密实型降噪沥青路面特性研究

徐　立

（重庆建工集团四川遂资高速公路有限公司，四川遂宁629000）



密实型降噪沥青路面特性研究

徐立

（重庆建工集团四川遂资高速公路有限公司，四川遂宁629000）

摘要：多孔性沥青混合料虽有较好的降噪效果，但路面耐久性略显不足，针对密实型级配在沥青路面中具有较好的路用性能特点，通过室内试验和现场监测对密实型橡胶降噪沥青材料的降噪特性进行了研究。在室内外试验中，密实型沥青材料降噪效果约5.5 dB，比普通沥青路面材料提高了1.5倍；且密实型降噪沥青路面的路用性能也能较好满足设计要求。

关键词：密实型；吸声系数；耐久性；路用性能

噪声污染作为世界四大主要环境问题之一在公路交通行业也得到了较大重视，一方面通过声源上对车轮胎花纹特性进行研究；另一方面通过与车胎接触的路面结构上进行相应改进。其中，以多孔性沥青路面结构的相关应用最为流行：郭志云等［1］基于降噪原则在配合比上改进沥青路面的使用性能，并于济-聊高速铺筑试验段进行监测，各项指标均达标，并且有4.2 dB（A）降噪效果；王旭东［2］针对超薄沥青混凝土、开级配磨耗层以及双层多孔性沥青混凝土等结构做对比试验，确定了影响沥青路面减噪性能的主要因素：集料的粒径大小和孔隙率，从传播途径上对噪声污染的控制进行了有益探索。

多孔性沥青路面结构在降噪性能上确实有显著成效，但随道路服役期加长，孔隙率会因路面损坏、堵塞等降低，降噪性能也将下降［3］，而且由于多孔性沥青路面粗集料占比例较大，路面的抗剪强度较差，耐久性将影响路面的服役寿命。相对而言，重交通沥青路面多采用密实型级配，本文基于骨架密实型级配方式，对降噪沥青路面进行试验研究，为密实型降噪沥青路面在工程中的应用提供了参考。

1 试验材料

1.1 石料

骨架密实型沥青混合料一方面具有足够的粗集料作为骨架材料，一方面细集料又能合理填充骨架空隙，在路面的高温稳定性、抗裂性和耐久性等方面都比大多数的材料级配更具优势［4］。本文采用玄武岩为粗集料，石灰岩为细集料，而石灰岩磨制材料为矿粉，具体指标见表1。根据规范要求值范围，试验所选材料均满足要求［5］。

表1　石料的物理性质指标

1.2 沥青材料

多孔性沥青混合料由于粗集料占石料比例较高，材料的整体强度需靠沥青的高粘结性来维持，对于密实型沥青混合料对沥青材料的要求相对更具灵活性，本文采用壳牌90#改性沥青，具体技术指标如表2，均达到规范值要求［6］。

表2　壳牌90#沥青技术指标

1.3 外掺剂

橡胶作为纤维材料，具有高弹性，能够减少沥青混合料的自身振动和冲击作用影响范围，而且本身阻尼较大，对车轮影响路面的振动有衰减效果，从整体上看，橡胶材料的掺入增加了路面材料的柔性特征，使沥青混合料更具衰弱噪声的作用。本文采用40目橡胶颗粒，基本化学成分如表3。试验材料选用级配如表4。

表3　橡胶颗粒化学成分

表4　SDGP-16级配

2 试验方案

2.1 配合比设计

沥青混合料配合比设计流程如图1。

图1　沥青混合料配合比流程

2.2 试验内容

采用密实型级配沥青混合料设计降噪路面除应达到试验降低噪声目的外，还需满足设计规范要求［6］，在高温稳定性和低温抗裂性等方面也要有良好的表现。故本文拟设计好沥青混合料配合比之后，首先对材料的降噪性能做试验研究，通过超声波法测试动态模量评价沥青材料的吸声振动特性，以试验段机车监测数据得到降噪效果评定，最后再以室内试验测定密实型降噪沥青混合料的高温稳定性等路用性能。

3 试验结果与分析

3.1 吸声性试验

低噪声沥青路面材料的降噪效用可通过测定路面的吸声系数来评价，吸声系数（α）为沥青材料吸收的声能与入射总声能的比值：其中Uα为入射的声能，Ur是沥青结构的入射总声能，由于受声源入射角度影响，一般Uα多采用垂直入射的声能。室内试验多采用驻波管来测试吸声系数，在驻波管两端分别放置测试试验和扬声器，通过扬声器发出的间歇声波由试件表明反射形成驻波声场，以驻波声场内的极小值声压和声压极大值比值作为Uα的吸声系数值。图2为橡胶降噪沥青混合料试件和普通路面的吸声系数曲线。

图2　吸声系数与频率的关系

经配合比设计并掺入橡胶材料的沥青材料相比于普通沥青混合料，比较图2曲线数据可知，前者在吸声系数上明显优于后者，在驻波声场试验中两种材料的吸声变化趋势大致相同，但在变化幅值上有较大差异，橡胶降噪沥青试件在驻波声场中的吸声系数α随频率变化明显，中频范围内的吸声系数较大，在900 Hz附近达到最大值0.42%，相比普通沥青材料的降噪性能提高了1.5倍，橡胶降噪沥青路面材料的吸声性能可达到良好的功能效用。

3.2 现场试验监测

为测试密实型橡胶沥青材料的降噪性能，铺设了试验段进行现场监测，在路面左右幅分布铺筑了1 km的密实型橡胶降噪沥青路面和普通沥青路面，参照汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法（GB1495-2002）［7］，选择较为空旷的K02+ 120～K02+140段使用声级计（误差≤2 dB（A）和发动机转速表设置监测点，图3为20 m测试区域分布，其中测试点为区域中点位置。

图3　试验段测试区域

通过声级计仪器对通过监测区域的车辆进行A计权、快挡测量求出位于测点时的最大读数，以声压级来表示路面噪声的强度，，其中：p为测试声源的声压值，p0为参考声压。图4～图5为测试结果。

图4　时速60 km/h下的声压级测试结果

图5　时速80 km/h下的声压级测试结果

由图4～图5可知，声压级在60 km/h的时速下，降噪沥青路面在两个不同距地高度测试条件的噪声分贝值均小于普通沥青材料路面，60 km/h的两个条件下降噪效果分别为5.9dB和5.2 dB，80 km/h时降低了5.3 dB和4.5 dB，具有可观的功能性。

3.3 耐久性试验

通过吸声性试验和现场监测结果可知密实型橡胶沥青混合料在功能性（降噪）有良好的改善，为测试密实型沥青路面材料的耐久性，分别进行回弹模量试验、静压蠕变试验和抗滑性试验等进行评价，得到结果如表5，满足设计要求［8］。

3.4 高温稳定性试验

由于橡胶沥青混合料的高温稳定性能受橡胶掺量的影响较大［9］，故本文拟以1%、2%和3%的橡胶控制掺量，通过车辙试验得到沥青材料的动稳定度值如图6。

表5　耐久性试验结果

图6　动稳定度测试结果

根据公路工程沥青与沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）［10］规定，车辙试验下的动稳定度应大于1 500次/mm。由图6可知，密实型橡胶降噪沥青材料的高温稳定性均满足规范要求，其中橡胶掺量对材料的动稳定度影响效果显著，随掺量的增加动稳定度增大，试验在3%时达到最大值3 876次/mm，橡胶材料不单在降噪性能上发挥了功效，也在高温稳定性能上得到了充分的性能发挥。

3.5 低温抗裂性能试验

以低温劈裂试验对密实型橡胶降噪沥青材料的低温抗裂性能进行研究，控制试验温度范围为-20～10℃和50 mm/min的试验加载速率，由T0716-1［10］得到的泊松比μ取0.25，通过标准击实试验得到尺寸为101.6（r）×63.5（h）mm的柱体试件，以T0705［10］测试试件的空隙率等物理指标，进行低温抗裂试验，通过式（1）～（3）计算试件的劈裂抗拉强度（Rt）和蠕变劲度模量（St）指标：

其中：εt为拉伸应变破坏值；Pt为试件加载过程的最大荷载（N）；Xt为最大破坏荷载时对应的侧向总变形量（mm）。表6为低温抗裂性试验的劈裂抗拉强度（Rt）和蠕变劲度模量（St）试验结果。

表6　低温抗裂试验结果

图7　破坏应变与温度的关系

图8　劲度模量与温度的关系

参照图7、图8的破坏应变变化和劲度模量值以及表6数据可知，密实型橡胶降噪沥青混合料的低温抗裂性满足规范要求的破坏应变με＞2 500的相关要求。观察破坏劲度模量随试验温度变化的数值变化，当温度超过0℃后，破坏劲度模量＜1 000 MPa，蠕变劲度过大会因沥青材料的低温应变过大而影响低温抗裂性；对比试件在-20～10℃温度范围内的模量下降差值达1 300.2 MPa，表明材料的低温抗裂性能较好，在较低温度域范围内材料的抗裂稳定性能保持良好。

4 结语

密实型橡胶沥青材料通过室内外试验表明同样具有良好的降噪性能，而且相比于多孔性沥青混合料，在路面的路用性能方面具有更大的优势，能够相对提高沥青路面的服役时间，耐久性能表现较好。通过以上试验内容得到结果如下：

（1）密实型降噪沥青材料虽然在降噪性能上比多孔性沥青混合料略低，但在掺入橡胶颗粒后的吸声性能也具较大改善，通过吸声系数试验相比普通沥青路面材料，性能提高了1.5倍；

（2）通过现场试验对路面噪声进行监控，密实型降噪沥青路面在时速60 km/h和80 km/h条件下，降噪效果分别为5.9 dB、5.3 dB，在降噪性能上表现良好；

（3）橡胶颗粒对沥青混合料的降噪性能有较好改善，同时影响沥青混合料的高温稳定性能，当3%掺量时其动稳定度提高到3 876次/mm，高弹性、高阻尼等性质使橡胶在沥青混合料中得到了很好的性能发挥；

（4）密实型橡胶降噪沥青混合料在耐久性和低温抗裂试验中均满足规范要求的试验结果，体现出较好的路用性能。

参考文献：

［1］郭志云，张瑞华，任瑞波.多孔性低噪声路面沥青混合料配合比设计方法初探［J］.公路，2005，（4）：104-108.

［2］王旭东.低噪声沥青路面结构设计研究［J］.公路交通科技，2003，（1）：33-37.

［3］陈 涛.低噪声水泥混凝土路面若干技术研究综述［J］.山西交通科技，2006，（4）：20-22.

［4］王志强.骨架密实型沥青混合料级配设计研究探讨［J］.交通科技，2010，（6）：63-66.

［5］中交第二公路勘察设计研究院.公路工程岩石试验规程（JTG E41-2005）［S］.北京：人民交通出版社，2005.

［6］交通部科学研究所.公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［7］国家环境保护局.汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法（GB1495-2002）［S］.北京：人民交通出版社，2002.

［8］中交公路规划设计院.公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［9］王修云，余 苗，吴国雄.粗橡胶颗粒沥青混合料室内成型工艺及路用性能［J］.重庆交通大学学报（自然科学版），2011，30（04）：763-767.

［10］交通运输部科学研究院.公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）［S］.北京：人民交通出版社，2011.

研究方向：高速公路养护

中图分类号：U416.217

文献标识码：A

文章编号：1671-8496-（2016）-02-011-05

收稿日期：2016-03-16

作者简介：徐 立（1981-），男，工程师

Research on the Characteristics of Compact Noise Reduction Asphalt Pavement

XU Li
（Sichuan Sui-Zi Expressway Co.Ltd.，Chongqing Construction Group，Suining 629000，China）

Abstract:The multi-porous asphalt mix，though having a good noise reduction effect，is slightly deficient in the pavement durability.As dense gradation in asphalt pavement has a good road performance，a study is made to test the noise reduction characteristics of compacting type noise reduction rubber asphalt through the indoor test and field monitoring.Tests show taht the denseness asphalt material noise reduction is about 5.5 dB，increased by 1.5 times compared to ordinary asphalt pavement material；moreover，the pavement performance of compacting type noise reduction asphalt can also satisfy the design requirements.

Key words:dense type；sound absorption coefficient；durability；pavement performance