降噪表面薄层回弹模量的影响因素研究

2013-04-15武银君

建材世界 2013年2期

武银君

（锡林郭勒盟太仆寺旗公路管理段，宝昌 027000）

表面薄层是一种路表处理技术，通常是在路表上增加不超过40mm的薄层。在20世纪90年代，法国和其他一些欧洲国家开始大规模的引用表面薄层，将其作为磨耗层，其主要目的是获得一种有良好抗滑性能且耐用的磨耗层。近年来，有研究关注将表面薄层作为路面降噪层，降噪表面薄层也得到了一定的发展。降噪表面薄层主要有两个特征：较多的孔洞，以减少汽车排气泵产生的噪音；平滑的表面，以减少轮胎震动产生的噪音。现阶段的降噪表面薄层主要从以下四种路面发展而成：开级配沥青混凝土、沥青玛蹄脂、超薄沥青混凝土层、半多孔沥青混凝土。

回弹模量是对材料弹性模量的一种表征，它是材料在柔性路面机械性能设计基础中的一种重要材料性质。在1993年，美国国家公路运输协会开始使用回弹模量表征路面面层材料模量性质。近年来有研究表明回弹模量是影响道路降噪性能的一个重要因素。因此研究影响表面薄层回弹模量的因素，对降噪表面薄层的设计有指导意义。

1 实验设计

1.1 原材料

该实验所用矿料均为石灰岩，其性能指标见表1。沥青为辽宁盘锦90＃基质重交通沥青。

表1 石灰岩性质

1.2 实验方法

1.2.1 样品准备

实验中，根据公路工程沥青及混合料试验规程（JTJ－2000）T0703－1993试验规程，成型标准车辙试件，试件尺寸为300mm×300mm×50mm。然后在车辙试件上距边缘30mm处钻芯取样，取4个直径为100mm，高度为50mm的圆柱形试件，最后将其切割成直径为100mm，高度为30mm的试件（见图1）。根据T0706－2000试验规程，测量计算试件空隙率，测量结果取4个试件平均值。样品参数见表2。

表2 降噪表面薄层参数

1.2.2 回弹模量测试

实验根据美国材料试验规程（ASTM D 4132－82），采用间接拉伸试验测量降噪表面薄层回弹模量，试验过程见图2。每组样品进行5个不同温度（5℃，10℃，15℃，20℃，25℃）的回弹模量测量，在每个温度下进行5个频率（0.5Hz，1Hz，2Hz，4Hz，8Hz）的回弹模量测量，测试结果取4个试件平均值。

2 结果与讨论

该文以20℃为代表，通过时温等效法则，作该温度回弹模量主曲线，在较宽频率范围内观察降噪表面薄层回弹模量的变化趋势。

2.1 空隙率和矿料含量的影响

从图3可以看出空隙率对回弹模量的影响。参照样品和01样品有相同的矿料粒径范围2～6mm，相同的空隙率78%，相同的沥青含量6.1%，矿料来源也相同。参照空隙率分类，参照样品为半密实表面薄层，01为半开表面薄层。在图3中，参照样品和01薄层的回弹模量主曲线几乎重叠在一起。一般认为，空隙率对沥青混合料模量有显著影响，但是参照样品和01薄层的20℃回弹模量差别不大。这可能是因为当空隙率在一定范围内变化时，回弹模量变化不大。

从图3还可以看出矿料含量对回弹模量的影响。回弹模量随矿料含量增加而增大。在频率100Hz上方区域，回弹模量主曲线彼此接近，在频率100Hz下方区域，回弹模量差别较为明显。这是因为，当矿料含量较低时，胶浆含量较高。在间接拉伸试验中，低频对应着高温，在高温区域，胶浆对混合料模量影响更为显著。

2.2 沥青含量的影响

图4为沥青含量对回弹模量的影响。除了沥青含量不同，参照样品和07样品的其他参数都相同。从图4中可以看出，沥青含量对降噪表面薄层回弹模量的影响十分明显，沥青含量越高，回弹模量越低。这与常见沥青混合料模量变化规律一致。

2.3 矿料粒径的影响

图5为矿料粒径对回弹模量的影响。参照样品和04样品除了矿料粒径范围不同之外，其他参数都相同。当频率高于100Hz时，二者回弹模量几乎一样；当频率低于100Hz时，粒径范围为2～6mm的表面薄层回弹模量高于4～8mm表面薄层回弹模量。这说明降噪抗滑薄层的矿料尺寸对其回弹模量有影响，在高温时影响更为明显。

2.4 矿料来源的影响

图6为矿料来源对回弹模量的影响。从图6中可以看出，用湖北京山和重庆铜梁石灰岩制成的混合料回弹模量区别不大，二者回弹模量高于用内蒙赤峰石灰岩制成的混合料回弹模量。从表1中可以看出，京山和铜梁石灰岩磨光值相同，高于赤峰石灰岩磨光值。结合图6和表1，似乎石料磨光值越高，回弹模量越大，但二者之间的关系还有待进一步考察。