噪声试验路不同类型沥青混合料性能对比研究

陈 飞，张 露，席贵东

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067； 2.中国农业大学 水利与土木工程学院， 北京 100083；3.重庆市智翔铺道技术工程有限公司， 重庆 400067)

噪声试验路不同类型沥青混合料性能对比研究

陈 飞1，张 露2，席贵东3

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067； 2.中国农业大学 水利与土木工程学院， 北京 100083；3.重庆市智翔铺道技术工程有限公司， 重庆 400067)

为选择重庆机动车强检试验场噪声试验路表面层合理的沥青混合料类型，通过室内试验对3种类型沥青混合料的基本性能与吸声效果进行对比研究，结果显示：1) 掺加抗车辙剂后，AC-8、AC-13及SMA-13三种沥青混合料高低温性能与抗水损害性能均可满足使用要求；2) 吸声效果受压实混合料空隙率影响，但混合料的级配特性(内部与外部构造)也不能忽略，表面构造深度越大，吸声系数越大；3) 抗车辙剂可增大沥青混合料的吸声效果，如果吸声系数始终保持在技术要求范围内，则可在施工时适当添加抗车辙剂。综合考虑沥青混合料基本性能和吸声系数，建议噪声试验路表面层选择SBS改性沥青AC-8型沥青混合料，并掺加抗车辙剂。

噪声试验路；沥青混合料；级配类型；吸声系数

噪声试验路路面是机动车强检试验场用来测试车辆与轮胎接触噪声大小的一种特殊道面。噪声测试的目的是限制不符合国标要求的车型生产，以降低机动车环境噪声污染。按照国际统一标准，噪声试验路测试场地的基本要求为水平、坚实、平整，以场地中心为基点半径50 m的范围内无大的声音反射物，且试验路面不应产生过大的轮胎噪声[1-2]。

噪声试验路除了满足常规路面的基本性能要求外，还必须满足噪声试验路特有的吸声系数要求。吸声系数是衡量噪声试验路成功与否的关键指标，为了使测试结果更具准确性，一般要求噪声试验路有较低的吸声系数[3]。一些研究认为，吸声系数受沥青混合料级配，压实沥青混合料的空隙率、构造深度等影响[4-5]。依托重庆市机动车试验建设项目，本文通过试验研究对比不同级配沥青混合料的吸声系数，并分析空隙率与构造深度对沥青混合料吸声系数的影响，为该建设项目推荐满足技术要求的噪声试验路特殊道面混合料类型。

1 评价方案与方法

1.1 试验原材料与级配类型

试验原材料采用I-D级SBS改性沥青、HD-II型抗车辙剂、石灰岩矿粉和玄武岩碎石，各材料技术性能良好。设计了AC-8、AC-13及SMA-13三种密级配沥青混合料，抗车辙剂掺量均为0.3%，试验级配如表1～3所示。

1.2 吸声系数测试方法

吸声系数测试采用驻波管法。测试时，声频信号发生器发出单频声波并在驻波管内形成平面声波，声波在管内前进遇到沥青马歇尔试块时会发生反射。反射声波与入射声波叠加就会形成驻波，驻波在管内有声压极大值和极小值，一旦测出声压极大值Pmax和极小值Pmin，就可以求得吸声系数[6]。需注意的是，吸声系数的测试结果与入射声波的频率直接相关，不同频率会有不同的吸声系数。本次试验测试时，根据GB 1495—2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》规定，测试频率确定为400～1 600 Hz(该频段属于交通噪声频率)。采用驻波管法对3种沥青混合料的吸声系数进行了测试，如图1所示。吸声系数计算公式如下：

表1 AC-8沥青混合料试验级配

表2 AC-13沥青混合料试验级配

表3 SMA-13沥青混合料试验级配

a=4×10ΔL/20/1+10ΔL/20

(1)

式中：a为吸声系数；ΔL为声压极大值Pmax与声压极小值Pmin之差，dB。

图1 吸声系数测试示意

2 混合料性能试验结果分析

考虑重庆机动车强检试验场噪声试验路的气候、环境及交通特点，采用60 ℃车辙试验、50 ℃浸水汉堡车辙试验、真空饱水马歇尔试验及低温小梁弯曲试验来评价3种级配混合料的性能[7-8]，试验结果如表4～7所示。

表4 沥青混合料60 ℃车辙试验结果

表5 沥青混合料浸水汉堡车辙试验结果

由表4可以看出，对于动稳定度而言，AC-8沥青混合料最小，SMA-13沥青混合料最大，AC-13沥青混合料介于二者之间。由表5可以看出，3种沥青混合料均达到了20000次的最终碾压次数，说明3种沥青混合料均具有良好的抗车辙性能；比较最终车辙深度，发现AC-8沥青混合料的最大，SMA-13沥青混合料的最小，这与动稳定度试验结果趋势基本一致。

表6 沥青混合料真空饱水马歇尔残留稳定度试验结果

表7 沥青混合料低温弯曲试验结果

由表5还可以看出，在达到最终碾压次数20 000次的过程中，3种沥青混合料均未发生集料剥落现象。由表6可知，浸水48 h后3种沥青混合料的残留稳定度差异不大，均不小于85%。因此，可以认为本文设计的3种沥青混合料均表现出了良好的抗水损害性能。

由表7可以看出，对于最大弯拉应变、抗弯拉强度或劲度模量而言，3种沥青混合料低温抗开裂性能有差异，即SMA-13沥青混合料最优，AC-8沥青混合料次之，AC-13沥青混合料相对最差。但如果仅以规范规定的最大弯拉应变来评价，3种沥青混合料均可以满足最大弯拉应变不小于2 500 με的使用要求。

3 吸声系数试验结果分析

3.1 级配对吸声系数的影响

采用马歇尔试件来测试AC-8、AC-13及SMA-13三种沥青混合料的吸声系数。测试频率区间为400～1 600 Hz，测试结果如图2所示。

图2 3种级配沥青混合料吸声系数试验结果

从图2可以看出，不同频率段3种沥青混合料的吸声系数均会发生变化，基本都在800～1 200 Hz范围内达到较大值；而在此频率段以外，吸声系数均较小。

此外，本文设计的3种沥青混合料空隙率大致相当(约4%)，但实际表现出来的吸声效果却有较大差异，其中SMA-13沥青混合料吸声系数最大，AC-13沥青混合料次之，AC-8沥青混合料最小。可见，虽然吸声效果直接受混合料空隙率的影响，但混合料的级配特性(内部构造)对吸声效果的影响也不能忽略。分析认为，SMA沥青混合料是由沥青玛蹄脂填充碎石骨架组成的骨架嵌挤密实结构，该结构使通过空隙进入混合料内部的声波轨迹变长，声音受到骨架阻挡的次数增多，声波在空隙间发生折射与反射所损失的能量与噪声声波消失的部分也增多[8]，故其表现出来的吸声系数相比AC连续级配更大。

为探讨构造深度对沥青混合料吸声系数的影响，对3种沥青混合料的构造深度进行了测试，并建立了构造深度与吸声系数的关系，如图3所示。

图3 3种沥青混合料吸声系数与构造深度的关系

从图3可以看出：1) SMA-13沥青混合料平均构造深度约为0.85 mm，AC-13与AC-8沥青混合料平均构造深度分别约为0.6与0.5 mm，可见，间断骨架密实结构混合料的构造深度略大于连续密级配混合料；2) 吸声系数与构造深度存在线性变化关系，构造深度越大，混合料的吸声系数也越大，这是因为路面较大的构造深度致使声音进入路面内部空隙的机会增多，导致声音在路面内部发生反射的次数增多，声波的能量消耗也就增多，从而增大了吸声效果，体现为吸声系数增大。

3.2 抗车辙剂对吸声系数的影响

对3种沥青混合料掺加0.3%的抗车辙剂，测定其吸声系数，并与未掺加抗车辙剂的混合料吸声系数进行对比，结果如图4所示。

对图4试验结果进行分析，发现掺加抗车辙剂后，3种类型沥青混合料所有频段的吸声系数均有不同程度的增大，说明抗车辙剂对沥青混合料的吸声性能具有改善作用。分析认为，沥青混合料的吸声性能与混合料内部空隙结构及表面纹理直接相关，而抗车辙剂可以改善沥青混合料的使用性能，这样便可能会改变混合料的内部结构和表面纹理，从而可能间接改变压实沥青混合料的吸声效果。

图4 抗车辙剂对3种沥青混合料吸声系数的影响

汽车试验场噪声试验路对吸声系数的要求是宜小不宜大，因此从这方面讲，掺加抗车辙剂不利于吸声效果控制；但如果掺加了抗车辙剂后，吸声系数虽有所增加，但始终保持在技术要求范围内，且同时还可显著提高路面的抗车辙性能和耐久性的话，则施工时可添加抗车辙剂。

3.3 基于吸声系数的混合料类型优选

噪声试验路表面层要求压实沥青混合料吸声效果不能过高，即要求压实后的沥青表面层对于汽车噪声的吸声程度在较小范围内。根据规定，噪声试验路其行驶车道在400～1 600 Hz频段间其吸声系数平均值应不超过0.08；传播区域在400～1 600 Hz频段间其吸声系数平均值应不超过0.10。

根据本次试验结果，本文设计的3种沥青混合料中，SMA-13沥青混合料其吸声系数较大，特别是在600～1 200 Hz频率段的吸声系数不满足低于0.08的要求。未掺加抗车辙剂的AC-13沥青混合料其吸声系数基本在0.08以内，满足吸声要求；但掺加抗车辙剂后，在800～1 200 Hz频率段其吸声系数超过了0.08。因此，对于AC-13沥青混合料来说，不掺加抗车辙剂可满足吸声系数要求，但抗高温性能却存在较大风险。

对于AC-8沥青混合料而言，掺加抗车辙剂后，其高温性能、低温性能及水稳性能均满足技术要求；掺加抗车辙剂后其吸声系数在400～1 400 Hz频率段内虽然也有一定程度的增加，但仍然满足不超过0.08的技术要求。因此，综合考虑沥青混合料基本性能和吸声系数，建议噪声试验路表面层选择SBS改性沥青AC-8沥青混合料，并掺加抗车辙剂。

4 结论

本文基于重庆市机动车强检试验场建设工程，通过室内试验对噪声试验路表面层不同类型沥青混合料的性能进行了对比研究，并得出如下结论：

1) 掺加抗车辙剂的AC-8、AC-13及SMA-13三种沥青混合料其高低温性能与抗水损害性能均可满足噪声试验路表面层的使用技术要求。

2) 沥青混合料吸声效果受压实混合料空隙率的影响，但混合料级配特性(内部与外部构造)的影响也不能忽略。沥青混合料吸声系数与构造深度存在线性关系，构造深度越大，吸声系数越大。

3) 抗车辙剂可增大沥青混合料的吸声效果，不利于噪声试验路吸声系数控制；但如果掺加了抗车辙剂后，如果沥青混合料吸声系数始终保持在技术要求范围内，同时可显著提高路面的抗车辙性能和耐久性的话，则施工时可适当添加抗车辙剂。

4) 综合考虑沥青混合料基本性能和吸声系数，建议噪声试验路表面层选择SBS改性沥青AC-8沥青混合料，并掺加抗车辙剂。

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Comparative Study on Performance of Different Asphalt Mixtures on Noise Test Road

CHEN Fei1,ZHANG Lu2,XI Guidong3

In order to select proper asphalt mixture for pavement of noise test road in Chongqing compulsory noise test center for motor vehicles,the basic performance and sound absorption effect of three types of asphalt mixtures were compared by laboratory test. Results show:1) After adding anti-rutting agent,the high and low temperature performance and water damage performance of the three asphalt mixture,AC-8,AC-13 and SMA-13,may meet the requirements; 2) The sound absorption effect is affected by the porosity of the compaction mixture,however,the grading characteristics of the mixture (internal and external structure) cannot be neglected,the greater the surface structure depth,the greater the sound absorption coefficient; 3) Anti-rutting agent can improve the sound absorption of asphalt mixture,if the sound absorption coefficient is always within the technical requirements,you can add anti-rutting agent in the construction. In this paper,considering the basic performance and sound absorption coefficient of the asphalt mixture,it is suggested that the SBS modified asphalt AC-8 asphalt mixture should be selected for the pavement in noise test road,and the anti-rutting agent should be added.

noise test road; asphalt mixture; gradation type; sound absorption coefficient

10.13607/j.cnki.gljt.2016.06.004

重庆市社会事业与民生保障科技创新专项(cstc2015shms-ztzx30004)

2016-06-20

陈 飞(1985-)，男，陕西省宝鸡市人，硕士，工程师。

1009-6477(2016)06-0013-04

U416.217

A