微表處混合料室內(nèi)噪聲測試方法

曹麗萍，侯相深，張 冉

（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150090）

隨著微表處技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)微表處瀝青路面的噪聲比普通瀝青混凝土路面大，嚴重影響了駕乘人員的乘車舒適性。交通噪聲主要來源于空氣振動、汽車本身的振動和橡膠輪胎與路面摩擦造成的振動。前兩者引發(fā)的噪聲可通過改進車身設(shè)計等措施逐步降低，但是超過一定車速后，交通噪聲主要來自于輪胎橡膠材料與路面摩擦產(chǎn)生的噪音［1］。對于微表處混合料噪聲產(chǎn)生的原因，研究者們從瀝青用量、集料、級配、施工工藝以及稀漿混合料的和易性等多個方面進行了研究；同時，也有研究者對減小噪聲的方法從改變?yōu)r青含量、瀝青種類、摻加廢舊橡膠粉、摻加纖維和控制級配等多方面進行了探討［2－9］，用以從不同角度降低微表處路面的噪聲。

目前，微表處混合料噪聲的室內(nèi)測量還處于研究的起步階段，尚未納入到相關(guān)規(guī)范和規(guī)程當(dāng)中。為了研究微表處的噪聲特性，孫曉立等以“輪胎驅(qū)動式路面功能加速加載試驗系統(tǒng)”為基礎(chǔ)試驗平臺，開發(fā)了微表處噪聲測試系統(tǒng)以研究微表處噪聲產(chǎn)生機理［10－11］。蔡旭等提出基于“輪胎驅(qū)動式路面功能加速加載試驗系統(tǒng)”的材料性能評價方法，對摻加不同改性乳化瀝青的微表處混合料進行室內(nèi)加速加載試驗［12］。

盡管研究者們在微表處混合料噪聲室內(nèi)測試方法做了嘗試，但是其可行性尚待進一步研究，且開發(fā)及普及新的設(shè)備需要大量的經(jīng)費。為此，本研究在現(xiàn)有微表處混合料設(shè)備“濕輪磨耗儀”的基礎(chǔ)上提出了微表處混合料噪聲室內(nèi)測量的方法和流程。

1 試驗原材料

本研究中基質(zhì)瀝青采用盤錦遼河材料廠生產(chǎn)的90＃石油瀝青。乳化劑采用慢裂快凝MQK－1M型乳化劑，采用內(nèi)摻法摻加，劑量為1.8%。改性劑選用美德維實偉克公司生產(chǎn)的SBR膠乳1468，采用外摻法摻加，劑量為3.5%。試驗用水采用飲用清潔水。制備好的SBR改性乳化瀝青技術(shù)要求及試驗結(jié)果見表1，從表中可以看出各項技術(shù)指標(biāo)均滿足微表處改性乳化瀝青的技術(shù)要求。

表1 SBR改性乳化瀝青技術(shù)要求及檢測結(jié)果

本研究中的集料采用黑龍江省阿城繁榮石場玄武巖（粒徑分別為0～3、3～5、5～8mm），集料破碎工藝采用二次反擊破碎，集料堅硬、清潔、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，經(jīng)檢測砂當(dāng)量為80%，大于《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》中不小于65%的規(guī)定。

2 實驗室內(nèi)微表處混合料噪聲測試方法

微表處混合料的的噪聲可分為車內(nèi)噪聲和車外噪聲兩種，車內(nèi)噪聲主要影響車輛行駛過程中的車內(nèi)噪聲，受混合料宏觀構(gòu)造和車輛自身震動的影響；車外噪聲用于評價車輛行駛過程中的噪聲對周圍環(huán)境的影響［13－14］。對于車內(nèi)和車外噪聲的現(xiàn)場測量已經(jīng)有比較成熟的測試方法，而實驗室內(nèi)如何評價微表處混合料產(chǎn)生的噪聲還是一個難題，為此本研究基于濕輪磨耗試驗開發(fā)了微表處混合料室內(nèi)噪聲的測試方法。

2.1 微表處混合料室內(nèi)噪聲的試驗設(shè)計

在實際的使用過程中，由于車輪荷載的作用，微表處混合料的大顆粒會發(fā)生脫落，脫落到一定程度時形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。而微表處路面的噪聲也隨著大顆粒的脫落而發(fā)生變化，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。在濕輪磨耗儀的工作過程中，微表處混合料表面的大顆粒也發(fā)生脫落，并最終形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。因此，為了研究微表處混合料的室內(nèi)噪聲，并考慮試驗條件和可行性等因素，本研究利用濕輪磨耗儀和HS6228型1／1倍頻程實時頻譜分析儀共同測量微表處混合料的室內(nèi)噪聲，其中濕輪磨耗試驗用于模擬車輛荷載的作用，頻譜分析儀用于測量試驗過程中的噪聲。

為確定磨耗多長時間的噪聲值更能夠代表路面上的實際情況，本研究擬選取不同測試時段進行試驗。結(jié)合噪聲計的工作性能，每個測試時段的測試時間選定為10s。根據(jù)之前的預(yù)研發(fā)現(xiàn)，若濕輪磨耗儀連續(xù)工作1min之后，其表面的構(gòu)造深度已經(jīng)不滿足路用性能要求，為此共設(shè)置5個測試時段。考慮到微表處混合料的構(gòu)造深度能夠間接體現(xiàn)其噪聲水平［15］，因此測試不同磨耗時間情況下的構(gòu)造深度，并建立不同時段噪聲與構(gòu)造深度之間的關(guān)系。具體試驗步驟如下：

1）實驗室選擇。試驗時，為避免干擾，應(yīng)將濕輪磨耗儀放置在單獨的密閉實驗室內(nèi)，實驗室面積不宜大于10m2，以保證傳聲器附近沒有影響聲場的障礙物。

2）安裝試件。將測試試件固定在濕輪磨耗儀升降平臺上，提升平臺并鎖住，使磨耗頭壓在試件表面，確保試件在運行過程中不發(fā)生相對位移從而產(chǎn)生滑動摩擦噪聲影響測試結(jié)果。

3）聲級計安裝。采用HS6228型1／1倍頻程實時頻譜分析儀測試噪聲。測試時選擇A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，使用F（快檔）時間計權(quán)特性，測得一段時間內(nèi)的等效連續(xù)聲壓值Leq，單位為分貝（dB）。將聲級計固定在濕輪磨耗儀一側(cè)，傳聲器指向橡膠管磨耗頭。傳聲器固定在磨耗橡膠管與試驗臺接觸面齊平高度，距試驗托盤水平距離為20cm。

4）試件預(yù)處理。試驗前檢查磨耗管情況，若磨耗管磨損嚴重，應(yīng)更換磨耗管后開始試驗。為避免儀器剛啟動時運行不平穩(wěn)，應(yīng)先啟動濕輪磨耗儀使磨耗頭轉(zhuǎn)動10s后停止實驗，并用刷子輕輕掃刷浮在微表處試件表面被磨耗掉的浮著顆粒。

5）測試及數(shù)據(jù)采集。試驗時，測試人員應(yīng)盡可能遠離儀器，站在不致影響儀器測量值的位置。打開聲級計開關(guān)，將濕輪磨耗儀調(diào)至運行狀態(tài)，將磨耗頭轉(zhuǎn)速調(diào)至1檔60r／min。測量第二段（11～20s）時間段內(nèi)的等效聲級，聲級計測量時間設(shè)置為10s。停機，降下磨耗儀升降平臺，用刷子輕輕掃刷浮在微表處試件和磨耗頭橡膠管表面上被磨耗掉的浮著顆粒。用鋪砂法測試本次磨耗后，試件的構(gòu)造深度，測試后用刷子輕輕掃刷浮微表處試件表面的砂子。接著按照步驟四和步驟五分別測試第三、第四、第五時段的噪聲，為防止過度磨耗，在后邊三段測試過程中預(yù)處理時間調(diào)整為5s。

2.2 室內(nèi)噪聲測試方法

為建立微表處混合料室內(nèi)噪聲與構(gòu)造深度之間的關(guān)系，本研究采用相同的集料、乳化瀝青等原材料制備了9種不同級配的微表處混合料試件，每組3個平行試件。分別按照2.1節(jié)中的試驗步驟測試不同時段下微表處混合料的噪聲及構(gòu)造深度，具體結(jié)果見圖1～4。為進一步研究，繪制了不同時段噪聲的對比圖。為便于分析，按照第2時段噪聲遞增的方式進行排序，具體結(jié)果見圖5。

圖1 第2時段等效聲級與構(gòu)造深度關(guān)系

圖2 第3時段等效聲級與構(gòu)造深度關(guān)系

圖3 第4時段等效聲級與構(gòu)造深度關(guān)系

圖4 第5時段等效聲級與構(gòu)造深度關(guān)系

圖5 不同時段的等效聲級變化對比圖

從圖1～4可以看出，相對于第4時段和第5時段而言，第2時段和第3時段的微表處混合料試件等效聲級與構(gòu)造深度具有較好的相關(guān)性，隨著構(gòu)造深度的增大，等效聲級也隨之增加。尤其是第2時段的相關(guān)性更好，其相關(guān)系數(shù)R達到0.82；構(gòu)造深度在（0.60～1.40）mm變化范圍內(nèi)，試件的噪聲增量達（3～4）dB，這種變化規(guī)律與路上實測的車內(nèi)噪聲、構(gòu)造深度變化規(guī)律一致。第3時段的相關(guān)性也較好，相關(guān)系數(shù)R為0.74，等效聲級隨著構(gòu)造深度的增大而增加，但相關(guān)性不及第2時段測試結(jié)果。第4、5時段的試驗結(jié)果比較離散，無法進行相關(guān)性分析。從圖5中也可以進一步看出，第3時段和第2時段的變化趨勢基本一致，而第4和第5時段則變化較大，數(shù)據(jù)比較離散。因此，第4和第5時段不適合作為微表處混合料噪聲的測試方法。

由于采用濕輪磨耗儀測試不同微表處試件磨擦噪聲的方式為磨耗方式，隨著磨耗時間的增長，試件表面被掃刷掉的顆粒逐漸增多，浮著在試件與磨耗頭之間的這部分集料改變了磨耗頭與試件表面的接觸狀態(tài)，接觸面積也隨之變化。與前一噪聲測量時段相比混雜了一些浮著顆粒的掃刷聲，同時由于大顆粒的缺失，噪聲值也相對減小，測得的噪聲等效聲級與構(gòu)造深度相關(guān)性不明顯。因此，采用第2時段（即開機運行10s使儀器進入平穩(wěn)運行狀態(tài)后的第（11～20）s）測得的噪聲作為微表處混合料的室內(nèi)噪聲。盡管該方法在測試過程中除了濕輪磨耗儀與微表處混合料試件磨耗產(chǎn)生的噪聲外，還包含了濕輪磨耗儀工作的噪聲，但是對于不同級配的微表處混合料試件而言，其工作噪聲是相同的，因此，該方法可以區(qū)分不同微表處混合料的室內(nèi)噪聲，為微表處混合料的配合比設(shè)計提供噪聲測量方法。

3 微表處混合料室內(nèi)噪聲測試方法驗證

為了對基于濕輪磨耗試驗的微表處混合料室內(nèi)噪聲試驗方法進行驗證，選擇兩個級配進行對比研究。考慮到粗集料對噪聲的影響較大，因此兩個級配的細集料保持一致，并在粗集料部分增加了7mm篩孔，以區(qū)分粗集料對噪聲的影響，其中級配2明顯要比級配1粗，具體情況見表2所示。試驗中兩個級配的乳化瀝青中乳化劑劑量為1.6%，用水量7%，水泥用量0.5%。

表2 選用級配

采用本研究提出的微表處混合料噪聲測試方法對兩個級配的噪聲情況進行了測試，測試結(jié)果如表3所示。表中Leq表示測量時間內(nèi)的連續(xù)等效聲級；SD為測量時間內(nèi)的方差；Lmax和Lmin分別指測試時段內(nèi)的最大和最小噪聲；統(tǒng)計聲級Li表示超過某聲級的概率為i%的噪聲級，i＝90、50、10。

表3 兩種微表處混合料室內(nèi)噪聲的測試結(jié)果

從表3可以看出，級配2的平均噪聲明顯高于級配1，兩者相差2.5dB。由此可以看出，微表處混合料的級配對噪聲有很大影響，尤其是粗集料部分。同時，研究也表明，本試驗方法可以用于評價不同微表處混合料的噪聲。

此外，本研究還對噪聲較小的級配1的路用性能進行了檢驗。標(biāo)準(zhǔn)濕輪磨耗試驗和負荷輪試驗的測試結(jié)果見表4。

表4 級配1的濕輪磨耗試驗結(jié)果

按照JTG／T F40《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》中的相關(guān)方法最終確定級配1的最佳乳化瀝青油石比為（5.2～5.4）%時，微表處的路用性能均能滿足規(guī)范要求。由此可以看出，按照本研究的噪聲測試方法得到的噪聲較低的微表處混合料，也能滿足路用性能的要求。

4 結(jié) 論

本研究針對微表處路面的噪聲較大，且目前的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程、指南中尚未給出有效的噪聲測試方法的現(xiàn)狀，基于現(xiàn)有微表處試驗設(shè)備濕輪磨耗儀，對微表處混合料的室內(nèi)噪聲測試方法進行了室內(nèi)試驗研究，并得到以下結(jié)論：

1）基于濕輪磨耗儀的微表處混合料室內(nèi)噪聲測試方法中，微表處混合料試件用以模擬微表處路面，濕輪磨耗儀用以模擬車輛荷載，噪聲計用以獲取輪胎與路面的噪聲；

2）第二時段的噪聲值與構(gòu)造深度之間的相關(guān)較好，適用于測試微表處混合料的室內(nèi)噪聲；

3）噪聲值較低的微表處混合料滿足路用性能要求。

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