噪聲

當輪胎與路面接觸時，由于路面的不平整性與粗糙性，所以在輪胎上會產(chǎn)生一塊塊花紋敲打路面的振動聲，而當輪胎的被壓面離開地面時，該接觸面上的花紋將迅速恢復(fù)到原來狀態(tài)，從而產(chǎn)生胎體振動噪聲；再者，由于滾動的輪胎與地面接觸時會產(chǎn)生切向力，而部分的切向力會使輪胎在該路面上產(chǎn)生滑移，輪胎的表面進一步被振動，從而產(chǎn)生了振動噪聲。

1.3 防滑降噪瀝青路面的降噪特性

防滑降噪瀝青路面與密級配瀝青路面降噪性能的最大區(qū)別在于空隙率的大小，很顯然，防滑降噪瀝青路面的罩面之間有較大的空隙結(jié)構(gòu)，可以使輪胎與路面接觸產(chǎn)生的噪聲有較大的消散空間，降低空氣壓力，從而顯著的降低噪聲[8]，而路面與輪胎噪聲的重要組成部分就是氣泵噪聲，所以防滑降噪瀝青路面的使用能有效地降低噪聲污染。其次防滑降噪瀝青面層的石料粒徑比密級配的大，壓實后的路面比較平整，紋理少，這也從一定程度上降低了輪胎振動噪聲。圖1、圖2分別為普通密級配瀝青路面和防滑降噪瀝青路面降噪示意圖。

圖1 普通密級配瀝青路面

圖2 防滑降噪瀝青路面

從圖1，圖2可以看出，汽車行駛時輪胎會高速擠壓空氣，對于普通密級配路面產(chǎn)生的噪聲幾乎全部從路面與輪胎的縫隙中反射到空氣，形成噴射噪聲，而防滑降噪瀝青路面空隙較大，空氣在輪胎迅速擠壓的過程中穿過空隙，氣壓迅速平衡，形成的噪聲大部分會被有效空隙吞沒，削弱了氣泵噪聲，從而起到了降噪效果。

2 試驗路

2.1 試驗路段工程簡介

試驗路段位于湖南省長沙市S103線瀏陽市段(K67+000～K68+000)的上面層，該線段是一條長1 km、寬12 m、設(shè)計車速為60 km/h的二級公路大修路面改造工程，為了尋求一條適應(yīng)南方多雨天氣和重載荷交通的路面，開展了南方氣候條件下防滑降噪排水瀝青路面耐久性能的研究。本次試驗路段設(shè)計空隙率為20%，設(shè)計上面層厚度為4 cm的OGFC-13瀝青混合料，該厚度下具有最大的降噪效果[9]，采用中國石化SBS改性瀝青為粘結(jié)油，使用輝綠巖連續(xù)級配熱拌瀝青混合料攤鋪，最后使用鋼輪壓路機壓實成型，由于改性瀝青粘度過大，不推薦使用膠輪壓路機[10]。其路面面層結(jié)構(gòu)形式如圖3。

圖3 防滑降噪瀝青路面結(jié)構(gòu)圖

2.2 試驗路段瀝青混合料組成

本課題選取的集料采用江西與瀏陽交界處的石料廠提供的0～2.36 mm、2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm，9.5～13.2 mm 4檔輝綠巖粗集料和石灰?guī)r礦粉。通過借鑒美國、日本等對排水瀝青路面應(yīng)用研究比較先進的國家的設(shè)計方法，結(jié)合本國的特點，和湖南省當?shù)氐臍夂驐l件，即新級配范圍比原來的粗，較粗的級配會提高混合料的排水功能和抗車轍能力。排水瀝青路面混合料的配合比設(shè)計采用馬歇爾試件的體積設(shè)計方法進行，并以空隙率作為配合比設(shè)計主要指標。通過分別對混合料進行謝倫堡析漏試驗和肯塔堡飛散試驗，確定級配礦料的最佳油石比為5.0%。目標配合比各材料設(shè)計比例為4#∶3#∶2#∶1#∶礦粉=12.0%∶2.0%∶36.0%∶44.0%∶6.0%，混合料級配組成如圖4所示。

依據(jù)目標配合比設(shè)計級配及熱料倉篩分試驗結(jié)果，進行了生產(chǎn)配合比級配組合設(shè)計與調(diào)試，各熱料倉及礦粉質(zhì)量比為：4#倉∶3#倉∶2#倉∶1#倉∶礦粉=13.0%∶4.0%∶35.0%∶43.0%∶5.0%。通過目標最佳瀝青量與±0.3%這3種油石比，進行馬歇爾穩(wěn)定度試驗，通過試驗結(jié)果最終確定生產(chǎn)最佳油石比為4.9%。生產(chǎn)配合比礦料組圖4所示。

圖4 目標、生產(chǎn)合成級配曲線

試驗路段于2015年1月4日中午鋪筑，雖然施工是在一月份進行，但是選取了2天比較好的天氣，當天最低氣溫為11 ℃、最高氣溫為20 ℃，所以攤鋪能得以順利進行。由于當?shù)貋硗囕^多，為了不影響交通，攤鋪采用單車道模式。緊急情況或者施工車輛必須通過時應(yīng)待攤鋪層完全冷卻或者表面溫度低于50 ℃時才開放，禁止急剎急轉(zhuǎn)彎。

3 路面性能實測與分析

試驗路鋪完后在2015年的1月份、4月份、6月份、9月份、12月份分別對路面進行常規(guī)的性能檢測，其中包括構(gòu)造深度(鋪砂法)、擺式摩擦系數(shù)、平整度(3 m直尺)、滲水系數(shù)和噪音，同時在相鄰密級配試驗路段也進行了對應(yīng)的檢測以作比較。本文中只對噪音進行分析。

3.1 路面噪音測量

在現(xiàn)場檢測噪音的時候，由于來往車輛較多，受干擾較大，所以采取人工在測點前后20 m處進行短時間封閉交通的方法，采用TES-1352H型噪聲計統(tǒng)一離車右輪胎2 m遠，距地面1 m高進行測量。測點兩邊都是池塘和田地，所以不考慮反射噪音的影響。檢測用車為同一輛普通小汽車，分別以40、60、80 km/h的穩(wěn)定車速經(jīng)過試驗路段，由于車速低時，機械噪聲占主，所以為了減少誤差，當汽車將要行駛到測點時采用空檔滑行。S103為二級公路，為了安全起見試驗車速最大不宜超過100 km/h，所以100 km/h不做試驗車速。2種瀝青路面在干燥情況下的車外平均噪音對比如表1所示。

表1 路面車外平均噪聲對比表dB類別不同車速(km·h-1)時的噪聲406080普通密級配瀝青路面752784836防滑降噪瀝青路面717732781降噪量355255

由表1可以看出，防滑降噪瀝青路面的平均噪音明顯要比普通密級配瀝青路面小得多，隨著車速的增加，兩種路面的噪音也隨之增大，并且密級配路面增加的更明顯。在車速為40 km/h時，防滑降噪瀝青路面的噪音要比密級配瀝青路面小約3.5 dB；在車速為60 km/h時，防滑降噪路面的噪音小約5.2 dB；在車速為80 km/h時，防滑降噪路面小約5.5 dB?？梢钥闯觯S著車速的增加，防滑降噪瀝青路面的降噪效果更明顯，平均比普通密級配瀝青路面具有3.5～5.5 dB的降噪效果。

3.2 防滑降噪瀝青路面降噪性能的衰減

在防滑降噪瀝青路面測量過程中不僅發(fā)現(xiàn)其構(gòu)造深度在逐漸減小，而且其噪聲測量結(jié)果在同一速度下也有所增大。歸其原因[11]主要有：在道路使用期間各種小車、重型貨運車、大巴車等對路面的磨耗使其路面結(jié)構(gòu)發(fā)生一些變化，空隙有所減小，并且輪胎的磨耗使得道路表面的粗糙度減小，在一定程度上減弱了防滑效果和增加了輪胎與路面的振動噪聲；該試驗路段在鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，在使用階段，試驗路段的進出口并沒對過往車輛輪胎進行清理，很多灰塵、泥土以及當?shù)厣罾入s物漸漸地將孔隙堵塞，導(dǎo)致路面的構(gòu)造深度顯著減小，從而影響了防滑降噪瀝青路面的吸聲作用。圖5、圖6分別為2種路面噪音增加情況。

圖5 密級配瀝青路面噪音隨車速和時間的變化

圖6 防滑降噪瀝青路面噪音隨車速和時間的變化

由圖5可以看出，普通密級配瀝青道路經(jīng)過幾個月的使用其同一速度下噪聲變化不大，基本在1～2 dB范圍內(nèi)，這種容許變化跟環(huán)境與人為因素有關(guān)。從圖6可以看出，隨著防滑降噪瀝青路面的投入使用，噪音逐漸增加，但是在第5次測試中，車速為40 km/h與60 km/h時的噪音相差不大，因為在測試中，測試車沒有采用空檔，汽車發(fā)動機對噪音的影響較大，但是對密級配瀝青路面的影響較小。在車速為60 km/h時，出現(xiàn)了噪音稍微變小的情況，這與11月份當?shù)亻L期雨水天氣有關(guān)，一定程度上沖走了孔隙之間的塵土與垃圾，疏通了部分有效孔隙?？偟膩碚f，從圖6中可以看出，防滑降噪瀝青路面的降噪特性出現(xiàn)了衰減。

由于該條省道設(shè)計車速為60 km/h，并且行駛在該公路上的車速大多數(shù)在其左右，所有將該車速下的5次平均噪音進行對比分析，如圖7所示，并在第5次時進行了2種路面潮濕狀態(tài)下噪音測試，結(jié)果如圖8所示。

圖7 60 km/h車速條件下瀝青路面的噪音隨時間的變化

圖8 60 km/h車速條件下不同路面狀態(tài)下噪音比較

從圖7可以看出，在60 km/h這一速度條件下，密級配瀝青路面的噪聲在0.3～1.4 dB范圍內(nèi)呈無規(guī)律的波動。防滑降噪瀝青路面的噪聲隨時間的變化基本呈現(xiàn)逐漸增大，最終會有無限趨于平穩(wěn)趨勢，但總的來說，防滑降噪瀝青路面的噪音要比密級配瀝青路面的噪聲小。從圖8可以看出，在車速為60 km/h時，不管是干燥路面還是潮濕路面，防滑降噪瀝青路面的噪音都要比密級配瀝青路面的小，并且防滑降噪瀝青路面在潮濕狀態(tài)下的降噪效果更為明顯，達到了7.6 dB，因為雨天時，防滑降噪瀝青路表面無積水，而普通密級配瀝青路表面產(chǎn)生水膜，在行車速度較大時水珠被甩、水珠沖擊地面等造成噪聲很大，由此可見，雖然防滑降噪瀝青路面的降噪性能出現(xiàn)衰減，但是還是具有一定的降噪性能。

4 結(jié)論與展望

1) 通過現(xiàn)場實測防滑降噪瀝青路面和普通密級配瀝青路面的噪音，對比研究得出，防滑降噪瀝青路面的噪聲要比普通密級配瀝青路面的噪聲低3.5～5.5 dB，并且雨天降噪效果更明顯，具有很好的降噪性能。

2) 防滑降噪瀝青路面的孔隙率較大，在該工程項目中設(shè)計為20%，大孔隙率可以有效的“吸收”輪胎與路面產(chǎn)生的噪聲，從而降低了交通噪聲。

3) 防滑降噪瀝青道路在使用過程中，由于汽車輪胎對路面的磨耗作用以及塵土、雜物對孔隙的堵塞作用在一定程度上衰減了路面的降噪性能，但還是要比密級配瀝青路面的降噪性能好，所以在后期的使用中應(yīng)該對路面的孔隙進行清洗與疏通，保證路面的排水降噪性能。

4) 由于防滑降噪瀝青路面為大孔隙率骨架型結(jié)構(gòu)，所以對路面結(jié)構(gòu)的耐久性要求相對較高，路面中的半有效空隙易儲水，冬季結(jié)冰會對骨架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重的破壞，從而影響了路面的使用壽命。該試驗路段的粘結(jié)料采用的是改性SBS高粘瀝青，該材料本身具有一定的減噪特性，并且為瀝青混合料的耐久性提供了一定的保障。但今后在防滑降噪瀝青路面的耐久性探討仍是一個值得深入研究的課題。

文中數(shù)據(jù)為人為跟蹤實測所得，今后可進行不同路面、不同車型、車內(nèi)外噪音對比等測試，進一步完善防滑降噪瀝青路面的降噪性能。

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