不同级配的超薄磨耗层降噪性能试验与分析

陈林城

(广东华路交通科技有限公司， 广州 510420)

0 引言

随着社会和经济的快速发展，城市噪音已经严重影响了人们的正常生活，交通噪音是城市噪音污染的来源之一。超薄磨耗层是一种具有改善行驶质量、降低噪音、提升安全特性等路面功能的养护措施，能够节约建设成本，降低环境噪音，抗滑提升效果好等优势，因此在我国公路养护中得到了越来越多的应用。

对超薄磨耗层的已有诸多研究[1-4]，郭特红[5]等对SMA-13、OGFC-13、NovaChip Type C和AC-13四种常用的超薄磨耗层沥青混合料的路用性能进行对比，结果表明：NovaChip Type C和SBS改性沥青混合料具有较好的路用性能；陈华鑫[6]等对超薄磨耗层沥青路面的层间抗剪性能进行了研究；结果表明：层间抗剪强度顺序为NovaChip>SMA>AC>OGFC。王玉江[7]研究了橡胶高粘改性沥青开级配抗滑(磨耗)层的降噪性能，结果表明：这种抗滑层具有良好的降噪效果。但是这些研究并没有对比分析不同类型的超薄磨耗层降噪效果，因此本文对不同矿料级配的超薄磨耗层的路用性能和降噪效果进行试验研究，综合考虑路用性能和降噪效果，提出了一种降噪耐久的超薄磨耗层类型，为道路建设和养护决策提供参考。

1 试验材料检测

1.1 沥青

采用壳牌公司提供的SBS改性沥青，并进行性能检测，结果如表1所示。

1.2 石料

粗集料采用5～10mm和3～5mm共两档辉绿岩，细集料采用0～3mm石灰岩磨细的人工砂。对集料的压碎值、粘附性、洛杉矶磨耗值、针片状含量等性能指标按照规范要求测试，测试结果均符合规范要求，可以用于试验和实际施工使用。

1.3 矿粉和纤维

采用石灰岩磨细得到的矿粉作为填料，SMA中使用的纤维为深圳市海川公司提供的木质素纤维，对矿粉和纤维进行性能检测，均符合规范要求。

2 超薄磨耗层配合比设计

2.1 级配的确定

超薄磨耗层是一种经济有效的路面养护措施，设计厚度为1.5～2.5cm[8]。它不仅能够有效改善路面的行驶质量，提升路面的抗滑性能，而且能够节约建设成本，降低环境噪音，因此得到了越来越多的应用。在我国路面养护维修中已经使用了多碎石沥青路面SAC、法国BBM、开级配OGFC、半开级配NovaChip、间断级配 SMA、粗骨架高结合料沥青混合料CMHB等十几种超薄磨耗层级配。但是在抗滑、降噪和耐久性方面，并不是所有的级配都能够加以应用，本文主要选取在我国超薄磨耗层中应用较广的OGFC-10、NovaChip Type B-10和SMA-10三种级配类型进行分析。三种级配沥青混合料级配汇总和级配曲线如表2和图1所示。

表1 壳牌SBS改性沥青技术指标

表2 超薄磨耗层矿料级配

图1 三种超薄磨耗层矿料级配曲线

2.2 最佳油石比的确定

使用马歇尔设计方法进行配合比设计，对三种级配的沥青混合料进行马歇尔试验，根据试验结果得到三种不同级配类型沥青混合料的最佳油石比。在最佳油石比的情况下，三种沥青混合料的试验指标如表3所示。

2.3 路用性能检测

按照规范要求，成型不同级配类型的沥青混合料马歇尔和车辙试件，对试件进行冻融循环劈裂强度比、动稳定度、马歇尔残留稳定度、小梁弯曲和铺砂法试验，检测结果如表4所示。

表3 三种不同级配类型最佳油石比对应的试验指标

表4 三种不同级配类型沥青混合料路用性能检测结果

采用改性沥青时，沥青混合料的动稳定度规范规定的最大值是3 000次/mm，从表4可知，三种不同级配类型的沥青混合料动稳定度均大于规范规定的最大值，其中SMA-10动稳定度最大，达到了6 647次/mm，具有极佳的高温稳定性；NovaChipTypeB-10具有较好的高温稳定性，动稳定度和SMA-10相差不大，是SMA-10的87.8%；而OGFC-10的高温稳定性较差，动稳定度仅为3 504次/mm，是SMA-10的 52.7%。

水损害是沥青路面常见的病害之一，因此沥青混合料应具有良好的水稳定性，从而保证沥青路面的寿命和服务功能。浸水马歇尔残留稳定度规范规定的最大值为85%，由表4可知，三种不同级配类型沥青混合料残留稳定度大小关系顺序为SMA-10>NovaChip Type B-10>OGFC-10，且其残留稳定度均大于85%的规范要求。冻融循环劈裂强度比规范要求的最大值是80%， NovaChip Type B的冻融循环劈裂强度比最大，OGFC-10的冻融循环劈裂强度比最小，但三种沥青混合料的冻融循环劈裂强度比均能满足规范要求。因此，对于三种沥青混合料的水稳定性，试验结果表明均能满足规范规定的要求，但三种沥青混合料的水稳定性方面NovaChip Type B-10和SMA-10较好，OGFC-10的水稳定性则不太理想。

沥青混合料低温弯拉应变和低温抗裂性能具有正相关关系，低温弯拉应变越大，低温抗裂性能越好。采用改性沥青时，冬温区和冬冷区的弯曲应变规范规定不小于2 500με，由表4可知，OGFC-10低温弯曲应变是最小的，为2 552με，用于超薄磨耗层罩面时，当温度变化幅度较大时，易出现开裂现象。这是因为由于OGFC-10空隙率较大，降低了应力松弛极限温度，从而引起了弯拉应变变小；而NovaChip Type B-10和SMA-10则具有较大的低温弯曲应变。

用铺砂法测定成型的车辙板构造深度，由表4可知，试验结果均满足规范规定构造深度大于0.55mm的要求，构造深度大小关系为OGFC-10>NovaChip Type B-10>SMA-10。由于OGFC-10采用开级配，从而具有较高的表面构造深度，SMA-10的构造深度较差，仅为OGFC-10的58.8%；NovaChip Type B-10的构造深度虽然没有OGFC的好，但是它比SMA-10沥青路面提高了50%，达到了1.5mm，这表明NovaChip Type B-10也具有较好的抗滑性能。

3 超薄磨耗层降噪试验

由于实验室无法模拟实际行车过程中的噪音，对三种级配沥青路面超薄磨耗层试验段采用DT28852型噪音计进行现场交通噪音测试，对比三种级配的超薄磨耗层降噪效果。试验时，在土路肩位置放置声压计，距离路面高度为1.0m，测试哈弗H6以不同速度通过三种超薄磨耗层时的最大噪音值，其结果如表5所示；对三种路面不同行驶速度下的噪音值对比，得到OGFC-10、NovaChip Type B-10相对于SMA-10的噪音降低值和OGFC-10相对于NovaChip Type B-10噪音降低值，其结果如图2所示。

表5 不同级配超薄磨耗层噪音测试结果

图2 三种超薄磨耗层降噪效果对比

(1)表5试验数据表明，随着行车速度的增大，路面噪音也逐渐增大。三种级配沥青路面的降噪效果大小关系是OGFC-10>NovaChip Type B-10>SMA-10。OGFC-10沥青路面较SMA-10路面降噪达4～7 dB，NovaChip Type B-10较SMA-10路面降噪达2～5 dB。轮胎自身的振动和轮胎与路面之间的空气压缩产生了车辆行驶过程中的噪音，因此，当轮胎把空气压缩时，空隙率较大的路面结构，空气可以进入到面层的开口空隙中，降低了轮胎对空气的压缩比，减小了行驶过程中造成的噪音；空隙率较小的路面结构，路面表面几乎没有开口空隙，空气的压缩比较大，行驶噪音大。

(2)由图2可看出， OGFC-10和NovaChip Type B-10沥青路面相对于SMA-10沥青路面的降噪效果，和车辆的行驶速度成正相关关系；OGFC-10相对于NovaChip Type B-10沥青路面，随着车速的增大，降噪效果越不明显。这是由于OGFC-10和NovaChip Type B-10相对于SMA-10沥青路面开口空隙多，当车辆行驶速度越快时，空隙可以更好地降低轮胎对空气的压缩，从而减小了空气压缩造成的噪音；OGFC-10相对于NovaChip Type B-10的降噪效果和车速成负相关关系，因此，虽然OGFC-10的空隙比NovaChip Type B-10大，但是路面表层空隙却相差不大，当车速越快，空气只能进入到面层表层的开口空隙中，使得开口空隙对空气的压缩降低效果有限。

4 结论

(1)试验结果表明，SMA、OGFC、NovaChip Type B沥青混合料的路用性能均能满足规范要求，但SMA沥青混合料高温稳定性最好，其动稳定度是OGFC沥青混合料的189.7%，是NovaChip Type B的113.9%；SMA和NovaChip Type B沥青混合料具有较好的低温抗裂性能，而OGFC沥青混合料低温弯曲应变较差；NovaChip Type B-10和SMA-10水稳定性较好，OGFC-10的水稳定性则不太理想。

(2)现场交通噪音试验数据表明，SMA路面降噪效果不太理想，OGFC-10和NovaChip Type B沥青路面降噪达2～7dB，具有较好的降噪效果。

(3)OGFC-10和NovaChip Type B沥青路面相对于SMA路面的降噪效果随着车速的增加而增大，因此在交通条件好、行车速度快的路段使用OGFC-10和NovaChip Type B沥青路面的降噪效果较好。

(4)综上所述，本文推荐使用NovaChip Type B沥青混合料为降噪耐久的超薄磨耗层。

本文分析了SMA、OGFC、NovaChip Type B三种沥青混合料的路用性能和降噪效果，建议进一步试验研究空隙率和降噪效果之间的关系，以在保证路用性能的前提下，探索最佳的降噪空隙率。