李佳奇

(保定市交通運(yùn)輸局望都縣養(yǎng)路工區(qū) 保定市 071000)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，道路交通處于前所未有的高速發(fā)展階段，隨之帶來的道路交通噪聲污染，尤其是城市道路交通噪聲越來越受到人們關(guān)注。其中，路面與輪胎間作用產(chǎn)生的噪聲成為道路交通噪聲污染的重要來源，降低車輛行駛噪聲的方法很多，如采用不同類型的道路隔聲屏障，但成本相對(duì)較高[1-2]。目前，我國(guó)公路多鋪筑密級(jí)配瀝青混合料，而關(guān)于排水降噪透水瀝青混合料的應(yīng)用相對(duì)較少。孫亮[3]設(shè)計(jì)的多孔瀝青路面材料同時(shí)兼具降低行車噪音、排水和通行等功能。謝俊豪[4]對(duì)不同瀝青混合料的吸聲性能進(jìn)行了研究，認(rèn)為集料特性可以用分形維數(shù)和集料規(guī)則度等指標(biāo)來表征，進(jìn)一步分析了瀝青混合料的性質(zhì)對(duì)其吸聲降噪效果的影響；錢寧等[5]建議考慮瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)及空隙率，才能更好地發(fā)揮其功能性?；诖耍ㄟ^駐波管試驗(yàn)對(duì)透水瀝青混合料SMA-13、AC-13以及OGFC-13的降噪特性進(jìn)行了研究，以期為透水降噪瀝青混合料的實(shí)際應(yīng)用提供借鑒。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 原材料

瀝青：采用SK公司生產(chǎn)的高粘度改性瀝青；粗集料：玄武巖；細(xì)集料：人工破碎的機(jī)制砂；填料：石灰?guī)r磨細(xì)礦粉。

1.2 改性劑最佳摻量的確定

將TPS改性劑摻加到常用的5%SBS改性瀝青中制備高黏改性瀝青，對(duì)不同摻量下高黏瀝青性能進(jìn)行試驗(yàn)，以確定TPS改性劑的最佳摻量，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觯S著TPS摻量的增加復(fù)合改性瀝青的25℃針入度值逐漸降低，復(fù)合改性瀝青的稠度逐漸增大。TPS摻量為12%時(shí)針入度值為39.13(0.1mm)，小于規(guī)范中最小針入度40(0.1mm)的要求，故改摻量不滿足要求。綜合規(guī)范對(duì)瀝青指標(biāo)的要求，采用5%SBS+11%TPS的復(fù)合比來制備高黏改性瀝青。

表1 不同TPS摻量試驗(yàn)結(jié)果

1.3 瀝青混合料配合比的確定

對(duì)OGFC-13的吸聲降噪特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，同時(shí)SMA-13和AC-13兩種級(jí)配作為對(duì)比，三種瀝青混合料級(jí)配曲線如圖1所示。

圖1 級(jí)配曲線圖

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。SBS和高黏改性瀝青下AC-13的最佳瀝青用量，分別為4.8%和5.3%；SMA-13的最佳瀝青用量分別為6%和6.5%；OGFC-13的最佳瀝青用量分別為4%和4.3%。按照SMA-13的級(jí)配特點(diǎn)，本研究在其混合料中摻加了0.3%的木質(zhì)素纖維。滲水系數(shù)和馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 滲水系數(shù)和馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

可以看出，三種級(jí)配試件的馬歇爾穩(wěn)定度的大小關(guān)系均為：OGFC-13

1.4 試驗(yàn)方法

通過駐波管試驗(yàn)測(cè)得的吸聲系數(shù)對(duì)瀝青混合料的吸聲性能進(jìn)行表征，將待測(cè)的瀝青混合料試件裝在駐波管的一端，采用1/3倍頻程中心頻率進(jìn)行測(cè)試，入射波與試件表面反射的聲波發(fā)生疊加，根據(jù)聲壓極大值和極小值處的聲壓振幅得到駐波比，通過計(jì)算可得到瀝青混合料的吸聲系數(shù)值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 級(jí)配對(duì)瀝青混合料降噪特性的影響

不同級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件吸聲系數(shù)的變化曲線如圖2所示?？梢钥闯?，不同頻率聲波下，三種級(jí)配瀝青混合料的吸聲系數(shù)先逐漸增大至峰值后逐漸減小。吸聲系數(shù)峰值對(duì)應(yīng)的頻率附近為最佳吸聲頻率范圍，其中，OGFC-13、SMA-13和AC-13的吸聲系數(shù)峰值分別為0.6534、0.3010和0.2505，對(duì)比可知OGFC-13對(duì)于吸收630Hz范圍內(nèi)的低頻噪聲具有較好的降噪效果。

圖2 不同級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件吸聲系數(shù)的變化曲線

通過計(jì)算得到瀝青混合料的降噪系數(shù)和平均吸聲系數(shù)，如圖3所示?？梢钥闯?，AC-13的降噪系數(shù)以及平均吸聲系數(shù)分別為0.1180和0.0955；SMA-13分別為0.1479和0.1405；OGFC-13分別為0.3180和0.3106。SMA-13瀝青混合料的級(jí)配組成特點(diǎn)使其表面具有豐富的表面紋理，吸聲降噪性能明顯優(yōu)于AC-13。得益于OGFC-13試件空隙率的特性，噪聲在空隙內(nèi)得到消耗，使其吸聲降噪性能和降噪系數(shù)分別為AC-13的2.69倍和3.25倍，為SMA-13的2.15倍和2.21倍。

圖3 瀝青混合料的降噪系數(shù)和平均吸聲系數(shù)

2.2 厚度對(duì)瀝青混合料降噪特性的影響

不同厚度下瀝青混合料試件的駐波管試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯S著瀝青混合料厚度的增大，三種試件吸聲系數(shù)的峰值也在逐漸變大，但是峰值處的頻率值呈現(xiàn)出明顯減小的趨勢(shì)，其中，55mm和50mm厚度的瀝青混合料試件較45mm和40mm試件的吸聲系數(shù)峰值頻率向低頻移動(dòng)了近一個(gè)頻程。

圖4 不同厚度瀝青混合料吸聲系數(shù)隨頻率的變化曲線

不同瀝青混合料吸聲性能指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果如表3所示。可以明顯看出，試件厚度由40mm增加至55mm的過程中，各瀝青混合料的降噪系數(shù)、平均吸聲系數(shù)以及吸聲系數(shù)峰值均逐漸增大，表明增加瀝青混合料厚度能夠提高混合料的吸聲性能。從整體上來看，三種級(jí)配試件的厚度與降噪系數(shù)、平均吸聲系數(shù)以及吸聲系數(shù)峰值均呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，這意味著增加混合料厚度能夠增強(qiáng)其降噪性能，但數(shù)值不會(huì)無限增加。因此，單純靠增加瀝青混合料厚度來提高其降噪性能效果并不顯著。

表3 不同瀝青混合料吸聲性能指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果

2.3 表面特征對(duì)瀝青混合料降噪特性的影響

不同級(jí)配瀝青混合料表面構(gòu)造深度對(duì)比如圖5所示?？梢钥闯?，表面構(gòu)造深度值的大小順序?yàn)椋篈C-13

圖5 瀝青混合料表面構(gòu)造深度與表面暴露率的關(guān)系曲線

3 結(jié)論

通過瀝青性能試驗(yàn)確定了高黏改性瀝青中SBS改性劑和TPS改性劑的最佳復(fù)合比為5%SBS+11%TPS。OGFC-13試件的吸聲降噪性能和降噪系數(shù)分別為AC-13的2.69倍和3.25倍，為SMA-13的2.15倍和2.21倍。隨著瀝青混合料厚度的增大三種試件吸聲系數(shù)的峰值也在逐漸變大，但是峰值處的頻率值呈現(xiàn)出明顯減小的趨勢(shì)；單純靠增加瀝青混合料厚度來提高其降噪性能效果并不顯著。較大的表面構(gòu)造深度和較小的表面暴露率能夠有效提升瀝青混合料的吸聲降噪性能。研究結(jié)果能夠?yàn)橥杆翟霝r青混合料的實(shí)際應(yīng)用提供借鑒。