大孔隙高黏改性沥青混合料降噪特性试验研究

李佳奇

(保定市交通运输局望都县养路工区 保定市 071000)

0 引言

随着我国经济的快速增长，道路交通处于前所未有的高速发展阶段，随之带来的道路交通噪声污染，尤其是城市道路交通噪声越来越受到人们关注。其中，路面与轮胎间作用产生的噪声成为道路交通噪声污染的重要来源，降低车辆行驶噪声的方法很多，如采用不同类型的道路隔声屏障，但成本相对较高[1-2]。目前，我国公路多铺筑密级配沥青混合料，而关于排水降噪透水沥青混合料的应用相对较少。孙亮[3]设计的多孔沥青路面材料同时兼具降低行车噪音、排水和通行等功能。谢俊豪[4]对不同沥青混合料的吸声性能进行了研究，认为集料特性可以用分形维数和集料规则度等指标来表征，进一步分析了沥青混合料的性质对其吸声降噪效果的影响；钱宁等[5]建议考虑沥青混合料设计时应综合微观结构参数及空隙率，才能更好地发挥其功能性。基于此，通过驻波管试验对透水沥青混合料SMA-13、AC-13以及OGFC-13的降噪特性进行了研究，以期为透水降噪沥青混合料的实际应用提供借鉴。

1 试验材料及方法

1.1 原材料

沥青：采用SK公司生产的高粘度改性沥青；粗集料：玄武岩；细集料：人工破碎的机制砂；填料：石灰岩磨细矿粉。

1.2 改性剂最佳掺量的确定

将TPS改性剂掺加到常用的5%SBS改性沥青中制备高黏改性沥青，对不同掺量下高黏沥青性能进行试验，以确定TPS改性剂的最佳掺量，试验结果如表1所示。可以看出，随着TPS掺量的增加复合改性沥青的25℃针入度值逐渐降低，复合改性沥青的稠度逐渐增大。TPS掺量为12%时针入度值为39.13(0.1mm)，小于规范中最小针入度40(0.1mm)的要求，故改掺量不满足要求。综合规范对沥青指标的要求，采用5%SBS+11%TPS的复合比来制备高黏改性沥青。

表1 不同TPS掺量试验结果

1.3 沥青混合料配合比的确定

对OGFC-13的吸声降噪特性进行试验研究，同时SMA-13和AC-13两种级配作为对比，三种沥青混合料级配曲线如图1所示。

图1 级配曲线图

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》对沥青混合料进行配合比设计。SBS和高黏改性沥青下AC-13的最佳沥青用量，分别为4.8%和5.3%；SMA-13的最佳沥青用量分别为6%和6.5%；OGFC-13的最佳沥青用量分别为4%和4.3%。按照SMA-13的级配特点，本研究在其混合料中掺加了0.3%的木质素纤维。渗水系数和马歇尔试验结果如表2所示。

表2 渗水系数和马歇尔试验结果

可以看出，三种级配试件的马歇尔稳定度的大小关系均为：OGFC-13

1.4 试验方法

通过驻波管试验测得的吸声系数对沥青混合料的吸声性能进行表征，将待测的沥青混合料试件装在驻波管的一端，采用1/3倍频程中心频率进行测试，入射波与试件表面反射的声波发生叠加，根据声压极大值和极小值处的声压振幅得到驻波比，通过计算可得到沥青混合料的吸声系数值。

2 实验结果与分析

2.1 级配对沥青混合料降噪特性的影响

不同级配标准马歇尔试件吸声系数的变化曲线如图2所示。可以看出，不同频率声波下，三种级配沥青混合料的吸声系数先逐渐增大至峰值后逐渐减小。吸声系数峰值对应的频率附近为最佳吸声频率范围，其中，OGFC-13、SMA-13和AC-13的吸声系数峰值分别为0.6534、0.3010和0.2505，对比可知OGFC-13对于吸收630Hz范围内的低频噪声具有较好的降噪效果。

图2 不同级配标准马歇尔试件吸声系数的变化曲线

通过计算得到沥青混合料的降噪系数和平均吸声系数，如图3所示。可以看出，AC-13的降噪系数以及平均吸声系数分别为0.1180和0.0955；SMA-13分别为0.1479和0.1405；OGFC-13分别为0.3180和0.3106。SMA-13沥青混合料的级配组成特点使其表面具有丰富的表面纹理，吸声降噪性能明显优于AC-13。得益于OGFC-13试件空隙率的特性，噪声在空隙内得到消耗，使其吸声降噪性能和降噪系数分别为AC-13的2.69倍和3.25倍，为SMA-13的2.15倍和2.21倍。

图3 沥青混合料的降噪系数和平均吸声系数

2.2 厚度对沥青混合料降噪特性的影响

不同厚度下沥青混合料试件的驻波管试验结果如图4所示。可以看出，随着沥青混合料厚度的增大，三种试件吸声系数的峰值也在逐渐变大，但是峰值处的频率值呈现出明显减小的趋势，其中，55mm和50mm厚度的沥青混合料试件较45mm和40mm试件的吸声系数峰值频率向低频移动了近一个频程。

图4 不同厚度沥青混合料吸声系数随频率的变化曲线

不同沥青混合料吸声性能指标的计算结果如表3所示。可以明显看出，试件厚度由40mm增加至55mm的过程中，各沥青混合料的降噪系数、平均吸声系数以及吸声系数峰值均逐渐增大，表明增加沥青混合料厚度能够提高混合料的吸声性能。从整体上来看，三种级配试件的厚度与降噪系数、平均吸声系数以及吸声系数峰值均呈现正相关关系，这意味着增加混合料厚度能够增强其降噪性能，但数值不会无限增加。因此，单纯靠增加沥青混合料厚度来提高其降噪性能效果并不显著。

表3 不同沥青混合料吸声性能指标的计算结果

2.3 表面特征对沥青混合料降噪特性的影响

不同级配沥青混合料表面构造深度对比如图5所示。可以看出，表面构造深度值的大小顺序为：AC-13

图5 沥青混合料表面构造深度与表面暴露率的关系曲线

3 结论

通过沥青性能试验确定了高黏改性沥青中SBS改性剂和TPS改性剂的最佳复合比为5%SBS+11%TPS。OGFC-13试件的吸声降噪性能和降噪系数分别为AC-13的2.69倍和3.25倍，为SMA-13的2.15倍和2.21倍。随着沥青混合料厚度的增大三种试件吸声系数的峰值也在逐渐变大，但是峰值处的频率值呈现出明显减小的趋势；单纯靠增加沥青混合料厚度来提高其降噪性能效果并不显著。较大的表面构造深度和较小的表面暴露率能够有效提升沥青混合料的吸声降噪性能。研究结果能够为透水降噪沥青混合料的实际应用提供借鉴。