低噪聲多孔水泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

楊 波

(山西長治公路勘察設(shè)計(jì)院，山西 長治 046000)

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低噪聲多孔水泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

楊 波

(山西長治公路勘察設(shè)計(jì)院，山西 長治 046000)

介紹了低噪聲水泥路面在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，通過分析行車噪聲的形成機(jī)理，闡述了低噪聲多孔水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并探討了影響該路面結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的因素，指出采用多孔水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，是降低行車噪聲的有效途徑。

多孔水泥路面，噪聲，力學(xué)性能，配合比

1 概述

1.1 低噪聲水泥路面國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)80年代，我國就展開對道路噪聲的研究，當(dāng)時(shí)主要是用來評價(jià)公路項(xiàng)目噪聲對周邊環(huán)境的影響。隨后，我國研究工作者提出多孔水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)、透水性水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)降噪課題，并吸引了大量科研工作者進(jìn)行討論研究，其中最大的焦點(diǎn)是多孔降噪與強(qiáng)度下降直接的矛盾，路表功能與降噪之間的矛盾等問題。

在國外，瑞典、德國等國在研究輪胎噪聲技術(shù)方面起步較早，有很多先進(jìn)的理論成果，結(jié)合路面與輪胎的相互作用進(jìn)行受力分析，建模計(jì)算，并制定出相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，相比國內(nèi)發(fā)展更為成熟。

1.2 行車噪聲的形成機(jī)理

水泥路面行車噪聲主要是車輛行駛中車輪和路面摩擦、沖擊、振動等相互作用產(chǎn)生的，相比較瀝青路面產(chǎn)生的噪聲大。實(shí)踐證明，行車噪聲的產(chǎn)生主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)空氣泵吸作用。在車輛行進(jìn)過程中，輪胎的花紋和路面之間會形成一個(gè)密閉的空腔。車輛行駛過程中由于輪胎變形，使空腔前端受壓，壓縮后的空氣被噴射到大氣中，而后部空腔區(qū)由于腔內(nèi)體積增大產(chǎn)生真空度吸入空氣，這個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程即為空氣泵吸作用。高壓空氣在被噴射出去的過程中不斷與大氣摩擦，產(chǎn)生噪聲，在行進(jìn)過程中不間斷。水泥路面的表面構(gòu)造是沿橫斷面方向布置的，容易加大空氣泵吸作用所產(chǎn)生的噪聲。2)輪胎振動作用。車輛行進(jìn)過程中，輪胎與路面摩擦、沖擊、振動，在復(fù)雜應(yīng)力作用下使輪胎振動產(chǎn)生噪聲。路面平整度越高，所產(chǎn)生的振動噪聲越低，而水泥路面的表面構(gòu)造形式與深度、接縫、平整度等都會使輪胎振動噪聲增加。

2 低噪聲多孔水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 原材料

低噪聲多孔水泥混凝土的主要原材料包括水泥、水、集料等基本原材料，同時(shí)為了保證混凝土施工和易性與強(qiáng)度，添加減水劑和增強(qiáng)劑等外加劑。

1)水泥。多孔水泥混凝土是水泥石與粗集料相互膠結(jié)而成的骨架結(jié)構(gòu)。而孔隙的增加對水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度有很大影響，因而應(yīng)采用抗折強(qiáng)度高且耐磨性好的水泥，即其中C4AF的含量應(yīng)滿足要求，一般在16%以上。水泥標(biāo)號宜選擇425以上的水泥。

2)集料。在多孔水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)中，骨料充當(dāng)骨架，要求有足夠的強(qiáng)度，其級配、壓碎值、最大公稱直徑、長條扁平比例、單位體積水泥混凝土用量等都應(yīng)滿足規(guī)范與施工要求。

3)水。與普通混凝土要求相同，在此不再贅述。

4)減水劑。減水劑采用早強(qiáng)型高效減水劑，其質(zhì)量與材料組成應(yīng)符合相關(guān)施工與規(guī)范要求。

5)增強(qiáng)劑。a.硅灰。硅灰的有效成分是活性SiO2，可以填充在水泥膠凝材料的空隙中，有效改善與骨料間的界面強(qiáng)度，進(jìn)而提高水泥混凝土的強(qiáng)度。b.有機(jī)高分子聚合物。由于缺少了細(xì)集料的填充作用，水泥混凝土表層強(qiáng)度降低，容易產(chǎn)生剝落。有機(jī)高分子聚合物有利于提高水泥膠凝體與骨料的握裹力，提高表層混凝土強(qiáng)度，進(jìn)而起到粘結(jié)、填充、阻裂和提高粘聚力的作用，有效防止表層混凝土剝落。

2.2 多孔水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)方法

由于多孔水泥在結(jié)構(gòu)上與普通混凝土區(qū)別較大，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不能滿足其大孔隙率的要求。在借鑒日美等發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)的前提下，結(jié)合我國實(shí)際，提出了多孔水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)方法。

2.2.1 配合比設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

1)目標(biāo)孔隙率。目標(biāo)孔隙率一般通過路面力學(xué)特性、吸聲系數(shù)、耐久性等參數(shù)確定，其對其他材料的路用性能有很大的影響?？紫堵室话銘?yīng)控制在15%～20%。

2)集料級配的選擇。集料級配直接影響孔隙率，進(jìn)而影響混凝土強(qiáng)度等方面。集料級配的選擇應(yīng)確保VMA、滲透系數(shù)、級配不離析、抗壓強(qiáng)度高等要求。

3)集灰(膠)比。在水泥混凝土結(jié)構(gòu)中，膠凝材料填充與混凝土的空隙中，將各個(gè)集料連接在一起，保證其強(qiáng)度構(gòu)成，因而集灰(膠)比是直接影響混凝土內(nèi)部孔隙率的重要因素。設(shè)計(jì)中，以集料比表面積為依據(jù)，計(jì)算拌制后水泥漿的體積，進(jìn)而得到其質(zhì)量，最終確定水泥用量。

4)水灰(膠)比。為了使水泥混凝土得到良好的施工和易性和良好的裹覆性，應(yīng)盡可能的確定最佳水灰比。同時(shí)，在達(dá)到最佳水灰比的狀態(tài)下，也會使混凝土強(qiáng)度達(dá)到峰值。

2.2.2 攪拌工藝

正確的投料順序和有效控制攪拌時(shí)間是混凝土攪拌的關(guān)鍵，尤其是外加劑的投放對混凝土整體強(qiáng)度影響最大。其正確的投料順序一般為：先投入水泥和礦物活性超細(xì)粉料攪拌30 s后加入水和減水劑，攪拌1 min后加入集料，攪拌30 s后徐徐加入高分子聚合物乳液，最后攪拌2 min后即可出料。按以上順序進(jìn)行攪拌，可有效控制混凝土孔隙率和強(qiáng)度。

2.2.3 成型方式

應(yīng)首先考慮室內(nèi)成型設(shè)備是否能夠模擬現(xiàn)場壓路機(jī)碾壓效果，其次考慮盡可能減小對集料級配的選擇，最后盡可能選擇簡單易操作的成型方式。

2.2.4 養(yǎng)生方式

由于多孔水泥混凝土內(nèi)部孔隙大，水分散失速度較普通水泥混凝土大。因此，試件制作完成后應(yīng)盡快放入潮濕環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)生，防止由于水分不足而影響水泥水化，進(jìn)而影響其強(qiáng)度。

2.3 確定室內(nèi)配合比

根據(jù)上述試驗(yàn)要求，制作混凝土試件進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，測定其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和試驗(yàn)中的沖擊及飛散情況，進(jìn)而選擇集料級配、水泥用量、水灰比、外加劑用量，最終確定室內(nèi)配合比?，F(xiàn)場施工中，應(yīng)根據(jù)原材料的情況，進(jìn)行施工配合比的設(shè)計(jì)，以起到指導(dǎo)施工的作用。

3 多孔水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)力學(xué)性能影響因素

3.1 孔隙率

孔隙率和混凝土強(qiáng)度存在相互矛盾，孔隙率過大，強(qiáng)度降低不能滿足承載要求。因此，孔隙率應(yīng)控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。

3.2 水灰比

隨著水灰比的增大，混凝土的強(qiáng)度變化起初并不明顯，當(dāng)達(dá)到最佳水灰比的情況下，水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都達(dá)到峰值，超過最佳值時(shí)強(qiáng)度下降。

3.3 有機(jī)高分子聚合物

試驗(yàn)證明，當(dāng)聚合物的含量較低時(shí)，對混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不大，當(dāng)聚合物的含量超過10%，其抗壓強(qiáng)度明顯下降。而聚合物的摻量對混凝土抗折強(qiáng)度的影響較大，在2%時(shí)抗折強(qiáng)度達(dá)到最大。

4 結(jié)語

低噪聲多孔水泥混凝土路面，目前已在部分地區(qū)推廣和使用，但其仍處于發(fā)展和不斷完善階段。通過對已建成低噪聲多孔水泥混凝土路面進(jìn)行調(diào)查分析，對其降噪效果和路面強(qiáng)度進(jìn)行綜合評價(jià)，確定其在降低水泥路面行車噪聲方面取得了較好的效果，能夠有效降低對周邊環(huán)境的行車噪聲污染。因此，采用多孔水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，是降低行車噪聲，改善行車環(huán)境的有效措施，具有一定的實(shí)用意義。

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Inquiry on structural design of low-noise and porous cement pavement

Yang Bo

(ShanxiChangzhiHighwaySurvey&DesignInstitute,Changzhi046000,China)

The thesis introduces low-noise cement pavement research status at home and abroad, describes structural design methods of porous cement pavement through analyzing driving noise forming mechanism, explores factors influencing mechanical performance of the pavement structure, and finally points out that: it is an effective way for reducing driving noise by applying porous cement concrete pavement structure.

porous cement pavement, noise, mechanical property, mixing proportion

1009-6825(2016)28-0135-03

2016-07-24

楊 波(1983- )，男，工程師

U416.2

A