低噪声多孔水泥路面结构设计探讨

杨 波

(山西长治公路勘察设计院，山西 长治 046000)



低噪声多孔水泥路面结构设计探讨

杨 波

(山西长治公路勘察设计院，山西 长治 046000)

介绍了低噪声水泥路面在国内外的研究现状，通过分析行车噪声的形成机理，阐述了低噪声多孔水泥混凝土路面的结构设计方法，并探讨了影响该路面结构力学性能的因素，指出采用多孔水泥混凝土路面结构，是降低行车噪声的有效途径。

多孔水泥路面，噪声，力学性能，配合比

1 概述

1.1 低噪声水泥路面国内外研究现状

早在20世纪80年代，我国就展开对道路噪声的研究，当时主要是用来评价公路项目噪声对周边环境的影响。随后，我国研究工作者提出多孔水泥混凝土路面结构、透水性水泥混凝土路面结构降噪课题，并吸引了大量科研工作者进行讨论研究，其中最大的焦点是多孔降噪与强度下降直接的矛盾，路表功能与降噪之间的矛盾等问题。

在国外，瑞典、德国等国在研究轮胎噪声技术方面起步较早，有很多先进的理论成果，结合路面与轮胎的相互作用进行受力分析，建模计算，并制定出相应的执行标准，相比国内发展更为成熟。

1.2 行车噪声的形成机理

水泥路面行车噪声主要是车辆行驶中车轮和路面摩擦、冲击、振动等相互作用产生的，相比较沥青路面产生的噪声大。实践证明，行车噪声的产生主要表现在以下几个方面：1)空气泵吸作用。在车辆行进过程中，轮胎的花纹和路面之间会形成一个密闭的空腔。车辆行驶过程中由于轮胎变形，使空腔前端受压，压缩后的空气被喷射到大气中，而后部空腔区由于腔内体积增大产生真空度吸入空气，这个循环往复的过程即为空气泵吸作用。高压空气在被喷射出去的过程中不断与大气摩擦，产生噪声，在行进过程中不间断。水泥路面的表面构造是沿横断面方向布置的，容易加大空气泵吸作用所产生的噪声。2)轮胎振动作用。车辆行进过程中，轮胎与路面摩擦、冲击、振动，在复杂应力作用下使轮胎振动产生噪声。路面平整度越高，所产生的振动噪声越低，而水泥路面的表面构造形式与深度、接缝、平整度等都会使轮胎振动噪声增加。

2 低噪声多孔水泥混凝土路面结构设计

2.1 原材料

低噪声多孔水泥混凝土的主要原材料包括水泥、水、集料等基本原材料，同时为了保证混凝土施工和易性与强度，添加减水剂和增强剂等外加剂。

1)水泥。多孔水泥混凝土是水泥石与粗集料相互胶结而成的骨架结构。而孔隙的增加对水泥混凝土路面结构的强度有很大影响，因而应采用抗折强度高且耐磨性好的水泥，即其中C4AF的含量应满足要求，一般在16%以上。水泥标号宜选择425以上的水泥。

2)集料。在多孔水泥混凝土路面结构中，骨料充当骨架，要求有足够的强度，其级配、压碎值、最大公称直径、长条扁平比例、单位体积水泥混凝土用量等都应满足规范与施工要求。

3)水。与普通混凝土要求相同，在此不再赘述。

4)减水剂。减水剂采用早强型高效减水剂，其质量与材料组成应符合相关施工与规范要求。

5)增强剂。a.硅灰。硅灰的有效成分是活性SiO2，可以填充在水泥胶凝材料的空隙中，有效改善与骨料间的界面强度，进而提高水泥混凝土的强度。b.有机高分子聚合物。由于缺少了细集料的填充作用，水泥混凝土表层强度降低，容易产生剥落。有机高分子聚合物有利于提高水泥胶凝体与骨料的握裹力，提高表层混凝土强度，进而起到粘结、填充、阻裂和提高粘聚力的作用，有效防止表层混凝土剥落。

2.2 多孔水泥混凝土配合比设计方法

由于多孔水泥在结构上与普通混凝土区别较大，传统设计方法不能满足其大孔隙率的要求。在借鉴日美等发达国家先进技术的前提下，结合我国实际，提出了多孔水泥混凝土配合比设计方法。

2.2.1 配合比设计参数的确定

1)目标孔隙率。目标孔隙率一般通过路面力学特性、吸声系数、耐久性等参数确定，其对其他材料的路用性能有很大的影响。孔隙率一般应控制在15%～20%。

2)集料级配的选择。集料级配直接影响孔隙率，进而影响混凝土强度等方面。集料级配的选择应确保VMA、渗透系数、级配不离析、抗压强度高等要求。

3)集灰(胶)比。在水泥混凝土结构中，胶凝材料填充与混凝土的空隙中，将各个集料连接在一起，保证其强度构成，因而集灰(胶)比是直接影响混凝土内部孔隙率的重要因素。设计中，以集料比表面积为依据，计算拌制后水泥浆的体积，进而得到其质量，最终确定水泥用量。

4)水灰(胶)比。为了使水泥混凝土得到良好的施工和易性和良好的裹覆性，应尽可能的确定最佳水灰比。同时，在达到最佳水灰比的状态下，也会使混凝土强度达到峰值。

2.2.2 搅拌工艺

正确的投料顺序和有效控制搅拌时间是混凝土搅拌的关键，尤其是外加剂的投放对混凝土整体强度影响最大。其正确的投料顺序一般为：先投入水泥和矿物活性超细粉料搅拌30 s后加入水和减水剂，搅拌1 min后加入集料，搅拌30 s后徐徐加入高分子聚合物乳液，最后搅拌2 min后即可出料。按以上顺序进行搅拌，可有效控制混凝土孔隙率和强度。

2.2.3 成型方式

应首先考虑室内成型设备是否能够模拟现场压路机碾压效果，其次考虑尽可能减小对集料级配的选择，最后尽可能选择简单易操作的成型方式。

2.2.4 养生方式

由于多孔水泥混凝土内部孔隙大，水分散失速度较普通水泥混凝土大。因此，试件制作完成后应尽快放入潮湿环境下进行养生，防止由于水分不足而影响水泥水化，进而影响其强度。

2.3 确定室内配合比

根据上述试验要求，制作混凝土试件进行强度试验，测定其抗压强度、抗折强度和试验中的冲击及飞散情况，进而选择集料级配、水泥用量、水灰比、外加剂用量，最终确定室内配合比。现场施工中，应根据原材料的情况，进行施工配合比的设计，以起到指导施工的作用。

3 多孔水泥混凝土路面结构力学性能影响因素

3.1 孔隙率

孔隙率和混凝土强度存在相互矛盾，孔隙率过大，强度降低不能满足承载要求。因此，孔隙率应控制在一个合理的范围内。

3.2 水灰比

随着水灰比的增大，混凝土的强度变化起初并不明显，当达到最佳水灰比的情况下，水泥混凝土的抗压强度和抗折强度都达到峰值，超过最佳值时强度下降。

3.3 有机高分子聚合物

试验证明，当聚合物的含量较低时，对混凝土的抗压强度影响不大，当聚合物的含量超过10%，其抗压强度明显下降。而聚合物的掺量对混凝土抗折强度的影响较大，在2%时抗折强度达到最大。

4 结语

低噪声多孔水泥混凝土路面，目前已在部分地区推广和使用，但其仍处于发展和不断完善阶段。通过对已建成低噪声多孔水泥混凝土路面进行调查分析，对其降噪效果和路面强度进行综合评价，确定其在降低水泥路面行车噪声方面取得了较好的效果，能够有效降低对周边环境的行车噪声污染。因此，采用多孔水泥混凝土路面结构，是降低行车噪声，改善行车环境的有效措施，具有一定的实用意义。

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Inquiry on structural design of low-noise and porous cement pavement

Yang Bo

(ShanxiChangzhiHighwaySurvey&DesignInstitute,Changzhi046000,China)

The thesis introduces low-noise cement pavement research status at home and abroad, describes structural design methods of porous cement pavement through analyzing driving noise forming mechanism, explores factors influencing mechanical performance of the pavement structure, and finally points out that: it is an effective way for reducing driving noise by applying porous cement concrete pavement structure.

porous cement pavement, noise, mechanical property, mixing proportion

1009-6825(2016)28-0135-03

2016-07-24

杨 波(1983- )，男，工程师

U416.2

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