低噪声路面研究历程及降噪技术的应用

2023-03-10郑哲韬

交通科技与管理 2023年3期

郑哲韬

（扬州大学建筑科学与工程学院,江苏扬州 225127）

0 引言

众所周知，由于高速公路沥青混凝土路面与城镇道路沥青混凝土路面的差异，道路噪音的大小和影响也不同。高速公路主要承载重型卡车和公共汽车，而城镇道路主要承载小型汽车，高速公路上的行驶速度比城乡道路快得多，最大速度差甚至高出几倍。白天的行车速度也比夜间的行车速度高得多。同时，城乡道路上的交通量在昼夜之间也有很大差异，因此，汽车产生的噪音已成为城市声污染的重要来源。解决汽车造成的噪声问题成为迫切需要解决的问题。

1 发展历程

1.1 露石水泥混凝土路面

露石水泥混凝土路面起源于欧洲，主要用于提高路面的抗滑性能，并由于降噪性能提高得更加显著而得到了更多研究。奥地利维也纳于1992年建成露石水泥混凝土试验段。通过试验发现，与普通水泥混凝土相比，露石水泥混凝土路面噪声降低了3 dB。2000年，国内多所高校开展了碎石混凝土试验研究，铺设了多个试验段。试验结果表明，与开槽混凝土相比，可降低道路噪声4 dB[1]。

与传统水泥混凝土不同，露石混凝土需要在混凝土表面涂上一层露石剂，其作用是延缓混凝土强度的形成速率。经过一段时间的养护，下层混凝土具有很高的强度，而表面混凝土具有较低的强度。然后用钢刷刷去表面砂浆，大颗粒的石块暴露出来。由于露石水泥混凝土界面不均匀的分布规则，施工时表面纹理丰富，大大降低了道路上的噪声。

1.2 多孔水泥混凝土路面

多孔水泥混凝土又被称作透水混凝土。20世纪90年代，中国开始引进和研究透水混凝土。通过高校和科研机构的共同努力，不断完善透水混凝土的设计方法和施工工艺，在各大城市得到广泛应用[2]。国外研究人员在普通水泥混凝土上铺设透水混凝土作为其耐磨层。通过测试分贝，被测表面可将噪声降低约6 dB。多孔混凝土由于缺少细骨料，只能依靠水泥进行胶结，粘结力较弱，导致强度低，耐久性差。因此，它类似于裸露的水泥混凝土。为了满足强度要求，透水混凝土对水泥有更高的要求。

1.3 多孔沥青混凝土路面

多孔沥青路面是欧洲在20世纪50年代就开始修建的，形成了一套完整的多孔沥青路面设计方法，目前法国已有2 000多万平方米的OGFC公路。法国研究人员分析了噪声预测模型，40～50 mm厚的多孔沥青路面可以降低噪声3～6 dB[3]。双层多孔沥青路面是近年来广泛采用的一种排水性能优良的路面结构形式，可以降低6 dB以上的噪声[4]。多孔沥青路面舒适安全，适合在高速公路上铺装，成为城市高架和高速行车的首选。目前OGFC沥青混合料的材料组成设计主要采用经验方法，对混合料的力学指标和成型参数的研究较少，限制了OGFC沥青混合料的应用[5]。

1.4 橡胶沥青混凝土路面

橡胶沥青路面于1981年在比利时开发，以减少噪音。现场试验结果表明，该路面具有良好的降噪效果[6]。所以，加利福尼亚州开始铺设这种道路。经过六年的降噪测试，结果表明，与普通沥青混凝土相比，降噪约为4 dB。我国从20世纪80年代开始这方面的研究，并于2001年首次用于钢桥面铺装，逐步建立了更成熟的设计方法和设计规范的橡胶沥青混合物[7]。目前，有许多研究橡胶改性沥青混合料的降噪性能，但很少有研究降噪橡胶改性沥青混合料的性能。在未来的研究中，有必要关注橡胶改性沥青的降噪能力和机制。

1.5 多孔弹性低噪声路面

多孔弹性低噪声路面（PERS）是日本工程院于1993年开发的一种新型路面结构。日本发现，路面可以降低15 dB的汽车噪声和8 dB的卡车噪声。研究表明，传统的多孔沥青路面降噪效果可达7 dB，PERS的降噪效果可达12 dB[8]。Meiarashi[9]的研究表明，PERS的降噪效果优于多孔沥青路面。为了充分发挥废橡胶的高弹性，橡胶颗粒的粒径一般选在1～3 mm之间。橡胶颗粒可以取代一部分石料，也可以把石头完全取代[10]。当石料被完全替代时，降噪性能更优，但路面性能难以满足要求。

2 综合降噪技术在新泰至宁阳高速公路中的应用研究

2.1 项目实施方案

该项目根据新泰至宁阳公路，以项目中心桩号的K1+900平岭村部分作为主要建设的施工部分，村庄整体布设为东西方向，平行于道路，在村子中间有一些拆迁。房屋以平房为主，均为砖瓦结构。该路段采用双向四车道高速公路设计标准，设计车速120 km/h。

2.2 结果与分析

2.2.1 测试方法

（1）垂直入射吸声系数在沥青路面上的测定方法。使用驻波管[11]来检测沥青路面材料的垂直入射吸声系数，检测设备安装如图1所示，测定方法参考《驻波管法吸声系数与声阻抗率测量规范》（GBJ88—85）执行。

图1 驻波管法测试原理

（2）降噪效果测定。道路上的降噪效应是通过噪声声级计按照《声学汽车车内噪声测量方法》（GBT18697—2002）所规定的方式来测量车辆的内部噪声，以及选择中尺寸的越野车，按恒定速度巡航模式以90 km/h和110 km/h的两个测试速度测量。

2.2.2 路面吸声测试分析

对吸音沥青路面的垂直入射吸声系数通过驻波管检测，在OGFC-13测试部分选取24个测点进行测量，在该工程其他常用的SMA-13部分选取参考点进行测量。采用平均值来计算不同频带的声音吸收系数，结果如图2所示。从图2中可以看出，OGFC-13低噪声道路对低频噪声具有良好的吸音效果，噪声频率在200～1 250 Hz部分之间，路面的平均声音吸收系数为0.25～0.59，在800 Hz时，吸收系数达到0.59。相对而言，SMA-13路面吸声效果较差，在200～1 250 Hz频段的平均吸声系数仅为0.13～0.18。

图2 驻波管法测定路面吸声系数值

2.2.3 降噪效果测试分析

（1）路面降噪效果（车内噪声）。通过采用F时间计权声级计方法记录汽车内的瞬时噪音，同时在一定车速的情况下分别于90 km/h和110 km/h的情况下采集信息。选取40组样本进行数据分析，结论如图3和4所示。从图3和4中可以看出，当速度为90 km/h时，在OGFC降噪路面上运行时，试验车的内部噪声值为56.1～57.2 dB，当它在普通SMA路段上运行时噪声值为59.2～60.1 dB，车内噪声值减小2.9～3.1 dB；当试验车速为110 km/h，且当试验汽车在OGFC路面行驶时，试验车的内部噪音为58.4～59.5 dB，而行驶在普通SMA道路上后，试验汽车噪音为61.8～62.7 dB，可见降低了内部噪音3.2～3.4 dB。由此可以得出结论，在不同车速的测试条件下，OGFC可以减少车辆中的交通噪声约3.0 dB。

（2）综合降噪效果及分析。通过发生器的声音源，测量不同的汽车声障截面的复合降噪效应，结论见表1所示。

从表1可以看出，在项目测试部分中，路面采用OGFC低噪音结构，此外，采用刨花板吸声隔声屏障的隔音屏障整体效果较好，通过全面降噪技术处理的道路段的降噪效果相比较普通路段高约为4.3 dB，降噪效果大大提高。另外，表1中的数据分析表明，较近噪声屏障体，综合降噪技术部分和普通部分之间的降噪效果差异越小，而且随着增加的距离，集成降噪技术处理的路段的降噪效果更有效，因此在实际应用中更为显著。