防滑降噪沥青路面降噪效果浅析

谭 利， 易 文， 何贤锋， 刘 威

(1.中南林业科技大学 土木工程与力学学院， 湖南 长沙 410004； 2.长沙市公路管理局， 湖南 长沙 410007)

防滑降噪沥青路面降噪效果浅析

谭 利1， 易 文1， 何贤锋2， 刘 威1

(1.中南林业科技大学 土木工程与力学学院， 湖南 长沙 410004； 2.长沙市公路管理局， 湖南 长沙 410007)

通过现场实测防滑降噪沥青路面试验路段的汽车噪声，并与相邻试验路段密级配沥青路面的测量结果进行对比，分析结果表明，防滑降噪沥青路面具有较明显的降噪性能，但是在路面的后期使用过程中，降噪性能有所衰减。总的来说，防滑降噪沥青路面比普通密级配沥青路面的降噪效果好，在城市道路中具有广泛的应用前景。

沥青路面； 防滑降噪； 降噪性能； 应用前景

0 引言

近年来，随着公路交通事业的快速发展，交通噪声污染日益严重，已经严重影响到人们的正常生活和工作。长期受噪声影响的人会出现头昏头疼、神经衰弱、消化不良、高血压和心血病等多重疾病危害。近20多年来，国内外对低噪声沥青路面进行了许多研究，主要是在级配、材料、厚度、空隙率等方面，并且自2000年以来铺筑了很多试验路段进行实践研究[1]。自20世纪50年代以来，开级配在美国、日本很多地方得到了广泛的运用，技术也越来越成熟[2]。我国许多城市交通噪声污染严重，并且很多繁华地段的噪声多数在80 dB以上[3]。随着时代的进步，车辆的机械噪声得到了很大的控制，轮胎与地面之间的噪声成为了交通噪声的主要来源。目前有研究显示，再对轮胎研究设计也只能达到1～2 dB的降噪效果，所以要想进一步改善噪声污染，最有效的办法就是从路面上改善其性能，其中最主要的是降低其放射噪声。

多孔性降噪沥青路面的室内声学研究表明，多孔性材料理论上的确具有一定的吸声的效果，为了能够减少交通噪声，寻找一个适应湖南当地多雨气候的一条道路，湖南省交通科技计划铺筑一条南方多雨条件下防滑降噪沥青路面。本文在新铺筑的开级配试验路段与相邻密集配沥青路面试验路段进行现场噪声测量，通过对比两种路面的测量结果进行降噪效果浅析。

1 防滑降噪沥青路面及其降噪原理

1.1 防滑降噪沥青路面简介

防滑降噪沥青路面是指用大空隙、能迅速从其上面层内部向两侧排走路表雨水，具有抗滑、抗车辙及降噪性能的沥青路面结构层。这种结构层属于骨架空隙结构型，通常空隙率为15%～25%左右，有的特殊可高达30%[4]，比普通的密级配沥青混合料的空隙率(3%～6%)大得多，具有很好的排水、抗滑、降噪性能，但同时这种沥青路面的耐久性很难保证，所以空隙率设计中不宜过大也不宜过小。防滑降噪沥青混合料的粗集料要比密集配多得多，细集料较少，形成的大孔隙结构的沥青混合料容易受到阳光、空气、雨水等不利因素的作用，易使混合料上的沥青老化和剥落，导致沥青失去性能和石料的松散，最终导致路面的破坏，所以防滑降噪沥青混合料的性能特殊性要求选用具有强裹覆力、抗老化、抗水害等特性的高粘度改性沥青。防滑降噪沥青路面的路用性能越来越受到很多国家的重视，并总结了一些经验，其优点有： ①提高行车安全性。由于路面能及时排走路表的雨水，从而提高了路面雨天的抗滑性能和提高了行车的可视性。 ②减少噪声污染。由于混合料的空隙率高，连通性好，可以吸收部分噪音，从而使行车舒适，减少噪声污染。其缺点有： ①由于空隙率较大，所以其耐久性成为发展的瓶颈，对粘结料的要求较高。 ②使用一段时间后空隙极易被垃圾污泥等物堵塞，从而造成排水降噪的功能受到限制。所以在使用该种路面过程中得考虑其耐久性和孔隙堵塞等问题。

1.2 噪声产生的机理与分类

交通噪声的来源主要有汽车发动机噪声、汽车轮胎与路面摩擦制动噪声、车体与空气流作用的噪声，而路面最主要的噪声为轮胎与路面噪声。当车速大于50 km/h时，随着车速的增大，轮胎与路面噪声成为小汽车和轻型车的主要噪声源[5]，对于大、中型载货车则相反。轮胎/路面的噪声和路面结构、轮胎类型、行车速度等有关，目前公认的轮胎噪声形成机理[6，7]主要概括为以下几类。

1.2.1 气泵噪声

当轮胎与地面开始接触前，前缘空气会被轮胎瞬间地从外胎沟槽和路面空隙里挤压出来，使气体沿着轮胎的走向产生声波，此时后缘空气瞬时被吸入沟槽和路面的空隙里，从而形成“扑”声。如防滑降噪路面空隙率比较大，轮胎接触地面时会把空气挤入有效孔隙中，并且空隙与空隙之间相通，气压达到平衡，从而削弱了气泵噪声。

1.2.2 振动噪声

当轮胎与路面接触时，由于路面的不平整性与粗糙性，所以在轮胎上会产生一块块花纹敲打路面的振动声，而当轮胎的被压面离开地面时，该接触面上的花纹将迅速恢复到原来状态，从而产生胎体振动噪声；再者，由于滚动的轮胎与地面接触时会产生切向力，而部分的切向力会使轮胎在该路面上产生滑移，轮胎的表面进一步被振动，从而产生了振动噪声。

1.3 防滑降噪沥青路面的降噪特性

防滑降噪沥青路面与密级配沥青路面降噪性能的最大区别在于空隙率的大小，很显然，防滑降噪沥青路面的罩面之间有较大的空隙结构，可以使轮胎与路面接触产生的噪声有较大的消散空间，降低空气压力，从而显著的降低噪声[8]，而路面与轮胎噪声的重要组成部分就是气泵噪声，所以防滑降噪沥青路面的使用能有效地降低噪声污染。其次防滑降噪沥青面层的石料粒径比密级配的大，压实后的路面比较平整，纹理少，这也从一定程度上降低了轮胎振动噪声。图1、图2分别为普通密级配沥青路面和防滑降噪沥青路面降噪示意图。

图1 普通密级配沥青路面

图2 防滑降噪沥青路面

从图1，图2可以看出，汽车行驶时轮胎会高速挤压空气，对于普通密级配路面产生的噪声几乎全部从路面与轮胎的缝隙中反射到空气，形成喷射噪声，而防滑降噪沥青路面空隙较大，空气在轮胎迅速挤压的过程中穿过空隙，气压迅速平衡，形成的噪声大部分会被有效空隙吞没，削弱了气泵噪声，从而起到了降噪效果。

2 试验路

2.1 试验路段工程简介

试验路段位于湖南省长沙市S103线浏阳市段(K67+000～K68+000)的上面层，该线段是一条长1 km、宽12 m、设计车速为60 km/h的二级公路大修路面改造工程，为了寻求一条适应南方多雨天气和重载荷交通的路面，开展了南方气候条件下防滑降噪排水沥青路面耐久性能的研究。本次试验路段设计空隙率为20%，设计上面层厚度为4 cm的OGFC-13沥青混合料，该厚度下具有最大的降噪效果[9]，采用中国石化SBS改性沥青为粘结油，使用辉绿岩连续级配热拌沥青混合料摊铺，最后使用钢轮压路机压实成型，由于改性沥青粘度过大，不推荐使用胶轮压路机[10]。其路面面层结构形式如图3。

图3 防滑降噪沥青路面结构图

2.2 试验路段沥青混合料组成

本课题选取的集料采用江西与浏阳交界处的石料厂提供的0～2.36 mm、2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm，9.5～13.2 mm 4档辉绿岩粗集料和石灰岩矿粉。通过借鉴美国、日本等对排水沥青路面应用研究比较先进的国家的设计方法，结合本国的特点，和湖南省当地的气候条件，即新级配范围比原来的粗，较粗的级配会提高混合料的排水功能和抗车辙能力。排水沥青路面混合料的配合比设计采用马歇尔试件的体积设计方法进行，并以空隙率作为配合比设计主要指标。通过分别对混合料进行谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散试验，确定级配矿料的最佳油石比为5.0%。目标配合比各材料设计比例为4#∶3#∶2#∶1#∶矿粉=12.0%∶2.0%∶36.0%∶44.0%∶6.0%，混合料级配组成如图4所示。

依据目标配合比设计级配及热料仓筛分试验结果，进行了生产配合比级配组合设计与调试，各热料仓及矿粉质量比为：4#仓∶3#仓∶2#仓∶1#仓∶矿粉=13.0%∶4.0%∶35.0%∶43.0%∶5.0%。通过目标最佳沥青量与±0.3%这3种油石比，进行马歇尔稳定度试验，通过试验结果最终确定生产最佳油石比为4.9%。生产配合比矿料组图4所示。

图4 目标、生产合成级配曲线

试验路段于2015年1月4日中午铺筑，虽然施工是在一月份进行，但是选取了2天比较好的天气，当天最低气温为11 ℃、最高气温为20 ℃，所以摊铺能得以顺利进行。由于当地来往汽车较多，为了不影响交通，摊铺采用单车道模式。紧急情况或者施工车辆必须通过时应待摊铺层完全冷却或者表面温度低于50 ℃时才开放，禁止急刹急转弯。

3 路面性能实测与分析

试验路铺完后在2015年的1月份、4月份、6月份、9月份、12月份分别对路面进行常规的性能检测，其中包括构造深度(铺砂法)、摆式摩擦系数、平整度(3 m直尺)、渗水系数和噪音，同时在相邻密级配试验路段也进行了对应的检测以作比较。本文中只对噪音进行分析。

3.1 路面噪音测量

在现场检测噪音的时候，由于来往车辆较多，受干扰较大，所以采取人工在测点前后20 m处进行短时间封闭交通的方法，采用TES-1352H型噪声计统一离车右轮胎2 m远，距地面1 m高进行测量。测点两边都是池塘和田地，所以不考虑反射噪音的影响。检测用车为同一辆普通小汽车，分别以40、60、80 km/h的稳定车速经过试验路段，由于车速低时，机械噪声占主，所以为了减少误差，当汽车将要行驶到测点时采用空档滑行。S103为二级公路，为了安全起见试验车速最大不宜超过100 km/h，所以100 km/h不做试验车速。2种沥青路面在干燥情况下的车外平均噪音对比如表1所示。

表1 路面车外平均噪声对比表dB类别不同车速(km·h-1)时的噪声406080普通密级配沥青路面752784836防滑降噪沥青路面717732781降噪量355255

由表1可以看出，防滑降噪沥青路面的平均噪音明显要比普通密级配沥青路面小得多，随着车速的增加，两种路面的噪音也随之增大，并且密级配路面增加的更明显。在车速为40 km/h时，防滑降噪沥青路面的噪音要比密级配沥青路面小约3.5 dB；在车速为60 km/h时，防滑降噪路面的噪音小约5.2 dB；在车速为80 km/h时，防滑降噪路面小约5.5 dB。可以看出，随着车速的增加，防滑降噪沥青路面的降噪效果更明显，平均比普通密级配沥青路面具有3.5～5.5 dB的降噪效果。

3.2 防滑降噪沥青路面降噪性能的衰减

在防滑降噪沥青路面测量过程中不仅发现其构造深度在逐渐减小，而且其噪声测量结果在同一速度下也有所增大。归其原因[11]主要有：在道路使用期间各种小车、重型货运车、大巴车等对路面的磨耗使其路面结构发生一些变化，空隙有所减小，并且轮胎的磨耗使得道路表面的粗糙度减小，在一定程度上减弱了防滑效果和增加了轮胎与路面的振动噪声；该试验路段在乡镇地区，在使用阶段，试验路段的进出口并没对过往车辆轮胎进行清理，很多灰尘、泥土以及当地生活垃圾等杂物渐渐地将孔隙堵塞，导致路面的构造深度显著减小，从而影响了防滑降噪沥青路面的吸声作用。图5、图6分别为2种路面噪音增加情况。

图5 密级配沥青路面噪音随车速和时间的变化

图6 防滑降噪沥青路面噪音随车速和时间的变化

由图5可以看出，普通密级配沥青道路经过几个月的使用其同一速度下噪声变化不大，基本在1～2 dB范围内，这种容许变化跟环境与人为因素有关。从图6可以看出，随着防滑降噪沥青路面的投入使用，噪音逐渐增加，但是在第5次测试中，车速为40 km/h与60 km/h时的噪音相差不大，因为在测试中，测试车没有采用空档，汽车发动机对噪音的影响较大，但是对密级配沥青路面的影响较小。在车速为60 km/h时，出现了噪音稍微变小的情况，这与11月份当地长期雨水天气有关，一定程度上冲走了孔隙之间的尘土与垃圾，疏通了部分有效孔隙。总的来说，从图6中可以看出，防滑降噪沥青路面的降噪特性出现了衰减。

由于该条省道设计车速为60 km/h，并且行驶在该公路上的车速大多数在其左右，所有将该车速下的5次平均噪音进行对比分析，如图7所示，并在第5次时进行了2种路面潮湿状态下噪音测试，结果如图8所示。

图7 60 km/h车速条件下沥青路面的噪音随时间的变化

图8 60 km/h车速条件下不同路面状态下噪音比较

从图7可以看出，在60 km/h这一速度条件下，密级配沥青路面的噪声在0.3～1.4 dB范围内呈无规律的波动。防滑降噪沥青路面的噪声随时间的变化基本呈现逐渐增大，最终会有无限趋于平稳趋势，但总的来说，防滑降噪沥青路面的噪音要比密级配沥青路面的噪声小。从图8可以看出，在车速为60 km/h时，不管是干燥路面还是潮湿路面，防滑降噪沥青路面的噪音都要比密级配沥青路面的小，并且防滑降噪沥青路面在潮湿状态下的降噪效果更为明显，达到了7.6 dB，因为雨天时，防滑降噪沥青路表面无积水，而普通密级配沥青路表面产生水膜，在行车速度较大时水珠被甩、水珠冲击地面等造成噪声很大，由此可见，虽然防滑降噪沥青路面的降噪性能出现衰减，但是还是具有一定的降噪性能。

4 结论与展望

1) 通过现场实测防滑降噪沥青路面和普通密级配沥青路面的噪音，对比研究得出，防滑降噪沥青路面的噪声要比普通密级配沥青路面的噪声低3.5～5.5 dB，并且雨天降噪效果更明显，具有很好的降噪性能。

2) 防滑降噪沥青路面的孔隙率较大，在该工程项目中设计为20%，大孔隙率可以有效的“吸收”轮胎与路面产生的噪声，从而降低了交通噪声。

3) 防滑降噪沥青道路在使用过程中，由于汽车轮胎对路面的磨耗作用以及尘土、杂物对孔隙的堵塞作用在一定程度上衰减了路面的降噪性能，但还是要比密级配沥青路面的降噪性能好，所以在后期的使用中应该对路面的孔隙进行清洗与疏通，保证路面的排水降噪性能。

4) 由于防滑降噪沥青路面为大孔隙率骨架型结构，所以对路面结构的耐久性要求相对较高，路面中的半有效空隙易储水，冬季结冰会对骨架结构产生严重的破坏，从而影响了路面的使用寿命。该试验路段的粘结料采用的是改性SBS高粘沥青，该材料本身具有一定的减噪特性，并且为沥青混合料的耐久性提供了一定的保障。但今后在防滑降噪沥青路面的耐久性探讨仍是一个值得深入研究的课题。

文中数据为人为跟踪实测所得，今后可进行不同路面、不同车型、车内外噪音对比等测试，进一步完善防滑降噪沥青路面的降噪性能。

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